Aplicação de campos elétricos pulsados de baixa/moderada intensidade na inatividade microbiana

Abstract

A tecnologia de campos elétricos pulsados (PEF) é vista como um dos métodos de processamento não-térmico mais promissores para a inativação de microrganismos. O processo é caracterizado pela aplicação de pulsos elétricos num produto colocado dentro de uma câmara de tratamento com dois elétrodos. A aplicação de um campo elétrico externo provoca distorções no campo elétrico à volta das células levando à permeabilização da membrana, num fenómeno denominado de eletroporação, sendo esta a premissa subjacente à inativação dos microrganismos no tratamento por PEF. Dependendo da intensidade do tratamento aplicado, a permeabilização da membrana provocada pela eletroporação pode ser reversível ou irreversível, sendo que neste caso leva à rutura permanente da membrana e consequente morte celular. Neste trabalho investigou-se a inativação não térmica de microrganismos através de campos elétricos pulsados de intensidade baixa/moderada procurando-se determinar o impacto das variáveis tempo de impulso, temperatura inicial e caudal na inativação de Escherichia coli, Lactobacillus salivarius e Sacharomyces cerevisiae inoculadas em tampão citrato-fosfato. Os ensaios foram realizados utilizando um sistema de fluxo contínuo com um design de câmara de tratamento colinear, aplicando uma intensidade de campo elétrico de 10 kV/cm, uma frequência de 3 Hz com tamanho de pulso variável (1, 2, 4, 6, 10, 20, 50 μs) em duas condições de temperatura inicial (23ºC; 30ºC) e de caudal (2,92 L/h; 6,74 L/h) combinadas entre si. As condições de PFE em E = 10 kV/cm, ƒ = 3 Hz e τ = 50 μs mostraram-se as mais eficazes na inativação de todos os microrganismos em estudo. Os resultados obtidos indicam claramente que a morte de microrganismos causada por campos elétricos pulsados está relacionada com a duração dos pulsos aplicados e consequente aumento do tempo de tratamento, sendo que quando este parâmetro é aumentado o grau de inativação de todos os microrganismos aumentou. Não foi observado qualquer efeito significativo na inativação causado pelas diferentes combinações de temperatura inicial-caudal utilizadas. Verificou-se também que a inativação microbiana por PEF depende das características dos microrganismos uma vez que para as mesmas condições de tratamento, S. cerevisiae foi o microrganismo mais sensível, seguido de E. coli, que apresentou níveis de inativação comparáveis com os da levedura. L. salivarius foi o microrganismo mais resistente às condições de tratamento testadas. Com este trabalho evidenciam-se os efeitos de algumas variáveis do processo na inativação de microrganismos o que pode ajudar na definição de tratamentos PEF mais eficazes que permitam atingir uma maior redução microbiana, uma vez que ficam patentes as dificuldades em atingir níveis de inativação elevados aplicando tratamentos PEF de baixa intensidade sem que estes sejam combinados com temperaturas de entrada elevadas ou outros tipos de tratamentos antimicrobianos.

Pulsed electric field (PEF) technology is seen as one of the most promising non-thermal food processing methods for the inactivation of microorganisms. The process consists in applying electrical pulses to a product placed inside a treatment chamber with two electrodes. The application of an external electric field causes distortions in the electric field around the cells, lead to membrane permeabilization, in a phenomenon called electroporation. Depending on the intensity of the applied treatment, membrane permeabilization caused by electroporation can be reversible or irreversible, and in this case it leading to permanent rupture of the membrane and consequent cell death. In this work, the non-thermal inactivation of microorganisms through pulsed electric fields of low/moderate intensity was studied in order to determine the impact of pulse time, initial temperature and flow rate on the inactivation of Escherichia coli, Lactobacillus salivarius and Sacharomyces cerevisiae inoculated in citrate-phosphate buffer. The tests were carried out using a continuous flow system with a collinear treatment chamber, applying an electric field strength of 10 kV/cm, a frequency of 3 Hz with variable pulse size (1, 2, 4, 6, 10, 20, 50 μs) under different conditions of initial temperature (23ºC; 30ºC) and flow rate (2.92 L/h; 6.74 L/h) combined between them. The treatment conditions of E = 10 kV/cm, ƒ = 3 Hz and τ = 50 μs showed the greatest effectiveness in inactivating all microorganisms under study. The results clearly indicate that the death of microorganisms caused by pulsed electric fields is related to the duration of the applied pulses and the consequent increase in the treatment time. When this parameter is increased, the inactivation of all microorganisms increased. The different combinations of initial temperature and flow rate applied did not cause any significant effect on inactivation. It was also found that microbial inactivation by PEF depends on the characteristics of the microorganisms since, for the same treatment conditions, S. cerevisiae was the most sensitive microorganism, followed by E. coli, which presented inactivation levels comparable to those of yeast. L. salivarius was the most resistant microorganism to the applied treatment conditions. This work highlights the effects of some process variables on the inactivation of microorganisms, which can help to define more effective PEF treatments potentially causing greater microbial reduction. The work evidenced the difficulties in achieving high inactivation levels by applying low/moderate intensity PEF treatments without being combined with high initial temperatures or other types of antimicrobial treatments.