Application of ozone gas on sesame seeds: Saturation, kinetics of decomposition and fungal control at different concentrations

A presença de fungos no gergelim (Sesamum indicum L.) armazenado pode causar rápida deterioração dos grãos, reduzindo sua qualidade e causando alterações em suas características fisiológicas. Além disso, algumas espécies de fungos podem produzir toxinas nocivas aos seres humanos e animais, como é o caso do Aspergillus flavus. O combate aos fungos em grãos armazenados em geral é feito com o uso de produtos químicos, que possuem elevado valor e podem deixar resíduos prejudiciais à saúde humana. Deste modo, o ozônio surge como tecnologia promissora no controle destes microrganismos, uma vez que é um poderoso agente oxidante, capaz de destruir a parede celular dos fungos e impedir sua proliferação. Diante disso, objetivou-se com este trabalho (i) determinar a concentração e o tempo de saturação do ozônio, (ii) caracterizar a cinética de decomposição e a meia-vida do ozônio, (iii) avaliar a eficiência no controle fúngico total e aflatoxigênicos e (iv) avaliar o efeito nas características físico- químicas dos grãos. Para a aplicação de O3, amostras de 2,0 kg de grãos de gergelim com teor de água de 5,0% g 100 g-1, contendo apenas a infecção fúngica natural foram acondicionados em um protótipo de PVC (0,15 x 0,30 m) dotado de um plenum inferior que possibilitava a entrada do gás e sua distribuição por completo na massa de grãos. As concentrações utilizadas foram de 5,0 mg L-1, 10,0 mg L-1 e 15,0 mg L-1 com um fluxo de 2,0 L min-1 em um período de exposição de 9 horas, tempo necessário para atingir o tempo de saturação. A meia-vida foi determinada avaliando o decaimento do ozônio em intervalos regulares por 15 minutos. A quantificação dos fungos foi feita pelo método do plaqueamento direto, utilizando os meios ágar batata-dextrose (BDA) e Aspergillus flavus and parasiticus agar (AFPA) para quantificar a presença de fungos totais e potencialmente aflatoxigênicos respectivamente. Em relação a qualidade físico-química dos grãos, foram analisados o teor de água, condutividade elétrica e a cor após cada processo de ozonização, comparando com os grãos de gergelim em condição de testemunha. Cada uma das análises de controle fúngico e físico-químicas foram submetidas ao Teste de Tukey a nível 5% de probabilidade. Os tempos de saturação para as concentrações de 5,0 mg L-1, 10,0 mg L-1 e 15,0 mg L-1 foram 391 min, 267 min e 234 min, respectivamente, já as concentrações de saturação foram 2,3 mg L-1, 6,0 mg L-1 e 8,0 mg L-1 seguindo a mesma ordem. Além disso, o tempo de meia-vida encontrado foi de 2,6 min. Com relação ao controle fúngico total, apenas a concentração de 15,0 mg L-1 foi efetiva no controle de fungos totais. Em relação ao controle de fungos potencialmente aflatoxigênicos, todas as concentrações apresentaram controles significativos. O ozônio não promoveu alterações significativas no teor de água e na condutividade elétrica. O ozônio também não provocou variação significativa na luminosidade do gergelim. Entretanto, houveram alterações significativas na saturação de cor e na tonalidade. Verificou-se também que com a elevação da concentração de ozônio, o parâmetro de diferença de cor também aumenta. Palavras-chave: Aspergillus sp.; Sesamum indicum L.; Ozonização.The presence of fungi in stored sesame seeds (Sesamum indicum L.) can cause rapid deterioration of the grains, reducing their quality and causing changes in their physiological characteristics. Moreover, some fungal species can produce toxins harmful to humans and animals, such as Aspergillus Flavus. The control of fungi in stored grains is generally achieved through the use of chemical products, which are expensive and can leave harmful residues detrimental to human health. Therefore, ozone emerges as a promising technology for controlling these microorganisms, as it is a powerful oxidizing agent capable of destroying the fungal cell wall and preventing their proliferation. In this study, the objectives were (i) to determine the concentration and saturation time of ozone, (ii) to characterize the decomposition kinetics and half-life of ozone, (iii) to evaluate the efficiency in total fungal and aflatoxin- controlling, and (iv) to assess the effect on the physicochemical characteristics of the grains. For the application of O3, samples of 2.0 kg of sesame seeds with a moisture content of 5.0% wb (wet basis) and containing only natural fungal infection were placed in a PVC prototype (0.15 x 0.30 m) equipped with a lower plenum that allowed the gas to enter and distribute evenly throughout the grain mass. The concentrations used were 5.0 mg L -1, 10.0 mg L-1, and 15.0 mg L-1, with a flow rate of 2.0 L min-1 over an exposure period of 9 hours, which was necessary to reach the saturation time. The half-life was determined by evaluating the decay of ozone at regular intervals for 15 minutes. The quantification of fungi was performed using the direct plating method, using Potato Dextrose Agar (PDA) and Aflatoxin-Producing Fungi Agar (AFPA) to quantify the presence of total fungi and potentially aflatoxigenic fungi, respectively. Regarding the physicochemical quality of the grains, the water content, electrical conductivity, and color were analyzed after each ozonation process, comparing them with the control condition of sesame seeds. Each of the fungal control and physicochemical analyses was subjected to Tukey's test at a 5% level of probability. The saturation times for the concentrations of 5.0 mg L-1, 10.0 mg L-1, and 15.0 mg L-1 were 391 minutes, 267 minutes, and 234 minutes, respectively, while the saturation concentrations were 2.3 mg L -1, 6.0 mg L-1, and 8.0 mg L-1, following the same order. Furthermore, the half-life time found was 2.6 minutes. As for total fungal control, only the concentration of 15.0 mg L -1 was effective in controlling total fungi. Regarding the control of potentially aflatoxigenic fungi, all concentrations showed significant controls. Ozone did not cause significant changes in water content and electrical conductivity. Ozone also did not significantly affect the brightness of the sesame seeds. However, there were significant changes in color saturation and hue. It was also observed that with increasing ozone concentration, the color difference parameter also increased. Keywords: Aspergillus sp.; Sesamum indicum L.; Ozonation