Modelling thermodynamic properties of banana waste by analytical derivation of desorption isotherms

Banana is an agricultural product of great economic importance for various developing countries. The relationship between moisture content and water activity provides useful information for the processing and storage of banana waste. The water activity and moisture content of three banana (Mussa spp. Haploid AAB cv. Nanica) waste items were analyzed to determine the desorption isotherms at six different temperatures (20, 30, 40, 50, 60 and 70°C). The desorption isotherms of the peel, pedicel and pulp of overripe bananas were determined in wide ranges of moisture content (0.001-6.360 kg kg-1 d.b.) and water activity (0.02-0.907). The theoretical GAB model was used for modelling the desorption isotherms. An analytical solution of the Clausius-Clapeyron equation was proposed to compute the isosteric heat of sorption, the differential entropy and Gibbs' free energy by way of the GAB model when the effect of temperature on the hygroscopic equilibrium was considered. © 2012 de Gruyter. All rights reserved.

Effects of Different Moisture Contents on Physical Properties of PVA-Gelatin Films

In this work, it was investigated the effect of different moisture contents on PVA-gelatin films by means of dielectric properties, infrared spectroscopy, microwave response and gravimetric method. The films were elaborated from a blend of gelatin and PVA, with 0 and 25 % glycerol. The sorption isotherms were determined by gravimetric methods, at 25 A degrees C. A capacimeter was used for dielectric measurements, and a device called SOLFAN setup was used for microwave measurements. The sorption isotherms were markedly affected by the glycerol content and relative humidity, due to the hygroscopic nature of the films. The dielectric constant and the microwave response signal were also strongly affected by the moisture and glycerol content in the films. Finally, Infrared spectra showed some changes in the amide peak positions, attributed to the modifications in the interactions between the macromolecules. The behaviors obtained in this work were explained on the basis the way the water enters in the film matrix.

Study of adsorption isotherms of green coconut pulp

Brazil is considered one of the largest producers and consumers of tropical fruits. Green coconut (Cocos nucifera L.) stands out not only for its production and consumption, but also for the high amount of waste produced by coconut water industry and in natura consumption. Therefore, there is a need for utilization of this by-product. This study aims to study the adsorption isotherms of green coconut pulp and determine its isosteric heat of sorption. The adsorption isotherms at temperatures of 30, 40, 50, 60, and 70 °C were analyzed, and they exhibit type III behavior, typical of sugar rich foods. The experimental results of equilibrium moisture content were correlated by models present in the literature. The Guggenheim, Anderson and De Boer (GAB) model proved particularly good overall agreement with the experimental data. The heat of sorption determined from the adsorption isotherms increased with the decrease in moisture content. The heat of sorption is considered as indicative of intermolecular attractive forces between the sorption sites and water vapor, which is an important factor to predict the shelf life of dried products.

Desorption isotherms and thermodynamics properties of anchovy in natura and enzymatic modified paste

The thermodynamic properties of anchovy fillets and enzymatic modified pastes in two hydrolysis degrees (3% HD and 14% HD), at 50, 60 and 70 C were evaluated. The GAB model was used to calculate the values of the monolayer moisture content and the thermodynamic properties of the samples. The enzymatic modification led to the increases of the superficial area and differential enthalpies, and decrease of the differential entropies in relation the samples in natura. The enthalpy–entropy compensation showed that the process was controlled by the enthalpy, it was only spontaneous for the samples in natura. Pore size decreased with enzymatic modification, and all samples were in the limit of region between micropores and mesopores (<2 nm) for moisture content of 15%, and mesopores (from 2 to 50 nm) to moisture content above 15%.

Stability Testing of Spray- and Spouted Bed-Dried Extracts of Passiflora alata

The aim of this research was to perform a stability testing of spray- and spouted bed-dried extracts of Passiflora alata Dryander (Passion flower) under stress storage conditions. Spouted bed- and spray-dried extracts were characterized by determination of the average particle diameter (dP), apparent moisture content (XP), total flavonoid content (TF), and vitexin content. Smaller and more irregular particles were generated by the spouted bed system due to a higher attrition rate (surface erosion) inside the dryer. The SB dryer resulted in an end product with higher concentration of flavonoids (approximate to 10%) and lower moisture content (1.6%, dry basis) than the spray dryer, even with both dryers working at similar inlet drying air temperature and ratio between the extract feed flow rate to drying air flow rate (Ws/Wg). Samples of the spouted bed- and spray-dried extracts were stored at two different temperatures (34 and 45 degrees C) and two different relative humidities (52 and 63% RH for 34 degrees C; 52 and 60% RH for 45 degrees C) in order to perform the stability testing. The dried extracts were stored for 28 days and were analyzed every 4 days. The flavonoid vitexin served as the marker compound, which was assayed during the storage period. Results revealed shelf lives ranging from 9 to 184 days, depending on the drying process and storage conditions.

Sorption and desorption of Suflafenacil in two soils in the state of São Paulo with different physical and chemical attributes

A study was conducted to evaluate the sorption and desorption of 14C herbicide saflufenacil (pyrimidinedione) in two soils in the State of São Paulo, classified as Red Yellow Latosol with clayey texture (LVA-1) and medium texture (LVA-2), using the batch method through isotherms. The soils were air dried and sieved a 2 mm mesh. The radioactivity was determined by liquid scintillation spectrometry in acclimatized room (25 ± 2 °C). Sorption isotherms were conducted for 5 concentrations of saflufenacil (5.0; 2.5; 1.0; 0.5 and 0.05 μg mL-1) and the results were adjusted to the Freundlich equation, thus obtaining the parameters of sorption followed by two extractions with 0.01 M CaCl2 to determine desorption parameters similarly to sorption. The results showed that saflufenacil sorption was low for both soils studied, being greater for the LVA with higher organic matter content. The desorption coefficients were greater than their sorption coefficients, suggesting the occurrence of hysteresis. The sorption and desorption isotherms (classified as type C isotherms), hysteresis and the t-test between the angular coefficient of the respective isotherms showed that both the sorption and desorption occur with equal intensity.

Quality oriented drying of Lemon Balm (Melissa officinalis L.)

Heilkräuter sind während des Trocknungsprozesses zahlreichen Einflüssen ausgesetzt, welche die Qualität des Endproduktes entscheidend beeinflussen. Diese Forschungsarbeit beschäftigt sich mit der Trocknung von Zitronenmelisse (Melissa officinalis .L) zu einem qualitativ hochwertigen Endprodukt. Es werden Strategien zur Trocknung vorgeschlagen, die experimentelle und mathematische Aspekte mit einbeziehen, um bei einer adäquaten Produktivität die erforderlichen Qualitätsmerkmale im Hinblick auf Farbeänderung und Gehalt an ätherischen Ölen zu erzielen. Getrocknete Zitronenmelisse kann zurzeit, auf Grund verschiedener Probleme beim Trocknungsvorgang, den hohen Qualitätsanforderungen des Marktes nicht immer genügen. Es gibt keine standardisierten Informationen zu den einzelnen und komplexen Trocknungsparametern. In der Praxis beruht die Trocknung auf Erfahrungswerten, bzw. werden Vorgehensweisen bei der Trocknung anderer Pflanzen kopiert, und oftmals ist die Trocknung nicht reproduzierbar, oder beruht auf subjektiven Annäherungen. Als Folge dieser nicht angepassten Wahl der Trocknungsparameter entstehen oftmals Probleme wie eine Übertrocknung, was zu erhöhten Bruchverlusten der Blattmasse führt, oder eine zu geringe Trocknung, was wiederum einen zu hohen Endfeuchtegehalt im Produkt zur Folge hat. Dies wiederum mündet zwangsläufig in einer nicht vertretbaren Farbänderung und einen übermäßigen Verlust an ätherischen Ölen. Auf Grund der unterschiedlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften von Blättern und Stängel, ist eine ungleichmäßige Trocknung die Regel. Es wird außerdem eine unnötig lange Trocknungsdauer beobachtet, die zu einem erhöhten Energieverbrauch führt. Das Trocknen in solaren Tunneln Trocknern bringt folgendes Problem mit sich: wegen des ungeregelten Strahlungseinfalles ist es schwierig die Trocknungstemperatur zu regulieren. Ebenso beeinflusst die Strahlung die Farbe des Produktes auf Grund von photochemischen Reaktionen. Zusätzlich erzeugen die hohen Schwankungen der Strahlung, der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit instabile Bedingungen für eine gleichmäßige und kontrollierbare Trocknung. In Anbetracht der erwähnten Probleme werden folgende Forschungsschwerpunkte in dieser Arbeit gesetzt: neue Strategien zur Verbesserung der Qualität werden entwickelt, mit dem Ziel die Trocknungszeit und den Energieverbrauch zu verringern. Um eine Methodik vorzuschlagen, die auf optimalen Trocknungsparameter beruht, wurden Temperatur und Luftfeuchtigkeit als Variable in Abhängigkeit der Trocknungszeit, des ätherischer Ölgehaltes, der Farbänderung und der erforderliche Energie betrachtet. Außerdem wurden die genannten Parametern und deren Auswirkungen auf die Qualitätsmerkmale in solaren Tunnel Trocknern analysiert. Um diese Ziele zu erreichen, wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt. Die Sorption-Isothermen und die Trocknungskinetik von Zitronenmelisse und deren entsprechende Anpassung an verschiedene mathematische Modelle wurden erarbeitet. Ebenso wurde eine alternative gestaffelte Trocknung in gestufte Schritte vorgenommen, um die Qualität des Endproduktes zu erhöhen und gleichzeitig den Gesamtenergieverbrauch zu senken. Zusätzlich wurde ein statistischer Versuchsplan nach der CCD-Methode (Central Composite Design) und der RSM-Methode (Response Surface Methodology) vorgeschlagen, um die gewünschten Qualitätsmerkmalen und den notwendigen Energieeinsatz in Abhängigkeit von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit zu erzielen. Anhand der gewonnenen Daten wurden Regressionsmodelle erzeugt, und das Verhalten des Trocknungsverfahrens wurde beschrieben. Schließlich wurde eine statistische DOE-Versuchsplanung (design of experiments) angewandt, um den Einfluss der Parameter auf die zu erzielende Produktqualität in einem solaren Tunnel Trockner zu bewerten. Die Wirkungen der Beschattung, der Lage im Tunnel, des Befüllungsgrades und der Luftgeschwindigkeit auf Trocknungszeit, Farbänderung und dem Gehalt an ätherischem Öl, wurde analysiert. Ebenso wurden entsprechende Regressionsmodelle bei der Anwendung in solaren Tunneltrocknern erarbeitet. Die wesentlichen Ergebnisse werden in Bezug auf optimale Trocknungsparameter in Bezug auf Qualität und Energieverbrauch analysiert.

Revaloració de la fracció cel·lular de la sang de porc procedent d'escorxadors industrials

La sang de porc és un subproducte comestible que es genera als escorxadors industrials durant el procés d'obtenció de la canal. Aquest subproducte es caracteritza per presentar una elevada càrrega contaminant i, degut a l'elevat volum que es genera, és necessari trobar estratègies que permetin la seva revaloració i aprofitament, a la vegada que disminuïm la contaminació ambiental i les despeses que es deriven del seu processament abans de l'abocament. La fracció cel·lular (FC) constitueix el 40 % de la sang de porc i conté principalment l'hemoglobina (Hb), que representa al voltant del 90 % del contingut en proteïna d'aquesta fracció (un 35 % aproximadament). L'elevat percentatge en proteïna i en ferro, i les seves bones propietats funcionals fan que l'aprofitament d'aquest subproducte com a primera matèria o ingredient de la indústria alimentària sigui una alternativa molt útil a l'hora de reduir les despeses de la indústria càrnia, sempre que es resolguin els problemes de l'enfosquiment i dels sabors estranys que pot conferir la FC quan s'addiciona a productes alimentaris. Una altra possible utilització de la FC és aprofitar les propietats colorants de l'Hb o del grup hemo, com a colorant d'origen natural en diversos productes alimentaris. Els objectius del present treball eren, en primer lloc, determinar les millors condicions d'aplicació del procés de conservació de la FC mitjançant la deshidratació per atomització i caracteritzar físico-químicament i microbiològica el concentrat d'Hb en pols. En segon lloc, avaluar l'eficàcia de diferents additius antioxidants i/o segrestants del ferro per prevenir l'enfosquiment que pateix la FC durant la deshidratació. En tercer lloc, aplicar tractaments d'altes pressions hidrostàtiques com a procés d'higienització i avaluar els efectes d'aquest tractament sobre la microbiota contaminant, el color i les propietats funcionals de la FC. Finalment, desenvolupar un procés d'obtenció d'hidrolitzats proteics descolorats a partir de l'Hb amb la finalitat d'utilitzar-los com a ingredients nutricionals i/o funcionals. La millor temperatura de deshidratació per atomització de la FC hemolitzada era 140ºC. La FC en pols presentava un contingut en humitat del 5,3 % i un percentatge de solubilitat proteica del 96 %. La deshidratació per atomització induïa canvis en l'estructura nativa de l'Hb i, per tant, un cert grau de desnaturalització que pot conduir a una disminució de les seves propietats funcionals. L'extracte sec de la FC en pols estava composat per un 94,6 % de proteïna, un 3 % de sals minerals i un 0,7 % de greix. Els valors CIE L*a*b* del color de la FC en pols eren força constants i reflectien el color vermell marró fosc d'aquesta, a causa de l'oxidació del ferro hèmic que es produeix durant la deshidratació. La càrrega contaminant de la FC fresca de la sang de porc era força elevada i el tractament d'hemòlisi amb ultrasons i la centrifugació posterior no produïen una reducció significativa de la microbiota contaminant, obtenint un producte amb uns recomptes microbiològics de l'ordre de 106 ufc·mL-1. La deshidratació per atomització produïa una disminució d'una unitat logarítmica dels recomptes totals de la FC hemolitzada. Tanmateix, el producte en pols encara reflectia l'elevada contaminació de la primera matèria, fet que condiciona negativament la seva utilització com a ingredient alimentari, a no ser que es millorin les condicions de recollida de la sang a l'escorxador o que aquesta o la FC es sotmeti a algun tractament d'higienització prèviament a la deshidratació. Les isotermes de sorció a 20ºC de la FC en pols tenien forma sigmoïdal i una histèresi estreta i llarga. L'equació GAB és un bon model matemàtic per ajustar les dades de sorció obtingudes experimentalment i determinar la isoterma d'adsorció de la FC deshidratada per atomització. El percentatge d'humitat de la FC deshidratada a 140ºC es corresponia a un valor d'aw a 20 ºC d'aproximadament el 0,16. Tenint en compte que estava per sota dels valors d'aw corresponents a la capa monomolecular, es pot garantir la conservació a temperatura ambient del producte, sempre que s'envasi en recipients tancats que no permetin l'entrada d'humitat de l'exterior. De l'estudi de la possible estabilització del color de la FC deshidratada per atomització mitjançant l'addició d'antioxidants i/o segrestants de ferro, es va observar que només l'àcid ascòrbic, la glucosa, l'àcid nicotínic i la nicotinamida, tenien efectes positius sobre el color del producte en pols. L'ascòrbic i la glucosa no milloraven la conservació del color de l'Hb però disminuïen l'enfosquiment que es produeix durant la deshidratació, amb la qual cosa es pot obtenir un producte en pols de color marró més clar. L'addició de dextrina o L-cisteïna no disminuïa l'enfosquiment ni evitava el canvi de color de l'Hb. L'àcid nicotínic i la nicotinamida protegien el color de l'Hb durant el procés de deshidratació i l'emmagatzematge de la FC en pols. Les millors condicions d'aplicació del tractament amb altes pressions hidrostàtiques (HHP) sobre la FC eren 400 MPa, a 20ºC, durant 15 minuts, perquè produïen una millora significativa de la qualitat microbiològica, no afectaven negativament al color, no comprometien gaire la solubilitat proteica l'Hb i, malgrat que produïen un augment de la viscositat, la FC romania fluida després del tractament. Aquest tractament permetia una reducció de la microbiota contaminant de la FC d'entre 2 i 3 unitats logarítmiques. L'aplicació de l'alta pressió i la posterior deshidratació per atomització permetien obtenir un producte en pols amb recomptes totals de l'ordre de 2,8 unitats logarítmiques. El color de la FC pressuritzada en pols era igual que el de la FC control deshidratada, perquè ambdues mostres presentaven la mateixa susceptibilitat a l'oxidació del grup hemo produïda per la deshidratació. L'alta pressió incrementava la susceptibilitat de l'Hb als efectes desnaturalitzants de la deshidratació, fonamentalment a pH 7 (PIE), ja que es va observar una disminució de la solubilitat proteica a pH neutre després dels 2 processos tecnològics. La FC en pols presentava una màxima capacitat escumant al PIE de l'Hb. L'aplicació del tractament HHP produïa una disminució de la capacitat escumant de la FC en pols, però no tenia efectes negatius sobre l'estabilitat de l'escuma formada. Tampoc es van observar efectes negatius del tractament HHP sobre l'activitat emulsionant de l'Hb. La màxima activitat emulsionant de l'Hb s'aconseguia amb una concentració de FC en pols de l'1,5 % a pH 7 i de l'1 % a pH 4,5. Les pastes obtingudes per escalfament de la FC presentaven característiques molt diferenciades depenent del pH. A pH neutre es formaven unes pastes dures i consistents, mentre que a pH àcid les pastes eren poc consistents, molt adhesives i més elàstiques que les anteriors. Aquestes tenien una capacitat de retenció d'aigua molt superior que les de pH 7, en les quals l'aigua quedava retinguda per capil·laritat. La textura i capacitat de retenció d'aigua de les pastes tampoc eren afectades pel tractament HHP. El tractament HHP incrementava l'activitat de la Tripsina sobre l'Hb quan el substrat i l'enzim es tractaven conjuntament i afavoria el procés d'obtenció d'hidrolitzats descolorats a partir de la FC, la qual cosa permetia assolir el mateix grau de descoloració amb una dosi d'enzim inferior. El tractament d'hidròlisi de la FC amb la utilització combinada de Tripsina seguida d'un tractament amb Pepsina permetia l'obtenció d'un hidrolitzat proteic d'Hb descolorat i hidrolitzava completament la globina, donant lloc a 2 pèptids de 10,8 i 7,4 KDa. Val a dir que també produïa un 60 80 % de nitrogen soluble en TCA, constituït fonamentalment per pèptids petits i aminoàcids lliures. Els hidrolitzats trípsics i pèpsics d'Hb, obtinguts a partir de FC no pressuritzada i deshidratats per atomització a 180ºC, eren de color blanc i tenien un contingut en humitat del 4,7 %, un 84,2 % de proteïna i 9,7 % de sals minerals. El procés d'hidròlisi permetia una reducció considerable de la contaminació de la FC, obtenint un producte en pols amb uns recomptes totals de l'ordre de 102-103 ufc·g-1. Pel que fa a la funcionalitat dels hidrolitzats d'Hb deshidratats per atomització, aquests presentaven una elevada solubilitat proteica a pH 5 i 7 i romanien solubles després d'un escalfament a 80ºC durant 30 min. Tanmateix, aquesta hidròlisi afectava molt negativament la capacitat de mantenir escumes estables i l'activitat emulsionant.

Assessment of production efficiency, physicochemical properties and storage stability of spray-dried chlorophyllide, a natural food colourant, using gum Arabic, maltodextrin and soy protein isolate-based carrier systems

P>The aim of this research was to study spray drying as potential action to protect chlorophyllide from environmental conditions for shelf-life extension and characterisation of the powders. Six formulations were prepared with 7.5 and 10 g of carrier agents [gum Arabic (GA), maltodextrin (MA) and soybean protein isolate (SPI)]/100 mL of chlorophyllide solutions. The powders were evaluated for morphological characteristics (SEM), particle size, water activity, moisture, density, hygroscopicity, cold water solubility, sorption isotherms, colour and stability, during 90 days. All the powders were highly soluble, with solubility values around 97%. A significant lower hygroscopicity was observed for GA powders, whilst the lower X(m) values obtained by GAB equation fitting of the sorption isotherms was observed for the 7.5 g MA/100 mL samples. All formulations, but the 1 (7.5 g SPI/100 mL of chlorophyllide), provided excellent stability to the chlorophyllide during 90 days of storage even at room temperature.

EFFECT OF DRYING METHODS ON THE THERMODYNAMIC PROPERTIES OF BLACKBERRY PULP POWDER

Three different types of maltodextrin encapsulated dehydrated blackberry fruit powders were obtained using vibrofluidized bed drying (VF), spray drying (SD), vacuum drying (VD), and freeze drying (FD). Moisture equilibrium data of blackberry pulp powders with 18% maltodextrin were determined at 20, 30, 40, and 50 degrees C using the static gravimetric method for the water activity range of 0.06-0.90. Experimental equilibrium moisture content data versus water activity were fit to the Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) model. Agreement was found between experimental and calculated values. The isosteric heat of sorption of water was determined using the Clausius-Clapeyron equation from the equilibrium data; isosteric heats of sorption were found to increase with increasing temperature and could be adjusted by an exponential relationship. For freeze dried, vibrofluidized, and vacuum dried pulp powder samples, the isosteric heats of sorption were lower (more negative) than those calculated for spray dried samples. The enthalpy-entropy compensation theory was applied to sorption isotherms and plots of Delta H versus Delta S provided the isokinetic temperatures, indicating an enthalpy-controlled sorption process.

Thermodynamic and quality properties of lemon juice powder as affected by maltodextrin and Arabic gum

Sorption isotherms of lemon juice (LE) powders with and without additives-18% maltodextrin (MA) or 18% gum Arabic (GA) were determined at 20-50 degrees C. Addition of additives was shown to affect the isotherms in such a way that, at the same water activity, samples LE + GA and LE + MA presented lower equilibrium moisture content and were not so affected by varying temperature. The net isosteric heats of sorption of juice powders with additives were higher (less negative) than those of lemon juice powders, suggesting that there are more active polar sites in the product without addition of GA or MA. In general, the quality properties decreased with the addition of maltodextrin and gum arabic and it was obtained similar values for LE + GA and LE + MA.

Efecto del método de secado en las propiedades termodinámicas de pulpa de mora en polvo

Three different types of maltodextrin encapsulated dehydrated blackberry fruit powders were obtained using vibrofluidized bed drying (VF), spray drying (SD), vacuum drying (VD), and freeze drying (FD). Moisture equilibrium data of blackberry pulp powders with 18% maltodextrin were determined at 20, 30, 40, and 50°C using the static gravimetric method for the water activity range of 0.06-0.90. Experimental equilibrium moisture content data versus water activity were fit to the Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) model. Agreement was found between experimental and calculated values. The isosteric heat of sorption of water was determined using the Clausius-Clapeyron equation from the equilibrium data; isosteric heats of sorption were found to increase with increasing temperature and could be adjusted by an exponential relationship. For freeze dried, vibrofluidized, and vacuum dried pulp powder samples, the isosteric heats of sorption were lower (more negative) than those calculated for spray dried samples. The enthalpy-entropy compensation theory was applied to sorption isotherms and plots of ΔH versus ΔS provided the isokinetic temperatures, indicating an enthalpy-controlled sorption process.

Isotermas de sorção e cinética de secagem de sementes de pomelo

The drying of grapefruit seeds, by-products from grapefruit processing, was studied at 40, 50, 60 and 70°C and at three air velocities, 0.6, 1.0 and 1.4 m s-1. Sorption isotherms of grapefruit seeds were obtained at each temperature by the static method using saturated salt solutions. The Henderson model adequately described the sorption isotherms, over the entire temperature range. Drying rates indicated that the drying of grapefruit seeds took place under the falling rate period. Effective moisture diffusivity in grapefruit seeds ranged from 4.36 × 10-10 to 6.82 × 10-10 m2 s-1. The temperature dependence of the effective diffusivity followed an Arrhenius relationship, and the activation energies were 12.23, 11.29 and 11.79 kJ mol-1 for dried grapefruit seeds under air velocities of 0.6, 1.0 and 1.4 m s-1, respectively. Three thin-layer models were used to predict the drying curves, Page, Lewis, and Henderson-Pabis model. The Page model presented the best fit for all drying air temperatures and velocities studied.

Avaliação da desidratação de mamão utilizando métodos combinados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Características de secagem de bastões cárneos para alimentação canina

Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos - IBILCE