Pasteurización
La pasteurización es un proceso de conservación controlado, no esterilizante, diseñado principalmente para reducir la carga microbiana y la actividad enzimática de los alimentos, minimizando así el riesgo de enfermedades transmitidas por los alimentos y prolongando la vida útil de los productos alimenticios. La pasteurización puede realizarse mediante técnicas de pasteurización no térmicas, como el procesamiento a alta presión (HPP) y el campo eléctrico pulsado (PEF). Estas técnicas se han desarrollado más recientemente para hacer frente a la creciente demanda de alimentos más frescos y mínimamente procesados [1].
Los métodos tradicionales de pasteurización, sin embargo, implican la aplicación de calor suave a los alimentos durante un cierto periodo de tiempo. El calor aplicado tiene que ser suficiente para inactivar los microorganismos patógenos y los agentes de deterioro, conservando al mismo tiempo la mayor parte de las propiedades organolépticas, nutricionales y funcionales de los productos. Classic métodos de pasteurización térmica incluyen [2]:
- Por lotes (Vat) o de baja temperatura y larga duración (LTLT): Calentamiento a 65°C durante 30 minutos.
- Alta temperatura, corto tiempo (HTST): Calentamiento a 72°C durante 15 segundos.
- Ultra pasteurización: Calentamiento de 89 a 100°C durante 1 segundo.
- Ultra pasteurización: Calentamiento a 138°C durante 2 segundos.
El tratamiento térmico puede tener efectos nocivos en el producto alimenticio, por ejemplo: alteración del color debido a la evaporación del agua o a la reacción de Maillard1, pérdida parcial del valor nutritivo o desnaturalización de las proteínas. Esta última es extremadamente importante si el producto pasteurizado tiene aplicaciones como ingrediente funcional en un producto alimenticio. La desnaturalización de las proteínas puede afectar a la solubilidad, la capacidad emulsionante y las propiedades de gelificación. Por lo tanto, la elección de la técnica de pasteurización debe equilibrar la seguridad microbiana con la calidad sensorial, nutricional y funcional deseada del producto alimentario.
Kinetics Neo es una herramienta informática especializada en el análisis cinético de procesos químicos dependientes de la temperatura. Estos procesos pueden implicar cambios de masa, entalpía, descomposición y CristalizaciónCrystallization is the physical process of hardening during the formation and growth of crystals. During this process, heat of crystallization is released.cristalización, entre otros fenómenos. El software admite tanto análisis cinéticos sin modelo como basados en modelos.
En el enfoque basado en modelos, Kinetics Neo permite una caracterización detallada de los pasos individuales de la reacción, proporcionando parámetros cinéticos críticos como la energía de activación, el orden de reacción y la contribución cuantitativa de cada paso al proceso global. Este análisis exhaustivo facilita predicciones precisas del comportamiento de la reacción bajo perfiles de temperatura no medidos o inaccesibles experimentalmente. Incluye la predicción del grado de desnaturalización de la proteína, denominado aquí conversión, debido a un determinado tiempo de exposición a diferentes temperaturas, como se expone a continuación.
1Lareacción de Maillard es una reacción de oscurecimiento no enzimática en la que los grupos amino libres reaccionan con compuestos reductores como los azúcares. La reacción de Maillard es responsable del pardeamiento y del desarrollo del sabor en diversos procesos de cocción.
Predicción de la desnaturalización de proteínas
El efecto de la pasteurización en la extracción de la proteína de levadura se investigó utilizando un DSC 300 Caliris® y el software NETZSCH Kinetics Neo .
La proteína de levadura se dispersó en agua destilada a una concentración final del 15% (p/v)2. Una masa de muestra de 25 mg de dispersión, correspondiente a 3,75 mg de proteína, se analizó en crisoles de aluminio de baja presión3 bajo una atmósfera de gas nitrógeno a una velocidad de calentamiento de 5 K/min entre 0°C y 140°C. La desnaturalización de la proteína de levadura se produce en el intervalo de 44°C y 78°C, como se muestra en la primera curva de calentamiento (verde) de la figura 1. El efecto EndotérmicoA sample transition or a reaction is endothermic if heat is needed for the conversion.endotérmico es amplio y muestra dos máximos, lo que indica que la muestra tiene una mezcla de proteínas, como es de esperar para una extracción de proteínas. La segunda curva de calentamiento (negra) muestra la ausencia de efectos térmicos, lo que indica que la desnaturalización es irreversible.
La dependencia de la desnaturalización de la velocidad de calentamiento permite evaluar el proceso con ayuda del software NETZSCH Kinetics Neo . Para ello, se adquirieron curvas DSC a diferentes velocidades de calentamiento, 5 K/min, 20 K/min y 50 K/min. Se probaron varias cinéticas y modelos diferentes para encontrar el mejor ajuste. Los dos mejores resultados fueron el análisis de Friedman y el modelo cinético de tres pasos, con coeficientes de correlación de 0,9988 y 0,9989, respectivamente; véase la figura 2.
2pesopor volumen
3El crisol de baja presión es de aluminio y soporta una ligera sobrepresión que podría producirse durante la medición.
Los resultados de DSC obtenidos se utilizaron para la predicción de la desnaturalización de la proteína bajo cuatro esquemas diferentes de temperatura de pasteurización descritos en la literatura [2]. Según la predicción, el análisis de Friedman, no mostrado, y el modelo cinético de tres pasos, mostrado en la figura 2 a continuación, tres de los cuatro métodos de pasteurización probados no serán aplicables para este producto; véase la figura 3.
El método Batch (Vat) conduciría a una conversión del 90% tras 3 minutos de calentamiento, lo que representa sólo el 10% de todo el período de tiempo recomendado. El método UHT también sería demasiado duro; después de 1 s a 138°C, el contenido total de proteína nativa sería sólo del 10%. El método HTST aún desnaturalizaría el 27% de todo el contenido proteínico.
Sólo la ultrapasteurización produciría índices de conversión aceptables: 7% de conversión tras 1 s a 95°C.
Validación de los resultados
Con el fin de validar el modelo cinético calculado por Kinetics Neo para la predicción del comportamiento de desnaturalización en condiciones isotérmicas, una muestra de proteína de levadura de 25 mg, 3,75 mg de proteína, se calentó a 65°C y luego se mantuvo isotérmica durante 20 minutos. La figura 4 compara el efecto endotérmico determinado mediante medición con los determinados mediante predicción (Kinetics Neo). La comparación muestra la buena concordancia entre las dos curvas y, por tanto, la fiabilidad del cálculo.
Conclusión
A partir de estos resultados, se encontró una ventana de procesamiento para la pasteurización de productos proteicos destinados a la industria alimentaria. Kinetics Neo brinda la oportunidad de desarrollar un modelo matemático que represente con precisión el comportamiento experimental de las muestras durante el tratamiento térmico. Este enfoque simplifica el proceso de identificación del perfil de temperatura más prometedor, eliminando la necesidad de métodos de ensayo y error que requieren mucho tiempo.