Pasteurização
A pasteurização é um processo de preservação controlado e não esterilizante, projetado principalmente para reduzir a carga microbiana e a atividade enzimática dos alimentos, minimizando, assim, o risco de doenças transmitidas por alimentos e aumentando a vida útil dos produtos alimentícios. A pasteurização pode ser feita usando técnicas de pasteurização não térmicas, como o Processamento de Alta Pressão (HPP) e o Campo Elétrico Pulsado (PEF). Essas técnicas foram desenvolvidas mais recentemente para atender à crescente demanda por alimentos mais frescos e minimamente processados [1].
Os métodos tradicionais de pasteurização, entretanto, envolvem a aplicação de calor moderado ao alimento por um determinado período de tempo. O calor aplicado deve ser suficiente para inativar os microrganismos patogênicos e os agentes de deterioração, mantendo a maioria das propriedades organolépticas, nutricionais e funcionais dos produtos. Classic Os métodos de pasteurização térmica incluem [2]:
- Batelada (Vat) ou Baixa Temperatura, Longo Tempo (LTLT): Aquecimento a 65°C por 30 minutos.
- Alta temperatura, tempo curto (HTST): Aquecimento a 72°C por 15 segundos.
- Ultra pasteurização: Aquecimento de 89 a 100°C por 1 segundo.
- Pasteurização ultra-alta: Aquecimento a 138°C por 2 segundos.
O tratamento térmico pode ter um efeito deletério sobre o produto alimentício, por exemplo: alteração da cor devido à evaporação da água ou à reação de Maillard1, perda parcial do valor nutricional ou desnaturação da proteína. A última dessas situações é extremamente importante se o produto pasteurizado tiver aplicações como ingrediente funcional em um produto alimentício. A desnaturação da proteína pode afetar a solubilidade, a capacidade emulsificante e as propriedades de gelificação. A escolha da técnica de pasteurização deve, portanto, equilibrar a segurança microbiana com a qualidade sensorial, nutricional e funcional desejada do produto alimentício.
Kinetics Neo é uma ferramenta de software especializada na análise cinética de processos químicos dependentes da temperatura. Esses processos podem envolver mudanças na massa, entalpia, Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição e CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização, entre outros fenômenos. O software suporta análises cinéticas baseadas em modelos e sem modelos.
Na abordagem baseada em modelos, o Kinetics Neo permite a caracterização detalhada das etapas individuais da reação, fornecendo parâmetros cinéticos críticos, como energia de ativação, ordem de reação e a contribuição quantitativa de cada etapa para o processo geral. Essa análise abrangente facilita as previsões precisas do comportamento da reação em perfis de temperatura não medidos ou inacessíveis experimentalmente. Ela inclui a previsão do grau de desnaturação da proteína, aqui denominada conversão, devido a um determinado tempo de exposição a diferentes temperaturas, conforme discutido a seguir.
1Areação de Maillard é uma reação de escurecimento não enzimática na qual grupos amino livres reagem com compostos redutores, como açúcares. A reação de Maillard é responsável pelo escurecimento e pelo desenvolvimento do sabor em vários processos de cozimento.
Previsão da desnaturação de proteínas
O efeito da pasteurização na extração da proteína da levedura foi investigado usando um DSC 300 Caliris® e o software NETZSCH Kinetics Neo .
A proteína da levedura foi dispersa em água destilada em uma concentração final de 15% (p/v)2. Uma massa de amostra de 25 mg de dispersão, correspondente a 3,75 mg de proteína, foi analisada em cadinhos de alumínio de baixa pressão3 sob uma atmosfera de gás nitrogênio a uma taxa de aquecimento de 5 K/min entre 0°C e 140°C. A desnaturação da proteína da levedura ocorre na faixa de 44°C a 78°C, conforme mostrado na primeira curva de aquecimento (verde) na figura 1. O efeito EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico é amplo e mostra dois máximos, indicando que a amostra tem uma mistura de proteínas, como esperado para uma extração de proteína. A segunda curva de aquecimento (preta) mostra a ausência de efeitos térmicos, o que indica que a desnaturação é irreversível.
A dependência da desnaturação em relação à taxa de aquecimento permite a avaliação do processo com a ajuda do software NETZSCH Kinetics Neo . Para isso, as curvas DSC foram adquiridas em diferentes taxas de aquecimento, 5 K/min, 20 K/min e 50 K/min. Vários modelos cinéticos e diferentes foram testados para encontrar o melhor ajuste. Os dois melhores resultados foram a análise de Friedman e o modelo cinético de três etapas, com coeficientes de correlação de 0,9988 e 0,9989, respectivamente; veja a Figura 2.
2pesopor volume
3O cadinho de baixa pressão consiste em alumínio, suportando uma leve sobrepressão que pode ocorrer durante a medição.
Os resultados de DSC obtidos foram usados para prever a desnaturação da proteína sob quatro esquemas diferentes de temperatura de pasteurização descritos na literatura [2]. De acordo com a previsão, a análise de Friedman, não mostrada, e o modelo cinético de três etapas, mostrado na figura 2 abaixo, três dos quatro métodos de pasteurização testados não serão aplicáveis a esse produto; veja a figura 3.
O método de lote (cuba) levaria a 90% de conversão após 3 minutos de aquecimento, o que representa apenas 10% de todo o período de tempo recomendado. O método UHT também seria muito severo; após 1 s a 138°C, o conteúdo total de proteína nativa seria de apenas 10%. O método HTST ainda desnaturaria 27% de todo o conteúdo de proteína.
Somente a Ultra Pasteurização produziria taxas de conversão aceitáveis: 7% de conversão após 1 s a 95°C.
Validação dos resultados
Para validar o modelo cinético calculado pelo site Kinetics Neo para a previsão do comportamento de desnaturação em condições isotérmicas, uma amostra de proteína de levedura de 25 mg, 3,75 mg de proteína, foi aquecida a 65°C e mantida isotérmica por 20 minutos. A Figura 4 compara o efeito EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico determinado por meio de medição com aqueles determinados por meio de previsão (Kinetics Neo). A comparação mostra a boa concordância entre as duas curvas e, portanto, a confiabilidade do cálculo.
Conclusão
Com base nesses resultados, foi encontrada uma janela de processamento para a pasteurização de produtos proteicos para o setor de alimentos. O site Kinetics Neo oferece uma oportunidade de desenvolver um modelo matemático que representa com precisão o comportamento experimental das amostras durante o tratamento térmico. Essa abordagem simplifica o processo de identificação do perfil de temperatura mais promissor, eliminando a necessidade de métodos demorados de tentativa e erro.