centro de tecnologias para o agro
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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]. Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 1 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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. Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 2 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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 Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 3 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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. Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 4 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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- Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 5 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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. Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 6 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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 Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 7 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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 Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 8 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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 Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 9 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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 Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 10 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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:. Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 11 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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. Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 12 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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. Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 13 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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. Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 14 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO 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;. Av. Tamandaré, s.n. Fazenda Lagoa da Cruz - Jd. Seminário 79117-900 – Campo Grande – MS E.mail: [email protected] 15 CENTRO DE TECNOLOGIAS PARA O AGRO-NEGOCIO ? ? 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 Referências: AZUMA, J.; HOSOBUSHI, T.; KATADA, T. A method and apparatus for decomposition of polysaccharides by carbon dioxide laser beam. Jpn. Kokai Tokyo Koho Jpp, v.224, p.836, 889, 1990. BOTHAST, R. J.; ANDERSON, R. A. ; WARNER, K. ; KWOLEK, W. F. 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