Pasztőrözés
A pasztőrözés egy ellenőrzött, nem sterilizáló tartósítási eljárás, amelynek elsődleges célja az élelmiszerek mikrobiális terhelésének és enzimatikus aktivitásának csökkentése, ezáltal az élelmiszer eredetű megbetegedések kockázatának minimalizálása és az élelmiszerek eltarthatósági idejének meghosszabbítása. A pasztőrözés nem termikus pasztőrözési technikákkal, például nagynyomású feldolgozással (HPP) és impulzusos elektromos mezővel (PEF) végezhető. Ezeket a technikákat a közelmúltban fejlesztették ki a frissebb, minimálisan feldolgozott élelmiszerek iránti növekvő igény kielégítésére [1].
A hagyományos pasztőrözési módszerek azonban enyhe hő alkalmazását jelentik az élelmiszerre egy bizonyos ideig. Az alkalmazott hőnek elegendőnek kell lennie a patogén mikroorganizmusok és romlást okozó anyagok inaktiválásához, miközben a termékek érzékszervi, táplálkozási és funkcionális tulajdonságainak nagy része megmarad. Classic A termikus pasztőrözési módszerek közé tartoznak [2]:
- Batch (tartályos) vagy alacsony hőmérsékletű, hosszú ideig tartó (LTLT): Fűtés 65 °C-on 30 percig.
- Magas hőmérsékletű, rövid ideig tartó (HTST): Fűtés 72°C-on 15 másodpercig.
- Ultrapasztőrözés: Fűtés 89-100°C-on 1 másodpercig.
- Ultramagas pasztőrözés: Fűtés 138°C-on 2 másodpercig.
A hőkezelés káros hatással lehet az élelmiszerre, például: a szín megváltozása a víz elpárolgása vagy a Maillard-reakció1 miatt, a tápérték részleges elvesztése vagy a fehérjék denaturációja. Ez utóbbi rendkívül fontos, ha a pasztőrözött terméket funkcionális összetevőként alkalmazzák egy élelmiszertermékben. A fehérjék denaturációja befolyásolhatja az oldhatóságot, az emulgeáló képességet és a zselésedési tulajdonságokat. A pasztőrözési technika kiválasztásakor ezért egyensúlyt kell teremteni a mikrobiális biztonság és az élelmiszertermék kívánt érzékszervi, táplálkozási és funkcionális minősége között.
Kinetics Neo egy olyan szoftvereszköz, amely a hőmérsékletfüggő kémiai folyamatok kinetikai elemzésére specializálódott. Ezek a folyamatok többek között tömeg-, entalpia-, Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlás- és kristályosodási változásokat foglalhatnak magukban. A szoftver támogatja mind a modellmentes, mind a modellalapú kinetikai elemzéseket.
A modellalapú megközelítésben a Kinetics Neo lehetővé teszi az egyes reakciólépések részletes jellemzését, olyan kritikus kinetikai paramétereket szolgáltatva, mint az aktiválási energia, a reakció rendje és az egyes lépések mennyiségi hozzájárulása a teljes folyamathoz. Ez az átfogó elemzés megkönnyíti a reakció viselkedésének pontos előrejelzését nem mért vagy kísérletileg nem hozzáférhető hőmérsékleti profilok esetén. Ez magában foglalja a fehérje denaturálódásának mértékének előrejelzését, amelyet itt konverziónak nevezünk, a különböző hőmérsékleteknek való bizonyos időbeli kitettség következtében, amint azt a következőkben tárgyaljuk.
1AMaillard-reakció egy nem enzimatikus barnulási reakció, amelyben a szabad aminocsoportok redukáló vegyületekkel, például cukrokkal reagálnak. A Maillard-reakció felelős a barnulásért és az íz kialakulásáért a különböző főzési folyamatokban.
Fehérje denaturáció előrejelzése
A pasztőrözés hatását az élesztőfehérje extrakciójára egy DSC 300 Caliris® és a NETZSCH Kinetics Neo szoftver segítségével vizsgáltuk. .
Az élesztőfehérjét 15 %-os (w/v)2 végkoncentrációban desztillált vízben diszpergáltuk. A 3,75 mg fehérjének megfelelő 25 mg diszperziós mintatömeget alacsony nyomású3 alumíniumtégelyben, nitrogéngáz atmoszférában, 5 K/perc fűtési sebességgel 0°C és 140°C között elemeztük. Az élesztőfehérje denaturációja 44°C és 78°C között következik be, amint azt az 1. ábra első fűtési görbéje (zöld) mutatja. Az endoterm hatás széles, és két maximumot mutat, ami azt jelzi, hogy a minta fehérjék keverékét tartalmazza, ahogy az egy fehérje extrakció esetében várható. A második fűtési görbe (fekete) a termikus hatások hiányát mutatja, ami azt jelzi, hogy a denaturáció irreverzibilis.
A denaturációnak a fűtési sebességtől való függése lehetővé teszi a folyamat értékelését a NETZSCH Kinetics Neo szoftver segítségével. Ebből a célból DSC-görbéket vettünk fel különböző fűtési sebességek mellett, 5 K/min, 20 K/min és 50 K/min. Több különböző kinetikai és modellt próbáltak ki a legjobb illeszkedés megtalálása érdekében. A két legjobb eredmény a Friedman-analízis és a háromlépéses kinetikai modell volt, 0,9988 és 0,9989 korrelációs együtthatóval; lásd a 2. ábrát.
2Súlytérfogatra vetítve
3Az alacsony nyomású tégely alumíniumból áll, ellenáll a mérés során esetlegesen fellépő enyhe túlnyomásnak.
A kapott DSC-eredményeket a fehérje denaturációjának előrejelzésére használtuk az irodalomban [2] leírt négy különböző pasztőrözési hőmérsékleti séma esetén. Az előrejelzés, a nem látható Friedman-elemzés és az alábbi 2. ábrán látható háromlépcsős kinetikai modell szerint a négy vizsgált pasztőrözési módszer közül három nem lesz alkalmazható erre a termékre; lásd a 3. ábrát.
A Batch (Vat) módszer 3 perc hevítés után 90%-os konverziót eredményezne, ami a teljes ajánlott időtartamnak csak 10%-a. Az UHT módszer szintén túl kemény lenne; 1 s 138°C-on történő alkalmazás után a teljes natív fehérjetartalom csak 10% lenne. A HTST módszer még mindig az összes fehérjetartalom 27%-át denaturálná.
Csak az ultrapasztőrözés eredményezne elfogadható konverziós arányt: 7%-os konverzió 1 s 95°C-on.
Az eredmények validálása
A Kinetics Neo segítségével kiszámított kinetikai modell validálása érdekében a denaturációs viselkedés izoterm körülmények közötti előrejelzésére 25 mg, 3,75 mg élesztőfehérje-mintát 65°C-ra melegítettünk, majd 20 percig izotermikusan tartottuk. A 4. ábra összehasonlítja a méréssel meghatározott EndotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció endoterm, ha az átalakuláshoz hőre van szükség.endotermikus hatást az előrejelzéssel (Kinetics Neo) meghatározottakkal. Az összehasonlítás jól mutatja a két görbe közötti jó egyezést, és így a számítás megbízhatóságát.
Következtetés
Ezen eredmények alapján találtak egy feldolgozási ablakot az élelmiszeripar számára készült fehérjetermékek pasztőrözésére. Kinetics Neo lehetőséget nyújt egy olyan matematikai modell kidolgozására, amely pontosan reprezentálja a minták hőkezelés során tapasztalható kísérleti viselkedését. Ez a megközelítés leegyszerűsíti a legígéretesebb hőmérsékleti profil meghatározásának folyamatát, kiküszöbölve az időigényes próba és tévedés módszereket.