Study and modeling of enzyme inactivation in the processing of green coconut water and orange juice by ohmic and dielectric heating.

Os atributos de qualidade de alimentos a base de frutas são sensíveis à alta temperatura necessária para inativar as enzimas deteriorantes polifenoloxidase (PPO), peroxidase (POD) e pectinesterase (PE). O aquecimento ôhmico e o por microondas focalizadas são promissores por promoverem rápido aquecimento volumétrico sem sobreaquecimento superficial e com um possível efeito não-térmico sobre a inativação. O objetivo deste trabalho foi estudar a inativação de PPO e POD em água de coco verde por micro-ondas e a de PE em suco de laranja por aquecimento ôhmico para determinação das respectivas cinéticas de inativação, visando identificação de efeitos não-térmicos. Ensaios descontínuos foram realizados em banhos térmicos de imersão, em um mini-reator de síntese química por micro-ondas focalizadas com registro de temperatura por fibra óptica (água de coco) e em uma célula customizada de aquecimento ôhmico com refrigeração e registro de temperatura por termopar isolado (suco de laranja). Modelos cinéticos para a predição da atividade residual foram ajustados com base nos históricos de temperatura similares para ensaios convencionais e eletrotérmicos pareados, usando um método de otimização nãolinear atrelado à integração numérica da letalidade, desta forma evitando a hipótese simplificadora de temperatura constante. A incerteza dos parâmetros ajustados foi quantificada por métodos de Monte Carlo. Os modelos cinéticos de primeira ordem e fracional não descreveram adequadamente os dados. O modelo de Weibull com fator de forma constante apresentou melhor convergência e ajuste semelhante ou melhor ao modelo de duas frações para a PE e a PPO. As estimativas das distribuições dos parâmetros dependeram do método de aquecimento. Foram observadas evidências da dependência de possíveis efeitos não-térmicos com a temperatura de processo. A POD apresentou sobreativação e nenhum dos modelos estudados se mostrou adequado. Espera-se que, com a quantificação dos efeitos não-térmicos de campos elétricos sobre a inativação das enzimas da água de coco verde e do suco de laranja, esta pesquisa permita avaliar a viabilidade e o escalonamento dessas tecnologias para o processamento destes produtos.Quality attributes of fruit-based foods are sensitive to the high temperatures required to inactivate the deteriorating enzymes polyphenoloxidase (PPO), peroxidase (POD) and pectinesterase (PE). Ohmic and focused microwave heating are promising because they promote rapid volumetric heating without superficial overheating and with a possible non-thermal effect on inactivation. The objective of this work is to study the inactivation of PPO and POD in green coconut water and that of PE in orange juice to determine the respective inactivation kinetics, aiming at identifying non-thermal effects. Batch tests were performed in thermal immersion baths, in a chemical synthesis mini-reactor by focused microwaves with temperature recording by optical fiber sensors and in a customized ohmic heating cell with refrigeration and temperature recording by insulated thermocouple. Kinetic models for the prediction of residual activity were fitted based on similar temperature histories for paired conventional and electrothermal tests, using a nonlinear optimization method linked to the numerical integration of lethality, thus avoiding the simplifying hypothesis of constant temperature. The uncertainty of the fitted parameters was quantified by Monte Carlo methods. The first order and fractional kinetic models did not adequately describe the data. The Weibull model with a constant shape factor showed convergence and fit similar or better to the two fractions model for PE and PPO. Estimates of parameter distributions depended on the heating method. Evidence of dependence on possible non-thermal effects with process temperature was observed. The POD showed overactivation and none of the studied models proved to be adequate. It is hoped that this research, by the quantifying the non-thermal effects of electric fields on the inactivation of enzymes in green coconut water and orange juice, will allow assessment of the viability and scale-up of these technologies for the processing of these products