Efeitos da temperatura, pressão e taxa de cisalhamento sobre a viabilidade de esporo termodurico durante a extrusão de alimentos para animais
Marcos Fraiha
TESE
Português
T/UNICAMP F842e
[Heat, pressure and shear rate effects on the viability of thermoduric spores under feed extrusion]
Campinas, SP : [s.n.], 2008.
196 p. : il.
Orientadores: João Domingos Biagi, Antonio Carlos de Oliveira Ferraz
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola
Resumo: O objetivo geral deste trabalho foi determinar os efeitos da taxa de cisalhamento, temperatura e pressão gerados no processo de extrusão de alimentos para animais sobre a viabilidade de esporos bacterianos. Baseado na fundamentação teórica de reologia de materiais, foi possível a construção...
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Resumo: O objetivo geral deste trabalho foi determinar os efeitos da taxa de cisalhamento, temperatura e pressão gerados no processo de extrusão de alimentos para animais sobre a viabilidade de esporos bacterianos. Baseado na fundamentação teórica de reologia de materiais, foi possível a construção de um reômetro fundamental utilizando materiais e operações simples de tornearia. Para caracterizar o comportamento reológico de alimentos para animais, uma mistura de grãos de milho e soja na proporção 70:30 (massa:massa) foi submetida ao reômetro capilar sob 3 níveis de temperatura e umidade da massa, e 4 taxas de cisalhamento aparente: 80, 120 e 160°C, 26,5±0,08; 30,4±0,31 e 33,4±0,05%; 30,4; 72,9; 304,3 e 728,6 s-1 respectivamente. Diferentes taxas de deformação e dimensões da matriz foram utilizadas para obtenção das taxas de cisalhamento acima. Os efeitos de umidade e temperatura da massa, e taxa de cisalhamento sobre a mistura de milho e soja foram ajustados para uma expressão única (P<0.001, R2 = 0.93): ?=18.769,7 (?) -0,86 e (-9,34U+935T), onde (?) é a taxa de cisalhamento, U é a teor de água na amostra e T é o inverso da temperatura na massa, em escala Kelvin. Como esperado, a mistura moída de milho e soja apresentou comportamento pseudoplástico. Outro experimento objetivou determinar os parâmetros de destruição térmica de esporos de Bacillus sterothermophilus ATCC 7953 e a estimativa de suas dimensões. Os valores de D121,1°C e z para os esporos suspensos em solução salina foram 8,8 min e 12,8 °C, respectivamente. Para aqueles suspensos em mistura milho e soja, D121,1°C e z foram 14,2 min e 23,7 °C , respectivamente. As micrografias indicaram que os esporos apresentam-se como bastonetes, homogêneos em forma e dimensão, cujos comprimento e diâmetro foram estimados em 2 e 1 µm, respectivamente. Outro experimento visou determinar o efeito da taxa de cisalhamento sobre a viabilidade de esporos de B. stearothermophilus sob escoamento viscométrico em reômetro capilar. Os esporos foram inoculados em mistura de milho e soja para contagem e umidade de 106 UFC/5g, e 30,0±0,30%, respectivamente. As amostras foram submetidas às taxas de cisalhamento aparentes variando de 728,6 a 3.643,0 s-1, sob 80°C. As contagens microbiológicas foram menores quando comparadas ao controle (P < 0,001). Baseados nos parâmetros termobacteriológicos dos esporos, a redução de viabilidade observada não pode ser explicada pelo efeito do calor isoladamente, e confirma a hipótese do efeito do fenômeno mecânico sobre a redução celular. Outro trabalho visou determinar o efeito do calor, pressão e taxa de cisalhamento sobre a viabilidade de esporos termodúricos em ração animal submetida ao processo de extrusão. Os esporos foram semeados em mistura de grãos moídos de milho e soja, para contagem final de 106 UFC/5g e umidade de 30%, e submetidos ao processo em extrusora de rosca simples. A pressão estática não influenciou a viabilidade, porém temperatura e tensão cisalhante reduziram a viabilidade dos microorganismos. O percentual da redução da viabilidade dos microorganismos está diretamente relacionado ao volume de material submetido ao gradiente de velocidade de escoamento.
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Abstract: The overall objective of this thesis was to determine the effects of mass temperature, pressure and shear rate on the viability of bacterial spores. The first paper describes the design and construction of a capillary rheometer attached to an universal testing machine used to characterize...
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Abstract: The overall objective of this thesis was to determine the effects of mass temperature, pressure and shear rate on the viability of bacterial spores. The first paper describes the design and construction of a capillary rheometer attached to an universal testing machine used to characterize feed ingredients. To characterize the rheological behavior of animal feed under viscometric flow, a 70:30 (mass:mass) mixture of ground corn and soybean grains was submitted to a capillary rheometer at 3 temperatures and moisture levels, and 4 shear rates: 80, 120 and 160 °C, 26.5±0.08; 30.4±0.31 and 33.4±0.05%; 30.4; 72.9; 304.3 and 728.6 s-1 respectively. Based on experimental data, moisture content, mass temperature and shear rate effects on apparent shear viscosity of corn-soy mix were fitted to a single expression (P<0.001, R2 = 0.93): ?=18.769,7 (?) -0,86 e (-9,34U+935T), where (?) is the shear rate, U is the sample moisture and T is the sample reciprocal temperature in Kelvin scale. In order to determine thermobacteriological parameters for B. stearothermophilus spores, they were suspended in saline solution medium (0,85%, pH 6,7) and in ground corn-soy mix to a final count of 106 CFU/mL and 106 CFU/5g, respectively, distributed to TDT tubes and submitted to heat, from 100 to 126 °C, for a period of time varying from 0 to 40 min. D121,1°C and z values for these spores, as determined in the saline solution, were 8.8 min and 12.8 °C, respectively. D121,1°C and z values determined in the corn-soy mix were 14.2 min and 23.7 °C, respectively. The micrographs indicated that the spores are homogeneous in shape and size, which length and diameters are 2 and 1 µm, respectively. Another experiment aimed to determine shear effects on the viability of bacterial spores under viscometric flow. The spores were inoculated in the feed mixture to a final count of 106 CFU/5g, and 30.0±0.30% moisture. Samples were submitted to apparent shear rates varying from 728.6 to 3,643.0 s-1 at 80 °C in a capillary rheometer. Microbial counts were lower after treatments compared to control (P<0.001). A final work determined the heat, pressure and shear rate effects on the viability of the spores sowed into feed, submitted to extrusion. Bacillus stearothermophilus spores were sowed into corn and soy grain mixture to 106 CFU/5g and moisture of 30%, and then submitted to the extrusion process in a single screw extruder. Static pressure had no effect, but heat and shear stress reduced microbial count. The higher shear rate due to rotational speed increase of screw did not affect cell viability. It was concluded that static pressure level did not affect the viability of Bacillus stearothermophilus spores but heat and shear stress did. These conclusions indicated that the volume of feed under a velocity gradient during mass flow through the screw channel remained unchanged in the last case, what resulted in the same percentage of spores submitted to shear stress.
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Biagi, João Domingos, 1951-
Orientador
Ferraz, Antônio Carlos de Oliveira, 1953-
Coorientador
Carvalho, Carlos Wanderlei Piler de
Avaliador
Butolo, Jose Eduardo
Avaliador
Vitali, Alfredo
Avaliador
Dal Fabbro, Inacio Maria, 1944-
Avaliador
Efeitos da temperatura, pressão e taxa de cisalhamento sobre a viabilidade de esporo termodurico durante a extrusão de alimentos para animais
Marcos Fraiha
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