Search

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Agnes de Paula Scheer Coorientador: Prof. Dr. Alessandro Nogueira Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa : Curitiba, 17/02/2020 Inclui referências: p.145-162 Resumo: O soro de leite, produzido em grande volume a partir da produção de queijos, possui potencial poluidor que pode ser superior ao esgoto doméstico. Sua característica poluidora dificulta seu descarte e é atribuída a sua rica composição nutricional. Logo, alguns estudos vêm buscando alternativas, no sentido de reduzir o impacto ambiental causado pelo descarte incorreto do soro de leite e ao mesmo tempo promover a recuperação de componentes nutricionalmente valiosos. No entanto, o descarte do soro de leite ainda é uma prática frequente e, dentre os processos já estudados, não há metodologia que vise à concentração das proteínas e a hidrólise enzimática da lactose de forma simultânea. Este processo tornaria o permeado da ultrafiltração do soro de leite útil para o emprego em produtos destinados às pessoas intolerantes à lactose. Neste sentido, o presente trabalho possui como principal objetivo avaliar o processamento do soro de leite bovino, caprino e bubalino, por meio de separação por membranas e processo enzimático, bem como, avaliar a aplicação dos concentrados proteicos no preparo de emulsões. As melhores condições operacionais do processo de ultrafiltração (UF) foram determinadas por meio de delineamento composto central rotacional (DCCR), utilizando a amostra de soro de leite bovino reconstituído, sendo obtida concentração proteica de aproximadamente 37 g L-1, a 60 kPa e 40 °C. A UF dos soros de leite de cabra e de búfala resultou em menor fluxo de permeado, provavelmente devido aos elevados teores de proteínas e cálcio. O melhor ajuste foi verificado pelo modelo de Ho e Zydney, o qual sugere que o fouling ocorre devido ao bloqueio dos poros e posterior depósito na superfície da membrana. A hidrólise da lactose foi investigada com a enzima ?-galactosidase de origem do micro-organismo Kluyveromyces lactis, na forma livre e imobilizada em esferas de alginato. Observou-se maior atividade em pH 7,0 e a 35 ºC, para ambas as formas da enzima. Notou-se maior estabilidade para a enzima imobilizada, possivelmente pela proteção conferida à enzima pelas esferas de alginato, o que reduziu a transferência de massa e, consequentemente, resultou em menor conversão de lactose em comparação à enzima livre. Além disso, foi proposto um procedimento experimental integrado, hidrólise-UF, que possibilitou a concentração das proteínas e hidrólise enzimática da lactose de forma simultânea, proporcionando diminuição do tempo de processo. Ainda, investigaram-se os concentrados proteicos quanto à propriedade de emulsificação, onde foram observados melhores resultados a pH 7,0 para todas as amostras avaliadas. Comparando-se a origem das diferentes proteínas empregadas, verificou-se melhor desempenho para os concentrados de origem caprina e bubalina, com geração de emulsões mais estáveis, com maior viscosidade e menor tensão superficial e tamanho de gotas. Observou-se que a desnaturação das proteínas do soro, préhomogeneização, a 80 °C por 20 min, influencia de forma positiva a estabilidade das emulsões. Constatou-se que a interação das proteínas do soro com o Tween 80 permite a utilização de menor concentração de compostos sintéticos para estabilizar emulsões O/A. Assim, espera-se com este trabalho, contribuir para a recuperação dos principais e mais valiosos componentes do soro de leite, agregando valor e evitando seu descarte, bem como, minimizar o impacto ambiental causado. Palavras-chave: Proteínas do soro de leite; Lactose; Hidrólise; Ultrafiltração; Emulsões. Abstract: Whey, produced in large volume from the production of cheeses, has a polluting potential that may be higher than domestic sewage. Its polluting characteristic makes it difficult to dispose of and is attributed to its rich nutritional composition. Therefore, some studies have been looking for alternatives in order to reduce the environmental impact caused by the incorrect discarding of whey and at the same time promote the recovery of nutritionally valuable components. However, the discarding of whey is still a frequent practice and, among the processes already studied, there is no methodology that focuses on protein concentration and enzymatic hydrolysis of lactose simultaneously. This process would make whey permeate from ultrafiltration process useful for use in products intended for lactose intolerant people. In this sense, the present work has as main objective to evaluate the processing of bovine, goat and buffalo whey, by means of membrane separation and enzymatic process, as well as to evaluate the application of protein concentrates in the preparation of emulsions. The best operating conditions of the ultrafiltration process (UF) were determined by means of the central rotational compound (DCCR), using the whey powder sample, obtaining a protein concentration of approximately 37 g L-1, at 60 kPa and 40 °C. UF process of goat and buffalo whey resulted in lower permeate flux, probably due to high protein and calcium contents. The best fit was verified by the Ho and Zydney model, which suggests that fouling occurs due to pore blocking and subsequent deposition on the membrane surface. The hydrolysis of lactose was investigated with the enzyme ?-galactosidase from the microorganism Kluyveromyces lactis, in free form and immobilized on alginate beads. It was observed higher activity at pH 7.0 and at 35ºC for both forms of the enzyme. Greater stability was observed for the immobilized enzyme, possibly due to the protection afforded to the enzyme by the alginate beads, which also tended to reduce mass transfer and, consequently, resulted in a lower conversion of lactose compared to the free enzyme. In addition, an integrated experimental procedure, hydrolysis-UF, was proposed, which enabled the protein concentration and the enzymatic hydrolysis of lactose simultaneously, allowing a reduction of the process time. Furthermore, protein concentrates were investigated for emulsification property, where better results were observed at pH 7.0 for all samples evaluated. Comparing the origin of the different proteins employed, it was found a better performance for goat and buffalo concentrates, with generation of more stable emulsions, with higher viscosity and lower surface tension and droplet size. Denaturation of whey protein homogenization at 80 °C for 20 min positively influences emulsion stability. The interaction of whey proteins with Tween 80 has been found to allow the use of lower concentrations of synthetic compounds to stabilize O/W emulsions. Thus, it is hoped with this work, to contribute to the recovery of the main and most valuable components of whey, adding value and avoiding its disposal, as well as minimize the environmental impact caused. Keywords: Whey protein; Lactose; Hydrolysis; Ultrafiltration; Emulsions.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The growth in the generation of electrical and electronic equipment waste (WEEE) has won global importance and cell phones are highlighted between these wastes because of short life cycle and its amounts of hazardous materials. In LCD screens, there is a mixture of indium tin oxide (ITO), typically tin oxide (10-20 %) and indium oxide (80-90 %). The indium (In) is a metal of relatively limited resources and has extensive use. Thus, this work aims to obtain an effective method for extraction of In from LCD screens of mobile phones. To this purpose, after manual separation of LCD screens followed by mechanical treatment, leaching at atmospheric pressure comparing the citric, malic and acetic acids, were carried out varying parameters like temperature, concentration of acid, solid:liquid ratio, volume peroxide hydrogen and reaction time. Therefore, the best conditions set out in the leaching at atmospheric pressure were used for extraction in supercritical CO2, where the employment of different temperatures and critical pressures were studied, in order to make the process faster and more efficient. The In concentration extracted in both cases was determined by atomic absorption (AAS). The extraction using 1M citric acid, 90 °C, 1:20 solid:liquid ratio with 5 % of the volume of H2O2 performed for 3 hours resulted in extraction of 76.5 % of In present in the LCD screens from obsolete cell phones. The leaching process using supercritical fluid in the presence of co-solvents, provided reduction in extraction time and higher percentage of metal extraction, reaching 90.2 % when were used 1 M citric acid, 80 °C, 1:20 ratio solid:liquid with 5 % v/v of H2O2, pressure of 150 bar and 30 minutes of process time. In order to transfer the obtained In in solution to a solid phase, the adsorption process was carried out with activated carbon and Spirulina as adsorbent, yielding removal 77.8 and 67.8 %, respectively. Thus, a new process for In recovery was developed, which in addition to reducing environmental pollution generated by the incorrect disposal of LCD screens of mobile phones and the employment of inorganic acids conventionally used, reduces the consumption of natural resources, making the promising process. O crescimento na geração de resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos (REEE) tem ganhado importância mundial e, os telefones celulares ganham destaque entre esses resíduos pelo ciclo de vida curto e quantidade de materiais perigosos que possuem. Nas telas de LCD, presentes neste tipo de resíduo, há uma mistura de óxido de estanho (10-20 %) e índio (80-90 %), denominada ITO. O índio (In) é um metal de recursos relativamente limitados e que possui ampla utilização. Assim, o presente trabalho possui como objetivo a obtenção de um método eficaz para extração de In presente em telas de LCD de telefones celulares. Para tal, após a separação manual das telas de LCD seguido de processamento mecânico, foram realizadas lixiviações sob pressão atmosférica comparando os ácidos cítrico, málico e acético, variando parâmetros como temperatura, concentração de ácido, relação sólido:líquido, volume de peróxido de hidrogênio e tempo de reação. Logo, as melhores condições estabelecidas nas lixiviações sob pressão atmosférica foram utilizadas para extração de In com CO2 supercrítico, onde se estudou o emprego de diferentes temperaturas e pressões críticas, a fim de tornar o processo mais rápido e eficiente. A concentração de In extraída, em ambos os processos, foi determinada por absorção atômica (AAS). A extração a pressão atmosférica utilizando ácido cítrico a 1 M, 90 °C, razão sólido:líquido de 1:20, com 5 % do volume de H2O2 realizada durante 3 horas proporcionou a extração de 76,5 % de In das telas de LCD obtidas a partir de celulares obsoletos. O processo utilizando a lixiviação com fluido supercrítico, na presença de co-solventes, proporcionou redução no tempo de extração, além de maior percentual de extração do metal, chegando a 90,2 % de extração quando utilizado ácido cítrico a 1 M, 80 °C, razão sólido:líquido de 1:20, com 5 % do volume de H2O2, pressão de 150 bar e tempo de processo de 30 min. Visando a recuperação do In da fase aquosa obtida na lixiviação, realizou-se o processo de adsorção utilizando carvão ativado e Spirulina como adsorventes, obtendo-se remoção de 77,8 e 67,8 %, respectivamente. Assim, um novo processo de recuperação de In foi desenvolvido, que além de reduzir a poluição ambiental gerada pelo descarte incorreto de telas de LCD de telefones celulares e pelos ácidos inorgânicos convencionalmente utilizados, diminui o consumo de recursos naturais, tornando o processo promissor.