Metode Alternative de Procesare a Alimentelor. Noutati, Oportunitati

Metode Alternative de Procesare a Alimentelor. Noutati, Oportunitati si Perspective

Source: Green and Van der Ouderaa, 2003 Alimentele si sanatatea: Abordarea industriei alimentare moderne

Procesarea alimentelor in secolul 21 – ce se intampla? Situatia actuala: Tratamentele termice (pasteurizare, sterilizare) constituie principala modalitate de asigurare a inocuitatii si conservare a alimentelor Tendinta noua: Minimizarea sau inlocuirea tratamentelor termice cu scopul de a pastra “prospetimea”, valoarea nutritiva si bioactiva a produselor alimentare

Progrese recente in procesarea alimentelor PROCESE TEHNOLOGICE IMBUNATATITE Progrese in tratamentele termice (utilaje) Sterilizare cu microunde cu incalzire uniforma Separare prin membrane (noi utilizari) TEHNOLOGII MODERNE/ ALTERNATIVE Presiuni inalte Pulsuri electrice Iradiere Radiatii ultraviolete Pulsuri luminoase Plasma rece, etc. Nanotehnologii

EFORTURI SI DEZVOLTARI IN ULTIMII ANI Echipamente Procese combinate Control proces Utilizarea de materiale cu proprietati de transfer termic imbunatatit la schimbatoarele de caldura  incalzire/racire rapida Pasteurizare cu injectie de CO2  scaderea duratei de mentinere la temperatura de pasteurizare Automatizare Progrese in tratamentele termice

Sterilizare uniforma cu microunde Incalzirea cu microunde Avantaj: incalzire rapida, in ambalaj Dezavantaje: incalzire neuniforma, putere de penetrare limitata, incompatibilitate cu ambalaje din folie metalizata Source: Datta, 2003

Sterilizare uniforma cu microunde (cont.) Washington State University: Proces de sterilizare cu microunde care permite mentinerea calitatii produselor procesate peste 6 luni. Principiu: imersare produs ambalat in apa fierbinte sub presiune si incazire simultana cu MW la 915 MHz. Microorganismele sunt inactivate in 5-8 min. Tehnologie aprobata de FDA. A primit 2010 IFT Research & Development Award.

Separari prin membrane Eliminarea microorganismelor prin microfiltrare Procesul de microfiltrare poate indeparta in mod eficient microorganismele din lapte sau sucuri, mentinand compozitia neschimbata. Eficienta: reducere cu 4 - 5 log a celulelor vegetative si cu 2 - 3 log a sporilor din lapte (Fritsch and Moraru, 2008). Extindere seminificativa a termenului de pastrare a laptelui (>90 zile in conditii de refrigerare dupa pasteurizare minima). Problema: flux ne-economic

Cauza: colmatarea membranei  Dezvoltare solutii de crestere a fluxului

Solutie: contracararea colmatarii prin injectare de CO2 (Tan and Moraru, 2010)

Automatizarea & optimizarea injectiei cu CO2 (Tan and Moraru, 2010) Pentru lapte: o crestere semnificativa a fluxului (>16%) si o incetinire a ratei de colmatare Interest manifestat de industria laptelui pentru adaptarea procesului la conditii industriale (“scale-up”)

Proiect nou Dezvoltarea unui proces combinat (MF + UV) pentru tratarea sucului de mere Scop: eliminare E. coli O157:H7, Cryptosporidium parvum si Alicyclobacillus acidoterrestris Proiect integrat (Research-Teaching-Extension) Finantare: USDA

Iradiere Iradierea este una dintre cele mai studiate metode de procesare, dar utilizarea ei este inca destul de controversata in multe tari, in special in Europa. Ce se cunoaste: Produsele tratate nu devin radioactive in urma dozelor de sterilizare folosite in industria alimentara. Nu s-a dovedit nici o legatura intre consumul de produse iradiate si aparitia cancerului sau a defectelor de nastere. RADURA

Surse de iradiere Courtesy: Dr. Chris Sommers, USDA Fascicul de electroni (Electron Beam). Energie pana la 10 MeV. Raze X. Energie pana la 5 - 7.5 meV. Izotopi radioactivi (60Co sau 137Cs). Emit fotoni de 0.6 -1.3 MeV. 10 MeV, 200 kW RHODOTRON

Situatia curenta Aprobari exista in 42 tari, pentru 240 produse alimentare. Aprobare pentru Romania: Magurele. Cca. 9000 tone produse alimentare iradiate anual.

Procesarea la presiune inalta Metoda de procesare care expune alimentele la presiuni extrem de ridicate (100-800 MPa), cu scopul principal de a inactiva microorganismele Produsul este ambalat intr-un container flexibil, introdus intr-o camera de presiune umpluta cu lichid, care este apoi presurizat. Presiunea ridicata modifica legaturile de hidrogen si ionice in microorganisme  denaturare proteine  modificari ireversibile ale membranei celulare  moartea celulei

Echipamente pentru tratamente cu presiune inalta www.foodtechsource.com Vas de presiune cilindric Dispozitive (capace) pentru inchidere etansa la ambele capete Pompa de presiune Un intensificator  agent hidraulic de inalta presiune Vase de presiune (izolatoare)

Comercializarea HPP pe plan mondial Courtesy D. Knorr

Produse obtinute cu ajutorul HPP Produse pe baza de legume: 36% Produse din carne: 30% Fructe de mare si peste: 16% Sucuri si bauturi: 12% Alte produse: 6%

Limite ale procesarii cu presiuni inalte… si solutii Produsele tratate cu HPP trebuie sa contina apa si sa nu aiba continut ridicat de aer / porozitate interna. HPP nu poate fi utilizata pentru sterilizarea produse alimentare cu aciditate redusa, datorita inabilitatii de a inactiva sporii. Solutie: utilizarea concomitenta a energiei termice. NCFST a pus al punct un proces de sterilizare termica asistat de temperatura (PATS). 2009: PATS a primit IFT Innovation Award.

Temperatura initiala in camera de presurizare: 60-90ºC. Presiuni de 500-800 MPa Datorita incalzirii adiabatice temperaturile interne in produs ajung la 80-130ºC. Comparatie cu sterilizarea in container (pentru F0 = 4 min): Cerere de aprobare pentru piure de cartofi depusa la FDA in Sept 2008 “Pressure Assisted Thermal Sterilization” (PATS) Sterilizare Timp de incalzire: 20 min Timp de mentinere: 40 min Timp de racire: 20 min PATS Timp de incalzire: 4 min Timp de mentinere: 5 min Timp de racire: 3 min

Ciclul de presiune si temperatura Thermal death time curve for Geobaciltus stearothermophilus in Milli-Q water (Wimalaratne and Farid, 2008)

Procesarea cu pulsuri electrice (PEF) Mecanism: Pulsurile electrice distrug membrana celulelor microbiene ca rezultat al fenomenului de electroporare PEF utilizeaza campuri electrice de inalta energie (20-80 kV/cm) pentru a inactiva microorganismele (si unele enzime). Pentru a fi tratate, produsele trebuie sa poata fi pompate. Milk treated with 30kV - 2500 pulses Untreated whole milk Mycobacterium paratuberculosis (Rowan, 2001)

Echipamente PEF Courtesy Ohio State University In SUA, prima instalatie industriala pentru tratament PEF in regim continuu a fost instalata la Ohio State University Diversified Technologies Inc. (MA) construieste sisteme PEF industriale cu capacitati de procesare de 500 to 2000 L/h (OSU furnizeaza dispozitivele PEF). PEF adauga $0.03–$0.07/L la costul final al produselor

Applicatii ale procesarii cu pulsuri electrice Pasteurizare: Alimente lichide (sucuri de fructe, lapte, sosuri, oua lichide) Paste alimentare care pot fi pompate (piureuri de fructe si legume, carne tocata) Extractia sucurilor de fructe si legume PEF poate cauza permeabilizarea membranelor in celulele vegetale  eliberarea usoara si completa a lichidului din aceste celule

Aplicatii industriale ale PEF US: prima aplicatie industriala a conservarii cu PEF Obtinere de sucuri calitate premium (organice) (200 L/h) Aprobare FDA pentru piata SUA pentru acest scop (2005) Genesis Juices, Oregon, USA De doi ani, sucurile de fructe organice Genesis sunt procesate cu HPP (nu s-a putut demonstra reducerea E. coli cu 5-log cu PEF).

Tratamente cu UV si pulsuri luminoase Tratamente bazate pe actiunea radiatiilor electromagnetice (UV – NIR) UV folosit de multi ani pentru dezinfectie PL tratament mai nou, mai rapid si de intensitate mai mare Surse de lumina: UV: lampi cu mercur PL: lampi cu Xe

Aplicatii ale tratamentului cu UV Pasteurizare atermica a cidrului de mere Aprobata in statul NY Design: 8 lampi UV Tratament in film de lichid subtire (3 mm thickness) Regim de curgere turbulent (Re>2200) 2 senzori de UV “in-stream” Debit maxim: 25 l/min

CiderSure 3500 UV unit Courtesy Dr. Randy Worobo, Cornel University

Tratament cu pulsuri luminoase Domeniu de cercetare in grupul nostru din 2003 Consta in aplicarea de pulsuri de lumina de mare intensitate si durata foarte mica, in intervalul spectral 180 – 1100nm

Mechanism de inactivare Inactivarea nu are loc daca se indeparteaza radiatiile UV (Woodling and Moraru, 2007). Transcriptia genetica of L. monocytogenes a fost evaluata comparativ pentru PL si UV (Uesugi and Moraru, 2010): Diferente nesemnificative de expresie genetica in urma celor doua tratamente Atat PL cat si UV au rezultat in exprimarea pronuntata (“upregulation”) a genelor asociate cu: stress, transcriptie/ translatie, mobilitate, and membrane celulare Mechanisme similare de inactivare: Efect asupra moleculelor de ADN

Cinetica de inactivare Cinetica ne-lineara Modelul Weibull ofera o predictie buna pentru cinetica de inactivare a bacteriilor cu PL (Uesugi, Woodling & Moraru, 2007)

Predictie inactivare volumetrica Hsu and Moraru, 2010 Simulare numerica Foloseste distributia fluentei cuplata cu ecuatiile de cinetica de inactivare

Tratamente pentru lichide E. coli ATCC 25922 si E. coli O157:H7 (Sauer & Moraru, 2008) Tratamentele cu pulsuri luminoase efectuate in stat subtire si sub turbulenta pot fi foarte eficiente Inactivare E. coli in suc de mere >7 log; in cidru de mere >5.5 log

Desinfectie suprafete Suprafete de otel inox (reducere Listeria cu 3-4 log) (Woodling and Moraru, 2005). Suprafata unor produse de carne (carnaciori vienezi). In combinatie cu compusi antimicrobieni (nizina)  reducere Listeria cu 3-4 log (Uesugi and Moraru, 2009).

Concluzii In ultimii ani s-au facut progrese semnificative pentru dezvoltarea metodelor de procesare minime & atermice Desi probabil ca aceste procese nu vor inlocui niciodata complet tratamentele termice, avantajele unice pe care le ofera trebuie luate in considerare si exploatate Aplicatiile industriale sunt inca putine la numar in momentul de fata, datorita costurilor ridicate si dezvoltarii insuficiente Unele tari au facut progrese remarcabile in adoptarea acestor tehnologii (SUA, Germania, Noua Zeelanda, Australia). Multe eforturi de cercetare si dezvoltare sunt inca necesare

Multumesc pentru atentie!