Pasteurizarea
Pasteurizarea este un proces de conservare controlat, nesterilizant, conceput în principal pentru a reduce încărcătura microbiană și activitatea enzimatică a alimentelor, minimizând astfel riscul de boli de origine alimentară și prelungind durata de valabilitate a produselor alimentare. Pasteurizarea poate fi realizată utilizând tehnici de pasteurizare non-termice, cum ar fi procesarea la presiune înaltă (HPP) și câmpul electric pulsat (PEF). Aceste tehnici au fost dezvoltate mai recent pentru a răspunde cererii tot mai mari de alimente mai proaspete, minim prelucrate [1].
Cu toate acestea, metodele tradiționale de pasteurizare implică aplicarea unei călduri ușoare asupra alimentelor pentru o anumită perioadă de timp. Căldura aplicată trebuie să fie suficientă pentru a inactiva microorganismele patogene și agenții de alterare, păstrând în același timp majoritatea proprietăților organoleptice, nutriționale și funcționale ale produselor. Classic metodele de pasteurizare termică includ [2]:
- Lot (cuvă) sau Temperatură scăzută, timp îndelungat (LTLT): Încălzire la 65°C timp de 30 de minute.
- Temperatură ridicată, scurtă durată (HTST): Încălzire la 72°C timp de 15 secunde.
- Ultrapasteurizare: Încălzire la 89-100°C timp de 1 secundă.
- Pasteurizare ultra-înaltă: Încălzire la 138°C timp de 2 secunde.
Tratamentul termic poate avea efecte dăunătoare asupra produsului alimentar, de exemplu: alterarea culorii datorită evaporării apei sau reacției Maillard1, pierderea parțială a valorii nutritive sau denaturarea proteinelor. Ultimul dintre acestea este extrem de important dacă produsul pasteurizat are aplicații ca ingredient funcțional într-un produs alimentar. Denaturarea proteinelor poate afecta solubilitatea, capacitatea de emulsificare și proprietățile de gelifiere. Prin urmare, alegerea tehnicii de pasteurizare trebuie să echilibreze siguranța microbiană cu calitatea senzorială, nutrițională și funcțională dorită a produsului alimentar.
Kinetics Neo este un instrument software, specializat pentru analiza cinetică a proceselor chimice dependente de temperatură. Aceste procese pot implica schimbări de masă, entalpie, Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere și CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată.cristalizare, printre alte fenomene. Software-ul suportă atât analize cinetice fără model, cât și analize cinetice bazate pe model.
În abordarea bazată pe model, Kinetics Neo permite caracterizarea detaliată a etapelor individuale de reacție, furnizând parametrii cinetici critici precum energia de activare, ordinea reacției și contribuția cantitativă a fiecărei etape la procesul global. Această analiză cuprinzătoare facilitează predicțiile exacte ale comportamentului reacției în cazul profilurilor de temperatură nemăsurate sau inaccesibile din punct de vedere experimental. Aceasta include prezicerea gradului de denaturare a proteinelor, denumit aici conversie, ca urmare a unui anumit timp de expunere la temperaturi diferite, după cum se explică în cele ce urmează.
1ReacțiaMaillard este o reacție neenzimatică de rumenire în care grupele amino libere reacționează cu compuși reducători, cum ar fi zaharurile. Reacția Maillard este responsabilă de rumenire și de dezvoltarea aromei în diferite procese de gătit.
Predicția denaturării proteinelor
Efectul pasteurizării asupra extracției proteinelor de drojdie a fost investigat utilizând un DSC 300 Caliris® și software-ul NETZSCH Kinetics Neo .
Proteina de drojdie a fost dispersată în apă distilată la o concentrație finală de 15% (w/v)2. O masă de probă de 25 mg de dispersie, corespunzând la 3,75 mg de proteină, a fost analizată în creuzete de aluminiu de joasă presiune3 sub o atmosferă de azot gazos la o rată de încălzire de 5 K/min între 0°C și 140°C. Denaturarea proteinei de drojdie are loc în intervalul 44°C și 78°C, după cum se arată în prima curbă de încălzire (verde) din figura 1. Efectul EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic este larg și prezintă două maxime, indicând că proba are un amestec de proteine, așa cum este de așteptat pentru o extracție de proteine. A doua curbă de încălzire (negru) arată absența efectelor termice, ceea ce indică faptul că denaturarea este ireversibilă.
Dependența denaturării de viteza de încălzire permite evaluarea procesului cu ajutorul software-ului NETZSCH Kinetics Neo . În acest scop, curbele DSC au fost obținute la diferite viteze de încălzire, 5 K/min, 20 K/min și 50 K/min. Au fost încercate mai multe modele și cinetici diferite pentru a găsi cea mai bună potrivire. Cele mai bune două rezultate au fost analiza Friedman și modelul cinetic în trei etape, cu coeficienți de corelație de 0,9988 și, respectiv, 0,9989; a se vedea figura 2.
2greutateper volum
3Creuzetul de joasă presiune este din aluminiu și rezistă la o ușoară suprapresiune care ar putea apărea în timpul măsurării.
Rezultatele DSC obținute au fost utilizate pentru predicția denaturării proteinelor în patru scheme diferite de temperatură de pasteurizare descrise în literatura de specialitate [2]. Conform predicției, analizei Friedman, care nu este prezentată, și modelului cinetic în trei etape, prezentat în figura 2 de mai jos, trei dintre cele patru metode de pasteurizare testate nu vor fi aplicabile pentru acest produs; a se vedea figura 3.
Metoda Batch (cuvă) ar duce la o conversie de 90% după 3 minute de încălzire, ceea ce reprezintă doar 10% din întreaga perioadă de timp recomandată. Metoda UHT ar fi, de asemenea, prea dură; după 1 s la 138°C, conținutul total de proteine native ar fi de numai 10%. Metoda HTST ar denatura încă 27% din conținutul total de proteine.
Numai ultrapasteurizarea ar produce rate de conversie acceptabile: 7% conversie după 1 s la 95°C.
Validarea rezultatelor
Pentru a valida modelul cinetic calculat de Kinetics Neo pentru predicția comportamentului de denaturare în condiții izoterme, o probă de proteină de drojdie de 25 mg, 3,75 mg de proteină, a fost încălzită la 65 °C și apoi menținută izotermă timp de 20 de minute. Figura 4 compară efectul EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic determinat prin măsurare cu cele determinate prin predicție (Kinetics Neo). Comparația arată buna concordanță dintre cele două curbe și, prin urmare, fiabilitatea calculului.
Concluzie
Pe baza acestor rezultate, a fost găsită o fereastră de procesare pentru pasteurizarea produselor proteice pentru industria alimentară. Kinetics Neo oferă oportunitatea de a dezvolta un model matematic care reprezintă cu exactitate comportamentul experimental al probelor în timpul tratamentului termic. Această abordare simplifică procesul de identificare a celui mai promițător profil de temperatură, eliminând necesitatea unor metode de încercare și eroare consumatoare de timp.