Pasterizace
Pasterizace je řízený nesterilizační konzervační proces, jehož hlavním cílem je snížit mikrobiální zátěž a enzymatickou aktivitu potravin, a tím minimalizovat riziko onemocnění z potravin a prodloužit trvanlivost potravinářských výrobků. Pasterizace může být prováděna pomocí netepelných pasterizačních technik, jako je vysokotlaké zpracování (HPP) a pulzní elektrické pole (PEF). Tyto techniky byly vyvinuty v nedávné době s cílem reagovat na rostoucí poptávku po čerstvějších, minimálně zpracovaných potravinách [1].
Tradiční metody pasterizace však zahrnují působení mírného tepla na potraviny po určitou dobu. Aplikované teplo musí být dostatečné, aby inaktivovalo patogenní mikroorganismy a původce kažení a zároveň zachovalo většinu organoleptických, nutričních a funkčních vlastností výrobků. Classic mezi metody tepelné pasterizace patří [2]:
- Várková (Vat) nebo nízkoteplotní, dlouhodobá (LTLT): Zahřívání při 65 °C po dobu 30 minut.
- Vysokoteplotní, krátkodobá (HTST): Zahřívání při 72 °C po dobu 15 sekund.
- Ultrapasterizace: Zahřívání při 89 až 100 °C po dobu 1 sekundy.
- Ultra-vysoká pasterizace: Zahřívání při 138 °C po dobu 2 sekund.
Tepelné ošetření může mít na potravinářský výrobek škodlivé účinky, například: změnu barvy v důsledku odpařování vody nebo Maillardovy reakce1, částečnou ztrátu výživové hodnoty nebo denaturaci bílkovin. Poslední z těchto faktorů je mimořádně důležitý, pokud se pasterovaný výrobek používá jako funkční složka potravinářského výrobku. Denaturace bílkovin může ovlivnit rozpustnost, emulgační schopnost a gelovací vlastnosti. Volba pasterizační techniky proto musí vyvažovat mikrobiální bezpečnost s požadovanou senzorickou, nutriční a funkční kvalitou potravinářského výrobku.
Kinetics Neo je softwarový nástroj specializovaný na kinetickou analýzu chemických procesů závislých na teplotě. Tyto procesy mohou zahrnovat mimo jiné změny hmotnosti, entalpie, rozkladu a KrystalizaceKrystalizace je fyzikální proces tuhnutí při vzniku a růstu krystalů. Při tomto procesu se uvolňuje krystalizační teplo.krystalizace. Software podporuje jak bezmodelové, tak na modelu založené kinetické analýzy.
Při přístupu založeném na modelu umožňuje Kinetics Neo podrobnou charakterizaci jednotlivých reakčních kroků a poskytuje kritické kinetické parametry, jako je aktivační energie, pořadí reakce a kvantitativní příspěvek každého kroku k celkovému procesu. Tato komplexní analýza usnadňuje přesné předpovědi chování reakce při neměřených nebo experimentálně nedostupných teplotních profilech. Zahrnuje předpověď stupně denaturace bílkovin, zde nazvaného jako konverze, v důsledku určitého časového působení různých teplot, jak je uvedeno v následujícím textu.
1Maillardovareakce je neenzymatická reakce hnědnutí, při níž volné aminoskupiny reagují s redukujícími sloučeninami, jako jsou cukry. Maillardova reakce je zodpovědná za hnědnutí a rozvoj chuti v různých procesech vaření.
Předpovídání denaturace proteinů
Vliv pasterace na extrakci kvasničných bílkovin byl zkoumán pomocí přístroje DSC 300 Caliris® a softwaru NETZSCH Kinetics Neo .
Kvasinkový protein byl rozptýlen v destilované vodě v konečné koncentraci 15 % (w/v)2 . Vzorek o hmotnosti 25 mg disperze, což odpovídá 3,75 mg proteinu, byl analyzován v nízkotlakých3 hliníkových kelímcích v plynné dusíkové atmosféře při rychlosti zahřívání 5 K/min mezi 0 °C a 140 °C. K denaturaci kvasinkového proteinu dochází v rozmezí 44 °C a 78 °C, jak ukazuje první křivka zahřívání (zelená) na obrázku 1. Endotermický efekt je široký a vykazuje dvě maxima, což naznačuje, že vzorek obsahuje směs proteinů, jak se očekává u extrakce proteinu. Druhá křivka zahřívání (černá) ukazuje absenci tepelných účinků, což naznačuje, že denaturace je nevratná.
Závislost denaturace na rychlosti zahřívání umožňuje vyhodnotit proces pomocí softwaru NETZSCH Kinetics Neo . Za tímto účelem byly získány DSC křivky při různých rychlostech ohřevu, 5 K/min, 20 K/min a 50 K/min. Bylo vyzkoušeno několik různých kinetických a modelů s cílem najít nejvhodnější. Dva nejlepší výsledky přinesla Friedmanova analýza a třístupňový kinetický model s korelačními koeficienty 0,9988, resp. 0,9989; viz obrázek 2.
2hmotnostna objem
3Nízkotlaký kelímek se skládá z hliníku, který odolává mírnému přetlaku, k němuž by mohlo dojít během měření.
Získané výsledky DSC byly použity k předpovědi denaturace bílkovin při čtyřech různých teplotních schématech pasterizace popsaných v literatuře [2]. Podle předpovědi, Friedmanovy analýzy, která není uvedena, a třístupňového kinetického modelu, který je znázorněn na obrázku 2 níže, nebudou tři ze čtyř testovaných pasterizačních metod pro tento výrobek použitelné; viz obrázek 3.
Vsádková metoda by vedla k 90 % konverzi po 3 minutách zahřívání, což je pouze 10 % z celé doporučené doby. Metoda UHT by byla rovněž příliš tvrdá; po 1 s při 138 °C by celkový obsah nativních bílkovin činil pouze 10 %. Metoda HTST by stále denaturovala 27 % veškerého obsahu bílkovin.
Pouze ultrapasterizace by přinesla přijatelnou míru konverze: po 1 s při 95 °C by došlo k 7% konverzi.
Ověřování výsledků
Za účelem ověření kinetického modelu vypočteného pomocí Kinetics Neo pro předpověď denaturačního chování za IzotermickýZkoušky při kontrolované a konstantní teplotě se nazývají izotermické.izotermických podmínek byl vzorek kvasinkového proteinu o hmotnosti 25 mg, tj. 3,75 mg proteinu, zahřát na 65 °C a poté ponechán v izotermii po dobu 20 minut. Na obr. 4 je porovnán endotermický účinek stanovený měřením s účinky stanovenými pomocí predikce (Kinetics Neo). Srovnání ukazuje dobrou shodu mezi oběma křivkami, a tedy i spolehlivost výpočtu.
Závěr
Na základě těchto výsledků bylo nalezeno zpracovatelské okno pro pasterizaci bílkovinných výrobků pro potravinářský průmysl. Kinetics Neo poskytuje možnost vyvinout matematický model, který přesně reprezentuje experimentální chování vzorků během tepelného zpracování. Tento přístup zjednodušuje proces identifikace nejslibnějšího teplotního profilu a eliminuje potřebu časově náročných metod pokus-omyl.