Aplicação de radiação ultravioleta na inativação de microrganismos deteriorantes de alimentos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2018.A deterioração de alimentos por microrganismos causa grandes perdas para indústrias. Então, para diminuir os prejuízos causados por deterioração, é importante conhecer o principal microrganismo deteriorante do alimento, bem como conhecer técnicas para inativação do mesmo. Os tratamentos térmicos e o uso de aditivos químicos estão entre as técnicas mais utilizadas para conservação de alimentos. Porém, o uso de calor pode alterar as características sensoriais e nutritivas dos alimentos como alteração da cor, perda de aromas e perda de compostos benéficos à saúde do consumidor. Aditivos químicos também são amplamente utilizados e possuem inúmeras desvantagens como depósito de resíduos prejudiciais à saúde, assim como ao ambiente quando descartados, além da produção de gases tóxicos prejudiciais ao manipulador destes alimentos. Diante disso, é necessário o uso de tecnologias alternativas a essas tradicionais, como tratamentos não térmicos, com destaque para o uso da radiação ultravioleta (UV-C). Esta age diretamente sobre o DNA dos microrganismos causando a morte das células. Um exemplo de alimentos altamente perecíveis que necessitam de tratamentos para sua conservação são os produtos cárneos. Juntamente com a maçã e seus produtos, os produtos cárneos estão entre os alimentos mais economicamente importantes para o estado de Santa Catarina. O estado é o maior produtor de maçãs do país e onde estão localizadas as mais importantes empresas de carnes. Além da importância para o estado, os principais microrganismos deteriorantes destes alimentos já têm sido estudados pelo grupo de pesquisa no qual o trabalho foi desenvolvido. O contaminante mais encontrado em maçãs no período pós colheita é o fungo Penicillium expansum, enquanto os produtos cárneos embalados a vácuo apresentam ambiente de microaerofilia, ideal para o desenvolvimento de bactérias ácido láticas (BAL), com destaque à bactéria Weissella viridescens. Uma ferramenta que pode ser utilizada para descrever a inativação de microrganismos tanto pela ação de calor ou uso de aditivos químicos, como pela ação da radiação UV-C é a microbiologia preditiva. Esta possibilita, através de modelos matemáticos, prever o comportamento dos microrganismos em função da aplicação de radiação UV-C. Assim, o objetivo geral deste trabalho foi estudar, com o uso da microbiologia preditiva, a inativação dos microrganismos deteriorantes de maçãs e produtos cárneos, P. expansum e W. viridescens, respectivamente, realizada pela aplicação de UV-C. Primeiramente, foi desenvolvido um equipamento com 10 lâmpadas de mercúrio de baixa pressão com emissão no comprimento de onda de 254 nm e controle de temperatura, para inativação de microrganismos deteriorantes de alimentos. A variação do número de lâmpadas permite a variação da intensidade de radiação (W/m2) aplicada à amostra. Com o uso deste equipamento, foram realizados testes de inativação dos microrganismos contaminantes in vitro e em alimentos. Os resultados obtidos mostraram, para as cinco intensidades de radiação avaliadas (2, 4, 6, 8 e 10 lâmpadas acesas), que a inativação de esporos de P. expansum in vitro foi possível. Foram, então, realizados testes em maçãs e a técnica mostrou-se pouco eficiente, uma vez que foram necessários 60 minutos para obtenção de uma redução decimal do número de esporos inoculados. O tempo é alto se comparado às técnicas de sanitização química apontadas pela literatura, como o uso de sanitizantes à base de cloro, por exemplo. Uma vez que a técnica não foi promissora para inativação do contaminante de maçã na própria fruta, foi verificada a aplicação de radiação UV-C no seu principal produto, o suco de maçã. Apesar de não haver muita diferença no efeito das maiores intensidades de radiação avaliadas, foi constatada a possibilidade da técnica ser utilizada para preservação do suco. A inativação da bactéria deteriorante de produtos cárneos, W. viridescens, por UV-C também foi estudada. Cinco curvas foram obtidas para descrever a inativação de inóculo de W. viridescens in vitro, sendo cada curva correspondente a uma intensidade fixa de radiação UV-C. Além desses, foram realizados experimentos em produtos cárneos com a aplicação de 1,93 W/m2 (10 lâmpadas), em diferentes tempos. O uso de radiação UV-C não foi eficiente para inativação da bactéria avaliada em presunto, nas condições estudadas no presente trabalho. Já os testes realizados em salsicha e linguiça mostraram a possibilidade da utilização da técnica para prolongar a vida útil destes alimentos, mesmo quando embalados. Diante disso, foram realizados estudos de vida útil de salsicha embalada a vácuo, comparando amostras irradiadas e amostras não irradiadas e foi verificado um aumento de cerca de 70% no tempo de vida útil do produto devido à diminuição da concentração inicial de microrganismo. Para todas as curvas experimentais de inativação de ambos os microrganismos testados, o modelo primário de Weibull apresentou um bom ajuste aos dados. Após o ajuste primário para a bactéria ácido lática (BAL) estudada in vitro e para o fungo em suco de maçã, quatro modelos secundários foram testados para descrever a influência da intensidade de radiação sobre os parâmetros a (fator de forma) e ß (fator de escala). Com base nos modelos primários e secundários, o modelo dinâmico proposto por Peleg (2006) foi adaptado e utilizado para a predição dos dados obtidos pela aplicação de UV-C com intensidades de radiação variando com o tempo. Com isto, foram obtidos e validados os modelos dinâmicos da inativação de P. expansum em suco de maçã e de W. viridescens in vitro pela aplicação de radiação UV-C em diferentes intensidades de radiação variando com o tempo. Esses modelos têm grande potencial para aplicação industrial.Abstract : Foods deterioration by microorganisms causes great losses for industries. Thus, in order to reduce the damage caused by deterioration, it is important to know the main deteriorating microorganism of the food, as well as to know techniques for its inactivation. Thermal treatments and the use of chemical additives are among the most used techniques for food preservation. However, the use of heat may alter the sensory and nutritional characteristics of foods such as color changes, aroma losses and beneficial compounds to the health of the consumer losses. Chemical additives are also widely used and there are innumerable disadvantages such as disposal of harmful to health residues as well as to the environment when discarded, in addition to the production of toxic gases harmful to the manipulator of these foods. Therefore, it is necessary to use alternative technologies to these traditional ones, such as non-thermal treatments, with emphasis on the use of ultraviolet radiation (UV-C). It acts directly on the DNA of the microorganisms causing the death of the cells. Highly perishable foods example that require treatments for their conservation are meat products. Meat products, apple and apple products are among the most economically important foods for the Santa Catarina state. The state is the largest producer of apples in the country and where the most important meat companies are located. Besides the importance for the state, the main deteriorating microorganisms of these foods have already been studied by the research group in which the work was developed. The contaminant most frequently found in apples in the post- harvest period is the fungus Penicillium expansum, while the vacuum- packed meat products present a microaerophilic environment, ideal for the development of lactic acid bacteria (BAL), with emphasis on the bacterium Weissella viridescens. A tool that may be used to describe the inactivation of microorganisms by either the heat action, or chemical additives use, or by the UV-C radiation action is the predictive microbiology. This allows, through mathematical models, to predict the microorganisms behavior as a function of the application of UV-C radiation. Thus, the general objective of this work was to study the inactivation of the apples and meat products deteriorating microorganisms, P. expansum and W. viridescens, respectively, using UV-C radiation, using the predictive microbiology. Firstly, an equipment for deteriorating food microorganisms inactivation was developed. It has 10 low pressure mercury lamps with emission at 254 nm wavelength and temperature control. The variation of the number of lamps allows the variation of the radiation intensity (W/m2) applied to the sample. By the use of this equipment, contaminating microorganisms inactivation tests were carried out in vitro and in food. The obtained results showed that inactivation of P. expansum spores in vitro was possible for the five radiation intensities evaluated (2, 4, 6, 8 and 10 lamps). Tests were then carried out on apples and the technique proved inefficient, since it took 60 minutes to obtain a decimal reduction in the number of inoculated spores. The time is high compared to the chemical sanitization techniques pointed out in the literature, such as the use of chlorine-based sanitizers, for example. Since the technique was not promising for inactivation of the apple contaminant in the fruit itself, the application of UV-C radiation in its main product, apple juice, was verified. Although there was not much difference in the effect of the highest radiation intensities evaluated, it was verified the possibility of the technique being used to preserve the juice. Inactivation of the deteriorating bacteria of meat products, W. viridescens, by UV-C has also been studied. Five curves were obtained to describe inactivation of W. viridescens inoculum in vitro, each curve corresponding to a fixed intensity of UV-C radiation. In addition to these experiments, experiments were carried out on meat products with the application of 1.93 W/m2 (10 lamps) at different times. The use of UV-C radiation was not efficient for inactivation of the evaluated bacteria in ham, in the conditions studied in the present work. Already the tests carried out on sausages showed the possibility of using the technique to prolong the shelf life of these foods, even when packed. Therefore, vacuum packed sausage shelf life studies were performed comparing irradiated samples and non-irradiated samples. An increase of about 70% in the shelf life of the product was verified due to the decrease of the initial microorganism concentration. For all the experimental inactivation curves of both tested microorganisms, the Weibull primary model presented a good fit to the data. After the primary adjustment for lactic acid bacteria (BAL) studied in vitro and for fungus in apple juice, four secondary models were tested to describe the influence of radiation intensity on a (form factor) and ß (scale factor). Based on the primary and secondary models, the dynamic model proposed by Peleg (2006) was adapted and used to predict the data obtained by applying UV-C with varying radiation intensities over time. Thus, the P. expansum in apple juice and W. viridescens in vitro inactivation dynamic models were obtained and validated by the UV-C radiation application at different radiation intensities varying by the time. These models have great potential for industrial application