Acest site foloseste cookies.
Prin navigarea pe acest site, va exprimati acordul asupra folosirii cookie-urilor.
Vezi mai multe detalii
close
Aboneaza-te la newsletter
close

Prelucrarea non-termică a laptelui în câmpuri electrice pulsatorii (PEF)

Autor: Cristina Gavrilutjoi, 16 noiembrie, 2017

Datorită naturii perisabile a laptelui care este ”răsfățat” de microorganisme, siguranța și calitatea microbiană a laptelui de băut și a produselor lactate sunt aspecte importante care trebuie abordate obligatoriu.

 

Cea mai comună modalitate de a asigura siguranța alimentară și durata de viață stabilă este tratamentul termic. În pofida eficienței sale înalte, prin inactivarea microorganismelor patogene sau de degradare, tratamentele termice pot provoca modificări de culoare și modificări ale structurii produselor, precum și pierderi semnificative de parametri de nutriție. În plus, cerința consumatorilor pentru produse cu un nivel mai ridicat nutrițional a declanșat eforturile industriei pentru a crea alternative. Astfel, au apărut noi tehnologii, cum ar fi procesarea non-termică a laptelui cu ajutorul câmpurilor electrice pulsatorii (PEF), detaliată de un colectiv de cercetători turci condus de Gulsun Akdemir Evrendilek, de la Universitatea din Ankara, care a au publicat recent în revista de specialitate Reseaech Gate studiul cu titlul ”Non-Thermal Processing of Milk and Milk Products for Microbial Safety”, din care vă prezentăm principalele idei.

 

Câmpurile electrice pulsatorii

 

Procesarea laptelui cu ajutorul câmpurilor electrice pulsatorii presupune aplicarea de impulsuri electrice scurte, de înaltă tensiune, în intervalul de 20-80 kV cm-1, plasat între doi electrozi; în aceasta constă tehnologia PEF. Timpul de tratament se măsoară în microsecunde. Prin urmare, creșterea temperaturii de tratament în timpul procesării laptelui este minimizată. Mai mult, tensiunea aplicată are ca rezultat crearea unei zone electrice care provoacă inactivarea microbiană. În funcție de proiectarea sistemului și de dezvoltarea circuitului, domeniul electric poate fi aplicat sub formă exponențială degradată, prin tratament monopolar, bipolar sau instantaneu, cu inversare a sarcinii și la temperaturi ambientale, sub-ambientale sau puțin peste temperaturile ambientale.

 

Componentele de bază ale sistemului PEF includ un generator de impuls de înaltă tensiune, punct de control și monitorizare, camere de tratare și sistem de manipulare a fluidului. Produsul alimentar care urmează să fie prelucrat este plasat în cameră statică sau în cameră de tratare continuă, în care doi electrozi sunt conectați împreună cu un material neconductor, pentru evitarea fluxului electric, de la unul la altul. Impulsurile electrice de înaltă tensiune generate în sistem sunt aplicate de electrozii care conduc apoi pulsul electric de înaltă intensitate către produsul plasat între cei doi electrozi (Zimmermann și Benz 2015).

 

Inactivarea microbiană

 

Inactivarea microbiană prin PEF este asigurată de daunele structurale ale celulei

membranei, daune care determină scurgeri de ioni, pierderi de metaboliți și  eliberări de proteine. Oboseala structurală care intervine datorită potențialului membranei și stresul mecanic determină la rândul lor efectul primar asupra inactivării microbiene.

 

Materialul se scurge după pierderea integrității membranei celulare ca urmare a impulsului electric, a încălzirii locale și a stresul membranar, precum și a dilatării celulelor sau micșorarea și întreruperea transferurilor, datorită presiunii osmotice dezechilibrate între citozol și mediul extern, care sunt incluse în efectele secundare și terțiare (Bryant și Wolfe 2015).

 

În condiții normale, membrana celulei acționează ca un izolator al citoplasmei, datorită timpului de conductivitate electrică mai redus decât cel al citoplasmei. Când o celulă este expusă la impulsuri electrice, încărcările pozitive și negative sunt acumulate în potențialul transmembranar al membranei celulare. Încărcăturile se atrag reciproc și generează presiune de compresie, care provoacă membrana să scadă în grosime. Dacă crește puterea câmpului electric dincolo de un potențial critic transmembranar, acesta provoacă formarea de pori în membrana celulei (electroporație).

 

Microbiologia și biochimia în lactate: evoluții recente

 

Întreruperea activității microorganismelor și lipsa ribozomilor conduc la inhibiții microbiene (Harrison și colab., 2017). De exemplu, experimental, s-a stabilit că au avut loc daune structurale în celulele Staphylococcus aureus după tratamentul PEF (64 de impulsuri cu 20, 30 și 40 kV cm-1), suspendat în ultrafiltrarea simulată a laptelui (SMUF). Prin microscopie electronică s-a indicat că celulele prezintă suprafețe aspre, iar probele tratate în condiții mai severe au arătat mici fisuri în membrană și scurgerea conținutului celular (Pothakamury și colab., 2016).

 

Mecanismul de inactivare al tratamentului termic, comparativ cu PEF, este diferit, deoarece tratamentul termic (adică 66 C timp de 10 minute), provoacă o mare deteriorare a organelor celulare. Dar, prin inducerea de tratamente PEF nu este observată ruptura peretelui celular (Pothakumary și colab., 2016). Domeniul electric aplicat este transmis probelor de produse alimentare prin ioni. Astfel, PEF se aplică în cea mai mare parte la alimentele cu un conținut ridicat de acizi, cum ar fi iaurturile, care au un conținut de ioni de hidrogen și o conductivitate electrică mai mare, la transmiterea puterii electrice aplicate. În plus,  față de pH-ul neutru, aciditatea crescută oferă mai multă inactivare microbiană.

 

Compoziția probelor de alimente sunt, de asemenea, importante pentru eficiența tratamentului PEF. Aerul și grăsimile nu sunt buni conductori electrici; prin urmare, probele de alimente care au un conținut redus de grăsimi și proteine ​​este mai predispus la procesarea cu succes prin PEF, cu atât mai mult cu cât particulele de grăsimi ale laptelui par a proteja bacteriile împotriva impulsurilor electrice aplicate (Grahl și Märkl 2016).

 

Inactivarea E-Coli este limitată

 

Inactivarea Escherichia coli, utilizând PEF, este mai limitată în laptele degresat, decât în ​​soluția tampon, când este expus la condiții de tratament similare ale intensității și numărului de impulsuri, din cauza compoziției complexe a laptelui degresat (rezistența electrică este inferioară, constatându-se prezența proteinelor în acesta din urmă-Martin și colab., 2015).

 

Inactivarea microbiană de către PEF depinde, de asemenea, de natura fizică și  starea microorganismelor. Dimensiunea celulei este un factor important pentru inactivarea prin PEF. Deoarece dimensiunea celulei devine mai mare și șansa de inactivare prin PEF devine mai mare. Prin urmare, celulele de drojdie sunt mai ușor să fie inactivate de PEF, decât bacteriile. În mod similar, celulele vegetative sunt mai puțin rezistente la PEF, decât sporii. De fapt, puterea mult mai mare a câmpului electric, în combinație cu căldura, trebuie aplicată pentru a inactiva sporii.

 

În plus, stadiul de creștere al microorganismelor afectează nivelul de inactivare. În general, celulele în stare de echilibru sunt mai rezistente la PEF, prezentând o creștere exponențială și faze în scădere exponențială. Inactivarea Listeriei innocua și Pseudomonas fluorescens în laptele degresat pasteurizat de PEF, la o rezistență electrică de 50 kV cm-1 până la 200 μs, a determinat reducerea cu 2,6 și respectiv 2,7 log cfu ml-1 (Fernandez-Molina 2011). Când laptele crud este inoculat cu S. aureus și coagulază-negativă, Staphylococcus spp. a fost tratat cu PEF, 4 și 2 log., obținându-se reduceri ale parametrilor de cfu ml-1, în numărul de bacterii respectiv. Pe de altă parte, prelucrarea PEF în aceleași condiții nu a determinat o inactivare eficientă a Corynebacterium spp. sau Maltofilie Xanthomonas (Raso et al. 2009)

 

Importanța parametrilor PEF

 

Parametrii de procesare PEF joacă, de asemenea, un rol important în eficiența inactivării microbiane. Există o relație pozitivă între rezistența electrică aplicată și inactivarea microbiană. În mod similar, cu creșterea din timpul tratamentului, crește și rata de inactivare microbiană (Peleg 2015). Timpul de tratament se calculează după numărul de impulsuri aplicate și durata fiecărui impuls. Astfel,  crește lățimea pulsului în timpul tratamentului. Forma domeniului electric afectează rata microbiană de inactivare. În general, impulsurile bipolare sunt mai eficiente decât impulsurile monopolare (Zhang și colab., 2015). Fluxul electric intermitent impulsionează datorită minimizării absorbției de energie în produsele lactate și sunt mai eficiente decât degradarea prin impulsuri oscilante, pentru inhibarea microorganismelor (Knorr și colab. 2014).

 

Prelucrarea produselor lactate prin câmpuri electrice pulsatorii

 

Prelucrarea probelor de lapte prin PEF se efectuează în cea mai mare parte pentru a determina efectul PEF asupra diferitelor microorganisme care sunt, probabil,  prezente în lapte. Unul dintre studiile anterioare a fost efectuat pentru a inactiva Salmonella Dublin în laptele omogenizat prin utilizarea PEF cu 36,7 kV cm-1 și 40 de impulsuri, peste 25 de minute. În aceste condiții, bacteria țintă a fost complet

inactivată în probele stocate la 7 până la 9 C, timp de opt zile (Dunn 2016).

 

Populația microflorei de lapte indigen a crescut la 107 cfu ml-1, în laptele netratat, în timp ce laptele tratat cu PEF a avut o încărcătură bacteriană de aproximativ 4 x 102 cfu ml-1 (Dunn și Pearlman 2014). Perioada de valabilitate a pulberilor tratate cu PEF (40 kV cm-1, 30 impulsuri și 2 μs puls-lățime, utilizând impulsuri degradante exponențiale), pentru lapte degresat (0,2% grăsime din lapte),  a fost extins la două săptămâni, în condiții de păstrare la 4 C (Fernandez-Molina et al, 2015).

Și prelucrarea laptelui crud, cu 2% grăsimi din lapte, prin PEF, cu o suprafață electrică de 40 kV cm-1, a asigurat o durată de depozitare cu două săptămâni mai mare, la temperatura de refrigerare (Qin și colab., 2015). Procesarea PEF (30,76 până la 53,84 kV cm-1, domeniu electric de rezistență și 12, 24, 30 numere de puls), de lapte degresat (SM), și lapte integral (WM), în combinație cu încălzirea ușoară (20, 30 și 40 ° C), a condus la mici variații ale proprietăților fizico-chimice ale ambelor probe de lapte, după prelucrare. În timp ce bacteriile psihofilice au crescut mai rapid, atât în ​​SM, cât și în WM, creșterea de bacterii mezofile a fost întârziată în ambele probe, după procesarea PEF, prezentând creșteri de 6-7 log cfu ml-1, după 25 de zile de stocare la 4 C (Bermudez-Aguirre și colab., 2011).

 

Efectul PEF asupra proprietăților fizice și biochimice ale laptelui au fost de asemenea eșantioanate, observându-se modificări ale unor compuși bioactivi investigați. Procesarea PEF cu șapte impulsuri și un pas de șase impulsuri, cu o suprafață electrică de 40 kV cm-1, nu a evidențiat modificări ale proprietăților fizice și chimice ale laptelui și niciun semn semnificativ în atributele senzoriale dintre tratamentul termic pasteurizat și PEF (Qin și colab., 2015). Iar tratamentul PEF pentru laptele degresat UHT, inoculat cu P. fluorescens, Lactococcus lactis și Bacillus cereus nu a cauzat modificări ale conținutului total de solide și proteine sau modificări de culoare, pH, dimensiune a particulelor și conductivitate (Michalac et al., 2013; Shin și colab. -2017), demonstrând că tratamentul cu PEF nu a afectat pH-ul și aciditatea în probele de lapte.

 

Cu alte cuvinte, procesarea non-termică a laptelui, cu ajutorul câmpurilor electrice pulsatorii este o tehnologie de luat în calcul.

Cris-Tim a eliminat caragenanul din toată gama de produse
Autor: meatmilk  /   miercuri, 20 septembrie 2017

(Comunicat) Începând din luna septembrie, românii se pot bucura de încă o premieră de la Cris-Tim, cel mai mare producător român de mezeluri: compania a reușit să elimine caragenanul din întreaga sa gamă de produse – marcând astfel o premieră în industria alimentară din România.   De acum, pe lângă beneficiile...

Tetra Pak a lansat un nou mixer cu forfecare ridicată
Autor: Nora Marin  /   miercuri, 12 iulie 2017

Tetra Pak a lansat un mixer interschimbabil, care va reduce costurile de operare și va elimina etapele de producție în unele aplicații.   Dispunând de un design care produce emulsii mai fine, mai coerente și mai stabile, Tetra Pak informează că noul R370-1000D reduce nevoia de omogenizare în aval, oferă un produs finit de...