Pastorizzazione
La pastorizzazione è un processo di conservazione controllato e non sterilizzante, progettato principalmente per ridurre la carica microbica e l'attività enzimatica degli alimenti, riducendo così al minimo il rischio di malattie di origine alimentare e prolungando la durata di conservazione dei prodotti alimentari. La pastorizzazione può essere effettuata con tecniche di pastorizzazione non termiche, come il trattamento ad alta pressione (HPP) e il campo elettrico pulsato (PEF). Queste tecniche sono state sviluppate di recente per rispondere alla crescente domanda di alimenti più freschi e minimamente lavorati [1].
I metodi di pastorizzazione tradizionali, tuttavia, prevedono l'applicazione di un leggero calore agli alimenti per un certo periodo di tempo. Il calore applicato deve essere sufficiente a inattivare i microrganismi patogeni e gli agenti di deterioramento, conservando al contempo la maggior parte delle proprietà organolettiche, nutrizionali e funzionali dei prodotti. Classic metodi di pastorizzazione termica includono [2]:
- Batch (Vat) o Low-Temperature, Long-Time (LTLT): Riscaldamento a 65°C per 30 minuti.
- Alta temperatura, breve tempo (HTST): Riscaldamento a 72°C per 15 secondi.
- Ultra pastorizzazione: Riscaldamento a 89-100°C per 1 secondo.
- Pastorizzazione ultraelevata: Riscaldamento a 138°C per 2 secondi.
Il trattamento termico può avere effetti deleteri sul prodotto alimentare, ad esempio: alterazione del colore dovuta all'evaporazione dell'acqua o alla reazione di Maillard1, perdita parziale del valore nutrizionale o denaturazione delle proteine. Quest'ultima è estremamente importante se il prodotto pastorizzato viene utilizzato come ingrediente funzionale in un prodotto alimentare. La denaturazione delle proteine può influire sulla solubilità, sulla capacità emulsionante e sulle proprietà di gelificazione. La scelta della tecnica di pastorizzazione deve quindi bilanciare la sicurezza microbica con la qualità sensoriale, nutrizionale e funzionale desiderata del prodotto alimentare.
Kinetics Neo è uno strumento software specializzato nell'analisi cinetica dei processi chimici dipendenti dalla temperatura. Questi processi possono comportare variazioni di massa, entalpia, Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione e CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione, tra gli altri fenomeni. Il software supporta analisi cinetiche sia senza modello che basate su modello.
Nell'approccio basato su modelli, Kinetics Neo consente una caratterizzazione dettagliata delle singole fasi di reazione, fornendo parametri cinetici critici come l'energia di attivazione, l'ordine di reazione e il contributo quantitativo di ciascuna fase al processo complessivo. Questa analisi completa facilita la previsione accurata del comportamento della reazione in presenza di profili di temperatura non misurati o sperimentalmente inaccessibili. Essa include la previsione del grado di denaturazione della proteina, qui denominata conversione, dovuta a un certo tempo di esposizione a diverse temperature, come illustrato di seguito.
1Lareazione di Maillard è una reazione di imbrunimento non enzimatica in cui i gruppi amminici liberi reagiscono con composti riducenti come gli zuccheri. La reazione di Maillard è responsabile dell'imbrunimento e dello sviluppo del sapore in vari processi di cottura.
Prevedere la denaturazione delle proteine
L'effetto della pastorizzazione sull'estrazione delle proteine del lievito è stato studiato utilizzando un DSC 300 Caliris® e il software NETZSCH Kinetics Neo .
Le proteine del lievito sono state disperse in acqua distillata a una concentrazione finale del 15% (p/v)2. Una massa di campione di 25 mg di dispersione, corrispondente a 3,75 mg di proteina, è stata analizzata in crogioli di alluminio a bassa pressione3 in un'atmosfera di gas azoto a una velocità di riscaldamento di 5 K/min tra 0°C e 140°C. La denaturazione della proteina del lievito avviene in un intervallo compreso tra 44°C e 78°C, come mostrato nella prima curva di riscaldamento (verde) della figura 1. L'effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico è ampio e si manifesta con un'elevata concentrazione di proteine. L'effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico è ampio e mostra due massimi, indicando che il campione ha una miscela di proteine, come previsto per un'estrazione di proteine. La seconda curva di riscaldamento (nera) mostra l'assenza di effetti termici, il che indica che la denaturazione è irreversibile.
La dipendenza della denaturazione dalla velocità di riscaldamento consente di valutare il processo con l'ausilio del software NETZSCH Kinetics Neo . A tal fine, le curve DSC sono state analizzate e analizzate. A tal fine, sono state acquisite curve DSC a diverse velocità di riscaldamento, 5 K/min, 20 K/min e 50 K/min. Sono stati provati diversi modelli cinetici e modelli per trovare il migliore adattamento. I due migliori risultati sono stati l'analisi di Friedman e il modello cinetico a tre fasi, con coefficienti di correlazione rispettivamente di 0,9988 e 0,9989; vedere figura 2.
2pesoper volume
3Il crogiolo a bassa pressione è costituito da alluminio, in grado di sopportare una leggera sovrapressione che potrebbe verificarsi durante la misurazione.
I risultati DSC ottenuti sono stati utilizzati per prevedere la denaturazione delle proteine in base a quattro diversi schemi di temperatura di pastorizzazione descritti in letteratura [2]. Secondo la previsione, l'analisi di Friedman, non mostrata, e il modello cinetico a tre fasi, mostrato nella figura 2, tre dei quattro metodi di pastorizzazione testati non sono applicabili a questo prodotto; si veda la figura 3.
Il metodo Batch (Vat) porterebbe a una conversione del 90% dopo 3 minuti di riscaldamento, ovvero solo il 10% dell'intero periodo di tempo consigliato. Anche il metodo UHT sarebbe troppo duro: dopo 1 s a 138°C, il contenuto totale di proteine native sarebbe solo del 10%. Il metodo HTST denaturerebbe comunque il 27% di tutto il contenuto proteico.
Solo l'ultrapastorizzazione produrrebbe tassi di conversione accettabili: 7% di conversione dopo 1 s a 95°C.
Convalida dei risultati
Per convalidare il modello cinetico calcolato da Kinetics Neo per la previsione del comportamento di denaturazione in condizioni isotermiche, un campione di proteine di lievito di 25 mg, 3,75 mg di proteine, è stato riscaldato a 65°C e poi mantenuto IsotermicoI test a temperatura controllata e costante sono detti isotermici.isotermico per 20 minuti. La Figura 4 confronta l'effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico determinato tramite misurazione con quello determinato tramite previsione (Kinetics Neo). Il confronto mostra il buon accordo tra le due curve e quindi l'affidabilità del calcolo.
Conclusione
Sulla base di questi risultati, è stata individuata una finestra di trattamento per la pastorizzazione di prodotti proteici per l'industria alimentare. Kinetics Neo offre l'opportunità di sviluppare un modello matematico che rappresenta accuratamente il comportamento sperimentale dei campioni durante il trattamento termico. Questo approccio semplifica il processo di identificazione del profilo di temperatura più promettente, eliminando la necessità di ricorrere a metodi di prova ed errore che richiedono molto tempo.