Jorge Andrey Wilhelms Gut.

Desenvolver material didático para ensino de química no 2° grau. Promover o ensino de química usando uma linguagem simples e contextualizando o conteúdo no cotidiano do aluno. Propor experiências e atividades didáticas para despertar a curiosidade científica nos alunos. Elaborar material didático no contexto da indústria química brasileira

Pasteurization using microwaves remains a promising technology in the food industry. However, due to the temperature heterogeneities inherent to this treatment, its industrial expansion remains limited, despite its large flexibility and its ability to produce in-depth volume treatment. Modeling heat and mass transfer under microwave radiations is an efficient way to understand and limit heterogeneities. Applying such modeling approach on real products and coupling the resulting dynamic model with bacterial inactivation kinetics using a 3-dimensional geometry is an innovative challenge. Brazil and France are respectively important producer and consumer of tropical shrimps, often marketed cooked and peeled. Peeled and frozen near their production zones, shrimps are then exported, cooked in water bath, and packaged under modified atmosphere. Their shelf-life does not exceed 10-12 days generally, especially due to the presence of pathogenic and spoilage bacteria. The objective of SLEEPEELS is to extend the shelf-life of packed shrimps subjected to an industrial-scale microwave pasteurization post-treatment while ensuring both safety and high-quality of shrimps. Listeria monocytogenes and Brochothrix sp. will be focused in the project, as major pathogenic and spoilage bacteria in shrimps. Extension of shelf-life will be targeted by combining: (i) a phenomenological 3-dimensional model coupling electromagnetism, heat and mass transfer and (ii) the modeling of kinetics of bacterial thermal inactivation (iii) challenge test experimentation with marketed shrimps. The phenomonological model will enable to evaluate the heat transfer heterogeneities resulting from microwave application and to determine the range of process parameters (treatment duration and, power) which enable thermal bacterial inactivation whilst avoiding overprocessing side effects. These parameters will be applied in an experimental design dedicated to challenge tests, on laboratory cooked and marketed shrimps. Shrimps will be inoculated with L. monocytogenes and Brochothrix sp., treated in a single mode cavity microwave device operating at 2.45 GHz with different powers and residence times, packed under modified atmosphere, and chilled stored. The viable bacterial population will be measured at regular time intervals. The challenge tests will be used to evaluate the shelf-life and ultimately select the most appropriate post-treatment conditions enabling to extend significantly the shelf-life without altering quality. Besides, the microbiota of marketed shrimps will be characterized before and after application of the optimal microwave treatment. The innovative character of SLEEPEELS is to combine complementary approaches of predictive microbiology, process engineering, food science and process modeling in an overall trade-off approach to optimize microwave treatment based on shrimp safety and organoleptic properties.

O processamento térmico contínuo de alimentos líquidos por micro-ondas focalizadas é uma tecnologia emergente e promissora que traz vantagens sobre o aquecimento convencional por trocadores de calor (rápido aquecimento volumétrico, menor temperatura de superfície e efeitos não-térmicos sobre inativação enzimática) que permitem a obtenção de um produto inócuo, de alta qualidade e com potencial de comercialização no mercado interno e externo. Objetiva-se nesta pesquisa estudar os efeitos das micro-ondas focalizadas sobre a atividade das enzimas polifenoloxidase (PPO), pectinesterase (PE) e peroxidase (POD) em alimentos líquidos selecionados (água de coco verde, suco de laranja e suco de maçã) e em meios padronizados tendo em vista a determinação de modelos cinéticos relevantes para o dimensionamento de processos produtivos. Um mini-reator de micro-ondas focalizadas operando em 2.450 MHz com controle de potência e temperatura será usado para o tratamento térmico das amostras e modelos cinéticos de inativação serão ajustados integrando simultaneamente os históricos de temperatura reais em um problema de otimização não-linear irrestrito, evitando o uso de hipóteses simplificadoras que comprometam a qualidade do ajuste. Os resultados obtidos serão avaliados quanto á confiabilidade e aplicabilidade e permitirão determinar condições ideais de processamento e também quantificar possíveis efeitos não-térmicos das micro-ondas. Considera-se que este projeto contribuía para o desenvolvimento desta tecnologia inovadora possibilitando a transferência de conhecimento acadêmico para aplicações práticas que tragam benefícios ao país.

O Food Research Center (FoRC) é um dos Centros de Pesquisa Inovação e Difusão apoiados pela FAPESP. Trata-se de uma iniciativa multidisciplinar que agrega importantes cientistas do Estado de São Paulo que atuam na área de alimentos. O principal objetivo é atuar de forma integrada para elevar o nível das pesquisas na área, contemplando ciência, educação, inovação e transferência de tecnologia. Pesquisadores do FoRC desenvolvem grandes projetos de pesquisa colaborativos, apoiados nos quatro pilares que fundamentam o centro (Sistemas Biológicos em Alimentos, Alimentos, Nutrição e Saúde, Segurança e Qualidade de Alimentos e Novas Tecnologias e Inovação). Os pesquisadores participam ativamente de diferentes ações de disseminação do conhecimento gerado no FoRC, atingindo diferentes segmentos da sociedade. A área de atuação de Transferência de Tecnologia, através da busca de parcerias com setores público e privado, exerce um papel fundamental para que as pesquisas desenvolvidas pelos diferentes grupos de pesquisadores visem aplicações práticas inovadoras que darão benefícios substanciais para o País.

Motivado pela crescente demanda por alimentos com maior valor nutricional e qualidade sensorial e pelo potencial sócio-econômico associado ao desenvolvimento de novas tecnologias de processamento no Brasil, este projeto visa determinar e estudar propriedades dielétricas (PDE) de alimentos líquidos tendo em vista o processamento térmico contínuo por tecnologia de micro-ondas. Esta tecnologia emergente tem grande potencial para o processamento de alimentos líquidos, pois promove rápido aquecimento, evitando a degradação de qualidade associada normalmente à etapa de aquecimento indireto em trocador de calor. Além disso, a energia de micro-ondas tem comprovado efeito não-térmico sobre a inativação de enzimas. Neste sentido, as PDE são fundamentais para estudar e modelar a resposta do alimento ao campo eletromagnético com relação à profundidade de penetração e à geração volumétrica de calor. Os principais alimentos líquidos estudados neste projeto serão a água de coco verde e os sucos de laranja e maçã; já os principais alimentos pastosos serão os purês de manga e de banana. Outros alimentos serão estudados, como demais sucos tropicais de importância para o mercado exportador e leites. As PDE (constante dielétrica e fator de perda) serão determinadas em ampla faixa de temperatura (0 a 130 ºC) e de frequência (200 a 3.000 MHz) usando a técnica de sonda coaxial com varredura através de um analisador de rede. Será calculada a profundidade de penetração e todos os resultados serão correlacionados através do ajuste não-linear de funções. Atenção especial será dada às principais frequências de interesse industrial no Brasil, que são (915 e 2.450) MHz.

Propõe-se desenvolver estudos visando: i) explorar e otimizar a utilização de processos térmicos convencional (pasteurização) e de microondas para conservação de alimentos líquidos; ii) determinar experimentalmente as propriedades dielétricas dos alimentos líquidos em estudo; iii) desenvolver e validar experimentalmente um modelo matemático para simular o processamento por microondas; iv) estimar a vida de prateleira dos alimentos processados através das análises físico-químicas (incluindo a atividade residual das enzimas e retenção de nutrientes), microbiológicas e sensoriais, sob condições de armazenamento adequadas; v) determinar a composição química dos alimentos de interesse nessa pesquisa, com ênfase especial para alguns macro nutrientes e micronutrientes e avaliar o efeito dos processamentos propostos quanto à manutenção dos teores.

Em indústrias de alimentos e fármacos, o tratamento térmico contínuo visa destruir microorganismos e inativar enzimas presentes em um fluido que comprometam sua conservação ou segurança para consumo. O projeto usual deste processo conta com ampla margem de segurança que, no caso de alimentos, provoca desnecessárias perdas sensoriais e nutricionais. O sobre-processamento acarreta ainda em elevação de custos de aquecimento e resfriamento. Para a avaliação, o projeto ou a otimização de processos de tratamento térmico contínuo, é fundamental um modelo de simulação que represente com fidelidade o escoamento, a troca térmica e a cinética das reações provocadas pela alta temperatura. Desta forma, o presente projeto de pesquisa tem como objetivos: (1) estudar um sistema de tratamento térmico contínuo em trocador bitubular de fluido não-Newtoniano para determinação das distribuições de temperatura e tempo de residência e a letalidade resultante; (2) desenvolver uma modelagem matemática dinâmica para simulação do sistema estudado; e (3) validar esta modelagem através de ajustes de hipóteses e parâmetros para que seja possível reproduzir o comportamento real do processo. A continuação deste trabalho consistirá na aplicação prática deste modelo em um caso de industrialização de alimento líquido minimamente processado.

O sistema de pasteurização Armfield FT43, adquirido em 1998 através de auxílio pesquisa FAPESP, vem sendo intensivamente usado em atividades de pesquisa visando o estudo de processos térmicos contínuos com trocador a placas com o objetivo de obter produtos minimamente processados com melhores características sensoriais e nutricionais. Estudos de troca térmica, escoamento, perda de carga e distribuição de temperatura no sistema tem sido realizados para determinação da modelagem matemática de seu funcionamento e otimização de sua operação.

É proposto o desenvolvimento de uma modelagem matemática para a pasteurização de alimentos líquidos em trocadores de calor a placas, visando a determinação do histórico completo de temperatura do produto e avaliação do impacto do processo sobre o mesmo. Este ferramenta de simulação tem como objetivo servir de base para o projeto e dimensionamento de processos contínuos de pasteurização. Evita-se desta forma perdas de qualidade sensorial e nutricional do produto, bem como gastos desnecessários com aquecimento e resfriamento, decorrentes do sobre-processamento (típico de unidades de pasteurização devido às hipóteses simplificadoras adotadas no seu projeto). A modelagem será validada experimentalmente para a pasteurização HTST de leite bovino através de ensaios de distribuição de tempo de residência em todas as etapas do processo (aquecimento, resfriamento, regeneração e retenção) bem como ensaios com indicadores químicos (enzimas fosfatase alcalina e lactoperoxidase) para quantificar o impacto do processo sobre o produto. Resultados experimentais e de simulação serão confrontados para minimizar desvios e ajustar o modelo.

É estudado o sistema de redes de tubulação sob os aspectos experimental e de modelagem matemática e o trabalho compreende duas partes. A primeira consta do planejamento, projeto, e montagem de instalações flexíveis para experiências didáticas (nível de graduação), envolvendo fluidos incompressíveis e compressíveis, Newtonianos e não-Newtonianos, em escoamento em sistemas ramificados de tubulação, providos de bombas (associadas em paralelo e série), compressor, medidores de vazão e singularidades. A segunda parte do trabalho consiste na modelagem matemática do escoamento de fluidos em redes de tubulação, com vistas à elaboração de um programa computacional para simular casos de aplicação abordados anteriormente. É feita a comparação entre resultados experimentais e previstos pelo modelo, seguida da discussão dos resultados.