A presente tese teve como objetivo avaliar a aplicabilidade e promover a otimização do ultrassom de alta intensidade (HIUS) e dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2) como tecnologias não-térmicas para melhoria da qualidade, inativação de patógenos e melhoria de propriedades tecnológicas em leite (capítulos 3.1 e 3.2), carne (capítulos 3.3 e 3.5) e peixe (capítulo 3.6). Esta tese demonstra que o HIUS representa uma tecnologia promissora para inativação das principais bactérias deteriorantes e patogênicas presentes no leite, o que se deve ao mecanismo de cavitação, por meio do qual originam-se seus efeitos químico (liberação de radicais livres), mecânico (formação de micro-jatos), e térmico (hot-spots). Entretanto, em razão das diferentes características genéticas e fenotípicas apresentadas entre os grupos bacterianos, microrganismos Gram-negativos demonstram maior susceptibilidade aos seus efeitos. Em dados obtidos nesta tese, a aplicação do HIUS combinado a temperaturas moderadas a altas, num processo de termossonicação, mostrou-se apta para inativação completa de Escherichia coli O157:H7 em leite de cabra, sendo possível ainda otimizar as condições de utilização, considerando um intervalor de tempo (1-20 min) e temperatura (62-74 °C), e observando como fator limitante a oxidação lipídica. Desta forma, a termossonicação representa uma alternativa viável em resposta a bactérias termorresistentes (capítulos 3.1 e 3.2) em leite. Em carne bovina, em estudo in silico, a sonicação foi investigada visando o amaciamento, devido ao enfraquecimento miofibrilar e ativação do sistema de calpaínas. O HIUS, junto ao processamento em alta pressão (HPP), provaram-se como métodos não-térmico promissores para tenderização de carnes (capítulo 3.3), cabendo ressaltar que é fundamental que as condições do HIUS aplicadas devem ser adequadamente descritas para uma correta avaliação do seu potencial nas diferentes matrizes alimentares (capítulo 3.4). A aplicação do HIUS em corte bovino Semitendinosus foi otimizada considerando tempo e potência, resultando na faixa de 8-17 min/150-262 W, na qual ocorreu o efeito de amaciamento desejado e mínimas alterações físico-químicas de origem oxidativa (capítulo 3.5). Por fim, a utilização do SC-CO2 para obtenção de peixe (Thunnus albacares) seco foi otimizada observando-se tempo, temperatura e fluxo de CO2 (377,2 min, 39,7 °C, e 27,3 kg/h), sendo considerada promissora, uma vez que foi possível obter um produto final de baixa umidade (18,4%) e atividade de água (0,7), e com alterações de pH e cor instrumental minimizadas (capítulo 3.6). Portanto, o ultrassom de alta intensidade e o dióxido de carbono supercrítico podem ser descritos como tecnologias promissoras para garantir a segurança e melhorar a qualidade de produtos de origem animal, tais como leite, carne e peixe.