Modelagem da inativação isotérmica e não isotérmica de Bacillus coagulans por tratamento termoquímico utilizando óleo essencial de orégano

Abstract

Aumentar a vida útil dos produtos, sem afetar sua qualidade, funcionalidade e propriedades físico-químicas, modificando e desenvolvendo novos tipos de processos para a preservação microbiológica dos alimentos, é um desafio constante para a indústria. A aplicação de conservantes naturais, como óleos essenciais de plantas e especiarias, é percebida como uma nova tendência na preservação dos alimentos nos últimos anos. A bactéria Bacillus coagulans é um micro-organismos relevante no processamento de alimentos devido à sua capacidade deteriorante e à sua termorresistência. Além disso, B. coagulans causa o fenômeno flat-sour caracterizado pela acidificação do alimento sem a produção de gás. O tratamento térmico necessário para garantir a inativação deste microrganismo pode levar à perda de nutrientes e/ou à alterações organolépticas nos alimentos processados. Assim sendo, o objetivo geral deste trabalho foi estudar o efeito da ação conjunta do óleo essencial (OE) de orégano e do calor sobre a resistência dos esporos de B. coagulans, em caldo nutriente ajustado em condições que simulam um produto ácido como, por exemplo, a polpa de tomate (4 °Brix e pH 4,2). O OE de orégano estudado apresentou como principais moléculas constituintes carvacrol (58%), seguido de seu precursor ?-cimeno, ?-terpineno, linalool, timol, entre outras. Essas moléculas têm sua atividade microbiana estudada e comprovada pela literatura, sendo o carvacrol e o timol, apontadas como umas das mais eficazes na inibição de micro-organismos. O teste inicial para a determinação da concentração mínima inibitória (CMI) do OE resultou na concentração de 300 ppm, que foi capaz de inibir o crescimento visual do B. coagulans por 7 dias. Em seguida, na avaliação da resistência termoquímica, a ação conjunta do calor e do óleo essencial de orégano sobre os esporos foi iniciada com a CMI de 300 ppm e posteriormente, as concentrações de 0, 250, 400, 500 e 1000 ppm foram testadas, todas à temperatura de 100 °C. Entre as diferentes concentrações de OE, a de 400 ppm foi a menor concentração onde o tempo necessário para se obter 6 reduções decimais foi significativamente (P < 0,01) diferente da resistência térmica sem o óleo essencial de orégano. Assim, a segunda etapa do estudo da resistência termo química foi realizada fixando-se a concentração de OE em 400 ppm e variando a temperatura entre 90 e 100 °C. Para todas as curvas experimentais de inativação termoquímica de B. coagulans, o modelo primário de Weibull teve um bom ajuste aos dados. Após o ajuste primário, modelos secundários empíricos, como as equações exponencial e linear, foram ajustados aos parâmetros do modelo de Weibull para descrever a influência da temperatura sobre os parâmetros primários ?(T), ?(T) e b(T). Com base no modelo primário e secundário, foi realizada a resistência termoquímica não isotérmica dos esporos de B. coagulans. Nesta etapa, o modelo não isotérmico proposto por Peleg (2006) foi utilizado para a predição dos dados não isotérmicos. Assim, o modelo proposto foi validado com dados experimentais de B. coagulans em caldo nutriente adicionado de 400 ppm de óleo essencial de orégano sob dois perfis de temperatura diferentes. O efeito antibacteriano do óleo essencial de orégano foi comprovado através de diferentes tipos de análises, mostrando que este conservante natural pode ser utilizado na indústria de alimentos. Deste modo, o OE de orégano pode reduzir o tratamento térmico de produtos, resultando em menor gasto de energia e diminuindo o impacto do calor nas propriedades organolépticas e/ou nutricionais do produto. Além disto, no caso de produtos como polpa e molhos de tomate, o orégano pode ser adicionado como uma alternativa de adição de sabor ao alimento.

Increasing shelf-life of products, without affecting their quality, physicochemical properties and functionality, by modifying and developing new preservations steps, is a constant challenge for the food industry. Application of natural preservatives, as essential oils (EO) from plants and herbs, has been increasingly noticed as a new trend in biological preservation of foods in recent years. Bacteria resistant to heat stress, such as Bacillus coagulans, are relevant microorganisms in food processing because of its deteriorating ability after surviving the heat treatment. Besides that, B. coagulans, causes the flat-sour phenomenon characterized by the acidification of food without gas production. The heat treatment necessary to ensure the inactivation of this microorganism can lead to loss of nutrients and/or organoleptic changes in the processed foods. Thus, the general objective of this work was to study the synergistic effect of oregano essential oil (EO) and heat on the resistance of Bacillus coagulans spore in nutrient broth adjusted to conditions simulating an acid product, for instance, tomato pulp (4 ° Brix and pH 4.2). The oregano EO studied showed carvacrol (58%) as main constituent molecules, followed by its precursor ?-cymene, ?-terpinene, linalool, thymol, among others. These molecules have their antimicrobial activity confirmed by the literature, and carvacrol and thymol are one of the most effective molecules in inhibiting microorganisms. The initial test for determining the minimum inhibitory concentration (MIC) of the OE resulted in a concentration of 300 ppm, which was capable of inhibiting the visual growth of B. coagulans for 7 days. Then, the themochemical resistance, the joint action of heat and essential oil of oregano on the spores was initiated with the MIC of 300 ppm and subsequently the concentrations of 0, 250, 400, 500 and 1000 ppm, at 100 ° C were tested. Among the different concentrations of the EO, 400 ppm was the lowest concentration where the time needed to obtain 6 decimal reduction was significantly (P < 0.01) different from the thermal resistance without the essential oil of oregano. The second stage of the study termochemical resistance was performed by fixing the concentration of EO at 400 ppm and varying the temperature between 90 and 100 °C. For all experimental termochemical inactivation curves of B. coagulans, the primary model of Weibull presented a good fit to the data. After adjusting the primary model, the secondary empirical models, such as exponential and linear equations, were fitted to the Weibull parameters to describe the influence of temperature on the primary parameters ? (T), ? (T) and b (T). Based on the model primary and secondary models, it was realized the non-isothermal thermochemical resistance of B. coagulans spores. In this step, the non-isothermal model proposed by Peleg (2006) was used to predict non-isothermal data. Thus, the proposed model was validated with experimental data of B. coagulans in nutrient broth supplemented with 400 ppm of oregano EO in two different temperature profiles. The antibacterial effects of oregano EO was proved through different types of analysis, showing that this natural preservative can be used in food industry. Thus, the EO of oregano may reduce the thermal treatment of products, resulting in less energy consumption and reducing the impact of heat on organoleptic and/or nutrition properties. Besides that, in the case of products such as pulp and tomato sauce oregano can be added as an alternative to adding flavor to food.