Scholarly article on topic 'Bebida eletrolítica a base de permeado da ultrafiltração de leite: avaliação física, química e microbiológica durante o armazenamento'

Bebida eletrolítica a base de permeado da ultrafiltração de leite: avaliação física, química e microbiológica durante o armazenamento Academic research paper on "Educational sciences"

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Academic research paper on topic "Bebida eletrolítica a base de permeado da ultrafiltração de leite: avaliação física, química e microbiológica durante o armazenamento"

Ciencia Rural, Santa Maria, v.45, n.2, p.342-348, fev, 2015

ISSN 0103-8478

http://dx.doi.org/10.1590/0103-8478cr20131432

TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

Bebida eletrolítica a base de permeado da ultrafiltragao de leite: avalia?ao física, química e

microbiológica durante o armazenamento

Milk ultrafiltration permeate-based electrolyte drink: physical, chemical and microbiological

assessment during storage

Edimar Aparecida Filomeno Fontes1* Yara Pereira Cerceau Alves1 Paulo Rogério Fontes11 Valéria Paula Rodrigues Minim1

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo a elaboragao de uma bebida eletrolítica a base de permeado da ultrafiltragao de leite e avaliagao de suas características físicas, químicas e microbiológicas, durante o período de armazenamento por 30 dias, nas temperaturas de 7°C e 25°C. A bebida apresentou-se clara, com coloragao amarelo-esverdeada, osmolalidade de 311,6m0smol.L-1 e carboidratos totais de 6,48% m/v. Nao foram observadas alteragoes significativas de pH, acidez titulável e sólidos solúveis durante o tempo e temperatura de armazenamento (P>0,05). A osmolalidade e o teor de agúcares totais foram afetados pelo tempo (P<0,05), enquanto que o aumento de agúcares redutores foi afetado pelo tempo e pela temperatura de armazenamento (P<0,05). Observou-se correlagaopositiva (P<0,05) entre o teor de agúcares redutores e totais com a osmolalidade,porém a bebida manteve-se dentro da faixa de osmolalidade(entre 290m0sm L-1 e 330m0sm L-1). As coordenadas L*, a*, b* e C* foram afetadas somente pelo tempo de armazenamento (P<0,05). No estudo de vida útil, a bebida mostrou-se estável microbiologicamente. Assim, o permeado pode ser aproveitado como coproduto industrial na elaboragao de bebidas eletrolíticas, em vista dos critérios de osmolalidade, além de conter minerais naturais.

Palavras-chave: minerais, osmolalidade, cor, soro de leite, bebida nao alcoolica.

ABSTRACT

This study aimed to prepare a electrolyte drink based on permeate of milk ultrafiltration with evaluation of its physical, chemical, and microbiological properties during 30 days of storage at 7°C and 25°C. The drink became clear, with greenish-yellow color, osmolality of 311,6mOsmol L'and total carbohydrates of 6.48 %> m/v. There were no significant changes

in pH, titratable acidity, and soluble solids during storage time and temperature (P>0.05). The osmolality and total sugars were affected by time (P<0.05), whereas the increase in reducing sugars was affected by storage temperature and time (P<0.05). Positive correlation (P<0.05) between total reducing sugars and osmolality was observed, but the drink was within the osmolality range for isotonic drinks (290m0sm L1 and 330m0sm L-1). L*, a*, b*, and C* coordinates were affected only by the storage time (P<0.05). In the study of shelf life, the drink showed to be microbiologically stable. The permeate can be used as industrial residue in the preparation of electrolyte drinks in view of osmolality criteria, besides containing natural minerals.

Key words: minerals, osmolality, color, milk whey, non-alcoholic

drink.

INTRODUCÁO

A utilizagao da ultrafiltragao por membrana na indústria de laticínios possibilita o desenvolvimento de novos produtos e o aproveitamento total e seletivo de todos os componentes do leite. Este processo vem sendo muito utilizado na concentragao de proteínas do soro, na fabricagao de queijos diferenciados com melhores características nutricionais, sensoriais e microbiológicas (VEIGA & VIOTTO, 2001; NETO, 2006).

A ultrafiltragao compreende um processo de separagao por membrana, tipicamente usado para retengao de macromoléculas do leite, permitindo uma variagao na concentragao dos componentes do soro de leite ou leite, devido á retengao de proteínas

'Departamento de Tecnología de Alimentos, Universidade Federal de Vijosa (UFV), Av. PH Rolfs, s/n, 36570-000, Vijosa, MG, Brasil. E-mail: eaffontes@ufv.br. *Autor para correspondencia.

"Departamento de Ciencia dos Alimentos, Universidade Federal de Lavras (UFLA), Lavras, MG, Brasil.

Recebido 28.10.13 Aprovado 02.07.14 Devolvido pelo autor 24.09.14 CR-2013-1432.R1

e permeabilidade seletiva de lactose, minerais, água e compostos de baixa massa molar (BALDASSO et al., 2011). Este permeado obtido tem características osmolíticas e apresenta nutrientes naturais, o que mostra ser promissora a sua utilizagao como base na formulagao de produtos destinados a auxiliar a hidratagao após atividade física.

Além disso, o enorme volume de permeado da ultrafiltragao, gerado na indústria láctea, constitui um problema, haja vista que este geralmente é descartado em efluentes e possui alto potencial poluente, devido á elevada demanda bioquímica de oxigenio provocada pela lactose (SARON, 2003) e apresenta pouca ou nenhuma aplicagao industrial. Por isso, novas aplicagoes a fim de agregar valor ao permeado devem ser estudadas.

Os repositores hidroeletrolíticos, de acordo com a Resolugao RDC no18, de 27 de Abril de 2010 da ANVISA (2010), sao suplementos especialmente formulados para praticantes de atividades físicas, com o objetivo de reposigao hídrica e eletrolítica. Em todo o mundo, há um grande esforgo em preparar bebidas isotonicas, adicionadas de nutrientes essenciais para tratamento de desidratagao, principalmente infantil. Existe um grande mercado para estes produtos, principalmente em regioes de climas quentes.

Assim, este trabalho teve como objetivo elaborar uma bebida repositora eletrolítica a base de permeado da ultrafiltragao de leite e avaliar suas características físicas, químicas e microbiológicas durante o armazenamento por 30 dias, a 7°C e 25°C.

MATERIAL E MÉTODOS

Permeado da ultrafiltragao

O permeado utilizado foi obtido da ultrafiltragao de leite desnatado pasteurizado (65°C 30 minutos-1) no sistema de membranas do Laticínio Funarbe, localizado na Universidade Federal de Vigosa. O sistema de ultrafiltragao (WGM Sistemas) foi equipado com membrana espiral de polisulfona/ poliamida de massa molar de corte de 10kDa. Durante o processo de ultrafiltragao, a temperatura do leite foi mantida entre 45 e 50°C, com variagao de pressao aplicada de 0,99atm, sendo a pressao de entrada de 2,96atm e a de saída de 1,97atm. A área filtrante da membrana foi equivalente a 6m2. O permeado, filtrado, obtido do processo da ultrafiltragao do leite, foi envasado em embalagens de polietileno com capacidade de 5 litros e estocado

em freezer a -20oC, até posterior utilizagao na elaboragao da bebida.Para produgao da bebida, as amostras foram descongeladas, em refrigeragao a 7°C, por um período de 48 horas.

Elaboragao da bebida

Para definigao da formulagao da bebida, foram realizados ensaios preliminares. Na elaboragao da bebida, adicionaram-se ao permeado sacarose (2% m/v, marca Vetec) e ácido cítrico (0,4% m/v, marca Vetec), aplicando, na sequencia, a pasteurizagao lenta (65°C 30 minutos-1). Após a pasteurizagao, a bebida foi resfriada rapidamente a 40°C, quando foram adicionados benzoato de sódio (0,05% m/v, marca Vetec), sorbato de potássio (0,01% m/v, marca Vetec) e aroma artificial de limao (0,05% v/v, marca Duas Rodas). A bebida obtida foi envasada em garrafas de vidro de 316mL, previamente higienizadas (água em ebuligao 20 minutos-1),e armazenada em cámaras tipo BOD, a 7°C e 25°C, por um período de 30 dias.

A determinagao da concentragao de sacarose adicionada na formulagao foi baseada em testes preliminares, de forma que a osmolalidade estivesse dentro da faixa de 290mOsm L-1 a 330mOsm L-1, sugerida por PETRUS & FARIA (2005), em concordáncia com o limite máximo exigido pela ANVISA (2010), de 330mOsm L-1.

Delineamento experimental

Para análise das variáveis físicas e químicas durante a estocagem da bebida, utilizou-se um delineamento inteiramente casualizado, disposto em esquema de parcelas subdivididas, tendo na parcela as temperaturas de armazenamento (7°C e 25°C) e na subparcela os tempos de armazenamento (0, 7, 15 e 30 dias). Portanto, teve-se como fonte de variagao na parcela a temperatura de armazenamento e o erro (a) e, na subparcela, o tempo de armazenamento, a interagao temperatura*tempo de armazenamento e o erro (b). A elaboragao da bebida foi realizada em tres repetigoes.

Análises físicas e químicas

As análises de pH, acidez total titulável, água, proteínas, resíduo mineral fixo e sólidos solúveis totais foram realizadas segundo procedimentos descritos na Instrugao Normativa 22 do Ministério da Agricultura (BRASIL, 2006). O teor de carboidratos totais foi obtido pela diferenga percentual da soma dos demais nutrientes (proteína, resíduo mineral fixo e água). Para o cálculo do valor calórico, presente em 100mL da bebida, multiplicaram-se os valores percentuais

de carboidratos totais e proteínas das amostras pelos fatores calóricos 3,87 e 4,27, respectivamente, para leite (GOMES & OLIVEIRA, 2011).

As concentrares de sódio e potássio foram determinadas por fotometría de chama (Sorning, 400), enquanto as de cálcio e magnésio por meio de absorgao atómica (GBC, Avanta Sigma), utilizando-se de curvas analíticas para quantificagao de cada mineral.

As concentragoes de agúcares redutores e totais, expressos em percentagem de glicose, foram realizadas pelo método DNS (ácido 3,5-dinitrosalicílico) (MILLER, 1959).

A Osmolalidade foi determinada por crioscopia, segundo GOMES & OLIVEIRA (2011), por meio de medidas do ponto de congelamento nas amostras das bebidas, utilizando-se o crioscópico (ITR modelo MK540). O cálculo da osmolalidade foi obtido pela seguinte equagao:

Osmolalidade (mOsmol ■ L 1) = ■ 1000

em que K=1,86°C mol-1 kg-1 (constante crioscópica da água) e AT = temperatura no ponto de congelamento das amostras de bebidas.

Na análise objetiva da cor, foi utilizado o sistema de cor CIELAB, sendo os índices de cor L*, a* e b*, saturagao (C*) e ángulo de tonalidade (h*) determinados no aparelho ColorQuest II Sphere

Spectrophotometer (HunterLab, Reston, VA), conectado a um computador provido do sistema software Universal. O equipamento foi devidamente calibrado para reflectáncia incluida, ángulo de observador de 10° e iluminante D65.

Análises microbiológicas

As análises microbiológicas foram realizadas, segundo metodologia da APHA (DOWES, 2001), sendo avaliadas as contagens de microorganismos mesófilos aeróbios, psicrotróficos, fungos filamentosos e leveduras e o número mais provável de coliformes 35°C.

Análises estatísticas

Os dados foram interpretados por análise de variáncia (ANOVA), análise de regressao com análise da falta de ajustamento, para os modelos de 1o e 2o graus, e correlagao de Pearsonao nivel de 5% de probabilidade, utilizando o programa SAS (versao 9.2), licenciado para a Universidade Federal de Vigosa.

RESULTADOS E DISCUSSAO

Caracterizagao quimica e fisica do permeado e da bebida isotonica

Na tabela 1, estao representados os valores médios e desvio-padrao dos resultados

Tabela 1 - Valores médios±desvio-padrao das variáveis físicas e químicas do permeado da ultrafiltragao de leite e da bebida elaborada.

Característica Permeado Bebida

Proteínas (% m/v) 0,087 ± 0,01 0,14 ± 0,05

Água (% m/v) 97,36 ± 0,04 93,00 ± 1,4

Resíduo mineral fixo (% m/v) 0,41 ± 0,02 0,38 ± 0,10

Carboidratos (% m/v) 2,15 ± 0,20 6,48 ± 1,18

Sódio (mg L-1) 374,4 ± 0,9 408,2 ± 2,1

Potássio (mg L-1) 763,5 ± 2,1 769,5 ± 7,8

Cálcio (mg L-1) 250,7 ± 13,2 243,4 ± 32,8

Magnésio (mg L-1) 52,04 ± 0,06 48,4 ± 3,2

Valor Calórico (kcal em 100 mL) - 25,7

pH 6,58 ± 0,07 3,42 ± 0,22

Acidez total titulável (% m/v) 0,056 ± 0,007 (1) 0,66 ± 0,015 (2)

Osmolalidade (mOsm-L-1) 212,1 ± 0,4 311,6 ± 0,7

Sólidos solúveis (°Brix) - 5,9 ± 0,6

Luminosidade (L*) - 61,42 ± 0,56

a* - -2,67 ± 0,33

b* - 8,01 ± 1,43

Índice de saturagao (c*) - 8,44 ± 1,46

Angulo de tonalidade (h*) - 108,50 ± 0,99

(1) Expresso em % de ácido lático; (2) Expresso em % de ácido cítrico.

das análises físicas e químicas realizadas, para caracterizar o permeado da ultrafiltragao de leite e a bebida.

A osmolalidade da bebida, de 311,6mOsm L-1, apresentou-se de acordo com o valor determinado pela resolugäo RDC no18, da ANVISA (BRASIL, 2010), que deve ser inferior a 330m0sm L-1, e dentro da faixa sugerida por PETRUS & FARIA (2005), para bebidas isotönicas. O teor de carboidratos, de 6,48%,está adequado, segundo a resolugäo supracitada, que é de até 8%. O reduzido teor de carboidratos e proteínas implicou na obtengao de um produto de baixo valor calórico, de 25,7kcal por 100mL, conferindo á bebida preferencia de aquisigao pelos consumidores.

Pode-se inferir que as vitaminas hidrossolúveis riboflavina, biotina, ácido pantotenico e nicotínico estao presentes no permeado e, consequentemente, vao compor a bebida como nutriente natural. Segundo DAMODARAN et al. (2010), essas vitaminas nao apresentam perdas detectáveis durante o processo de pasteurizagao lenta.

Quantidades apreciáveis de sais inorgánicos simples de sódio, potássio e magnésio, naturalmente presentes no permeado conferiram á bebida formulada característica eletrolítica. Além disso, a presenga do cálcio no permeado atribui á bebida um elemento fundamental para a saúde óssea e, em conjunto com o potássio, sao importantes na regulagao da atividade neuromuscular (WHITMIRE, 2002; MONTEIRO et al., 2004). Segundo MONTEIRO et al. (2004), o magnésio parece aumentar a resistencia imunológica por prevenir infecgöes. CARVALHO et al. (2006) e WHITMIRE(2002) relatam que a presenga de potássio evita caimbras e reidrata o individuo após a prática desportiva. Também pode ser empregado como diurético, contribuindo para a diminuigao da pressao arterial de indivíduos com tendencia á pressao alta e, juntamente com o sódio, participam da manutengao do equilibrio hídrico normal.

Os valores encontrados para o sódio e para o potássio na bebida (Tabela 1) estao próximos daqueles estabelecidos na RDC no 18, da ANVISA (BRASIL, 2010), que dispöe sobre os suplementos hidroeletrolíticos para atletas.Entretanto, embora nao seja um suplemento, a presenga natural desses minerais no permeado confere á bebida característica de um repositor eletrolítico.

O valor de pH observado, de 3,4, foi igual ao encontrado por PETRUS & FARIA (2005) em bebidas isotönicas formuladas convencionalmente, e semelhante ao verificado por DE MARCHI et al. (2003), de 3,2, em bebida isotönica natural de

maracujá. O teor de sólidos solúveis encontrado para a bebida, de 5,9°Brix, também é semelhante aos observados por PETRUS & FARIA (2005), que variaram na faixa de 6,0 a 6,8°Brix. No entanto, o valor da acidez total titulável encontrado neste estudo, de 0,66%, foi superior ao resultado observado pelos estudos de PETRUS & FARIA (2005), e próximos dos verificados por DE MARCHI et al. (2003), de 0,50%.

Analisando o valor de L*, foi observado que a bebida apresentou-se clara. Valores negativos de a* e positivos de b*, assim como os valores apresentados pelo ángulo de tonalidade (h*) e índice de saturaçâo (C*), no sólido de cor CIELAB, indicaram que a cor da bebida encontra-se entre amarelo e verde e se apresenta com baixa vivacidade. Isso se deve à riboflavina, pigmento presente no leite, que permanece no permeado, conferindo uma coloraçâo natural ao produto final.

Avaliaçâo da vida de prateleira da bebida isotônica

Os resultados das contagens microbiológicas de mesófilos aeróbios, psicrotróficos e fungos filamentosos e leveduras, além do número mais provável (NMP) de coliformes 35°C, nas amostras de bebidas armazenadas nas temperaturas de 7°C e 25°C, durante 30 dias, estao representados na tabela 2.

A bebida apresentou contagem microbiológica relativamente baixa, com contagens inferiores a 103UFC mL-1 em todos os tempos e temperaturas avaliados. O número mais provável de coliformes também foi inferior a 3NMP mL-1, indicando uma boa qualidade microbiológica da bebida. A resoluçao RDC no12 da ANVISA (BRASIL, 2001) nao estabelece padroes microbiológicos para repositores hidroeletrolíticos. Para sucos, refrescos, refrigerantes e bebidas nao alcoolicas, exceto derivados de leite, a resoluçao recomenda que o produto esteja ausente de coliformes 35°C, para amostra indicativa, o que está condizente com o resultado obtido. As baixas contagens de mesófilos aeróbios, fungos e leveduras também foram observadas por DE MARCHI et al. (2003), em bebidas isotônicas naturais de maracujá.

A baixa contagem inicial da bebida, o baixo valor de pH e a adiçao de conservantes químicos retardaram a multiplicaçao de micro-organismos. Portanto, do ponto de vista microbiológico, este nao foi o fator determinante na vida de prateleira do produto, nas condiçoes estudadas, e nem apresentou diferenças entre as duas temperaturas de armazenamento (P>0,05), indicando que a bebida poderia ser armazenada em temperatura ambiente.

Tabela 2 - Contagens microbiológicas de mesófilos aeróbios, psicrotróficos, fungos filamentosos e leveduras e coliformes a 35oC em bebida elaborada com permeado da ultrafiltrajao de leite, estocada a 7°C e 25oC, durante 30 dias.

Microrganismos

T (oC)

---------Tempo (dias)-----

Mesófilos aeróbios (UFC mL- )

3,9 x 1O2 4,2 x lO2

4,3 x 1O2 3,1 x 1O2

4,2 x lO2 4,l x lO2

8,8 x 1O1 5,O x 1O1

Psicrotróficos (UFC mL-l)

< 1,0 x 101 1,O x 1O1

< 1,0 x 101 9,l x lOl

1,2 x 1O1 l,l x lOl

< 1,0 x 101

< 1,0 x 101

Fungos filamentosos e leveduras (UFC mL- )

< 1,0 x 101

< 1,0 x 101

2,l x 1O1 < 1,0 x 101

< 1,0 x 101

< 1,0 x 101

6,3 x 101 2,l x 1O1

Coliformes a 35oC (NMP mL-1)

Nao houve influência significativa da temperatura, do tempo de armazenamento e da interaçao entre o tempo e temperatura (P>0,05) sobre o pH (média de 3,4), acidez total titulável (média de 0,47%) e sólidos solúveis totais (média de 6,5oBrix) nas amostras de bebidas formuladas com o permeado da ultrafiltraçao de leite, avaliadas nas duas temperaturas teste e ao longo de 30 dias de armazenamento. PETRUS & FARIA (2005) e DE MARCHI et al. (2003) também observaram que tais características nao foram afetadas pelo tempo e temperatura de armazenamento em bebidas isotônicas.

As coordenadas de cor L*, a*, b* e C* nao sofreram influência significativa da temperatura e da interaçao entre tempo e temperatura (P>0,05), mas foram afetadas pelo tempo de armazenamento (P<0,05) (Figura 1). O ángulo de tonalidade, h*, entretanto, nao foi afetado por nenhum fator (P>0,05), apresentando valor médio de 107,9.

A osmolalidade da bebida nao foi alterada pela temperatura de armazenamento e a interaçao entre o tempo e a temperatura (P>0,05), mas houve aumento de sua medida ao longo do tempo de armazenamento (P<0,05). A concentraçao de açùcares redutores foi afetada pela temperatura e tempo de armazenamento, enquanto que concentraçôes de açùcares totais na bebida foram afetadas significativamente pelo tempo e interaçao entre os fatores (P<0,05). A alteraçao dessas variáveis ocorreu devido à hidrólise da sacarose, que libera dois moles de açùcares redutores (glicose e frutose) a cada mol hidrolisado. Isso implica aumento da concentraçao de solutos e, portanto, da osmolalidade da bebida e de açùcares redutores e totais durante seu armazenamento. Apesar da variaçao ocorrida, os valores de osmolalidade nao

ultrapassaram o valor de 330m0sm L-1, em ambas as temperaturas de armazenamento.

Foram observadas correlaçôes positivas (P<0,05) entre a concentraçao de açùcares redutores e totais com a osmolalidade, como representado na figura 2. Isso indica que, à medida que a osmolalidade da bebida aumenta, há também um aumento dos açùcares totais, de maneira mais intensa do que o aumento de açùcares redutores. Essa correlaçao se deve ao fato de que a osmolalidade do produto aumenta em funçao do aumento dos açùcares redutores e totais, devido à inversao da sacarose ocorrida durante o armazenamento da bebida.

CONCLUSÄO

A matéria-prima neste estudo é tratada como resíduo da indústria e comumente descartada em efluentes, surtindo efeitos prejudiciais ao meio ambiente. Suas características osmolíticas e presença de minerais naturais do permeado da ultrafiltraçao de leite constitui um produto promissor para fabricaçao, em larga escala, de um reidratante com fins de reposiçao de eletrólitos após a atividade física.

Além disso, no estudo de vida de prateleira, a bebida mostrou-se estável microbiologicamente, assim como ligeiras alteraçôes físicas e químicas em sua composiçao nao descaracterizaram o produto armazenado em temperatura ambiente.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à Fundaçao de Amparo à Pesquisa do estado de Minas Gerais (FAPEMIG), pela concessao de recursos financeiros para realizaçao do projeto, e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo auxílio com a bolsa de iniciaçao científica.

Figura 1 - Variajao das coordenadas de cor L*. a*, b* e C*,em funjao do tempo, em bebidas amiazenadas a 7°C (no período de 30 dias.

.—) e 25°C (-o-)

Figura 2 - Correlajao entre a osmolalidade e a concentrajao de ajúcares redutores (a) e totais (b) em bebidas formuladas a base de permeado de ultrafiltrajao de leite, durante o período de armazenamento de 30 dias a 7°C (•) e 25°C (o).r(>)=0,6405; n=16;

P<0,05. r =0,7148; n=16; P<0,05. '

' (b) ' ' ' '

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