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CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO
USO DE LÂMPADA ULTRAVIOLETA GERMETEC PARA REDUÇAO DE
CONTEUDO MICROBIANO DE AMIDO COMERCIAL DE MANDIOCA.
(Nota prévia)
Marney P. Cereda1 & Olivier Vilpoux2
1. Introdução:
A fécula de mandioca é o segundo mais importante amido extraído no Brasil. O amido de
milho, seu principal concorrente é extraído e comercializado por 4 multinacionais, Cargill,
National Starches, AVEBE e Corn Products. Mesmo estas comercializam fécula (ou amido)
de mandioca em razão de suas propriedades funcionais específicas, que a fazem atraente para
usos alimentícios e não alimentícios.
A fécula de mandioca não conta, como o amido de milho, com uma plataforma de pesquisa e
desenvolvimento técnico que garanta sua competividade. O mercado tem se tornado cada vez
mais exigente, com nichos que podem resultar em melhores preços e estabilidade.
Um desses nichos é o das féculas de baixa carga microbiana, que cobre os usos alimentares
(produtos preparados sem aquecimento), cosméticos e usos farmacêuticos. Esterilizar amido
não é uma tarefa fácil, em razão das suas propriedades, que no caso da fécula de mandioca é
agravada pela baixa temperatura de gelificação. Não há referências a esse tipo de amido
comercial na literatura internacional e mesmo na área mais acadêmica as referências são
restritas.
Provavelmente pela origem da matéria-prima que é uma raiz, a fécula nativa de mandioca
apresenta uma elevada carga microbiana, com grande porcentual de bactérias esporuladas.
Para reduzir essas cargas para os níveis desejados as fecularias têm usado o hipoclorito de
sódio ou o peróxido de hidrogênio (água oxigenada), ambos agentes oxidantes que também
são usados como reativo para produção de amidos quimicamente modificados. Isto implica
que caso as quantidades não sejam perfeitamente dosadas podem dar origem a modificações
nas propriedades dos amidos.
A radiação ultravioleta é um agente germicida usado de longa data na esterilização de
equipamentos cirúrgicos, ar, ambientes, etc. De baixa penetração, a UV é um tratamento a frio
1
Professora Livre Docente do CeTeAgro – Universidade Católica Dom Bosco, Campo Grande, MS, Brasil. CEP
79 117-900. [email protected]
2
Professor Doutor do CeTeAgro – Universidade Católica Dom Bosco, Campo Grande, MS, Brasil. CEP 79 117900. [email protected]
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que tem efeito sobre microrganismos esporulados e não esporulados.
Considerada como um alimento a redução microbiana de água potável tem sido mais bem
estudada. A ação da UV é física, de fácil manipulação e pode produzir um amido de baixa
carga microbiana com rótulo de amido natural, uma vez que não é usado um reativo químico.
Recentemente lâmpadas de ultravioleta de média e alta pressão têm surgido no mercado para
serem usadas para tratamento de resíduos e desinfecção. Esse tipo de lâmpada pode ser
colocada no circuito industrial em módulos, de forma a garantir um tratamento on line.
Para que esse uso seja avaliado é necessário conhecer os níveis microbianos das féculas
nacionais, o efeito da lâmpada sobre essa microflora sobre e sobre a fécula e suas
propriedades.
Os resultados que são apresentados a seguir representam experimentos preliminares para
estabelecer e testar métodos de análise.
2. Revisão da literatura:
É conhecida a importância do controle de qualidade sobre a matéria prima e produto durante
armazenagem e transporte. Produtos que se destinam a mercados mais exigentes devem
obedecer a rígidos padrões de controle de contaminações e aqueles que definem as suas
características microbiológicas são os mais importantes.
A fécula de mandioca tem mercado abrangente, podendo ser utilizada nativa ou modificada,
em diversos processos industriais, tal como industrias alimentícias, têxteis, colas,
farmacêuticos, cosméticos, plásticos biodegradável, papel (VILPOUX, 2002). No processo de
produção de fécula, as raízes são lavadas, descascadas, raladas e submetidas à extração,
separando-se o farelo que contém as fibras e o leite de fécula, onde os grânulos de amido
estão em suspensão. O leite de fécula passa então por um conjunto de peneiras cônicas
centrífugas de malha fina onde separam-se as fibras do “leite de amido”. Em seguida, o leite é
concentrado em turbinas centrífugas e a fécula limpa é seca por processo pneumático
(VILPOUX, 2004).
De acordo com Lima e Borzani (1975) em conceito bem amplo a esterilização de um meio é a
operação que tem por finalidade remover ou destruir todas as formas de vida. Normalmente,
é fácil e eficazmente obtida por processos tradicionais desde que se definam as características
do material a ser esterilizado, assim como dos microrganismos presentes.
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Em alimentos é tecnicamente difícil e cara a esterilização, surgindo assim o conceito de
esterilização comercial que define uma esterilização parcial, na qual são destruídos os
microrganismos patogênicos e a maioria da flora microbiana, estabelecendo-se depois
condições tais que os microrganismos sobreviventes não possam se reproduzir a ponto de
causar deteriorações mensuráveis.
No estado natural o amido existe na forma de grânulos microscópicos individuais, que são
unidos uns aos outros por rede micelar intensa e associações entre moléculas. As dimensões
do grânulo de amido de mandioca variam de 5 a 35 µm com média de 20 µm , de cor branco
leitoso. Como resultado deste arranjamento estrutural, o grânulo é insolúvel em água fria a
embora seja altamente hidroxilado e portanto muito hidrófilo. A temperatura ambiente, o
amido estabelece equilíbrio com a umidade atmosférica, absorvendo água de forma reversível
em níveis de 10 a 20%, dependendo da espécie botânica, temperatura e umidade relativa do
ambiente (CEREDA et al., 2001).
As informações da literatura sobre conteúdo microbiano de amidos é reduzida. Fretton et al.
citados por Nunes e Cereda, (1994) isolaram e identificaram microrganismos procedentes de
amostras de amido comercial de milho, batata, trigo, arroz e batata-doce, com cerca de 13%
de umidade. O número médio inicial de esporos foi 1 a 4.g-1 e destes, a maioria constituiu-se
de mesófilos e poucos termófilos. Foram isolados 14 grupos de microrganismos dos quais o
mais freqüente foi o Clostridium esporogenes. Os microrganismos isolados foram agrupados
em três categorias:os anaeróbios facultativos sacarolíticos, encontrados em valores de 400.g-1,
os proteolíticos (Clostridium sporogenes) e um grupo compreendendo mesófilos e
termotróficos.
Na fécula de mandioca comercial Cereda, (1984) identificou bactérias e leveduras
esporuladas, entre as quais cita: Bacillus alvei, B. badius, B. circulans, B. coagulans, B.
macerans, B. megaterium, B. polymyxa, B. pumilus, B. sphaericus, B. stearothermophilus, B.
subtilis,
Clostridium
amylolyticum,
C.
butyricum,
C.
pectinovorum,
C.
thermosaccharolyticum e C. tyrobutyricum.
Esterilizar o amido é um processo muito complexo. Cereda (1984) avaliou cinco processos
para esterilização de fécula de mandioca em laboratório: calor seco, calor úmido, microondas,
radiação gama e brometo de etila. Todos os processos foram aplicados sobre amido nativo
com umidade de 12,70%, pH de 5,30 e acidez titulável de 1,42 mL de NaOH N %. Apenas a
fumigação com brometo de etila, um processo a frio, foi eficiente.
O processo mais utilizado para esterilização comercial é o calor, sob diversas formas.
Nenhuma delas é adequada para a esterilização de amido, em razão de suas propriedades, das
quais destaca-se a gelificação. A relação do amido com a água é crítica e quando esta é
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disponível e a temperatura eleva-se acima de 60º.C, tem origem o fenômeno da gelificação. A
gelificação é acompanhada pelo aumento da viscosidade, perda das características
granulométricas e das propriedades da fécula seca nativa (CEREDA et al., 2001). Portanto
para reduzir a carga microbiana do amido em suspensão aquosa será necessário buscar
processos a temperatura ambiente. Dentre as formas de reduzir a carga microbiana por
processos frios, pode-se citar as fumigações e uso de radiações germicidas.
No caso do amido as fumigações só poderiam ser feitas em amido seco. Para amido em
suspensão (leite de fécula) resta a possibilidade do uso de radiação gama e ultravioleta.
Segundo Teixeira (1967), citados por Nunes e Cereda, (1994) ao contrário do processo
térmico, uma porção muito pequena de energia da radiciação é despendida na elevação da
energia térmica das moléculas que a absorvem. Assim, é possível esterilizar uma substância
com temperatura não superior a 30ºC, surgido daí o termo de esterilização a frio. A despeito
da elevação imperceptível de temperatura, as radiações ionizantes produzem mudanças
químicas bastante acentuadas no produto. Os radicais livres podem também ajudar na
degradação da estrutura do polímero. Amido de elevado teor de umidade parece mais
resistente aos danos por irradiação do que amido seco, indicando a ação protetora da
hidratação.
A literatura disponível sobre o efeito da radiação UV sobre o amido tem enfoque sobre a
elaboração de amido modificado por oxidação. Destaque especial se dá principalmente na
literatura nacional, mas também na internacional, para a modificação da fécula de mandioca
como forma de proporcional a propriedade de expansão (CARDENAS e BUCKLE, 1980;
PLATA-OLVIEDO, 1998; MESTRES e ROUAU, 1997; DEMIATE et al., 2000). Nunes e
Cereda (1994) trataram fécula de mandioca com ácido lático e posteriormente com lâmpada
UV de 253,7 nm. O amido passou a apresentar expansão o que não ocorre com o mesmo
nativo.
Com respeito a fonte de UV têm sido utilizadas tem sido lâmpadas germicidas comuns ou
aparatos simples montados em laboratório.
Fiedorowicz, Tomasik e Lim, (1999) descrevem os resultados obtidos em suspensão (30 %,
p/p) de amido de milho em água, submetida a radiação UV. A fonte de UV foi uma lampada
de quartzo de vapor de mercúrio de 50W de média pressão (Hanovia 450Q, Hanau,
Alemanha) com comprimento de onda de 250 nm, colocada em banho de água a 25°C, por
intervalos de tempo que variaram de 5 a 25 horas. Amostras de 500 mL da suspensão de
amido foram submetidas a tratamento. Depois da irradiação o amido foi filtrado a vácuo e
seco a 50 °C por 24 horas em uma estufa de circulação de ar. Apenas o efeito sobre as
propriedades do amido foram avaliadas.
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Além das características do amido, deve ser levar em conta o efeito dos mesmos processos de
desinfecção sobre os microrganismos. Segundo Cunha citado por Nunes e Cereda, (1994) a
esterilização implica na perda irreversível da capacidade de reprodução dos microrganismos
no ambiente considerado, não compreendendo a inativação total das enzimas celulares,
toxinas, etc. Neste sentido, embora varie o processo de esterilização empregado, como efeito
final deve ocorrer a destruição ou inativação das enzimas envolvidas em processos vitais para
os microrganismos. As células vegetativas são fáceis de serem destruídas mas os esporos de
bactérias são os mais resistentes de todos os esporos de microrganismos.
Existem diversos índices estabelecidos para avaliar a taxa de mortalidade, que geralmente
relacionam número de sobreviventes (ou mortos) com temperatura e tempo de duração do
processo. Um destes é o sistema de redução decimal, que segundo Yawger citado por Nunes e
Cereda, (1994) que é aplicado para avaliação de letalidade de processe.
Segundo Teixeira (1967) citado por Nunes e Cereda, (1994) a eficiência esterilizadora de uma
determinada dose de radiação depende de vários fatores a saber: a natureza e espécie do
microrganismo; idade e número inicial de microrganismos ou esporos presentes; a
composição e o estado do produto a ser irradiado e temperatura ótima de crescimento. A
resistência dos microrganismos ao efeito das radiantes é bastante semelhante ao tratamento
térmico. Embora ainda não esteja bem estabelecido, supõem-se que os microrganismos
irradiados são destruídos pela passagem de uma partícula ionizante através dele, ou bem
próximo, causando impacto direto neste alvo e que parte do efeito germicida resulta da
ionização das regiões próximas, pela formação de radicais livres.
Tecnologias alternativas:
Segundo Butz e Tauscher (2002) citados por Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas, (2005)
tecnologias alternativas que incluem campos de pulsos elétricos, lâmpadas de baixa e alta
pressão de ultravioleta (UV) podem ser usadas para eliminar dos alimentos os
microrganismos causadores de distúrbios alimentares e de enzimas que reduzem o valor
nutricional e características sensoriais dos alimentos.
A radiação ultravioleta é um dos componentes da radiação luminosa e divide-se em UV-A
(raios de 320 a 400nm), UV-B (290 a 320 nm) e UV-C (290 a 100nm) (HYPPOLITO et al.,
1993 citados por NUNES e CEREDA (1994).
Tran, (2001) citado por Tran e Farid (2004) lembra que o tratamento com ultravioleta (UV)
pode ser aplicado para inativar microrganismos prejudiciais em temperaturas baixas. A
radiação UV, com alguma precaução, é fácil de usar e letal para muitos tipos de
microrganismos (BINTSIS et al., 2000 citados por GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSA-
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CÁNOVAS, 2005). O comprimento de onda entre 220 e 300 nm é considerado germicida
para microrganismos tais como bactérias, viros, protozoários, bolores, leveduras e algas
(MORGAN 1989; SIZER e BALASUBRAMANIAM 1999; BINTSIS et al., 2000 citados por
GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSA-CÁNOVAS, (2005). O maior efeito germicida é
obtido entre 250 e 270 nm, mas esse efeito diminui com o aumento do comprimento de onda.
Acima dos 300 nm o efeito germicida é anulado segundo Bachmann, (1975) citado por
Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas, (2005). Em geral o comprimento de onda 254 nm, UVC, gerado por lâmpadas de vapor de mercúrio de baixa pressão, é usado para desinfecção de
superfícies, água e alguns produtos alimentícios. As bactérias suspensas no ar são mais
sensíveis a radiação UV-C que as bactérias suspensas em líquidos (BINTSIS et al., 2000,
citados por GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSA-CÁNOVAS, 2005), em razão da
diferente capacidade de penetração da radiação UV em diferentes meios físicos. Redução
microbiana por radiação UV-C pode ser obtida com longos tempos de aplicação de radiação
de baixa intensidade curtos tempos de aplicação de
radiação de alta intensidade
(BACHMANN 1975; MORGAN 1989 citados por GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSACÁNOVAS, 2005).
Em razão da extensa variação de organismos o nível de dose requerida para desinfecção pode
variar de acordo com o efeito final requerido para cada produto. E conhecido que a
profundidade de penetração da radiação UV-C na superfície de líquidos é muito curta, com
exceção de água límpida (SHAMA 1999 citado por GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSACÁNOVAS, 2005). A penetração da radiação UV em sucos é de aproximadamente 1 mm para
absorção de 90% da radiação (SIZER e BALASUBRAMANIAM, 1999 citados por
GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSA-CÁNOVAS, 2005). Por essa razão recomenda-se um
fluxo turbulento durante o processamento de alimentos líquidos (ANONYMOUS, 2002,
citados por GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSA-CÁNOVAS, 2005). O efeito da
penetração da radiação UV-C depende do tipo de liquido, da sua absorptividade de UV-C, da
concentração de sólidos solúveis no líquido e material suspenso no liquido. Partículas
suspensas muito grandes podem também bloquear a incidência da radiação sobre a carga
microbiana (SHAMA, 1999; BINTSIS et al., 2000 citados por GUERRERO-BELTRÁN e
BARBOSA-CÁNOVAS, 2005).
Para obter alimentos microbianamente seguros Hoyer (1998) citado por Guerrero-Beltrán e
Barbosa-Cánovas, (2005) lembram que todas as partes da suspensão devem ser expostas pelo
mínimo 400 J/m2 de radiação UV a 254 nm para garantir uma redução decimal adequada de 5
log ciclos de microrganismos sobreviventes. As doses de radiação UV-C devem ser aplicadas
sobre o alimento em sua integra para assegurar a fase líquida do alimento é igualmente
tratada. A radiação UV tem sido aplicada para reduzir a carga microbiana de diversos tipos de
alimentos líquidos, mesmo aqueles que não são ou são pouco transparentes.
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A radiação UV tem baixa penetração e tem sido mais utilizada na esterilização do ar e da
água, que por sua transparência não interferem muito em sua ação.
Desde 1985 a radiação UV tem sido usada para a desinfecção de água e tem substituído
alguns dos processos convencionais de cloração em algumas cidades (GIBBS, 2000, citado
por TRAN e FARID ,2004). O pico de eficiência para absorção de UV pelo DNA microbiano
está entre 250 e 280 nm. A radiação UV no comprimento de onda germicida altera o material
genético das células que não podem mais se reproduzir e por isso podem ser consideradas
inativas (BILLMEYER, 1997; BOLTON, 2001; GIESE, 1997 citados por TRAN e FARID,
2004). A desinfecção da água por UV tem sido usada em alguns processos como nas
cervejarias (MCCARTY e SCANION, 1993, citados por Tran e Farid ,2004), refrigerantes
(Gibbs, 2000, citado por TRAN e FARID, 2004) e em laticínios (HONER, 1988 citado por
TRAN e FARID, 2004). UV tem sido usada para esterilizar açúcares em xaropes (STOTHER,
1999, citado por TRAN e FARID, 2004).
Serpieri et al., (2000) relatam em seu artigo diversos parâmetros que influenciam a
descontaminação de água potável realizada em filtro doméstico munido de carvão ativado e
tratamento UV. O filtro era composto por uma coluna contendo 500 g carvão ativado de casca
de coco 30 x 9:4 cm2, conectada a uma câmara cilíndrica de aço inoxidável de 24 x 6,6 cm2
equipada com 2 lâmpadas UV (GLK8 Fluorimport, Milão), cada uma com 14 x 2 cm2, no
total com potencia de 8 W, com tempo de vida média de 5000 horas, comprimento de onda
ajustado para 253 nm e potência de UV de 700 mW. O diâmetro interno da câmara era de 6
cm e o caminho que a água fazia ao redor da lâmpada tinha largura de 2 cm. Com o fluxo de
água ajustado a 33,3 ml/min, o tempo de exposição calculado para uma partícula suspensa na
água era de 21 segundos. A densidade da radiação UV na câmara era de 28mW.segundo.cm2.
A câmara foi dividida em dois por um diafragma perfurado para criar turbulência de forma a
maximizar a exposição a to radiação UV. O poder de remoção de microrganismos pela ação
da UV foi medido antes e depois do tratamento. A concentração de bactérias na água de
entrada foi negligenciável mas o a contagem total em placas no filtro de carvão foi alto.
Entretanto, depois de passar pela câmara de UV a contaminação bacteriana voltou a ser
negligenciável.
As informações da literatura sobre tratamento de redução de carga microbiana e esterilização
de sucos por UV são mais freqüentes e trazem importantes informações que poderão facilitar
outras aplicações. Alguns sucos, como o de maçã são transparentes, mas a literatura relata
também tratamento de sucos menos transparentes, como o suco de laranja.
Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas, (2005) relatam os resultados obtidos com suco de maçã
inoculado separadamente com Saccharomyces cerevisiae, Listeria innocua (ATCC 51742) ou
Escherichia coli (ATCC 11775) em tratamento por um sistema de desinfecção por UV em
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tubo duplo. Os autores descrevem o sistema usado para aplicação do tratamento UV em suco
de maçã. A lampada UV (25 W; diâmetro = 15 mm; comprimento = 535 mm) foi ligada por
um mínimo de 30 minutos antes de começar o fluxo do líquido. A luz UV foi ajustada a um
comprimento de onda de 46,5 cm para transmitir na área adequada para desinfecção.
Termopares foram colocados antes da entrada e saída da do sistema UV para medir a
temperatura. 800 mL de suco de maçã foram bombeados para o sistema UV (Infinity,
Atlantic UV, Co., Hauppauge, NY) usando uma bomba peristáltica Masterflex I/P (Cole
Parmer Instrument Co., Vernon Hills, IL) em fluxos de 0,073, 0,165, 0,255, 0,349, 0,451 e
0,548 L/minuto. O suco de maçã nas 6 velocidades de fluxo foram submetidos potencias
selecionadas (75-450 kJ.cm2.-1), e re-circulado a cada fluxo por 5, 10, 15, 20, 25 e 30 minutos.
O suco foi também inoculado com uma mistura dos 3 microrganismos e o tratamento por UV
variou de 0,548 a 0,735 L/min por 30 minutos. O líquido que passava pelo sistema UV era
resfriado a cada fluxo e alimentado o mais frio possível na re-circulação. Todos os
experimentos foram conduzidos em triplicata. A redução da carga microbiana foi descrita por
uma modelo cinético de primeira ordem. Valores médios Duv de 23,1 a 40,5 minutos foram
obtidos para S. cerevisiae, 8,2 a 20,6 minutos foram obtidos para L. innocua e 6,0 a 17,7 5
minutos foram obtidos para E. coli. Um modelo linear foi usado para descrever a relação entre
log da Duv versus a velocidade do fluxo para S. cerevisiae e L. innocua. Para E. coli foi mais
adequado um modelo polinomial de terceira ordem. Valores menores que 10 (sem
crescimento), 190 a 200 cfu/mL de S. cerevisiae, L. inocua e E. coli, respectivamente, foram
observados para suco de maçã inoculado com a mistura dos 3 microrganismos e tratada por
UV.
Wright et al., (2000) citados por Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas, 2005 usaram uma
unidade de desinfecção por UV-C de filme fino, composta de 10 câmaras individuais em
serie para tratar cidra de maçã natural inoculada com uma mistura de 5 strains de Escherichia
coli. Os autores avaliaram o log da redução da E. coli usando varias velocidades de fluxos,
variando de 1,0 a 6,5 L/minuto, correspondendo a uma potencia de 610-94 J/m2. Os autores
encontraram redução da ordem de 3,81 log (cfu/mL) para os microrganismos da cidra de
maçã. Essa redução não é suficiente para alcançar o nível de redução recomendada, que é de
5-log para alimentos líquidos (FDA 1997, citado por Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas,
2005). Harrington e Hills (1968) também citados por Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas,
2005 obtiveram redução de 2,67 log10 para contagem total em placas de cidra de maçã. Farid
et al.,(2001) citados por Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas, (2005) trataram suco de laranja
em um filme delgado que descia pelas paredes de um sistema UV a 214,2 W.m-2.
Worobo (1999) citado por Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas, (2005) utilizou uma unidade
CiderSure 3500 UV para reduzir a carga microbiana de cidra de maçã. Os microrganismos
escolhidos foram E. coli ATCC 25922 como sobrevivente não patogênico para avaliar a
sobrevivência de E. coli O157:H7. O autor assegura que esse equipamento UV reduz a carga
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microbiana da cidra de maçã em mais que 5-log em microrganismos sobreviventes.
Saccharomyces cerevisiae e outras leveduras selvagens de diferentes espécies podem causar
deterioração em alimentos líquidos. As leveduras podem fermentar produtos de frutas de alta
acidez como sucos. Listeria innocua (L. innocua) (ATCC 51742) tem sido a bactéria usada
para avaliar a sobrevivência de Listeria monocytogenes, que causa deterioração e pode ser
encontrada em leite e produtos lácteos crus. Solo e água que transmitem L. monocytogenes
por um processamento de alimentos com técnicas higiênicas não apropriadas podem
contaminar produtos alimentícios antes e depois processamento. L. monocytogenes pode
causar doenças transmissíveis por alimentos sérias como meningite, septicemia e aborto.
Podem sobreviver por longos períodos de tempo em solo, plantas, água, alimentos e
ambientes onde se processam alimentos. Pode também crescer a temperatura de 2 a 4ºC
(SWAMINATHAN 2001 citados por GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSA-CÁNOVAS,
2005).
Tran e Farid (2004) trataram suco fresco de laranja com radiação ultravioleta (UV) com
comprimento de onda de 254 nm e obtiveram resultados que mostram tendência a inativação
da maioria dos tipos de microrganismos. A maioria dos sucos de frutas são opacos a UV
devido ao elevado teor de sólidos suspensos nos quais os tratamentos com UV convencional
usado para tratamento de água não são usados pela baixa eficiência. Para tornar o processo
eficiente um reator de filme fino foi projetado e construído em vidro com o suco fluindo como
um fino filme pela superfície interna de um tubo de vidro. As doses necessárias requeridas
para obter redução decimal dos sucos de laranja reconstituídos (10,58 Brix) foram de 87 ±7
mJ.cm2.-1 para a contagem padrão de aeróbios em placas (CPA) e 119±17 mJ.cm2.-1 para
leveduras e bolores. A energia requerida para o tratamento do suco de laranja por UV (2,0
kWh.m3. -1) foi muito menor que a requerida no tratamento térmico (82 kWh.m3.-1). A cor e
pH do suco não foram influenciados pelo tratamento.
Ainda a literatura do uso de tratamento UV contínuo em comparação a tratamentos
convencionais pelo calor e outros não convencionais sobre suco de laranja trazem importantes
informações sobre o efeito especifico sobre grupos de microrganismos de importância em
alimentação.
Tran e Farid (2004) descrevem o experimento com suco de laranja, explicando que em cada
experimento foram usados 15 a 18 litros. Os experimentos usaram um reator UV feito em
laboratório (FARID, CHEN e DOST, 2000 citados por TRAN e FARID (2004), com tubo de
vidro com 50 mm de diâmetro e 450 mm de comprimento. O reator UV foi fixado
verticalmente com o substrato fluindo por gravidade como um filme fino ao longo de sua
superfície interna Uma lâmpada de baixa pressão com 40 cm de comprimento e 30W de poder
total emitindo 6 W de UV germicida foi adaptada de forma que o suco a ser tratado formava
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um filme líquido com espessura menor que 1.6 mm (SARKIN, 1977, citado por FARID,
CHEN e DOST, 2000).
O uso de radiação ultravioleta sobre amido é relatado de forma mais restrita na literatura,
assim como as alterações causadas. Face as poucas informações encontradas sobre o uso de
radiação ultravioleta na redução de carga microbiana de amido de mandioca foi desenvolvido
um ensaio de avaliação da relação entre tempo de atuação e número de aeróbio mesófilos em
suspensão com água a 6 e 30%.
2. Material e Métodos
O equipamento Germetec encontra-se instalado no laboratório do Centro de Tecnologia para o
Agronegócio, em Campo Grande, MS, dotado de todas as facilidades para análises químicas e
microbianas (Figura 1). Os equipamentos utilizados incluíram: autoclave, estufa, câmara de
fluxo laminar, microscópio, espectrocolorímetro e outros utensílios comuns a laboratório de
pesquisa.
Figura 1. Reator piloto de purificação modelo GPJ-MP UV usado em testes de redução de
carga microbiana em suspensão de amido de mandioca em água.
Reator piloto de purificação modelo GPJ-MP UV da Germetec:
O sistema usado para aplicação do tratamento UV de suspensões de amido de mandioca
constou de lâmpada de arco voltaico de vapor de mercúrio de média pressão de alta
intensidade de espectro longo, com as seguintes características: 1600 W; diâmetro = 23 mm;
comprimento = 240 mm. O diâmetro interno da câmara cilíndrica de aço inoxidável é de
59,88mm e o diâmetro externo do tubo externo de quartzo que abriga a lâmpada tem 33,31
mm, de forma que a suspensão atravessava um raio de 13,28 mm. A lâmpada dista 3,5 mm do
tubo de quartzo que a protege. A luz UV apresentava comprimento de onda concentrado entre
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235 e 280 nm. A câmara de aço inoxidável dispõe de um visor de quartzo coberto por um
disco de vidro escuro que permite verificar se a lâmpada UV esta ligada e de controlar a
existência de depósitos residuais. O sistema permite que a suspensão entre pela conexão
inferior e saia pela conexão superior. O sistema era ligado por um mínimo de 30 minutos
antes de começar o fluxo. A vida útil da lâmpada é registrada no sistema de controle.
Bomba
Foi usada para fazer a circulação uma bomba de recalque Marca Schneider de 1/3CV de
potencia, com vazão de 0,5m3.hora-1. A ligação entre a bomba e a entrada do reator de UV foi
feita com tubulação PVC de diâmetro interno de 1/3 polegada (0,83cm) com comprimento de
Suspensão de amido de mandioca em água:
Foi utilizada como material uma partida de amidos comercial doada por empresa do Estado de
São Paulo.
Os testes foram feitos para simular condições reais da industria de amido de mandioca. As
suspensões foram feitas com amido em água comum de torneira, considerando como
referência uma amostra do amido suspenso em água, sem tratamento. Foram estabelecidas
duas concentrações de amido em água: 6 e 30% de amido (umidade inicial de 12,26%). A
concentração 6% corresponde aproximadamente ao valor real do leite de amido após a
primeira após a extração, antes da primeira centrífuga. A concentração de 30% de amido
corresponde aproximadamente ao valor real do leite de amido depois da segunda centrífuga,
antes da secagem (VILPOUX, 2004).
Operação do sistema:
A suspensão de amido em água foi colocada na caixa plástica usada como reservatório e
mantida em agitação para evitar a decantação do amido, antes que a lâmpada fosse ligada. A
caixa foi calibrada previamente com volumes conhecidos de água, de forma que era possível
conhecer o tempo de residência na lâmpada pelo tempo de operação da mesma. A passagem
pela lâmpada (tempo de residência) foi considerada como instantânea no caso de uma
passagem. Cada passagem foi avaliada em 1 segundo. Não foi feito controle de temperatura
mas a medida com termômetro mostrou que ela não ultrapassou a temperatura ambiente, uma
vez que a passagem pela caixa plástica era suficiente para resfriar a suspensão de amido.
Volumes de 20 litros foram circulados a cada vez, passando pelo sistema de lâmpada UV.
Amostras foram retiradas em triplicata para análise. Depois do tratamento com UV a
suspensão de amido foi deixada decantar, filtrada em papel de filtro quantitativo e seca at 40
°C em estufa de com circulação de ar. As amostras assim obtidas foram reservadas para
análise posterior.
Análises de acompanhamento:.
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Para a avaliação microbiana as amostras foram tomadas em recipientes previamente
esterilizados em estufa de calor seco (200ºC por 30 minutos). Para obter contagens adequadas
as amostras coletadas foram submetidas a diluições decimais em recipientes com 90 mL de
água destilada previamente esterilizados em autoclave (1,5 atmosferas por 20 minutos).
A avaliação microbiana foi feita levando em conta a legislação vigente, Portaria SVS/MS nº
451, de 19/09/97 (BRASIL, 2005) com determinação dos mesófilos aeróbios por contagem
total em placas usando meio sólido Nutriente Agar da Difco incubados a 30ºC por 24 horas.
Os resultados expressos em Unidades Formadoras de Colônias. As análises de umidade foram
feitas pela técnica descrita pelo Instituto Adolfo Lutz (IAL, 1986).
3. Resultados e Discussão:
Com perfil de radiação entre 200 a 320nm, a lâmpada do purificador GERMETEC usada pode
ser classificada como UV-C (290 a 100nm) segundo Hyppolito et al., 1993 citados por
Nunes e Cereda (1994). Segundo Bachmann, (1975) citado por Guerrero-Beltrán e BarbosaCánovas, (2005) o maior efeito germicida é obtido entre 250 e 270 nm.
O comprimento de onda UV-C, gerado por lâmpadas de vapor de mercúrio, é considerado
como pouco eficientes para as bactérias suspensas em líquidos (BINTSIS et al., 2000, citados
por GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSA-CÁNOVAS, 2005). Além disso a suspensão de
amido é composta de grânulos relativamente grandes, com diâmetro médio de 20µm de cor
branca e opaca. Apesar destas limitações a alta potencia da lâmpada pode contornar as
dificuldades em casos de curtos tempos de exposição (BACHMANN 1975; MORGAN 1989
citados por GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSA-CÁNOVAS, 2005).
O sistema de purificação usado pode ser considerado inovador quando comparado a literatura,
onde a maior parte dos sistemas descritos usa amostras pequenas. Fiedorowicz, Tomasik e
Lim, (1999) usaram 500 mL de suspensão de amido de milho em água.
Embora o reator de UV e as condições selecionadas não correspondem a qualquer dos
equipamentos relatados na literatura, vale enfatizar que correspondem a realidade do que
poderá ser instalado em uma empresa brasileira de qualquer porte, uma vez que se trata de
sistema que pode ser integrado e modulado ao processamento utilizado nas fecularias.
Para poder melhor avaliar a descontaminação usou-se um amido comercial antigo,
armazenado a mais de um ano. A contagem inicial mostrou que podia ser considerado
bastante contaminado, com contagens de 10.7 UFC.g-1. Segundo informações das empresas
que processam esse tipo de amido, para caracterizar um produto de baixa contaminação o
amido deverá deveria apresentar cerca de 10.2 UFC.g-1.
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A carga microbiana inicial encontrada não pode ser comparada com os dados da literatura
uma vez que se tratava de uma amostra antiga, cuja carga não correspondia a valores
comerciais brasileiros.
A literatura ressalta a importância dos esporos. Para Fretton et al. citados por Nunes e Cereda,
(1994), o número médio inicial de esporos foi 1 a 4.g-1 e destes, a maioria constituiu-se de
mesófilos e poucos termófilos. Cereda, (1984) também encontrou esporos de bactérias em
amostras de amido comercial de mandioca, razão pela qual foram incluídos. As avaliações
futuras deverão também incluir microrganismos como coliformes totais e fecais, em razão do
tipo de uso previsto para o amido.
As análises com amido foram realizadas com concentração de 6 e 30% de amido seco,
correspondendo a concentração real da indústria, a primeira após a extração, antes da primeira
centrífuga e a segunda à concentração depois da segunda centrífuga, antes da secagem.
Figura 2. Amido aderido á lampada com concentração de 30% de amido de mandioca em
água.
A passagem da suspensão com 6% de amido pela lâmpada não apresentou qualquer problema.
Em compensação, a concentração de 30% (Figura 2) ocasionou a gelificação e queima do
amido na superfície da lâmpada após alguns segundos de reciclagem. Essa concentração já
havia sido utilizada por Fiedorowicz, Tomasik e Lim, (1999) mas nesse caso a fonte de UV
era uma lampada de quartzo de vapor de mercúrio de 50W de média pressão (Hanovia 450Q,
Hanau, Alemanha) o que dificulta as comparações. O comprimento de onda era de 250 nm,
portanto semelhante, mas a finalidade foi outra e os tempos de tratamento foram
extremamente longos com mínimo de 5 horas.
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A facilidade de gelificação a baixa temperatura pode ter sido ocasionada pelo amido antigo e
contaminado, colaborado para acumular suspensão junto a lâmpada e ocasionar queima do
produto na lâmpada. Esse é um problema que deverá ser contornado para que possa haver
interesse por parte de empresários do setor, pois os amidos comerciais nem sempre
apresentam qualidade uniforme.
Testes suplementares foram realizados com a amido mais novo e de melhor qualidade e neste
caso não houve queima do produto na lâmpada. No entanto, pequena parte da amido gelificou,
indicando a dificuldade de trabalhar com concentrações muito altas. Por isso, a concentração
de 6% de amido, que não ocasionou nenhuma gelificação, foi selecionada para testes futuros.
Contagem total em placa
Esporos de aeróbios termófilos
300000
250000
1500000000
200000
1000000000
150000
100000
500000000
Esporos de
aeróbios
termófilos
Contagem total
em placa
2000000000
50000
0
0
0
1
3
Numero passagens
Figura 3. Redução da carga microbiana de uma amostra de amido de mandioca, em função do
numero de passagens pela lâmpada (valores em UFC/1g).
Os testes de redução de contaminação feitos com amido contaminação inicial muito alta
apresentaram os resultados conforme Figura 3 e mostram a redução de contaminação da
amido, mesmo com uma passagem. Em percentagens (Figura 4), a redução da carga
microbiana em contagem total representou mais de 30% após a primeira passagem e quase
50% com 3 passagens. A diminuição de esporos de aeróbios termófilos foi quase total após a
primeira passagem.
Os resultados de diminuição de contaminação foram bastante significativos e mostram a
redução da carga microbiana. No entanto, outros testes são necessários para concluir sobre a
possibilidade de uso deste tipo de equipamento em empresa industrial.
Além das análises microbianas deverão ser avaliados também outras variáveis tais como pH,
acidez, sólidos totais e voláteis e cinzas foram realizados, além das propriedades do amido
tratado, para verificar a possível influencia da radiação UV.
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1,20
Contagem total em placa
Esporos de aeróbios termófilos
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0
1
3
Figura 4. Redução da contaminação de amido de mandioca, em percentagem, em função do
numero de passagens (valores em UFC/1g).
Os resultados obtidos podem ser considerando muito animadores caso comparados aos
obtidos em redução de carga em sucos de frutas (SIZER e BALASUBRAMANIAM, 1999
citados por GUERRERO-BELTRÁN e BARBOSA-CÁNOVAS, 2005).
Serpieri et al., (2000) usou lâmpada de UV de 8 W para reduzir carga microbiana de água
potável, que sendo transparente apresentava maiores vantagens que a suspensão que em
amido o tempo de exposição calculado para uma partícula suspensa na água era de 21
segundos, bastante maior que a usada no presente experimento. Com suco de maçã inoculado
com leveduras e bactérias, as condições de opacidade já eram mais próximas as da suspensão
de fécula. Neste Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas, (2005) relatam que com lâmpada de
UV de 25 a redução da carga microbiana foi descrita por uma modelo cinético de primeira
ordem, mas o grau de desinfecção variou para cada um dos microrganismos inoculados. Em
condições semelhantes usando cidra de maçã natural inoculada com uma mistura de
microrganismos Wright et al., (2000) citados por Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas, 2005
obtiveram redução de 2,67 log10 para contagem total em placas, considerada muito eficiente.
Considerando-se que a redução de carga microbiana é melhor expressa pela redução decimal,
Hoyer (1998) citado por Guerrero-Beltrán e Barbosa-Cánovas, (2005) estabelecem em 5 log
ciclos de microrganismos sobreviventes o grau de tratamento para que o produto seja
considerada microbianamente seguro. Embora esse valor não tenha sido obtido, nada leva a
supor que não sejam até ultrapassados no caso de amidos com carga microbiana mais baixas.
Conclusões:
Nas condições em que os testes preliminares foram realizados é possível afirmar que:
? ? Na concentração de 6% foi fácil o tratamento da suspensão de amido de mandioca em água
com o reator piloto da Germetec;.
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? ? A suspensão de amido de mandioca em água a 30% apresentou dificuldades na circulação
do sistema de tratamento o reator piloto da Germetec, depositando-se e queimando logo
após 2 passagens;
? ? Com uma passagem no reator piloto da Germetec foi possível reduzir as contagens de
esporos aeróbios a ponto de não serem mais detectadas;
? ? Com uma passagem no reator piloto da Germetec foi possível reduzir as contagens de
aeróbios mesófilos da ordem de 30% e de 50% passagem.
Agradecimentos:
A GERMETEC pelo empréstimo do piloto de purificação GPJ-MP.
A Professora MS Cilene Queiroz e aos técnicos de laboratório:
Análises químicas: Jean Carlos de Oliveira
Análises microbianas: Ismael Thomazelli Júnior
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