Inativação de fungos filamentosos termorresistentes em suco de maçã por luz ultravioleta (UV- C)

Abstract

A produção e o processamento de maçã são atividades muito importantes para o estado de Santa Catarina, que detém mais de 50% da produção nacional. O suco de maçã é um dos sucos mais consumidos no mundo e, por apresentar um sabor doce e neutro, também é utilizado como base de mistura para outros sucos de frutas e refrigerantes. Aspergillus fischeri, and Paecilomyces fulvus são espécies fungos filamentosos que produzem esporos termorreristentes (ascósporos). O processamento térmico, normalmente utilizado pela indústria para inativar esses microrganismos e aumentar a segurança e vida útil dos produtos, pode acarretar alterações sensoriais indesejáveis, além de reduções de vitaminas e de compostos antioxidantes. Deste modo, novas tecnologias não térmicas vêm sendo estudadas para o processamento de alimentos, como a aplicação de luz ultravioleta (UV-C). O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito do tratamento não térmico por luz ultravioleta (UV-C) e do tratamento combinando UV-C e térmico para a inativação de fungos filamentosos termorresistentes em suco de maçã. O efeito da concentração de sólidos solúveis (12, 25, 30, 40, 50, 60 e 70 ºBrix), utilizando luz UV-C na inativação de ascósporos de A. fischeri em suco de maçã clarificado foi analisado e o comportamento dos dados foi descrito pelo modelo primário de Weibull. O modelo secundário da Raiz Quadrada foi usado para descrever como os parâmetros cinéticos de inativação variaram com as mudanças na concentração de sólidos solúveis. Os resultados mostraram que a luz UV-C foi efetiva para a inativação de ascósporos de A. fischeri em suco de maçã clarificado e que, no mínimo, 4 reduções logarítmicas foram alcançadas em até 30 minutos, mesmo nas maiores concentrações de sólidos solúveis estudadas. A influência da irradiância aplicada à inativação de ascósporos de A. fischeri e P. niveus foi estudada utilizando-se 4 irradiâncias de luz UV-C (6,5, 13, 21 e 36 W/m2). Os modelos de Weibull e Bifásico de primeira ordem foram ajustados aos dados experimentais. A luz UV-C foi eficaz na inativação dos ascósporos, alcançando 5,7 e 4,2 reduções logarítmicas para A. fischeri e P. niveus, respectivamente, em até 10 min de exposição, na intensidade de 36 W/m2. A inativação dos microrganismos testados mostrou ser dependente apenas da fluência UV- C (J/m2), independentemente da irradiância ou tempo de exposição no intervalo analisado. Assim, os parâmetros dos modelos primários foram expressos apenas em função da fluência e utilizados como um modelo dinâmico. O modelo proposto foi validado em duas condições de irradiâncias variáveis. Comparado ao modelo de Weibull, o modelo Bifásico pôde descrever e predizer melhor a inativação de ascósporos de A. fischeri e P. niveus pela luz UV-C. O impacto da luz UV-C na inativação dos ascósporos também foi avaliado no suco de maçã não clarificado, e os resultados obtidos foram comparados com o suco clarificado. Foram testadas duas cepas diferentes para cada espécie de fungo, sendo que não houve alterações significativas nas características físico-químicas do suco (cor, pH e teor de sólidos solúveis), após o uso da luz UV-C. A cinética de inativação foi bem descrita pelos modelos de Weibull e Bifásico. A. fischeri foi mais sensível à luz UV- C que os outros fungos. Apesar do número limitado de cepas utilizadas, foram observadas diferenças entre as cepas, principalmente em relação ao tempo para a primeira redução decimal (d). A eficácia da inativação por UV-C foi altamente influenciada pelas suspensões de sólidos insolúveis, com diminuição da inativação quando comparado ao suco de maçã clarificado. A utilização de luz UV-C e tratamento térmico tradicional combinados foram estudados para a inativação de ascósporos de A. fischeri e P. fulvus em suco de maçã clarificado. A aplicação de luz UV- C antes do tratamento térmico aumentou a velocidade de inativação dos microrganismos, quando comparado ao tratamento térmico isoladamente. Nenhum efeito adicional foi observado quando o tratamento térmico foi aplicado antes da luz UV- C, comparado ao tratamento com UV- C isoladamente. Os resultados encontrados neste trabalho podem contribuir para a utilização da luz UV-C na indústria de alimentos, fornecendo parâmetros para a redução das temperaturas de pasteurização e de esterilização aplicadas pela indústria, por meio da aplicação da UV-C associada ao tratamento térmico ou de maneira isolada, visando a inocuidade e qualidade microbiológica, sensorial e nutricional do produto.

Abstract: Apple production and processing are very important activities for Santa Catarina, which holds more than 50% of the national production. Apple juice is one of the most consumed juices in the world, and because it has a sweet and neutral flavor, the juice is also used as a mixing base for other fruit juices and soft drinks. Aspergillus fischeri, Paecilomyces niveus and Paecilomyces niveus are heat-resistant moulds (HRMs). They produce extremely heat-resistant ascospores capable to survive to the pasteurization process and causing economic losses and food spoilage. These microorganisms are a major concern for the industry of pasteurized fruit products, such as fruit juices, jellies and purees. Thermal conditions required to inactivate the ascospores of heat-resistant fungi in the products would decrease the sensory quality as well as reduce their nutrient content. Thus, non-thermal methods have been investigated due to reduced treatment temperatures and processing times, such as ultraviolet light. The aim of this study were to evaluate the effect of the non-thermal treatment by UV-C and their combination with heat treatment on the inactivation of heat-resistant moulds in apple juice. The effect of soluble solids concentration (12, 25, 30, 40, 50, 60 and 70 ºBrix), using UV-C light intensity (38 W/m2) on the inactivation of A. fischeri ascospores in clarified apple juice was analyzed. Weibull model was fitted to experimental data. After obtaining the primary parameters of the scale factor (d) and the form factor (p), the Square Root secondary model was used to describe the influence of soluble solids concentration. Results showed that the UV-C light had influence on A. fischeri ascospores inactivation in apple juice even at the highest soluble solids concentrations used, reaching in up to 30 minutes approximately 4 log reductions at all concentrations used. The influence of UV-C light treatments with different irradiances (6.5, 13, 21, and 36 W/m²) on A. fischeri and P. niveus ascospores inactivation in clarified apple juice was also studied. The Weibul and first-order Biphasic models were fitted to experimental data. At the highest irradiance level tested (36 W/m²), the UV-C light allowed the reduction of 5.7 and 4.2 log-cycles of A. fischeri and P. niveus ascospores, respectively, in approximately 10 min. The results showed that, to a defined UV-C fluence (J/m2), a change in the level of either time or UV-C irradiance did not affect the effectiveness of UV-C light for A. fischeri and P. niveus inactivation. Thus, the parameters of the primary models were expressed only as a function of fluency and used as a dynamic model. The proposed model was validated in 2 conditions of variable irradiance. Compared to the Weibull model, the first-order Biphasic model can better describe and predict the inactivation of A. fischeri and P. niveus by UV-C light. The impact of UV-C light on the inactivation of ascospores was also evaluated in cloudy apple juice, and the results obtained were compared with clarified juice. Two different strains were tested for each fungus species, and there were no significant changes in the physical-chemical characteristics of the juice (color, pH and soluble solids concentration), after the use of UV-C light. The kinetics of molds ascospores inactivation by UV-C were well described by Weibull and first-order Biphasic models. A. fischeri was more sensitive to UV-C light than other fungi. Despite the limited number of strains used, differences were observed between the strains, mainly in relation to the time for the first decimal reduction (d). The effectiveness of UV-C inactivation was highly influenced by suspensions of insoluble solids, with decreased inactivation when compared to clarified apple juice. The use of combined UV-C light and traditional thermal treatments was evaluated for the inactivation of A. fischeri and P. fulvus ascospores in clarified apple juice. The application of UV-C light before heat treatment increased the inactivation rate of moulds, when compared to heat treatment alone. No effect was observed when thermal treatment was applied before UV-C light, compared to treatment with single UV-C. The results found in this work can contribute to the application of UV-C light in the food industry, providing parameters for the reduction of pasteurization and sterilization temperatures applied, through the application of UV-C associated with heat or isolated, aiming at the safety and microbiological, sensorial and nutritional quality of the product.