Propriedades dielétricas de suco de laranja, goiabada em pasta e filmes de gelatina

• Main Author: Christian Humberto Caicedo Flaker
• Other Authors: Paulo José do Amaral Sobral
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2018
• Subjects: Indicadores de qualidade; Mobilidade molecular; Nanocompósitos; Relaxação; Molecular mobility; Nanocomposites; Quality Indicators; Relaxation
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/74/74132/tde-23102018-152100/

As propriedades dielétricas dos materiais têm ganhado importância na aplicação industrial nas últimas décadas, estas propriedades fornecem informações úteis para melhorar o controle de processamento e qualidade dos produtos alimentícios e outros materiais. A espectroscopia dielétrica é amplamente utilizada para estudar a dinâmica molecular em diversos sistemas, nos quais é comum observar o fenômeno de relaxação dielétrica que tem sido associado por vários pesquisadores ao fenômeno de transição vítrea, importante na estabilidade e propriedades dos materiais. O objetivo da tese foi analisar as propriedades dielétricas de produtos alimentícios e filmes biopoliméricos, dando ênfase ao estudo da mobilidade molecular nos filmes; e ao estudo da dinâmica estrutural de alimentos e sua correlação com fatores de qualidade. O estudo foi dividido em várias etapas com objetivos específicos: A primeira consistiu na montagem e startup do equipamento adquirido para medida das propriedades dielétricas (E4980A com 16451B; E5061B com 85070E, Keysight Technologies); A segunda etapa foi dedicada à análise das propriedades dielétricas de goiabada em pasta e suco de laranja na faixa de frequência de 500-3000 MHz, em função do teor de sólidos solúveis e da temperatura visando a geração de correlações que permitiriam fazer um monitoramento durante o processo de produção; Na última etapa foi estudada a mobilidade molecular de filmes de gelatina e nanocompósitos através da análise dielétrica em função da umidade, temperatura, e teor de plastificante ou nanopartícula, na faixa de frequência de 20 Hz - 2 MHz. Análises de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e dinâmica mecânica (DMA) foram realizadas para determinar a temperatura de transição vítrea e de relaxação mecânica nos filmes produzidos. A constante dielétrica e o fator de perda dielétrica de suco de laranja e de goiabada em pasta foram dependentes da temperatura e concentração de sólidos solúveis. A temperatura de transição vítrea (Tg) e os tempos de relaxação dielétrica de filmes de gelatina diminuíram com o aumento da concentração de glicerol e com o aumento da umidade relativa de condicionamento. A temperatura de transição vítrea nos filmes nanocompósitos diminuiu com o aumento da umidade relativa de condicionamento. Filmes com 6% de laponita e sem adição de glicerol apresentaram os maiores valores de Tg. Os tempos de relaxação aumentaram ligeiramente com o aumento na concentração de laponita. Foram gerados dados úteis para estimar as propriedades dielétricas de suco de laranja e goiabada em pasta nas principais frequências de uso comercial, 915 e 2450 MHz, através de equações matemáticas em função da temperatura e concentração de sólidos solúveis. O glicerol e especialmente a água afetaram as propriedades dielétricas dos filmes de gelatina refletidas em menores tempos de relaxação, enquanto que as interações da laponita com a gelatina reduziram ligeiramente a mobilidade molecular nos filmes nanocompósitos proporcionando tempos de relaxação maiores. Este tema fez parte do Pilar 4 do projeto CEPID (2013/07914-8) \"Food Research Center\" (FoRC). === The dielectric properties of materials have gained importance in industrial application over the last decades; these properties provide useful information to improve processing and quality control of food products and related materials. The dielectric spectroscopy is widely used to study molecular dynamics in several systems, where it is common to observe the dielectric relaxation phenomenon that has been associated by many researchers to the glass transition phenomenon, important in stability and material properties. The objective of the thesis was to analyze the dielectric properties of food products and biopolymer films, emphasizing the study of molecular mobility in films; and the study of the structural dynamics of food and its correlation with quality factors. The study was divided into several stages with specific goals: The first was the installation and startup of the equipment for measurement of dielectric properties (E4980A with 16451B; E5061B with 85070E, Keysight Technologies); The subsequent step was dedicated to the analysis of the dielectric properties of guava paste and orange juice in frequencies between 500-3000 MHz, as a function of soluble solids content and temperature in order to generate correlations which allow to make a monitoring during the production process; In the last stage, the molecular mobility of gelatin biodegradable films and nanocomposites was studied through dielectric analysis as a function of moisture content, plasticizer or nanoparticle concentration and as a function of temperature, in frequencies between 20 Hz - 2 MHz. Differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical analysis (DMA) were performed to determine the glass transition and mechanical relaxation temperatures of the films. The dielectric constant and the dielectric loss factor of orange juice and paste guava were dependent on the temperature and soluble solids concentration. The glass transition temperature (Tg) and the dielectric relaxation times of gelatin films decreased with increasing glycerol concentration and with increasing relative humidity of conditioning. The glass transition temperature of the nanocomposite films decreased with the increase of the relative humidity of conditioning. Films with 6% of laponite and without addition of glycerol had the highest values of Tg. Relaxation times increased slightly with increasing laponite concentration. Useful data were generated to estimate the dielectric properties of orange juice and guava paste in the main commercial frequencies, 915 e 2450 MHz, through mathematical equations as a function of temperature and soluble solids content. Glycerol and especially water affected the dielectric properties of gelatin films reflected in lower relaxation times, whereas laponite and gelatin interactions reduced slightly the molecular mobility of the nanocomposite films by providing longer relaxation times. This topic was part of the Pillar 4 of CEPID project (2013 / 07914-8) \"Food Research Center\" (FoRC).