Modelagem matemática da inativação de Alicyclobacillus acidoterrestris em sucos de frutas por luz pulsada

Abstract

A indústria de sucos de frutas tem como uma de suas principais preocupações os microrganismos deteriorantes e termorresistentes. Entre estes destaca-se a bactéria Alicyclobacillus acidoterrestris capaz de resistir ao tratamento de pasteurização e a meios ácidos. Este microrganismo é comumente encontrado no solo, podendo também estar presente em frutas que são utilizadas como matérias-primas em indústria de alimentos. O tratamento térmico comumente utilizado nestas indústrias para inativar estes microrganismos, altera as propriedades organolépticas e nutricionais do produto final. Deste modo, pesquisas têm sido realizadas para desenvolver novas tecnologias para o processamento de alimentos, como a aplicação de luz pulsada. A luz pulsada de alta intensidade e curta duração é uma alternativa de método não térmico, capaz de inativar microrganismos deteriorantes que desafiam a indústria de sucos, devido ao fato de sobreviverem a etapa de pasteurização sem alterar, de modo indesejável, as propriedades sensoriais e nutricionais do produto. Diante ao exposto, a finalidade deste estudo foi avaliar a inativação de A. acidoterrestris em suco de maçã integral, clarificado e não clarificado e em suco integral de laranja por meio da aplicação de luz pulsada variando a largura do pulso (1000 a 5000 μs), voltagem (2500 a 3000 V) e a energia (600 a 1000 J). Além disso, aplicar modelos matemáticos para descrever o comportamento deste microrganismo nas condições aqui estudadas também é de interesse para as indústrias de alimentos. As amostras de suco previamente inoculadas com A. acidoterrestris (suspensão de esporos na concentração de 2,3x10⁶ UFC/mL) foram submetidas à luz pulsada sob parâmetros diferentes entre os dois tratamentos, correspondentes a diferentes condições de fluência, variando entre 59 J/cm² e 17 J/cm². Na modelagem preditiva, os modelos primários de Weibull e Log-linear foram ajustados aos dados experimentais dos dois tratamentos, para descrever a inativação microbiana ao longo das fluências. A inativação de A. acidoterrestris atingiu uma redução logarítmica de cerca de 1,5 para os sucos de maçã e menos que uma redução para o suco de laranja, em um curto período de tempo. Com base nas curvas de inativação e na análise estatística (R² e RMSE), o modelo de Weibull apresentou o melhor desempenho para representar a inativação de A. acidoterrestris nos sucos. Os resultados obtidos indicam que a aplicação da luz pulsada reduz a carga microbiana, sendo mais significativa no suco de maçã, devido as suas propriedades, assim como o modelo de Weibull pode ser utilizado para prever a inativação do A. acidoterrestris. Neste contexto, foi possível verificar que o uso de luz pulsada apresenta potencial de aplicação industrial, contribuindo para o controle dos microrganismos deteriorantes e termorresistentes que são de grande preocupação para a indústria de sucos.

The fruit juice industry has as one of its main concerns the presence of spoilage and thermoresistant microorganisms. Among these, the bacterium Alicyclobacillus acidoterrestris stands out, as it is capable of withstanding pasteurization treatments and acidic environments. This microorganism is commonly found in soil and may also be present in fruits used as raw materials in the food industry. The thermal treatment commonly used in these industries to inactivate such microorganisms alters the organoleptic and nutritional properties of the final product. Therefore, research has been conducted to develop new technologies for food processing, such as the application of pulsed light. High-intensity, short-duration pulsed light is a non-thermal alternative method capable of inactivating spoilage microorganisms that challenge the juice industry, as they survive the pasteurization stage without undesirably affecting the sensory and nutritional properties of the product. In light of this, the aim of this study was to evaluate the inactivation of A. acidoterrestris in whole, clarified and unclarified apple juice, as well as in whole orange juice, through the application of pulsed light, varying the pulse width (1000 to 5000 μs), voltage (2500 to 3000 V) and energy (600 to 1000 J). Additionally, applying mathematical models to describe the behavior of this microorganism under the studied conditions is also of interest to the food industry. The juice samples previously inoculated with A. acidoterrestris (spore suspension at a concentration of 2,3x10⁶ CFU/mL) were subjected to pulsed light under different parameters for the two treatments, corresponding to different fluence conditions, ranging from 59 J/cm² to 17 J/cm². In predictive modeling, the primary Weibull and Log-linear models were fitted to the experimental data from the two treatments to describe microbial inactivation along the fluence range. The inactivation of A. acidoterrestris reached a logarithmic reduction of about 1.5 for apple juice and less than one log reduction for orange juice in a short period of time. Based on the inactivation curves and statistical analysis (R² e RMSE), the Weibull model showed the best performance in representing the inactivation of A. acidoterrestris in the juices. The results obtained indicate that the application of pulsed light reduces microbial load, with a more significant effect observed in apple juice due to its properties, and that the Weibull model can be used to predict the inactivation of A. acidoterrestris. In this context, it was possible to verify that the use of pulsed light shows potential for industrial application, contributing to the control of spoilage and thermoresistant microorganisms, which are of great concern to the juice industry.