https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/214194 2026-10-19T13:40:44Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/276873 Avaliação dos efeitos do plasma frio nas propriedades físicoquímicas e microbiológicas do leite Cruz, Jaqueline da Métodos tradicionais de conservação do leite, como pasteurização e esterilização, são eficazes na segurança microbiológica, mas causam perdas nutricionais significativas. Na pasteurização, perdas de vitaminas C e do complexo B podem atingir até 25%, enquanto na esterilização podem chegar a 30%, além de provocar a desnaturação da ß-lactoglobulina, uma importante proteína do soro do leite. Assim, surge a necessidade de investigar técnicas alternativas, como o plasma frio atmosférico, uma tecnologia não térmica, para o tratamento do leite cru. Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito do plasma frio na conservação de leite fluido integral, analisando suas propriedades físico-químicas, composição lipídica e proteica, e capacidade de inativação microbiana. O tratamento foi realizado utilizando um sistema de descarga de barreira dielétrica (DBD) operando a 17 kV, frequência de 60 Hz e corrente de 30 mA, com tempos de exposição de 0; 1 minuto e 30 segundos; 3 minutos; 9 minutos; e 15 minutos. Os efeitos do plasma frio foram comparados ao leite cru e ao leite tratado termicamente. Após o tratamento com plasma frio, observou-se uma redução no pH do leite de 6,7 para 6,3 e um aumento na acidez de 17 ºD para 23,5 ºD. A temperatura do leite aumentou de 4 ºC para 39,5 ºC após 15 minutos de exposição, enquanto a densidade permaneceu estável em aproximadamente 1031 g/mL a 15 ºC. O teor de lipídios foi reduzido de 3,32 g/100 g para 1,54 g/100 g, sugerindo interações do plasma com os lipídios, embora a análise do perfil de ácidos graxos por cromatografia gasosa não tenha identificado mudanças significativas. O teor de proteínas aumentou de 3,15 g/100 g para 3,48 g/100 g, e o perfil proteico foi avaliado por MALDI-TOF. Quanto às enzimas, a fosfatase alcalina e a peroxidase não foram inativadas pelo tratamento. A análise de cor indicou escurecimento do leite após 9 minutos de tratamento, tornando-se mais evidente aos 15 minutos. O plasma frio também influenciou a coagulação enzimática do leite, reduzindo o tempo de coagulação e alterando a textura da coalhada. Após 15 minutos de tratamento, a coalhada apresentou maior elasticidade, maior liberação de soro e textura menos firme, facilitando o processo de dessoragem. A cor da coalhada tratada variou, apresentando tonalidade avermelhada em vez da tonalidade esverdeada observada no leite não tratado. O soro do leite também exibiu coloração mais escura com o aumento do tempo de tratamento. O índice de peróxido variou entre 2,5 e 5,0 mEq/k, enquanto a concentração de ozônio nas amostras tratadas aumentou de 0,186 para 0,890 após 15 minutos de tratamento. O teor de lactose permaneceu estável entre as amostras tratadas e não tratadas, com valores de 4,04 % e 4,05 %, respectivamente. Para avaliar a inativação microbiana, foi utilizada Listeria innocua como microrganismo modelo. Partindo de uma contagem inicial de 3,5 × 105 UFC/mL, o tratamento com plasma reduziu as contagens para 2,33 × 105 UFC/mL (2,5 minutos) e 2,50 × 105 UFC/mL (5 minutos), sem diferenças estatisticamente significativas. Esses resultados indicam que o plasma frio, nas condições testadas, não foi eficaz na inativação total de Listeria innocua, sugerindo a necessidade de ajustes nos parâmetros, como aumento da voltagem ou tempo de exposição. Em conclusão, o plasma frio atmosférico demonstrou potencial como uma tecnologia alternativa para o tratamento de leite desnatado, contribuindo para a sua conservação com efeitos relevantes nas propriedades físico-químicas e estruturais. No entanto, ajustes nos parâmetros de tratamento são necessários para aumentar a eficácia microbiológica, especialmente para microrganismos como Listeria spp., e garantir que o processo atenda aos padrões de segurança e qualidade exigidos.; Abstract: Traditional milk preservation methods, such as pasteurization and sterilization, are effective in terms of microbiological safety, but cause significant nutritional losses. During pasteurization, losses of vitamins C and B complex can reach up to 25%, while during sterilization they can reach 30%, in addition to causing the denaturation of ßlactoglobulin, an important whey protein. Thus, there is a need to investigate alternative techniques, such as atmospheric cold plasma, a non-thermal technology, for the treatment of raw milk. This study aimed to evaluate the effect of cold plasma on the preservation of whole fluid milk, analyzing its physicochemical properties, lipid and protein composition, and microbial inactivation capacity. The treatment was performed using a dielectric barrier discharge (DBD) system operating at 17 kV, frequency of 60 Hz and current of 30 mA, with exposure times of 0; 1 minute and 30 seconds; 3 minutes; 9 minutes; and 15 minutes. The effects of cold plasma were compared on raw milk and heat-treated milk. After cold plasma treatment, a reduction in milk pH from 6.7 to 6.3 and an increase in acidity from 17 °D to 23.5 °D were observed. Milk temperature increased from 4 °C to 39.5 °C after 15 min of exposure, while density remained stable at approximately 1031 g/mL at 15 °C. Lipid content was reduced from 3.32 g/100 g to 1.54 g/100 g, suggesting plasma-lipid interactions, although analysis of the fatty acid profile by gas chromatography did not identify significant changes. Protein content increased from 3.15 g/100 g to 3.48 g/100 g, and the protein profile was evaluated by MALDI-TOF. Regarding enzymes, alkaline phosphatase and peroxidase were not inactivated by the treatment. Color analysis indicated darkening of the milk after 9 minutes of treatment, becoming more evident at 15 minutes. Cold plasma also influenced the enzymatic coagulation of milk, reducing coagulation time and changing the texture of the curd. After 15 minutes of treatment, the curd showed greater elasticity, greater release of whey and a less firm texture, facilitating the desiccation process. The color of the treated curd varied, presenting a reddish hue instead of the greenish hue observed in untreated milk. Whey also exhibited darker coloration with increasing treatment time. The peroxide value varied between 2.5 and 5.0 mEq/k, while the ozone concentration in the treated samples increased from 0.186 to 0.890 after 15 minutes of treatment. The lactose content remained stable between the treated and untreated samples, with values of 4.04% and 4.05%, respectively. To evaluate microbial inactivation, Listeria innocua was used as a model microorganism. Starting from an initial count of 3.5 × 105 CFU/mL, plasma treatment reduced the counts to 2.33 × 105 CFU/mL (2.5 minutes) and 2.50 × 105 CFU/mL (5 minutes), with no statistically significant differences. These results indicate that cold plasma, under the conditions tested, was not effective in the total inactivation of Listeria innocua, suggesting the need for adjustments in the parameters, such as increasing the voltage or exposure time. In conclusion, atmospheric cold plasma has shown potential as an alternative technology for the treatment of skim milk, contributing to its preservation with significant effects on its physicochemical and structural properties. However, adjustments to treatment parameters are necessary to increase microbiological efficacy, especially for microorganisms such as Listeria spp., and to ensure that the process meets the required safety and quality standards. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2025. 2025-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/276445 Challenges in microbial production of succinic acid: extracellular matrix characterization and strain improvement strategies for enhanced yield Pereira, Isabela de Oliveira Este trabalho teve como objetivo desenvolver estratégias para melhorar a produção microbiana de ácido succínico por Actinobacillus succinogenes e caracterizar a composição e propriedades do material polimérico extracelular (EPS) e biofilme produzidos por essa bactéria. A pesquisa foi conduzida em duas frentes principais: (i) a caracterização estrutural, físico-química e biológica do EPS e do biofilme gerados durante a fermentação, e (ii) o melhoramento da cepa por meio de Evolução Adaptativa Laboratorial (ALE) e mutagênese química com etilmetanossulfonato (EMS) para aumentar a tolerância ao ácido succínico. A caracterização do EPS foi realizada com o uso de técnicas de espectroscopia (FTIR, Raman), difração de raios-X, calorimetria diferencial de varredura (DSC), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e cromatografia (HPLC). Os resultados demonstraram que o EPS é um novo biopolímero composto majoritariamente por ácido succínico (44%) e manose (41%), com características similares aos succinoglicanos, mas especificidades como alto teor ácido succínico e manose e estrutura cristalina, os quais conferem maior resistência mecânica, estabilidade térmica e como sistemas de entrega em biomateriais interativos. A solução de EPS apresentou comportamento Newtoniano e baixa viscosidade (4 mPa s-1). As imagens de MEV revelaram uma matriz biofilme densa e fibrilar, com elevada concentração de células aderidas. Foi desenvolvida e validada uma metodologia de quantificação de biomassa aderida baseada na correlação entre o teor proteico do biofilme e a concentração celular, que indicou 2,03 ± 0,28 g de células por 100 g de biofilme seco, valor equivalente ao predito pela equação obtida a partir do teor de proteína (2,21 g/100 g). Essa abordagem permitiu contornar o gargalo de subestimação da biomassa total em processos de fermentação succínica e se apresenta como uma ferramenta alternativa para avaliação da biomassa imobilizada. Na segunda etapa, a aplicação de ALE e mutagênese química gerou mutantes com maior velocidade específica de crescimento e tolerância ao ácido succínico em comparação à cepa parental. Entre os mutantes obtidos, a cepa LMQ2.5 apresentou o melhor desempenho, com aumento de 3,6 vezes na produção de ácido succínico sob estresse ácido, maior eficiência de conversão e redução de cerca de quatro vezes na formação de biofilme, o que favorece a recuperação do produto e simplifica o processo downstream. Os resultados obtidos neste estudo preencheram lacunas científicas e tecnológicas relevantes relacionadas à fermentação succínica por A. succinogenes, incluindo a caracterização inédita do exopolissacarídeo produzido pela bactéria, contribuindo para a compreensão estrutural e funcional da matriz extracelular e do biofilme formados durante a fermentação. A metodologia de quantificação de células aderidas desenvolvida permitiu estimar de forma precisa a biomassa imobilizada, corrigindo distorções na avaliação do processo. Além disso, o aprimoramento da cepa por ALE e mutagênese química resultou em um mutante com elevada tolerância ao ácido succínico, maior eficiência fermentativa e menor formação de biofilme, demonstrando a viabilidade de estratégias evolutivas não transgênicas para otimização de cepas industriais. Em conjunto, esses avanços oferecem bases experimentais e metodológicas para o aprimoramento de bioprocessos de produção de ácido succínico e para a exploração de novos biopolímeros microbianos de interesse tecnológico.; Abstract: This study aimed to develop strategies to improve the microbial production of succinic acid by Actinobacillus succinogenes and to characterize the composition and properties of the extracellular polymeric substance (EPS) and biofilm produced by this bacterium. The research was conducted in two main approaches: (i) the structural and physicochemical characterization of the EPS and biofilm generated during fermentation, and (ii) strain improvement through Adaptive Laboratory Evolution (ALE) and chemical mutagenesis using EMS to increase tolerance to succinic acid. Characterization of the extracellular material was performed using spectroscopic techniques (FTIR, Raman), X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), and chromatography (HPLC). The results demonstrated that the EPS is a novel biopolymer composed mainly of succinic acid (44%) and mannose (41%), exhibiting similarities to succinoglycans but with unique characteristics such as a high acid content and crystalline structure. The aqueous EPS solution showed Newtonian behavior and low viscosity (4 mPa·s?¹), as well as good thermal stability. SEM images revealed a dense and fibrillar biofilm matrix with a high amount of adhered cells. A methodology was developed and validated to quantify adhered biomass based on the correlation between the protein content of the biofilm and the cell concentration, indicating 2.03 ± 0.28 g of cells per 100 g of dry biofilm ? a value equivalent to that predicted by the protein-based equation (2.21 g/100 g). This approach confirmed the underestimation of total biomass in conventional fermentation analyses and provides an alternative tool for assessing immobilized biomass in biofilm-forming systems. In the second part of the study, the application of ALE and chemical mutagenesis generated mutants with higher specific growth rates and greater tolerance to succinic acid compared with the parental strain. Among the obtained mutants, strain LMQ2.5 exhibited the best performance, with a 3.6-fold increase in succinic acid production under acid stress, higher conversion efficiency, and approximately fourfold reduction in biofilm formation, favoring product recovery and simplifying downstream processing. The results of this study addressed key scientific and technological gaps related to the physiology and behavior of A. succinogenes in fermentative systems. The first-time characterization of the exopolysaccharide secreted by this bacterium revealed a new succinic and mannose-rich biopolymer, contributing to the understanding of the structural and functional composition of the extracellular matrix and biofilm formed during fermentation. The developed methodology for quantifying adhered cells enabled accurate estimation of immobilized biomass, correcting kinetic evaluation distortions and strengthening growth analyses in biofilm systems. Furthermore, strain improvement by ALE and EMS mutagenesis resulted in a mutant with high succinic acid tolerance, enhanced fermentation performance, and reduced biofilm formation, demonstrating the feasibility of non-recombinant evolutionary strategies for industrial strain optimization. Together, these advances provide experimental and methodological foundations for the improvement of succinic acid bioprocesses and the exploration of new microbial biopolymers of technological relevance. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2026. 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275055 Equilíbrio de fases a altas pressões e considerações sobre a formação de sistemas contendo dióxido de carbono e deep eutectic solvent (mentol + eucaliptol): estudo experimental e modelagem Mota, Felipe Gois A combinação do Deep eutectic solvent (DES) à base de mentol e eucaliptol com a tecnologia supercrítica é uma área ainda pouco explorada, sendo de suma importância o conhecimento do equilíbrio de fases e das propriedades termofísicas sob diferentes condições de pressão, temperatura e composição para a determinação das condições operacionais necessárias sob alta pressão. Determinou-se o equilíbrio de fases de misturas envolvendo os sistemas binários contendo dióxido de carbono (CO2) (1) + L-mentol (2), CO2 (1) + eucaliptol (2) e CO2 (1) + DES Men:Eu (2) e o sistema ternário contendo CO2 (1) + eucaliptol (2) + L-mentol (3). Empregou-se o método visual sintético com as razões molares de CO2 variando de 0,60 a 0,99 nas temperaturas de 313,15, 323,15 e 333,15 K. Para o sistema CO2 + L-mentol, o equilíbrio líquido-vapor (ELV), com as transições como o ponto de bolha (PB) e ponto de orvalho (PO), foi observado na faixa de pressão de 6,87 a 17,88 MPa. No sistema CO2 + eucaliptol, as mesmas transições (ELV-PB e ELV-PO) foram observadas entre 5,31 e 11,76 MPa. Considerando o sistema CO2 + DES Men:Eu, visualizou-se o ELV com o PB e PO, além do equilíbrio líquido-líquido (ELL) e equilíbrio líquido-líquido-vapor (ELLV) entre 6,19 e 14,08 MPa. Já para o sistema ternário CO2 + eucaliptol + L-mentol, essas mesmas transições (ELV-PB, ELV-PO, ELL e ELLV) foram visualizadas entre 6,33 e 14,38 MPa. Ambos os sistemas exibiram o comportamento Lower Critical Solution Temperature (LCST), por meio do aumento das pressões de transição com o aumento da temperatura. Por fim, a equação de estado de Peng-Robinson com as regras de mistura de van der Waals (PR_vdW) e Wong-Sandler (PR_WS) foi utilizada para correlacionar os dados obtidos experimentalmente, representando de forma satisfatória os dados de equilíbrio de fases, com os desvios menores que 0,304 MPa. Logo, os resultados obtidos fornecem uma base para futuros estudos sobre o uso do DES de L-mentol e eucaliptol em altas pressões, uma vez que ainda são escassos os dados de equilíbrio de fases disponíveis na literatura científica para os sistemas investigados neste trabalho.; Abstract: The combination of Deep Eutectic Solvent (DES) based on menthol and eucalyptol with supercritical technology is a still little explored area, and knowledge of phase equilibrium and thermophysical properties under different pressure, temperature and composition conditions is of paramount importance for determining the operating conditions under high pressure. The phase equilibrium of mixtures involving binary systems containing carbon dioxide (CO2) (1) + L-menthol (2), CO2 (1) + eucalyptol (2) and CO2 (1) + DES Men:Eu (2) and the ternary system containing CO2 (1) + eucalyptol (2) + L-menthol (3) is determined. The synthetic visual method was employed with CO2 molar ratios varying from 0.60 to 0.99 at temperatures of 313.15, 323.15, and 333.15 K. For the CO2 + L-menthol system, vapor-liquid equilibrium (VLE), with transitions such as the bubble point (BP) and dew point (DP), was observed in the pressure range of 6.87 to 17.88 MPa. In the CO2 + eucalyptol system, the same transitions (VLE-BP and VLE-DP) were observed between 5.31 and 11.76 MPa. Considering the CO2 + DES Men:Eu system, VLE with BP and DP, as well as liquid-liquid equilibrium (LLE) and liquid-liquid-vapor equilibrium (VLLE), were visualized between 6.19 and 14.08 MPa. For the ternary system CO2 + eucalyptol + L-menthol, these same transitions (VLW-BP, VLE-DP, LLE, and VLLE) were observed between 6.33 and 14.38 MPa. Both systems exhibited Lower Critical Solution Temperature (LCST) behavior, with increasing transition pressures and increasing temperature. Finally, Peng-Robinson state finding with van der Waals (PR_vdW) and Wong-Sandler (PR_WS) mixing rules was used to correlate the experimentally obtained data, satisfactorily representing the phase equilibrium data, with deviations smaller than 0.304 MPa. Therefore, the results obtained provide a basis for future studies on the use of L-menthol and eucalyptol DES at high pressures, since phase equilibrium data for the systems investigated in this work are still scarce in the scientific literature. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2026. 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/274699 Equilíbrio de fases e síntese enzimática de éster de açúcar em CO2 supercrítico Barros, Eulália Lopes da Silva Esta tese aborda a síntese de ésteres de açúcar por meio de esterificação enzimática entre glicose e ácido láurico, com ênfase na aplicação de tecnologia supercrítica e no uso do solvente alternativo 2-metiltetra-hidrofuran-3-ona (MeTHF-3-ona). A tecnologia supercrítica mostrou-se altamente promissora para otimizar a eficiência e sustentabilidade do processo, permitindo controle refinado das condições reacionais. Estudos de equilíbrio de fases foram essenciais para caracterizar os sistemas binários e ternários de CO2, MeTHF-3-ona, glicose e ácido láurico, destacando o efeito antissolvente do CO2 sobre a glicose e a eficácia da MeTHF-3-ona como cosolvente, aumentando a solubilidade do ácido láurico e viabilizando a esterificação. As análises por FTIR e RMN confirmaram a formação do éster de açúcar a/ß-D-glicose-6-O-laurato, evidenciando a eficiência da reação. Embora a MeTHF-3-ona mostre ser uma alternativa promissora e sustentável aos solventes convencionais, mais estudos são necessários para validar integralmente suas vantagens. Assim, a integração de fluidos supercríticos e o uso de solventes verdes despontam como estratégias promissoras para a produção sustentável de ésteres de açúcar, com potencial de aplicação na indústria alimentícia e em outros setores, promovendo o desenvolvimento de processos químicos mais eficientes e ecologicamente responsáveis, especialmente na criação de surfactantes de base biológica.; Abstract: This thesis addresses the synthesis of sugar esters by enzymatic esterification between glucose and lauric acid, with emphasis on the application of supercritical technology and the use of the alternative solvent 2-methyltetrahydrofuran-3-one (MeTHF-3-one). Supercritical technology has shown great promise for optimizing process efficiency and sustainability, allowing refined control of reaction conditions. Phase equilibrium studies were essential to characterize the binary and ternary systems of CO2, MeTHF-3-one, glucose, and lauric acid, highlighting the antisolvent effect of CO2 on glucose and the effectiveness of MeTHF-3-one as a cosolvent, increasing the solubility of lauric acid, and enabling esterification. FTIR and NMR analyses confirmed the formation of the sugar ester a/ß-D-glucose-6-O-laurate, evidencing the efficiency of the reaction. Although MeTHF-3-one is a promising and sustainable alternative to conventional solvents, further studies are needed to validate its advantages fully. Thus, the integration of supercritical fluids and the use of green solvents emerge as promising strategies for the sustainable production of sugar esters, with potential for application in the food industry and other sectors, promoting the development of more efficient and environmentally responsible chemical processes, especially in the creation of bio-based surfactants. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2024. 2024-01-01T00:00:00Z