Application of D-optimal design for determination of the influence of water content on the thermal degradation kinetics of ascorbic acid at low water contents

Abstract

The kinetics of thermal degradation of ascorbic acid was studied in a Maltodextrin matrix at different temperatures between 7.5 and 140°C. Isothermal experiments were performed with samples earlier equilibrated in environments of known a, at 4°C enclosed in hermetically sealed vials, with water contents (w) between 0.17 and 168g water/g solids. Sampling times were selected according to an optimal experimental design in terms of minimum confidence regions of the parameters estimated, using the Bigelow model and estimates from preliminary experiments. The results showed a quadratic dependence of the reference D-value and linear dependence of the z-value with moisture content: D r(1400C, = 150*07-290*73w+-269w2 (min); z = 12*14+22.99w ("C) and showed the applicability of D-optimal designs for determining kinetic parameters in complex situations, with limited experimental requirements. The dependence of the rate constants with water content could not be described by the WLF model in qualitative terms, although in absolute values this model could be used with constants similar to those expected from glass transition theory. The thermodynamic analysis of the results showed a good application of the compensation theory in the whole range of water contents.

Thermal degradation kinetics of nutrients in orange juice heated by electromagnetic and conventional methods

“…With reference to kinetics of destruction of vitamin C in food systems, different buffer systems and real products with different processing methods have been examined (Frias, Oliveira, Cunha, & Oliveira, 1998;Hussein et al, 2000;Lathrop & Leung, 1980;Lee & Nagy, 1988;Lima, 1997;Lima, Heskitt, Burianek, Nokes, & Sastry, 1999;Rao, Lee, Katz, & Cooley, 1981;Robertson & Samaniego, 1986;van den Broeck, Ludikhuyze, Weemaes, Loey, & Hendrickx, 1998). Many of these studies are related to the storage of pasteurized juices or higher temperatures of processing.…”

Cinética de degradação do ácido ascórbico em ameixas liofilizadas

“…Para 70 e 80 o C, a influência da umidade sobre D T foi menos pronunciada, pois nestes níveis de temperatura, tanto a degradação térmica quanto o efeito da viscosidade são importantes na cinética de degradação da vitamina C. FRÍAS et al [9] analisaram a degradação térmica de vitamina C para um modelo alimentar, utilizando uma temperatura de referência de 140 A partir da equação (3), considerando-se como temperatura de referência T r = 80 o C (se encontra entre a faixa de temperatura máxima utilizada no processo de secagem de frutas), determinaram-se os valores de z para os diferentes conteúdos de umidade da ameixa desidratada (Tabela 2). Os valores de z apresentaram uma correlação linear com a umidade, para a faixa de temperatura de secagem entre 40 a 80 o C, de acordo com a equação abaixo:…”

“…Durante o estudo da degradação térmica de vitamina C em um modelo alimentar, FRÍAS et al [9] Comparando-se os dados de D e z obtidos neste trabalho com os da literatura, observa-se que, apesar de se tratar de produtos diferentes, os valores estão na mesma faixa, ou seja, a degradação da vitamina C tem um comportamento semelhante em função da temperatura e da umidade.…”

“…No caso da vitamina C existe um interesse tanto dos consumidores quanto dos fabricantes de alimentos, uma vez que este nutriente é um dos mais sensíveis às condições de processamento e de armazenagem, e a sua degradação está relacionada com diversos fatores como: oxigênio, pH, luz, temperatura e conteúdo de umidade ou atividade de água (a w ) e tem sido tema de diversos trabalhos [9,16,17,18,19,20].…”

Design of experiments for improving the precision in the estimation of diffusion parameters under isothermal and non‐isothermal conditions

“…Malcata (1992) selected the same criterion in kinetic studies of enzyme‐catalysed reactions, and Boulanger & Escobar (1994) also applied this concept in the design of accelerated degradation tests described by a sigmoidal curve. More recently, this criterion has been applied to the Bigelow model in thermal processing studies (Cunha et al ., 1997), to systems described by the Weibull probabilistic model (Cunha et al ., 1998), to the thermal degradation kinetics of ascorbic acid at low water contents (Frías et al ., 1998) and to the joint estimation of diffusion and external mass transfer coefficients (Azevedo et al ., 1998). Because of the importance of Fick’s second law in the description of mass transfer in food processing, it would be important to define optimal experimental design to estimate accurately and precisely the model parameters, so that it can be adequately used for predictive purposes.…”