Description of grains hydration kinetics and its enhancement using the ultrasound technology

The present work had as objective to study the hydration process of grains and its possible enhancement using the ultrasound technology. For that, it was studied the hydration kinetics of different grains (Andean lupin, Adzuki beans, sorghum grains and corn kernels) correlating the morphology with m...

Full description

Access type:openAccess
Publication Date:2015
Main Author: Alberto Claudio Miano Pastor
Advisor: Pedro Esteves Duarte Augusto
Referee: Maria Isabel Berto, Albert Ibarz, Alfredo de Almeida Vitali
Document type: Master thesis
Language:eng
Published: Universidade de São Paulo
Program: Ciência e Tecnologia de Alimentos
Portuguese subjects:
English subjects:
Online Access:http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11141/tde-05012016-164029/
Portuguese abstract:The present work had as objective to study the hydration process of grains and its possible enhancement using the ultrasound technology. For that, it was studied the hydration kinetics of different grains (Andean lupin, Adzuki beans, sorghum grains and corn kernels) correlating the morphology with mathematical models and the mass transfer mechanisms. Moreover, the effect of the soaking water temperature and the grain initial moisture content were studied to complement the description of this process. The ultrasound application was studied for improving the hydration process, describing the possible mechanisms (direct and indirect effects) that improve the mass transfer process. Therefore, it was established the way by how water enters in the studied grains, demonstrating that the water transfer into the grains is a complex phenomenon and takes place not only due to diffusional mechanisms, but also by capillarity. In addition, suitable mathematical models were proposed and used to explain the processes, describing their parameters according to the grains morphology and the mass transfer mechanisms. Further, it was determined how ultrasound enhances the mass transfer and in which conditions the direct (inertial flow and sponge effect) and the indirect effects (micro channels formation by acoustic cavitation) take place in the process, maximizing the effect of this technology. Finally, it was demonstrated that the ultrasound technology enhanced the hydration process for corn kernels, reducing significantly the process time in approximately 35 %, without modifying the thermal, structural and rheological properties of their starch. In conclusion, the present work improved the description of the grain hydration phenomenon and proved that the ultrasound technology can be used to enhance this process without changing its main industrial component. It is highlighted that the obtained results are thus high desirable for both the industrial and academic point of view.
O presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de hidratação de grãos e sua possível melhora usando a tecnologia do ultrassom. Estudou-se a cinética de hidratação de diferentes grãos (tremoço andino, feijão Adzuki, grãos de sorgo e grãos de milho) correlacionando a morfologia com modelos matemáticos e os mecanismos de transferência de massa. Também foi estudado o efeito da temperatura e o conteúdo de umidade inicial do grão para complementar a descrição deste processo. Estudou-se a aplicação do ultrassom no processo de hidratação descrevendo-se os possíveis mecanismos (efeito diretos e indiretos) que melhoram a transferência de massa. Como resultado, foi estabelecida a forma como a água entra nos grãos estudados, demostrando que a transferência de água dentro dos grãos é um fenômeno complexo e que acontece por difusão e capilaridade. Foram propostos e utilizados modelos matemáticos apropriados para explicar os processos, descrevendo os parâmetros de acordo com a morfologia dos grãos e os mecanismos de transferência de massa. Ainda, determinou-se como o ultrassom melhora a transferência de massa e em que condições do processo acontecem os efeitos diretos (fluxo inercial e efeito esponja) e efeitos indiretos (formação de micro canais pela cavitação acústica), maximizando o efeito dessa tecnologia. Finalmente, demonstrou-se que a tecnologia do ultrassom melhora o processo de hidratação de grãos de milho, diminuindo significativamente o tempo do processo em cerca de 35 % sem alterar as propriedades térmicas, reológicas e estruturais do seu amido. Como conclusão, o presente trabalho melhorou a descrição de como os grãos são hidratados, demonstrando que o ultrassom pode ser usado para melhorar o processo de hidratação de grãos sem alterar os seus principais produtos industriais. Ressalta-se que os resultados obtidos são desejáveis tanto do ponto de vista acadêmico quanto industrial.