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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Espectrômetro NIR portátil para identificação rápida de fat bloom em chocolates
Title Alternative: Portable NIR spectrometer for quick identification of fat bloom in chocolates
Author: Gatti, Rafaela Franco, 1992-
Advisor: Ferreira, Daniela Souza, 1978-
Abstract: Resumo: A manteiga de cacau é um ingrediente importante na formulação dos chocolates, pois é responsável pelas propriedades que conferem qualidade ao produto final, como brilho, textura, dureza, quebra, fusão em temperatura corporal durante consumo, contração durante o desmolde e auxilia na liberação de flavor. No entanto, quando chocolates são expostos a variações de temperatura durante o transporte e/ou armazenamento, mudanças na forma polimórfica da manteiga de cacau ocorrem promovendo o surgimento do fat bloom. O fat bloom é um defeito caracterizado pela aparência de névoa esbranquiçada na superfície do chocolate, causando impactos negativos frente ao consumidor. Atualmente as técnicas analíticas mais utilizadas pelas indústrias para avaliar e determinar as formas polimórficas dos cristais de gordura é por calorimetria diferencial de varredura (DSC) e por difração de raios-X (DRX). Entretanto, essas técnicas analíticas são destrutivas, demandam tempo de preparo e requerem um grande número de amostras. Como alternativa, a espectroscopia NIR vem sendo gradativamente utilizada em indústrias por apresentar características significativas, como resposta rápida, não destrutiva, adequada para uso em linha, e mais barata em relação às técnicas convencionais. Diante disto, este estudo investigou o uso de um espectrômetro portátil na região do infravermelho próximo (NIR) combinado com ferramentas quimiométricas para identificação de chocolates que sofreram abuso de temperatura durante 6 horas. Foram utilizadas 20 amostras para cada tratamento térmico, totalizando 60 amostras para cada tipo de chocolate (ao leite, branco, 40% cacau e 70% cacau). As amostras controle foram armazenadas a 20°C, e as amostras com abuso de temperatura, foram submetidas a temperaturas de 35°C e 40°C por 6 horas e posteriormente armazenadas a 20°C por 14 horas. Os espectros obtidos por reflectância difusa foram pré-tratados por diferentes métodos, como redução de efeitos multiplicativos (MSC/SNV), melhora da razão sinal/ruído (alisamento Savitzky-Golay), correção de linha de base (derivada Savitzky-Golay) e centrados na média e suas combinações. Os métodos quimiométricos utilizados foram – Análise dos Componentes Principais (PCA) e Análise Discriminante por Mínimos Quadrados Parciais – (PLS-DA) com o intuito de discriminar as amostras controle (20°C) das amostras que sofreram com o abuso de temperatura (35°C e 40°C). Para a construção dos modelos de PLS-DA, dois modelos para cada tipo de chocolate foram construídos (Modelo 1: amostras controle versus amostras a 35°C; Modelo 2: amostras controle versus amostras a 40°C). Através da PCA foi possível separar as amostras em três classes: controle a 20°C, submetidas a 35° e submetidas a 40°C, para cada tipo de chocolate. Os modelos de classificação por PLS-DA apresentaram de 80 a 100% de sensibilidade, especificidade e precisão, e foi possível identificar comprimentos de onda associados às diferentes composições dos chocolates que mais impactaram na construção dos modelos. Os comprimentos de onda identificados por PCA e PLS-DA estão associados à manteiga de cacau, ingrediente majoritário que sofre modificações em sua estrutura na mudança de temperatura, e também associado aos ingredientes açúcar e proteínas e presença de leite em algumas amostras. Desta forma o espectrômetro NIR portátil tem grande potencial para ser utilizado como uma nova ferramenta para o controle de qualidade diante dos métodos tradicionais.

Abstract: Cocoa butter is one important ingredient for the application of chocolates, as it is responsible for the main characteristics that give quality to the final product, such as shine, texture, durability, breakage, melting in body temperature during consumption, contraction during unmolding and assist in flavor release. However, when chocolates are exposed to temperature variations during transport and / or storage, changes in the polymorphic form of cocoa butter occur promoting the appearance of fat bloom. Fat bloom is a defect characterized by the appearance of whitish fog on the chocolate surface, causing negative impacts on the consumer. Currently, the analytical techniques most used by industries to evaluate and determine the polymorphic forms of the fat crystals are by differential scanning calorimetry (DSC) and by X-ray diffraction (XRD). However, these analytical techniques are destructive, require a lot of preparation time and require a large number of samples. As an alternative, the spectroscopy (NIR) has been gradually used in industries for presenting significant characteristics, such as rapid, non-destructive response, suitable for use online, and cheaper in relation to conventional techniques. In view of this, this study investigated the use of a portable NIR spectrometer combined with chemometric tools to identify chocolates that suffered temperature abuse for 6 hours. Twenty samples were used for each heat treatment, totaling 60 samples for each type of chocolate (milk, white, 40% cocoa and 70% cocoa). The control samples were stored at 20°C, and the samples that suffered temperature abuse, were subjected to temperatures of 35°C and 40°C for 6 hours and later stored at 20°C for 14 hours. The spectra obtained by diffuse reflectance were pre-treated by different methods, such as the reduction of multiplicative effects (MSC / SNV), improvement of the signal / noise ratio (smoothing Savitzky-Golay), baseline correction (derived by Savitzky- Golay) and centered on the average and its combinations. The chemometric methods used were - Principal Component Analysis (PCA) and Discriminant Analysis by Partial Least Squares - (PLS-DA) in order to discriminate control samples (20°C) from samples that suffered from temperature abuse (35°C and 40°C). For the construction of the PLS-DA models, two models for each type of chocolate were built (Model 1: control samples versus samples at 35°C; Model 2: control samples versus samples at 40°C). Through the PCA it was possible to separate the samples into three classes: control at 20°C, submitted to 35°C and submitted to 40°C, for each type of chocolate. The PLS-DA classification models showed 80 to 100% sensitivity, specificity and precision, and it was possible to identify wavelengths associated with the different compositions of chocolates that most impacted the construction of the models. The wavelengths identified by PCA and PLS-DA are associated with cocoa butter, a major ingredient that undergone changes in its structure as temperature changes, and also associated with the ingredients sugar and proteins and the presence of milk in some samples. Thus, the portable NIR spectrometer has great potential to be used as a new tool for quality control in the face of traditional methods.
Subject: Espectroscopia de infravermelho próximo
Quimiometria
Manteiga de cacau
Chocolate
Estocagem
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: GATTI, Rafaela Franco. Espectrômetro NIR portátil para identificação rápida de fat bloom em chocolates . 2020. 1 recurso online (75 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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