Ingineria Produselor Alimentare – Cahul Tehnologii speciale de procesare Note de curs semestrul 2 Prof. dr. ing. Mari a TURTOI Galați 201 8 Maria… [613205]
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Facultatea Transfrontalieră de Științe Umaniste, Economice și Inginerești
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul
Tehnologii speciale de procesare
Note de curs semestrul 2
Prof. dr. ing. Mari a TURTOI
Galați 201 8
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul i
Cuprins
1. Introducere în tehnologiile speciale de procesare ………………………….. ………………………. 1
1.1. Teminologie, definiții, conținut ………………………….. ………………………….. ………………… 1
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 3
I. Procedee atermice fizice
2. Tehnologia presiuni lor înalte ………………………….. ………………………….. ……………………….. 4
2.1. Introducere în tratamentul la presiune î naltă ………………………….. ………………………….. . 4
2.1.1. Istoricul tratamentului la presiune înaltă ………………………….. ……………………….. 5
2.1.2. Stadiul actual al utilizării tratamentului la presiune înaltă ………………………….. .. 8
2.1.3. Obiectivele tratamentului la presiune înaltă ………………………….. …………………. 10
2.1.4. Avantaje și dezavantaje ale tratamentului la presiune înaltă ……………………….. 10
2.2. Principiile prelucrării la presiune înaltă ………………………….. ………………………….. ……. 11
2.2.1. Principiul de acțiune al presiunii înalte ………………………….. ……………………….. 11
2.2.2. Instalați i de lucru la presiune înaltă ………………………….. ………………………….. … 12
2.2.3. Ambalarea produsului tratat ………………………….. ………………………….. ………….. 16
2.2.4. Fluidul de transmitere a presiunii ………………………….. ………………………….. …… 17
2.3. Efectele presiunii înalte asupra alimentelor ………………………….. ………………………….. 18
2.3.1. Efectele presiunii înalte asupra texturii ………………………….. ……………………….. 22
2.3.2. Efectele presiunii îna lte asupra culorii ………………………….. ………………………… 22
2.3.3. Efectele presiunii înalte asupra aromei ………………………….. ………………………… 23
2.3.4. Efectele presiunii înalte asupra conținutului de vitamine ………………………….. .. 23
2.4. Aplicații ale presiunilor înalte ………………………….. ………………………….. ………………… 24
2.4.1. Utilizarea presiunilor înalte la conservarea alimentelor ………………………….. …. 24
2.4.2. Utilizarea presiunilor înalte la preparare a alimentelor ………………………….. …… 27
2.4.3. Acțiunea presiunilor înalte asupra microorganismelor ………………………….. …… 29
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 35
3. Tehnologia e xtracție i cu fluide supercritice ………………………….. ………………………….. … 41
3.1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 41
3.2. Realizarea procesului de extracție ………………………….. ………………………….. …………… 44
3.3. Ap licațiile fluidelor supercritice în industria alimentară ………………………….. …………. 46
3.4. Exemplu – decafeinizarea cafelei ………………………….. ………………………….. ……………. 49
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 51
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul ii
II. Procedee atermice electromagnetice
4. Tratamente cu pulsuri de lumină ………………………….. ………………………….. ……………….. 52
4.1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 52
4.2. Spectr ul electromagnetic al PL ………………………….. ………………………….. ……………….. 52
4.3. Instalații de tratare cu PL ………………………….. ………………………….. ……………………….. 53
4.4. Mecanismul inactivării microorganismelor cu PL ………………………….. …………………. 54
4.5. Legislație referitoare la PL ………………………….. ………………………….. …………………….. 55
4.6. Decontaminarea cu PL a fructelor și legumelor ………………………….. …………………….. 55
4.7. Cercetări p rivind tratamentul laptelui cu PL ………………………….. …………………………. 58
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 59
5. Tratamente în câmp electric pulsator ………………………….. ………………………….. …………. 63
5.1. Mecanismul inactivării microbiene în PEF ………………………….. ………………………….. . 63
5.2. Factorii care influențează inactivarea microbiană în PEF ………………………….. ……….. 66
5.2.1. Facto ri care depind de microorganism ………………………….. ………………………… 66
5.2.2. Factori care depind de condițiile de tratament ………………………….. ………………. 67
5.2.3. Factori care depind de mediul în care are loc tratamentul ………………………….. . 68
5.3. Aplicații ale PEF ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 69
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 70
III. Procede e termice
6. Tratamente cu microunde ………………………….. ………………………….. ………………………….. 72
6.1. Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 72
6.2. Principiul de funcționare a unei instalații cu microunde ………………………….. …………. 73
6.3. Aplicații ale microundelor în industria alimentară ………………………….. …………………. 74
6.3.1. Decongelarea și temperarea ………………………….. ………………………….. …………… 74
6.3.2. Uscarea și liofilizarea cu microunde ………………………….. ………………………….. . 78
6.3.3. Pasteurizarea și sterilizarea cu microunde ………………………….. ……………………. 79
6.3.4. Coacerea cu microunde ………………………….. ………………………….. ………………… 87
6.3.5. Prelucrarea termică industrială cu microunde ………………………….. ………………. 89
6.3.6. Opărirea cu microunde ………………………….. ………………………….. …………………. 90
6.3.7. Dezinsecția cu microunde ………………………….. ………………………….. ……………… 91
6.3.8. Alte aplicații ale microundelor ………………………….. ………………………….. ………. 92
6.4. Concluzii la procesarea cu microunde ………………………….. ………………………….. ……… 93
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 94
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul iii
IV. Tehnologii speciale de ambalare
7. Ambalar e activă și inteligentă ………………………….. ………………………….. ……………………. 97
7.1. Ambalare în atmosferă activă ………………………….. ………………………….. …………………. 98
7.1.1. Îndepărtarea oxigenului și a etilenei ………………………….. ………………………….. .. 98
7.1.2. Filme și straturi comestibile ………………………….. ………………………….. ………… 100
7.1.3. Enzime și substanțe antimicrobiene în ambalarea acti vă ………………………….. 101
7.1.4. Ambalaje care resping insectele și rozătoarele ………………………….. ……………. 104
7.1.5. Materiale de ambalaj cu eliberare de mirosuri și arome specifice ……………… 105
7.2. Ambalare inteligentă ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 108
7.2.1. Microîncapsularea în ambalarea in teligentă ………………………….. ……………….. 109
7.2.2. Pigmenți și cerneluri microîncapsulate ………………………….. ………………………. 110
7.2.3. Indicatori de timp – temperatură ………………………….. ………………………….. ….. 112
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 114
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 1
1. Introducere în tehnologiile speciale de procesare
1.1. Terminologie, definiții , conținut
Tehnologia este știința metodelor și a mijloacelor de prelucrare a materialelor, respectiv
ansamblul proceselor, metodelor, oeprațiilor etc. utilizate în s copul obținerii unui anumit
produs – din fr. technologie (Coteanu et al., 1998, p. 1079 ).
Special /special ă este un adjectiv utilizat pentru ceva c are se deosebește de alte lucruri
asemănătoare prin trăsături care îi sunt proprii; care se află numai la un l ucru sau la o anumită
categorie de lucruri; (adesea adverbial) care este făcut, destinat, rezervat pentru a corespunde
unui anumit scop; p. ext. ieșit din comun, deosebit de bun, de valoros; excepțional – din fr.
spécial , lat. specialis (Coteanu et al., 1998, p. 1007 ).
Prelucrarea este acțiunea de a modifica forma, dimensiunile, constituția sau aspectul unui
material (pentru a obține produse finite, materii prime etc.) (Coteanu et al., 1998, p. 841 ).
Pornind de la aceste definiții, cursul Tehnologii special e de procesare trebuie să cuprindă
tehnologii moderne, noi, neconvenționale, emergente, cu aplicabilitate încă restrânsă în
industria alimentară, respectiv acele tehnologii care nu sunt tratate în conținutul de bază al
tehnologiilor generale studiate pe pa rcursul anilor III și IV , în cadrul specializării Ingineria
produselor alimentare (IPA), la nivel de studii de licență.
Tehnologiile generale în industria alimentară includ:
− tehnologia prelucrării cărnii – abatorizare, obținerea produselor din carne, a preparatelor
din carne și a conservelor de carne;
− tehnologia prelucrării produselor acvatice (pește și fructe de mare) – obținerea peștelui
proaspăt, refrigerat și congelat, a fructelor de mare proaspete, refrigerate sau congelate, a
conservelor de pește, a unor produse din pește (pește afumat, marinat etc.), a icrelor;
− tehnologia prelucrării laptelui – obținerea laptelui de consum, a smântânii, a produselor
lactate fermentate, a brânzeturilor, a untului, a laptelui praf;
− tehnologia fabricării înghețatei (desp rinsă de tehnologia prelucrării laptelui) – obținerea
înghețatei;
− tehnologia morăritului – măcinarea cerealelor cu obținerea făinii de grâu, secară , orez etc.,
a mălaiului , grișului, crupelor etc .;
− tehnologia pâinii și a produselor de panificație – obținer ea pâinii și a produselor de
panificație ( cozonac, cornuri, chifle, covrigi etc.);
− tehnologia produselor făinoase – obținerea biscuiților, a altor produse făinoase (grisine,
turtă dulce, napolitane etc.), a produselor de patiserie (gogoși, plăcinte, pateur i etc.), a
pastelor făinoase;
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 2 − tehnologia uleiului – obținerea uleiului comestibil din materii prime oleaginoase (semințe
de floarea soarelui, semințe de rapiță, măsline, boabe de soia, semințe de dovleac, semințe
de struguri etc. ), obține rea margarinei ;
− tehnologia zahărului – obținerea zahărului din sfeclă de zahăr și trestie de zahăr;
− tehnologia amidonului – obținerea amidonului din cartofi și cereale (grâu, porumb), a
siropurilor din porumb , a glucozei etc.;
− tehnologia produselor zaharoase – obținerea bom boanelor, a ciocolatei, a altor produse
zaharoase (jeleuri, rahat, halva, halviță etc.);
− tehnologia prelucrării fructelor și legumelor (tehnologia conservelor de fructe și legume )
– obținerea conservelor de fructe (gem, dulceață, marmeladă, magiun, peltea, compot,
sirop etc.), a conservelor de legume, a sucurilor și a nectarurilor de fruc te, a sucurilor de
legume (suc de roșii , morcov etc. ), a concentratelor de suc de fructe , a bulionului și a pastei
de tomate etc.
− tehnologia vinului – prelucrarea struguril or și obținerea vinului ;
− tehnologia malțului și a berii – obținerea malțului din orz și din grâu, obținerea berii;
− tehnologia alcoolului – obținerea alcoolului din cartofi și cereale (porumb);
− tehnologia băuturilor alcoolice distilate – obținerea prin dist ilare a unor băuturi alcoolice
cu denumiri specifice în funcție de materia primă, zonă, tehnologie etc. (țuică, pălincă,
rachiu, șliboviță, votcă, whiskey, cognac, brandy, gin, martini, vinars, tequila, arak, lichior
etc.);
− tehnologia drojdiei – obținerea drojdiei de panificație și furajeră;
− tehnologia oțetului – obținerea oțetului din vin, a oțetului de mere;
− tehnologia tutunului – obținerea tutunului din frunze de tutun.
Lista nu este epuizată, de exemplu mai pot fi amintite :
− tehnologia prelucrării boabelor de cacao cu obținerea pudrei și a untului de cacao ;
− tehnologia prelucrării boabelor de cafea;
− tehnologia prelucrării ouălor ;
− tehnologia ceaiului (verde, negru și oolong) ;
− tehnologia plantelor medicinale etc.
Tehnologiile spe ciale de procesare cuprind progresele înregistrate în ultimele decenii în
prelucrarea materiilor prime de origine vegetală și animală și în ingineria alimentară:
− procedee atermice fizice – tratamente la presiuni înalte , extracție cu fluide supercritice ;
− procedee atermice electromagnetice – tratamente cu câmp electric pulsator, radiații
ionizante , ultraviolete , pulsuri de ultraviolete , pulsuri de lumină;
− procedee termice – tratamente cu microunde , încălzire cu ajutorul curenților de frecvență
înaltă , încălzi re ohmică;
− tehnologii speciale de ambalare – ambalare în atmosferă modificată , ambalare în
atmosferă activă , ambalare inteligentă, ambalare în peliculă comestibilă ;
− prelucrarea minimă a materiilor prime agroalimentare – tratamente aplicate după
recoltare, depozitare în atmosferă controlată;
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 3 − tehnici biologice – utilizarea compușilor biologici activi , utilizarea enzimelor cu efect
defavorizant asupra microorganismelor , utilizarea sistemelor biologice de control ,
utilizarea microorganismelor protectoare ;
− alte tehnologii speciale – tehnologii sub depresiune (sub vid), tehnologii clean room ,
tratamente cu ozon, t ratamente cu dioxid de clor , instantizare, liofilizare, tehnologii de
membrană etc.
Multe dintre aceste tehnologii sunt încadrate, pe bună dreptate sau f orțat, în categoria
tehnologiilor de prelucrare/procesare minimă (minimal processing ).
Prelucrarea/procesarea minimă a fost definită în multe feluri, de la introducerea termenului ,
în jurul anului 1990, până în prezent. Astfel, Manvell (1996 ) a considerat că reprezintă
„tratamentul cel mai simplu posibil pentru a obține un scop” ( the least possible treatment to
achieve a purpose ).
O definiție mai specifică descrie prelucrarea minimă ca fiind aceea care influențează minim
caracteristicile de calitate ale ali mentelor dar, în același timp, asigură alimentelor un termen
de valabilitate suficient pe parcursul perioadei de depozitare și distribuție ( Huis in’t Veld,
1996 ).
Termenul procesare minimă se referă la un domeniu larg de tehnologii și tehnici pentru
conser varea alimentelor la care modificările inerente de prospețime și calitate sunt minime,
dar în același timp oferă produsului alimentar stabilitate suficientă pe circuitul producător –
consumator. În literatura de specialitate se mai utilizează și noțiunea d e "procesare invizibilă",
deoarece consumatorul nu percepe întotdeauna gradul de prelucrare la care au fost supuse
alimentele în aplicarea tehnicilor noi de procesare.
Prin procesare minimă se realizează produse fresh -like (care arată ca proaspete) ca urma re a
prelucrării simplificate, economice și cu menținerea la cote cât mai ridicate a valorii lor
nutritive. Termenul de procesare minimă este utilizat în terminologia specialistului din
industria alimentară și a consumatorului începând cu anul 1990.
Bibli ografie
Bruhn C . 2000 . Food labelling: consumer needs, in Blanchfield, J. Ralph (ed.), Food labelling ,
Woodhead Publishing Limited, Cambridge.
Fellows P . 2000 . Food processing technology: principles and practice , Woodhead Publishing Limited,
Cambridge.
Huis in’t Veld J.H.J. 1996 . Minimal processing of foods: potential, challenges and problems. EFFoST
Conference on the Minimal Processing of Food , Cologne, 6 -9 November.
Manvell C. 1996 . Opportunities and problems of minimal processing and minimally -processed food.
EFFoST Conference on the Minimal Processing of Food , Cologne, 6 -9 November.
Ohlsson T. & Bengtsson N. 2000 . Introduction. Ch. 1 in Ohlsson T. & Bengtsson N. (Eds.) Minimal
processing technologies in the food industry . CRC Press, Woodhead Publishing Ltd., Cambridge,
England.
Ohlsson T . 1996 . New thermal processing methods, Paper presented to the EFFoST Conference on the
Minimal Processing of Food , Cologne, 6 –9 November.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 4
2. Tehnologia presiunilor înalte
2.1. Introducere în tratamentul la presiune înaltă
Prelucrarea la presiune înaltă ( high pressure processing – HPP) este o tehnologie emergentă
tot mai mult cercetată și cu tendințe crescute de aplicare industrială . Această tehnică de
prelucrare atermică este o metodă eficientă pentru creșterea siguranței alimentare și a
termenului de valabilitate păstrând, în același timp, proprietățile organoleptice ale produselor
alimentare (Farkas & Hoover, 2000 ; San Martín et al., 2002 ).
În ultimii 20 de ani au fost realizate numeroase studii științifice privind efectul tratamentului
la presiune înaltă pentru diferite produse alimentare, de exemplu:
− aluat din făină de grâu și pâine ( Bárcenas et al., 2010 ),
− ardei galben ( Castro et al., 2011 ),
− ardei roșu ( Ade-Omowaye et al., 2001; Castro et al., 2008 ),
− avocado felii ( Wolf et al., 2013 ),
− bere ( Castellari et al., 2000 , Buzrul et al., 2005a, b ),
− brânză ( Sandra et al., 2004 ),
− brânză din lapte crud ( Shao et al., 2007 ),
− carne de p asăre dezosată mecanic ( Yuste et al., 2002 ),
− carne și produse din carne ( Hugas et al., 2002 ),
− căpșune ( Lambert et al., 1999 ),
− cârnați ( Ananou et al., 2010 ),
− crap ( Sequeira -Munoz et al., 2006 ),
− gem de grapefruit ( Igual et al., 2013 ),
− guacamole ( Palou et al., 2000 ),
− iaurt ( Tanaka & Hatanaka, 1992 ),
− lapte ( McClements et al., 2001 ; Chen & Hoover, 2004 ; Buzrul et al., 2008a ),
− lapte cu suc de portocale ( Barba et al., 2012 ) etc.
− migdale crude ( Goodridge et al., 2006 ),
− morcov ( De Roeck et al., 2008 ; Bekel e Tola & Ramaswamy, 2013 ),
− mușchi de vită ( McArdle et al. 2010 ),
− pate de ficat de gâscă ( El Moueffak et al., 1995 ),
− piept de pui ( Schindler et al., 2010 ),
− piure de căpșune ( Hsu et al., 2014 ),
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 5 − piure de mere ( Landl et al., 2010 ),
− somon ( Aubourg et al. 2013 ),
− sos de spanac pe baz ă de ulei ( Medina -Meza et al., 2015 ),
− stridii ( López -Caballero et al., 2000 ; Cruz -Romero et al., 2007 ),
− suc de afine ( Barba et al., 2012 ),
− suc de ananas ( Alemán et al., 1996 ; Buzrul et al., 2008b ),
− suc de banane ( Calligaris et al., 2012 ),
− suc de castr avete ( Zhao et al., 2013 ),
− suc de grapefruit ( Uckoo et al., 2013 ),
− suc de kiwi ( Buzrul et al., 2008b ),
− suc de mandarine ( Ogawa et al., 1990 ),
− suc de mere ( Baron et al., 2006 ; Briones -Labarca et al., 2011 ; McKay et al., 2011 ),
− suc de morcov ( Van Opstal et al., 2005 ; Patterson et al., 2012 ),
− suc de portocale ( Bull et al., 2004 ; Buzrul et al., 2008a ; Welti -Chanes et al., 2009 ),
− suc de rodii ( Varela -Santos et al., 2012 ; Chen et al., 2013 ),
− suc de struguri ( Delfini et al., 1995 ; Del Pozo -Insfran et al., 2007 ),
− ulei de măsline și de soia, somon ( Rasanayagam et al., 2003 ),
− varză murată ( Peñas et al., 2010 ),
− vin (Delfini et al., 1995 ; Mok et al., 2006 ).
2.1.1. Istoricul tratamentului la presiune înaltă
Prelucrarea la presiuni înalte ( high pressure proc essing , HPP) este considerată o metodă fizică
„blândă” prin care un produs este supus unei presiuni foarte mari. Tratamentul are ca rezultat
inactivarea anumitor microorganisme și enzime pe care le conține produsul. Metoda răspunde
exigențelor procesării m inime întrucât păstrează însușirile senzoriale și caracteristicile de
prospețime și naturalețe ale produselor obținute ( Turtoi & Popa, 1996, p. 17 ).
Potențialul de utilizare a presiunilor înalte în tehnologia alimentară a fost conturat încă de la
sfârșitul secolului XIX și începutul secolului XX, prin cercetările lui Hite și Bridgman. Astfel,
Hite (1989) a utilizat cu succes presiunea de 689 MPa pentru a prelucra laptele și a descoperit
că unele bacterii pot fi inactivate, iar Bridgman (1914) a demonstrat e fectul prelucrării la
presiuni înalte asupra denaturării și a proprietăților funcționale ale proteinelor din ou. Prin
aceste cercetări incipiente au fost evidențiate posibilitatea îmbunătățirii conservabilității
alimentelor și schimbări în structura terția ră a proteinelor și poliglucidelor în cazul
tratamentului la presiuni cuprinse între 50 -1.000 MPa ( Mertens, 1993a , Wilson et al., 2008 ,
Patel & Huppertz, 2014 ).
Prelucrarea la presiuni înalte este denumită și pascalizare (en. pascalization ) de la numele lu i
Blaise Pascal, un cercetător francez din secolul al XVII -lea ale cărui lucrări conțin detalii
despre efectul presiunii asupra fluidelor. De asemenea, mai este denumită bridgmanizare (en.
bridgmanization ) după numele fizicianului Williams Bridgman ( Jay et al., 2005 ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 6 De peste 50 de ani, utilizarea tehnologiei HPP a găsit diverse aplicații, inclusiv în industria
nealimentară. De exemplu, tehnologia HPP a avut o contribuție semnificativă la siguranța și
fiabilitatea aeronavelor. Imperfecțiunile microscopice pot duce la fisuri și eșec catastrofal al
motoarelor de aviație extrem de stresate. Tehnologia HPP oferă acum o creștere de mai multe
ori a fiabilității componentelor, ceea ce duce la o viață mai lungă a motoarelor și, în cele din
urmă, la costuri mai mici de zbor pentru public ( Patterson et al, 2006, p. 173 ).
Deși efectul presiunii înalte asupra produselor alimentare este cunoscut de circa 120 ani,
tehnologia a rămas în mediul de cercetare și dezvoltare până de curând ( tabelul 2.1). Astfel,
potențialul com ercial al presiunilor înalte (100 -1000 MPa) în prelucrarea alimentelor datorită
capacității lor de a afecta diverse componente și sisteme biologice a fost recunoscut abia după
1985. Această recunoaștere s -a datorat atât cererii consumatorilor pentru produs e cât mai
asemănătoare cu cele proaspete ( fresh -like), cât și faptului că tehnologia presiunilor înalte s -a
dezvoltat continuu.
În 1989, în Japonia, s -a constituit consorțiul Food Industry High Pressure Utilization
Technology Research, alcătuit din 21 comp anii. În aprilie 1990, compania Meidi -Ya a lansat
primul produs comercial obținut prin prelucrare la presiune înaltă, gem de fructe în trei
variante, de mere, de kiwi și de zmeură. În anul următor, 1991, aceeași companie a lansat pe
piață alte produse din fructe obținute la presiuni înalte: iaurt cu fructe, jeleu de fructe, sos și
dressing de fructe, fiecare în 2 -4 variante ( Mertens, 1993a ).
În aceeași perioadă, mai exact 1991 -1992, alte două companii japoneze, Pokka și Wakayama,
au promovat pe piață suc de grapefruit și suc de portocale. Presurizarea acestor produse s -a
fãcut în vrac fiind urmată de un tratament termic blând și ambalare aseptică. Instalațiile
industriale cu care au fost obținute au asigurat capacitatea de prelucrare de 4000 -6000 L/h
pentru un tratament la 120 -500 MPa, la temperatura mediului ambiant, timp de 1 -5 min. Acest
tratament a asigurat inactivarea completă a formelor vegetative ale microorganismelor. Prețul
produselor, 500 yeni pentru 120 g gem sau 1000 yeni pentru 800 mL suc, normal în Japonia,
pentru produse de calitate ridicată, era foarte mare pentru Europa, la acea vreme ( Mertens,
1993a ).
Primele vase din instalațiile de tratare la presiuni înalte au fost, în general, considerate
nedemne de încredere, costisitoare și cu un volum util foarte mic. Prin urmare, perspectiva
proiectării unor vase mai mari pentru a fi utilizate în producția industrială a fost dificilă din
punct de vedere comercial.
În egală măsură, industria alimentară, în special în Europa, s -a concentrat în principal pe
reduceri de costuri, restructurare și alte programe, neglijând de multe ori tehnologiile
emergente.
A fost necesară apariția unei situații create de o necesitate care nu au putut fi satisfăcută de
tehnologiile convenționale. Aceasta a avut loc la scară mică în Japonia, din dorința de a
prelucra fructele și a obține produse de calitate, delicate și proaspete, cu termen de valabilitate
mare, pentru o piață de nișă. Produsele tratate la presiuni înalte sunt produse cu ajutorul unor
instalații mici, cu pre ț ridicat, pentru a satisface această nevoie specială de piață ( Patterson et
al., 2006, p.173 ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 7 Tabelul 2.1. Istoricul utilizării presiunii hidrostatice înalte pentru produsele alimentare
Anul Evenimentul Bibliografie
1895 Royer (Franța) a utilizat presi unea înaltă pentru a
distruge experimental bacteriile Patterson et al, 2006, p.
174
1899 Hite (SUA) a prelucrat laptele la 689 MPa și a observat
distrugerea unor bacterii Hite, 1889
Wilson et al., 2008
1914 Bridgman a obținut denaturarea proteinelor din ou la
presiune înaltă Bridgman, 1914
Patel & Huppertz, 2014
1980 Japonezii au început să producă gemuri și produse din
fructe la presiune înaltă Patterson et al, 2006, p.
174
1989 În Japonia a fost constituit consorțiul Food Industry
High Pressure Utiliz ation Technology Research Mertens, 1993a
1990 În aprilie 1990 Meidi -Ya, Japonia, a lansat primul
produs comercial obținut la presiune înaltă, gem de
fructe în trei variante: de mere, de kiwi și de zmeură Mertens, 1993a
1990 Avomex (SUA) a început să prod ucă la presiune înaltă
guacamole din avocado cu un gust proaspăt și termen de
valabilitate extins Patterson et al, 2006, p.
174
1991 În mai 1991 Meidi -Ya a lansat pe piață iaurt cu fructe,
jeleu de fructe, sos și dressing de fructe, fiecare în 2 -4
variant e Mertens, 1993a
1991
1992 Pokka și Wakayama (Japonia) au promovat pe piață suc
de grapefruit și suc de portocale. Mertens, 1993a
2000 Europa Continentală a început să producă și să
comercializeze suc de fructe proaspăt (în special de
citrice) și prepara te din carne în stil de delicatese.
Stridii la înaltă presiune, produse avicole, sucuri de
fructe și alte produse au fost comercializate în SUA. Patterson et al, 2006, p.
174
2001 În Marea Britanie s -a dat acordul de vânzare a bucăților
de fructe tratate HPP. A fost l ansat primul suc de fructe
tratat HPP în Marea Britanie Patterson et al, 2006, p.
174
În SUA, aspectele legate de unele focare de toxiinfecții alimentare, în special la produsele
alimentare neprelucrate cum sunt sucurile de fructe și stridii le au dus la o acțiune a Food and
Drug Administration (FDA). FDA a încercat să reglementeze situația, solicitând o reducere
semnificativă a nivelului microbian natural al unui produs alimentar proaspăt, iar acele
alimente care nu îndeplinesc această condiț ie, să fie etichetate cu o avertizare. Aceasta a
însemnat, de exemplu, că producătorii de suc de portocale proaspăt stoarse care comercializau
acest produs ca nutritiv și sănătos, s -au confruntat cu o dilemă. În cazul în care au adoptat
reducerea numărului de microorganisme, de exemplu prin încălzirea sucului, produsul a
devenit de calitate inferioară în toate privințele. Dacă au continuat să vândă sucul netratat
termic, au fost nevoiți să eticheteze produsul cu mențiunea că acesta ar putea fi dăunător
pentru consumatori.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 8
35%
31%15%12%7%Produse vegetale
Produse din carne
Fructe de mare si peste
Sucuri si bauturi
Alte produseUn alt exemplu se referă la producătorii de produse pe bază de avocado pentru care știau că
există o cerere mare de produse de calitate în stare proaspătă. Cu toate acestea, termenul de
valabilitate foarte scurt al produsului, cumulat cu po sibilitatea de dezvoltare în timp a
microorganismelor dăunătoare, a limitat efectiv acest prilej favorabil de piață.
În toate cazurile, producătorii trebuie să caute un proces care să reducă numărul
microorganismelor de alterare sau dăunătoare, care mențin e alimentele în stare naturală,
proaspătă. Prelucrarea cu presiuni înalte s -a dovedit a avea succes în realizarea acestui
obiectiv ( Patterson et al., 2006, p.174 ).
2.1.2. Stadiul actual al utilizării tratamentului la presiune înaltă
La utilizare în domen iul alimentar , presiunea înaltă este luată în considerare, în general, până
la 600 MPa pentru majoritatea alimentelor (600 MPa = 6.000 bar = 6.000 at = 87.000 psi). Cu
creșterea presiunii , dimensiunile globale ale alimentului se reduc în raport cu presiune a
aplicată , dar acesta își păstrează forma originală . Prin urmare , alimente delicate cum sunt
strugurii, pot fi supuse la o presiune izostatică de 600 MPa și să rezulte aparent neschimbate,
deși ritmul și variațiile diferite ale compresibilității fazelor g azoasă (aer) , lichidă și solidă pot
duce la apariția unor daune fizice . Presiunea omoară microorganismele , inclusiv organismele
patogene și de alterare , ceea ce permite obținerea unor alimente cu calitate înaltă și cu un
termen de valabilitate, în condiții de refrigerare, semnificativ mai lung și mai sigur . Modul
convențional de a face aceasta este prelucrarea termică a alimentelor, ceea ce poate deteriora
calitatea organoleptică și vizuală a alimentelor , în timp ce prelucrarea la presiune ridicată nu
are a semenea efecte nedorite ( Patterson et al., 2006, p. 175 ).
Utilizarea în scopuri comerciale a tehnologiei la presiune hidrostatică înaltă ( high hydrostatic
pressure , HHP ) a fost acceptată în multe țări astfel că pe piață pot fi găsite și cumpărate
produse t ratate cu HHP, de exemplu produse din carne, fructe de mare și sucuri de fructe.
Figura 2.1. prezintă ponderea pe piață , în anul 2011, a produselor alimentare tratate la
presiune înaltă ( Sharma, 2011 ).
Fig. 2.1. Ponderea pe piață a produselor tratate HPP ( Sharma , 2011 )
Figura 2.2 prezintă evoluția numărului de instalații de prelucrare la presiune înaltă din lume
până în anul 2010 .
Industria alimentară este interesată în dezvoltarea de procese tehnologice alternative (Gupta &
Balasubramaniam, 2012, p. 109) pentru a realiza o reducere a microorganismelor în diverse
alimente lichide, fără a le compromite caracteristica de proaspăt. Prelucrarea la presiune
ridicată (HPP) este o metodă în care produsul alimentar este supus la presiuni ridicate (până la
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 9 87.000 psi sau aproximativ 600 MPa), cu sau fără aport de căldură, pentru a realiza
inactivarea microbiană sau pentru a modifica însușirile alimentelor în scopul obținerii calității
dorite de consumatori. În literatura de specialitate mai este menționată ca p relucrare la
presiune hidrostatică înaltă ( high hydrostatic pressure processing – HHP) sau prelucrare la
presiune ultraînaltă ( ultra high pressure processing – UHP).
Fig. 2.2. Numărul de instalații HPP din lume în intervalul 19 90–2010.
Industria alimentară este interesată în dezvoltarea de procese tehnologice alternative (Gupta &
Balasubramaniam, 2012, p. 109) pentru a realiza o reducere a microorganismelor în diverse
alimente lichide, fără a le compromite caracteristica de pro aspăt. Prelucrarea la presiune
ridicată (HPP) este o metodă în care produsul alimentar este supus la presiuni ridicate (până la
87.000 psi sau aproximativ 600 MPa), cu sau fără aport de căldură, pentru a realiza
inactivarea microbiană sau pentru a modifica însușirile alimentelor în scopul obținerii calității
dorite de consumatori. În literatura de specialitate mai este menționată ca prelucrare la
presiune hidrostatică înaltă ( high hydrostatic pressure processing – HHP) sau prelucrare la
presiune ultraînalt ă (ultra high pressure processing – UHP).
Se cuvine menționat că vinul din orez ( nigori -sake) este unul dintre primele produse
comerciale tratate cu presiuni înalte care a apărut pe piața japoneză ( Suzuki, 2002 ).
În prezent, prelucrarea la presiuni înalte este utilizată industrial în SUA, Japonia, Mexic,
Europa, Australia, Noua Zeelandă și Coreea. Lista companiilor care utilizează tehnologia HPP
cuprinde Hormel, Fresherized Foods, Garden Fresh Gourmet, Perdue, Puro Fruits,
SimplyFresco, Maple Lodge Farms, C argill și Wholly Guacamole ( Brown, 2014) .
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 10 2.1.3. Obiectivele tratamentului la presiune înaltă
Presiunea înaltă are multe efecte asupra proprietăților ingredientelor alimentare în sine,
precum și asupra organismelor dăunătoare, patogene care produc intoxic ații alimentare,
respectiv asupra enzimelor.
Principalele obiective ale tratamentului la presiune înaltă sunt:
• menținerea prospețimii produselor tratate;
• extinderea termenului de valabilitate;
• inactivarea / distrugerea microorganismelor de pe / din aliment ele tratate:
− distrugerea bacteriilor, inclusiv a sporilor bacterieni;
− distrugerea fungilor (drojdii și mucegaiuri);
− distrugerea virusurilor;
• inactivarea enzimelor din alimente și întârzierea degradărilor enzimatice, de exemplu
oxidarea, îmbrunarea etc.;
• reducerea infectării cu prioni proteine reticulate greșit – prion este derivat din protein și
infection (Prusiner, 1998 ).
Presiunile înalte sunt capabile să inactiveze microorganismele și enzimele astfel încât pot fi
aplicate pentru conservarea unor alimente supuse, în mod normal, la tratamente termice.
Bacteriile, fungii și virusurile sunt tratate la presiuni de până la 800 MPa. Creșterea și
multiplicarea poate fi oprită la presiuni de până la 200 –300 MPa, iar distrugerea totală este
obținută la presiuni mai ridicate.
2.1.4. Avantaje și dezavantaje ale tratamentului la presiune înaltă
Prelucrarea la presiune hidrostatică ridicată, ca metodă atermică (Rendueles et al. 2011 ), a
demonstrat un mare potențial în producerea de produse mai sigure din punct de vede re
microbiologic menținând, în același timp, caracteristicile naturale ale produselor alimentare.
Cercetarea științifică a procesului și a aplicațiilor sale industriale s -a intensificat în ultimele
două decenii, fiind concretizată în numeroase publicații ș tiințifice care descriu utilizarea
(tabelul 2.1), avantajele și limitările tratamentului la presiune înaltă.
Avantajele tehnologiei de prelucrare la presiuni înalte sunt (Patterson et al., 2006, p. 175 ):
– Eliminarea sau reducerea semnificativă a degradării produselor față de tratamentele
termice clasice;
– Păstrarea aromei, a culorii și a valorii nutritive a produselor;
– Distribuția uniformă a presiunii în produs;
– Reducerea consumului de aditivi necesari în fabricarea produselor alimentare;
– Păstrarea texturii ș i a gustului proaspăt al produselor, cum ar fi sucuri de fructe, fructe de
mare, carne preparată, sosuri și guacamole;
– Creșterea siguranței microbiologice și a duratei de viață prin inactivarea
microorganismelor patogene și de alterare, respectiv a unor en zime;
– Producerea de alimente noi, de exemplu, produse sub formă de gel și modificarea proprie –
tăților alimentelor existente, de exemplu, lapte cu proprietăți de spumare îmbunătățite;
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 11 – Economie de forță de muncă în comparație cu alte tehnici tradiționale, de exemplu,
autoîndepărtarea cochiliilor de stridii;
– Îmbunătățirea capacității de emulsionare, a capacității de legare a apei, stabilizare;
– Consum redus de energie;
– Posibilitatea de a aplica prelucrarea semicontinuă și continuă, în cazul produselor lichide;
– Reducerea timpului de procesare prin reducerea dependenței timp/masă;
– Controlul proceselor enzimatice;
– Creșterea biodisponibilității unor componente;
– Aport de căldură minim, păstrând astfel calitatea proaspătă a multor alimente;
– Presiune izostatică uniform ă și distribuția temperaturii adiabatice peste tot în produs, spre
deosebire de prelucrarea termică.
Dezavantajele tehnologiei de prelucrare la presiuni înalte sunt (Patterson et al., 2006, p. 175 ):
− Cheltuieli inițiale ridicate pentru instalație (în jur de 1,8 milioane de dolari pentru un
sistem de producție). Cu toate acestea, numeroase companii au justificat acest cost prin
compensare cu produse noi, susținute de costul relativ scăzut de funcționare a instalației
HPP.
− Incertitudinea introdusă prin directi va europeană a „alimentelor noi” (mai 1997) referitor la
ușurința de a obține aprobarea pentru produse noi, a făcut unele companii reticente în a
pune în practică tehnologia HPP.
O înțelegere mai bună a reglementărilor face acest lucru mai ușor, iar faptu l că unele
produse tratate HPP au primit aprobare a reînnoit încrederea în piață și în produsele HPP
de pe piață. În plus, multe produse tratate HPP sunt, de fapt, scutite de la reglementări
deoarece sunt echivalente cu produsele netratate HPP de pe piață.
2.2. Principiile prelucrării la presiune înaltă
2.2.1. Principiile de acțiune ale presiunii înalte
În timpul tratamentului la presiune, aplicarea presiunii este guvernată de câteva principii de
bază ( Gupta & Balasubramaniam, 2012, p. 110 ; Tao et al., 2014, p. 6 ).
• Principiul Le Chatelier afirmă că orice fenomen, o schimbare de fază, o schimbare în
configurația moleculară, o reacție chimică etc., însoțit de o scădere a volumului este
intensificată de creșterea presiunii și invers ( Farkas & Hoover, 2000 ).
• Principiul izostatic arată că presiunea este transmisă într -o manieră uniformă și cvasi –
instantanee pretutindeni în probă, făcând astfel procesul independent de volumul și
geometria produsului. Este general acceptată presupunerea că principiul izostatic e ste
adevărat pentru prelucrarea produselor alimentare la presiune înaltă. Cu toate acestea, sunt
posibile abateri pentru probe solide de dimensiuni mari, eterogene. După atingerea
presiunii dorite, aceasta poate fi menținută pentru o perioadă lungă de timp , fără nici un
aport suplimentar de energie ( Gupta & Balasubramaniam, 2012, p. 110 ).
• Principiul ordonării microscopice afirmă că, la temperatură constantă, o creștere a
presiunii crește gradul de ordonare a moleculelor dintr -o anumită substanță ( Heremans,
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 12 1995 ). Astfel, este important să se ia în considerare posibilitatea unor reacții sinergice sau
antagonice la prelucrarea produselor alimentare prin tratament combinat presiune –
temperatură.
În principiu, formarea legăturilor de hidrogen, ruperea interacțiun ilor hidrofobe, ruperea
legăturilor ionice sunt însoțite de reducerea volumului. Totuși, efectul presiunilor înalte
asupra interacțiunilor hidrofobe depinde de valoarea presiunii:
– la presiuni mai mici de 100 MPa, interacțiunile hidrofobe se distrug;
– la pre siuni mai mari de 100 MPa, interacțiunile hidrofobe sunt asociate cu scăderea
volumului și tind să se stabilizeze ( Cheftel, 1991 ; Mertens, 1993a ).
În timp ce legăturile secundare sunt afectate de presiunile înalte, legăturile covalente, în marea
majoritate a cazurilor, rezistă la tratamentul cu presiuni înalte. Această abilitate de a discerne
între legăturile secundare și cele covalente constituie o calitate de bază a procesului. Astfel,
presiunile înalte distrug structura tridimensională a moleculelor mari sau a structurilor
celulare (proteine, enzime, poliglucide, ribozomi, membrane celulare etc.), pe când
moleculele mici ca aminoacizii, vitaminele, compușii de aromă, coloranții, care nu au o
structură secundară și terțiară, rămân neafectate. Altfel spus, procesele la presiune înaltă
permit denaturarea moleculelor cu masă moleculară mare și a structurilor celulare și, ca
rezultat, apare schimbarea funcționalității lor, în timp ce componentele cu masă moleculară
mică, în majoritate responsabile de calitatea nutrițională și senzorială ale alimentelor, rămân
neafectate, aceasta constituind baza aplicațiilor potențiale ale procesului în industria
alimentară ( Cheftel, 1991 ; Mertens, 1993a ).
Ținând cont de aceste căi de acțiune, efectele principale produse de pres iunile înalte sunt:
– denaturarea macromoleculelor (proteine, poliglucide etc.) – în general, la presiuni mai mari
de 150 MPa se produce o disociere și o depliere parțială a structurilor proteice ( Cheftel,
1991 ; Cheftel, 1995 ; Mertens, 1993a );
– inactivarea en zimelor, ca urmare a denaturării părții proteice;
– inactivarea și distrugerea microorganismelor, în primul rând a formelor vegetative, dar și a
sporilor, cel mai probabil ca urmare a unor leziuni la nivelul membranei celulare ( Cheftel,
1991 ; Mertens & Knorr , 1992 );
– modificarea proprietăților fizico -chimice ale apei: densitate, scăderea punctului de topire al
gheții – punctul triplu al apei ( Mertens, 1993a );
– inducerea de modificări în structura cristalină ( Cheftel, 1991 ).
2.2.2. Instalați i de lucru la presiu ne înaltă
Utilizarea presiunii hidrostatice ridicate (HHP) în conservarea alimentelor s -a bucurat de o
atenție deosebită ca alternativă viabilă (din punct de vedere economic și tehnologic), la
procesele termice (Patterson, 2005 ).
În prezent, datorită îmbu nătățirilor tehnologice ale utilajelor de prelucrare, aplicațiile
industriale sunt răspândite pe larg pentru de presiuni cuprinse între 100 și 800 MPa, în funcție
de obiectivul dorit. Procesul este izostatic, adică presiunea este transmisă în mod uniform,
instantaneu și adiabatic, ceea ce înseamnă că, indiferent de forma sau dimensiunea
alimentelor, există puține variații de temperatură cu o presiune tot mai mare (temperatura
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 13 crește cu circa 3°C pentru o creștere a presiunii cu 100 MPa, în funcție de compoz iția
produselor alimentare ) (Smelt, 1998 ; Wilson et al., 2008 ). Acest lucru previne deformarea și
încălzirea excesivă a alimentelor ceea ce le -ar modifica proprietățile organoleptice. Pierderea
viabilității microorganismelor prin tratamentul HHP este prob abil rezultatul unei combinații
de leziuni în celulă. Rezistența microorganismelor este foarte variabilă, depinzând în special
de tipul de organism și matricea alimentară implicată. De exemplu, sporii au rezistență mare
la inactivare ( Rendueles et al., 201 1)
Sistemul de presurizare este în funcție de starea produsului. Pentru produsele solide se poate
realiza presurizarea numai în șarje (discontinuu), pe când pentru produsele fluide presurizarea
se poate realiza în sistem continuu.
Realizarea presurizării s e face prin comprimarea mediului care înconjoară produsul. Acest
mediu (de obicei apă, amestec apă -ulei etc., lichide practic incompresibile) realizează
transmiterea presiunii de la dispozitivul de presurizare la produsul aflat într -un ambalaj
flexibil.
Specific procedeului este faptul că transmiterea presiunii asupra produsului are loc
instantaneu și uniform, neexistând gradienți de presiune, putând astfel afirma că procesul este
izostatic, deci timpul de aplicare a presurizării este independent de volumul , forma sau starea
fizică a produsului ( Turtoi & Popa, 1996 ).
Pentru a realiza prelucrarea ciclică la presiune ridicată pe o linie de producție, este necesară
proiectarea unei instalații HP cu capacitate și durabilitate suficientă ( Tao et al. , 2014 ).
În pr ezent, aceasta se realizează prin supunerea produselor alimentare la presiune într -un vas
de presiune capabil să mențină presiunea necesară. Utilajele HP bine proiectate trebuie să fie
alcătuite dintr -o cameră de presiune, închideri pentru a etanșa camera, un dispozitiv pentru a
menține închiderile în timpul prelucrării, pompe de intensificare a presiunii, sisteme de
monitorizare și control al presiunii și temperaturii, un dispozitiv de control al temperaturii, și
un sistem de manipulare a produsului pentru a-l transfera în și din camera de presiune
(Rastogi et al., 2007 ; Yaldagard et al., 2008 ). Evident, componentele cheie ale sistemului HP
sunt camera de presiune și pompele de intensificare a presiunii.
Cea mai importantă parte a instalației HP este vasul de presiune, iar grosimea pereților vasului
este determinată de presiunea maximă de lucru în instalație, diametrul vasului și de numărul
ciclurior pentru care a fost proiectat vasul să lucreze. În industria alimentară se utilizează vase
de presiune cu capa citate de peste 1000 L, iar domeniul de presiune este în intervalul 100 -900
MPa și durata de aplicare a presiunii înalte de 5-10 min (Myllymaki, 1996 ; Linton și
Patterson, 2000 ).
Există două metode de prelucrare a alimentelor în vase de presiune înaltă: pr elucrare în
ambalaje și prelucrare în vrac. Deoarece alimentele se reduc în volum la presiunile foarte
ridicate utilizate la prelucrare (de exemplu, volumul apei se reduce cu aproximativ 15% la 600
MPa), are loc un stres considerabil și o deformare a ambal ajului și a etanșării când este
utilizată prelucrarea în ambalaj.
Este probabil ca pungile de plastic și foliile convenționale să se dovedească potrivite astfel că
cercetările continuă pentru proiectarea optimă a ambalajului, integritatea etanșării și găsi rea
altor materiale de ambalaj potrivite. Manipularea materialelor pentru prelucrarea în ambalaje
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 14 se realizează cu ajutorul instalațiilor automate, similare cu cele folosite pentru a încărca /
descărca autoclavele (retortele) discontinue. Prelucrarea în vr ac este mai simplă, necesitând
doar pompe, conducte și supape (Ohlsson & Bengtsson, 2002 ).
O comparație a avantajelor și a limitărilor pentru prelucrarea în ambalaj și în vrac este
prezentată în tabelul 2.2.
Tabelul 2.2. Avantaje și limitări la prelucrare a în ambalaj și în vrac
(Ohlsson & Bengtsson, 2002 )
Prelucrare în ambalaj Prelucrare în vrac
Avantaje Limitări Avantaje Limitări
Aplicabilă tuturor
alimentelor lichide
și solide Manipularea
complexă a
materialelor Manipularea simplă a
materialelor Potrivită numai pentru
alimentele care pot fi
pompate
Risc minim de
contaminare post –
procesare Flexibilitate mică
în alegerea
containerului Mare flexibilitate în
alegerea containerului Este necesară umplerea
aseptică a ambalajelor –
potențial de contaminare
post-procesare
Nu sunt necesare
perfecționări
importante pentru
procesarea la
presiune înaltă Timp de
întrerupere (timp
mort) mai mare
la utilizarea
vasului de
presiune Eficiență maximă (>90%) la
utilizarea volumului vasului
de presiune înaltă Toate compo nentele de
presiune în contact cu
alimentele trebuie să
aibă un design aseptic și
să fie adecvate pentru
CIP și SIP
Curățare mai
ușoară Timp de întrerupere minimă
a vasului (nu este necesară
nici o deschidere / închidere
a vasului, încărcare /
descărcare mai rapidă)
Notă: CIP ( cleaning in place ) – curățare pe loc, fără demontarea utilajelor, instalațiilor
SIP ( sterilising in place ) – sterilizare pe loc, fără demontare utilajelor, instalațiilor
Comprimarea mediului de presiune se poate face în două var iante ( Cheftel, 1991 ; Mertens,
1993a ):
− comprimare directă (tip piston): pistonul unei pompe de presiune realizează comprimarea
directă a mediului de presiune în incinta de lucru cu volum variabil. În principiu,
dispozitivul de presurizare este un amplifica tor de presiune. Sistemul prezintă avantajul
unei presurizări rapide, dar și dezavantaje legate de volume mici de lucru și etanșări
dificile (fig. 2.3. a);
− comprimarea indirectă: principiul de realizare a presiunii este același, doar că volumul
incintei de lucru este constant. Mediul de presiune este pompat în incintă prin intermediul
unei pompe de medie presiune și a unui amplificator de înaltă presiune. Acest sistem este
cel mai folosit în aplicațiile industriale datorită faptului că oferă avantajul exist enței numai
a etanșărilor statice la incinta de lucru (fig. 2.3. b).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 15
2 1
3
4
5
6
a b
Fig. 2.3. Variante de generare a presiunilor înalte izostatice ( Mertens, 1993a ):
a – comprimare directă; b – comprimare indirectă; 1 – conturul presei; 2 – piston; 3 – incin tă
presurizată; 4 – mediul de presiune; 5 – amplificator de presiune; 6 – vas de presiune medie.
În fig. 2.4 este prezentată schema unei instalații de laborator pentru studiul tratamentului
produselor alimentare la presiune ridicată care are în componență rezervor de alimentare cu
produs, rezervor de presiune, sistem hidraulic pentru realizarea presiunii, rezervor pentru
colectarea produsului prelucrat și instalație de control automatizată.
1
2 5
3
476P
Fig. 2.4. Schema unei instalații de laborator pentru presurizare ( Jahnke, 1993 ).
1 – rezervor alimentare produs; 2 – ventil admisie; 3 – rezervor de presiune;
4 – generator de presiune (sistem hidraulic); 5 – ventil evacuare; 6 – rezervor
colectare produs prelucrat; 7 – instalație de cont rol-automatizare.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 16 Alimentele fluide, de exemplu sucurile , pot fi prelucrate în mod continuu sau semicontinuu
(Balasubramaniam & Farkas, 2008 ). De obicei, instalația este alcătuită din:
− Vas de presiune;
− Închideri la ambele capete (sus și jos);
− Clemă sau sistem de strângere/blocare (structură de blocare a celor două închideri);
− Pompă de presiune înaltă și amplificator pentru a genera presiunile țintă/stabilite ;
− Instrumentele de control al procesului ;
− Un sistem de manipulare pentru încărcarea și evacuarea p rodusului.
La funcționare discontinuă, produsul lichid este preambalat, condiționat în prealabil și tratat la
presiune. Un ciclu tipic de proces discontinuu constă în încărcarea vasului cu produsul
preambalat, condiționat în prealabil, și umplerea restului vasului cu apă, care acționează ca
fluid sub presiune. Vasul este închis și presiunea de proces dorită se realizează prin
introducerea de fluid sub presiune în vasul de transmitere. După menținerea produsului în
timpul dorit la presiunea și temperatura ți ntă, vasul este decomprimat prin eliberarea fluidului
sub presiune. Deoarece presiunea se transmite uniform (în toate direcțiile simultan),
alimentele își păstrează forma. În plus, datorită efectelor termice minime, caracteristicile
senzoriale ale alimente lor sunt păstrate fără a li se compromite siguranța microbiologică.
În fig. 2.5 este prezentată imaginea unei instalații de prelucrare la presiuni înalte construită de
compania Hiperbaric .
Fig. 2.5. Instalație de prelucrare la presiuni înalte de la H iperbaric
Sursa: https://www.hiperbaric.com/en/
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 17 2.2.3. Ambalarea produsului tratat
Există relativ puține cercetări cu privire la efectul prelucrării la presiune înaltă asupra
ambalajului alimentelor. Lamb ert a investigat efectele presiunii pe o gamă de PA/PE bazată
pe filme de ambalare utilizând 200 -500 MPa pentru 30 minute și a găsit că proprietățile
fizico -chimice și mecanice ale filmelor au fost neafectate cu excepția unui material co –
extrudat (Lambert et al., 1999 ). Dobiál a investigat efectele la 600 MPa, tratament de o oră pe
o gamă de materiale de ambalare. Nu au existat diferențe semnificative în rezistența la
întindere, absorbanța la 450 și 600 nm sau permeabilitatea vaporilor de apă în materialele
omogene. Rezistența la rupere a fost crescută în unele laminate, iar absorbanța a crescut de la
450 la 600 nm.
Permeabilitatea la vaporii de apă a fost crescută, de asemenea, la unele laminate. Migrația
totală în etanol și/sau izooctan a fost, de asemenea , crescută în unele cazuri, dar a fost mai
mică decât maximumul permis în UE.
Cerința de ambalare pentru tratamentul la presiune variază în funcție de tip ul de echipament
(continuu sau semicontinuu) utilizat. Sistemele semicontinu e sunt utilizate în cazul produselor
lichide pompabile, care sunt ambalate aseptic după tratamentul la presiune. Pe de altă parte,
ambalaje le flexibile sau semirigide, cu cel puțin o interfață flexibilă sunt cele mai potrivite
pentru pr elucrare a continu ă (Balasubramaniam et al., 20 04). Materialele de ambalare pentru
tratamentul la presiun e înaltă trebuie să fie capabil să se adapt eze reducerea de volum și apoi
să revină la volumul inițial, fără pierderea integrit ății sau a proprietăți lor barieră. În
consecință, cutiile de metal nu s unt, în general , potrivite. Pot fi utilizate m ateriale le de
ambalare barieră la oxigen și impermeabil e la lumină pentru a extinde durata de depozitare a
produselor refrigerate. Acest lucru poate ajuta, de asemenea , la păstrarea culo rii și arom ei cât
mai ap ropiate de produsul proaspăt, la multe produse tratate la presiune (Hogan et al., 2005).
2.2.4. Fluidul de transmitere a presiunii
Fluidul de transmitere a presiunii este utilizat pentru a transmite presiunea la proba de
alimente (Gupta & Balasubramaniam , 2012, p.112 ). Ap ă, soluții apoase de glicol de tip
alimentar , propilen, ulei ul siliconic, soluții benzoat de sodiu, soluții de etanol, și ulei de ricin
sunt unele dintre fluide conducătoare de presiune utilizate în mod obișnut. Alegerea fluidelor
de tran smitere a presiunii este în funcție de capacitatea lor de a închide sub presiune, de
proprietățile de prevenire a coroziunii, de schimbările de vîscozitate a fluidului sub presiune,
și de căldura de compresie. Compoziția fluidului de transmitere a presiuni i, caracteristicile
sale termice și raportul de fluid pentru probă joacă un rol important în reglementarea
comportamentului termic al produselor alimentare sub presiune. Importanța aprecierii
comportamentului de încălzire de compresie a fluidului de transm itere a presiunii pe studii de
inactivare microbiologică a fost documentată ( Gupta și Balasubramaniam, 2012, p.112 ).
Buzrul et al. (2008) în una din cercetările sale asupra tehnologiei HPP, a utilizat trei fluide de
transmitere a presiunii (apă, etilengli col, și etanol) și trei alimente lichide (suc de portocale,
lapte degresat și integral) au fost presurizate la 100 -400 MPa și la 5, 20 și 35°C, folosind rate
diferite de compresie (100, 200, și 300 MPa / min) pentru a evalua fenomenele de încălzire
adiabat ice în timpul prelucrării cu presiune hidrostatică ridicată (HHP). Un vas de presiune
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 18 (volum 3 L), în care alimentele lichide pot fi introduse direct a fost utilizat pentru a demonstra
fenomenele de încălzire compresie în condiții comerciale de mari dimens iuni. Cea mai mare
și a doua cea mai mare valoare termică de compresie au fost observate pentru etanol și
etilenglicol, respectiv. Sucul de portocale, laptele degresat și integral au arătat valori termice
de compresie similare cu apa. Rezultatele au ar ătat că, pe măsură ce temperatura inițială a
probelor a crescut, valorile termice de compresie de asemenea, au crescut. În general, ca
nivelul de presiune să crescă, creșterea temperaturii la 100 MPa a scăzut doar pentru etanol și
etilenglicol. Rata de compres ie a avut, de asemenea, un impact asupra valorilor termice de
compresie de etanol și etilenglicol. Cu toate acestea, apa lichidă și de alimente (care conțin
cantități mari de apă) nu au fost afectate de rata de compresie în intervalul studiat (100 -300
MPa/ min). Un model de suprafață răspuns empiric a fost dezvoltat pentru a calcula creșterea
temperaturii probelor pe durata prelucrării HHP la niveluri diferite de presiune și temperaturi
inițiale. În principiu, modelul propus poate fi de asemenea utilizat pen tru a prezice valorile
termice de compresie ale altor produse alimentare sub efectul combinat de înaltă presiune și
temperatură.
2.3. Efectele presiunii înalte asupra alimentelor
O serie de aplicații comerciale curente ale prelucrării la presiune înaltă (Ohlsson et al., 2002,
p. 46 ), sunt prezentate în tabelul 2.3. În Japonia, prese de capacitate destul de mici sunt
utilizate, precum și gama de produse comercial este limitată în principal la marmeladă, jeleuri
de fructe, sucuri de citrice și iaurturi cu fructe. În Europa, există în prezent două aplicații
comerciale bine stabilite, de suc de fructe în Franța și de șuncă în Spania, ambele procese de
pasteurizare. În Mexic, o companie din SUA produce avocado piure pentru piața din SUA, la
o presiune înaltă de 7.000 bari, inactivează bacterii și enzime pentru un rezultat de refrigerare
pe un termen de valabilitate de mai mult de 30 de zile.
În SUA , tehologia HPP este, de asemenea, utilizată pentru îndepărtarea cochiliilor și
pasteurizarea de stridii și, mai recent, pentru pasteurizarea produselor din carne.
Farkas (1999) a raportat stabilitate microbiologică de până la doi ani pentru diferite feluri de
mâncare prelucrate HPP și fabricate în absența oxigenului și la temperatură joasă.
În Japonia, există ac um mai mult interes în potențialul tehnologiei HPP pentru a produce
produse alimentare în întregime noi și texturi decât ca un substitut pentru alte procese de
conservare. Au fost introduse aproape o duzină de produse alimentare pe bază de orez
comercial, în primul rând orez pre -gătit HP pentru prepararea în microunde acasă, precum
somon, carne și șuncă de textură neobișnuită.
Alte domenii interesante de aplicare a tehnologiei HPP, în plus față de conservarea
alimentelor, sunt următoarele:
− ciocolata călită;
− gelatinizări de amidon și de proteine;
− albirea de legume;
− coagulare și texturarea de pește și carne de tocat;
− congelare și decongelare (foarte rapidă și fără nici un gradient de temperatură);
− creșterea vitezei de absorbție a apei și reducerea timpului de gătire pentru fasole.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 19 Conform cercetărilor efectuate de Ohlsson et al. (2002, p. 47), prelucrarea la 103 MPa și
40…60°C timp de 2,5 min îmbunătățește calitatea nutritivă a cărnii și reduce pierderile la
preparare. Gradul de tenderizare depinde de toți ce i trei factori implicați: de presiune,
temperatură și timpul de exploatare. Produse fabricate comercial includ calmar crud sărat
prelucrat la presiune și cârnați de pește. Alte aplicații posibile sunt îmbunătățirea siguranței
microbiologice și eliminarea d e arome la preparate din carne sterilizate și pate. Aceste efecte
fiind revizuite de Johnston (1995).
Moleculele de amidon sunt deschise în mod similar și parțial degradate ( Ohlsson et al., 2002,
p.47), pentru a produce nivel crescut de dulce și sensibilit ate la activitatea amilazei. Alte
studii au constatat că aspectul, mirosul, textura și gustul de soia și orez nu s -a schimbat după
prelucrare, în timp ce legumele rădăcinoase, inclusiv cartofii și cartofii dulci, au devenit mai
moi, mai flexibili, mai dulc i și mai transparenți. Produsele din fructe sunt raportate de a păstra
aroma, textura și culoarea fructelor proaspete. Alte aplicații includ ciocolată călită, în cazul în
care presiunile ridicate transformă unt de cacao în formă de cristal stabil, și conse rvarea de
miere și de alte lichide vâscoase, fructe de mare, produse lactate, cum ar fi laptele
nepasteurizat și brânză maturată cu mucegai. Există cercetare activă și în alte aplicații, dintre
care unele sunt rezumate mai jos ( Hayashi, 1995 ):
− Textura gelu rilor surimi ar putea fi influențată în mod semnificativ de selecția presiunii,
temperaturii și timpului;
− Carne semipreparată, prelucrată în 8 boluri de plastic, pastrînd acceptabilitate mare pentru
cel puțin un an la 80°F;
− Un suc de roșii de înaltă calita te, cu caracteristici fizice îmbunătățite ar putea fi produs cu
ajutorul tehnologiei HPP;
− La 4.000 -9.000 bar și 15…30°C, prelucrarea HP a cărnii, a demonstrat un termen de
valabilitate prelungit cu un consum relativ de calitate de alimentație pentru a încălzi
probele pasteurizate sau iradiate .
Tabelul 2.3. Aplicații curente ale prelucrării la presiune înaltă ( Ohlsson et al., 2002, p. 42 )
Produs Producător Condiții de procesare
Gemuri, sos de fructe,
iaurt, jeleu de fructe Compania Meidi -ya, Japonia 400 MPa, 10 -30 min, 20°C
Suc de grapefruit Compania Pokka, Japonia 120-400 MPa, 2 -20 min, 20°C
+ Tratament termic suplimentar
Suc de manadarine Wakayama Food Ind., Japonia 300-400 MPa, 2 -3 min, 20°C
Fructe tropicale
neinghețate Nishin Oil Mills, Japonia
50-200 MPa (‘înghețare’ la –
18°C)
Carne de vită Fuji Ciku Mutterham, Japonia 100-150 MPa, 30 -40 min, 20°C
Avocado Avomex, SUA 700 MPa, 600 -800 L/h
Suc de portocale Ulti Fruit, Franța 500 MPa, 5 sau 10 cicluri min,
include o menținere de 1 minut
Numeroase r apoarte ( Devlieghere et al ., 2004 ) au demonstrat efectul tratamentului HHP
asupra inactivării microorganismelor, extinzându -se în acest fel durata de depozitare
microbiologică și îmbunătățind siguranța microbiologică a produselor alimentare. O privire de
ansamblu despre sensibilitatea microorganismelor la mai multe condiții de procesare și în mai
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 20 multe substraturi a fost dată de către Patterson (2000). Reduceri substanțiale totale (> 4 log 10
unități) la cele mai multe microorganisme vegetative sunt realizat e atunci când este aplicată o
presiune de tratare de 400 -600 MPa, la temperatura camerei. Cu toate acestea, tratamentul
presiunii în sine nu este de multe ori suficient pentru reducerea substanțială a numărului de
spori viabili. Sporii unor specii supravie țuiesc la presiuni de peste 1000 MPa, atunci când
temperatura nu este mai mare de 45…75°C.
Presiunea indusă de germinarea sporilor a fost examinată și tratamentul ulterior a sporiilor
germinați/ germinativi s -a dovedit a fi un mijloc eficient de reducere a numărului de spori. Cu
toate acestea, spori „superlatenți”, care pot fi prezenți în coada unei curbe de germinare, pot
fi, de asemenea, mai rezistenți la germinarea indusă de presiune, făcând tratamentul HHP
nepotrivit ca atare pentru sterilizarea produ selor alimentare.
Pentru a face față cu acest neajuns important al tratamentului HHP, au fost sugerate
tratamente de asociere ( Devlieghere et al ., 2004 ) dintre care combinația cu o temperatură
înaltă a fost în mare parte investigată. O prezentare generală a combinațiilor investigate pentru
a inactiva sporii bacterieni prin tratamentul HHP este prezentată în tabelul 2.4.
Tabelul 2.4. Tratamente combinate pentru a inactiva sporii bacterieni prin tratament cu
presiune hidrostatică ridicată ( Devlieghere et al ., 2004 )
Combinație
de tratament Microorganism
țintă Condițiile
procesului Reducere Referințe
HPP
+căldură Bacillus
stearothermophilus 500 MPa, 70°C, 6
cicluri de 5 min
700–900 MPa, 70°C,
5min
700 MPa, 70°C,
5min
400 MPa, 70°C,
25min
200 MPa, 85°C,
11min
350–400 MPa,
80…90°C, 30min
300 MPa, 60°C,
360min 6D
5D
5D
3D
1D
6D
2.5D Hayakawa et al. (1994)
Rovere et al. (1998)
Gola et al. (1996)
Fink (1988)
Hayakawa et al. (1998)
Seyderhelm și Knorr
(1992)
Butz et al. (1990)
Bacillus subtil is 500 MPa, 70°C, 10
cicluri de 1min
404 MPa, 70°C, 15
min, pH=6.0
600 MPa, 40°C, 20
min, pH = 7.0,
Urmat de tratament
cu căldură la 60°C,
10 min 8D
5D
1.8D Sojka și Ludwig (1997)
Stewart et al. (2000)
Wuytack și Michiels
(2001)
Bacillus coagulan s 400 MPa, 70°C, 30
min, pH = 7.0 4D Roberts și Hoover
(1996)
Clostridium
sporogenes 404 MPa, 70 °C, 15
min, pH=6.0 <0.5D Stewart et al. (2000)
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 21 Tabelul 2. 4. (continuare )
HPP+nisină B. subtilis 404 MPa, 25°C, 30
min, pH=7.0 fără
nisină
Cu 0.6 IU/ mL nisină <0.5D
2.5D Stewart et al. (2000)
C. sporogenes 404 MPa, 25°C, 30
min, pH=7.0
fără nisină
Cu 0.6 IU/mL nisin <0.5D
2.6D Stewart et al. (2000)
HPP + acid
mediu B. subtilis 404 MPa, 25°C, 30
min
pH=7.0
pH=4.0
600 MPa, 40°C, 20
min, pH=3 –8
<0.5D
<0.5D Stewart et al. (2000)
Wuytack și Michiels
(2001)
C. sporogenes 404 MPa, 25°C, 30
min
pH=7.0
pH=4.0
<0.5D
2.5D Stewart et al. (2000)
Mai multe studii ( Devlieghere et al., 2004 ) indică faptul că este posibil să se reducă sporii
bacte rieni prin combinații de căldură ușoară și tratament HHP. Bacillus stearothermophilus a
fost inactivat cu 6 zecimale printr -un tratament la 500 MPa și la 70 °C timp de 6 cicluri de 5
min (Hayakawa et al., 1994). Sojka și Ludwig (1997 ) a demonstrat o reduce re de 8 zecimale
de Bacillus subtilis spori atunci cand sunt tratați la 500 MPa, 70 °C pe parcursul a 10 cicluri
de 1 min. Un tratament termic blând poate încuraja sporii să germineze, rezultând că ele fiind
mai sensibile la tratamente de presiune. Prin u rmare, un tratament de preîncălzire, urmat de
presurizare este în general mai eficient la inactivarea sporilor decât încălzirea în timpul
presurizării.
Alte tratamente combinate propuse sunt utilizarea tehnologiei HHP împreună cu un adaos de
nisin ( Stewart et al, 2000 ; Roberts & Hoover, 1996 ), lactoperoxidază sau lizozim. Inactivarea
Listeria innocua de peste 7 decenii a fost realizată pentru toate tulpini cu un tratament ușor
(400 MPa, 15 min, 20 °C) în prezența lactoperoxidazei, care în absența ei, sistem ul a provocat
doar 2 -5 decenii de inactivare în funcție de tulpina. În același studiu, pentru nici una dintre
tulpinile de Escherichia coli testat sistemul lactoperoxidază a crescut inactivarea, comparativ
cu un tratament cu presiune ridicată singur.
Una d intre preocupările majore cu privire la tehnologia HHP pentru industria alimentară este
apariția de bacterii vegetative rezistente la presiune, după tratamente la presiune succesive
(Devlieghere et al., 2004 ). Autorul de asemenea afirmă faptul că, Hauben et al. (1997 ) au fost
capabili de a selecta mutanți E. Coli rezistenți la inactivare prin tratare HHP la 800 MPa, prin
aplicarea ciclurilor alternante de expunere la tratamentul HHP variind de la 280 la 450 MPa.
Tratamente până la 500 Mpa de presiune a pro vocat doar o inactivare directă limitată de
mutanții rezistente la înaltă presiune de E. coli în suc de fructe, dar a rezultat în o accelerare
cu pH scăzut de inactivare în timpul depozitării ulterioare.
De asemenea, Devlieghere et al. (2004 ) prezintă fap tul că tulpini rezistente la presiune de
Listeria monocytogenes au fost de asemenea descrise de Karatzas și Bennink (2002 ), după un
singur tratament de presurizare de 400 MPa timp de 20 min. Când rezistența la presiune apare
atât de ușor, care, în bacterii alimentare contaminante, o selecție a tulpinilor rezistente la
presiune într -un mediu de prelucrare a produselor alimentare nu este, de asemenea imaginar.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 22 Mai multe cunoștințe este necesar despre mecanismele asupra introducerii rezistenței față de
tehnolo gia HHP pentru a permite evaluarea riscurilor posibile asociate cu introducerea acestei
tehnici.
Efectul letal al presiunii ridicate asupra bacteriilor ( Patterson et al., 2006, p. 176 ) se datorează
unui număr de diferite procese care au loc simultan. În sp ecial, deteriorarea membranei
celulare și inactivarea enzimelor cheie, inclusiv cele implicate în replicarea ADN -ului și
transcriere sunt considerate că joacă un rol cheie în inactivare. Membranele celulare sunt în
general considerate ca o țintă principală pentru daune de presiune. Membranele constau dintr –
un strat dublu de fosfolipide cu o suprafață exterioară hidrofilă (compus din acizi grași) și o
suprafață interioară hidrofobă (compus din glicerol). Presiune determină o reducere în volum
a straturilor d uble ale membranei și a ariei secțiunii transversale per moleculă fosfolipidă.
Această modificare afectează permeabilitatea membranei care poate duce la deteriorarea
celulelor sau moartea acestora. Gradul de inactivare a presiunii realizat depinde de o ser ie de
factori care interacționează și care urmează a fi indentificați. Acești factori trebuie să fie luați
în considerare la proiectarea condițiilor de proces pentru a asigura siguranța microbiologică și
calitatea alimentelor tratate HPP.
Prelucrarea HP a re o serie de efecte ( Ludikhuyze et al., 2002, p. 354 ) asupra texturii , culorii ,
aromei și conținutului de vitamine.
2.3.1. Efectele presiunii înalte asupra texturii
În general, presiuni de până la 350 MPa pot fi aplicate la sisteme vegetale, fără nici u n efect
major asupra texturii în ansamblu și a structurii. Mai multe studii au ar ătat ca tratamentul cu
presiune la fructe și legume poate provoca atât fermitate cât și înmuiere, efectele fiind
dependente de nivelul de presiune și timpul de presurizare. În general, curbele de em oliere au
arătat că modificările de textură cauzate de presiune a avut loc în două faze: o pierdere bruscă
ca urmare a acțiunii de impulsuri de presiune urmată de alte pierderi de redresare treptată în
timpul fazei de exploatare sub presiune.
La presiune s căzută (100 MPa), liniștirea instantanee a presiunii a fost cauzată de compresia
structurilor celulare fără întrerupere, în timp ce, la presiune mai mare (> 200 MPa) pierderea
severă a texturii se produce din cauza ruperii membranelor celulare și pierderea consecutivă a
presiunii turgor. În timpul de exploatație sub presiune, pierderea instantanee a texturii poate fi
recuperată treptat și unele produse devin chiar mai ferme decât omologii lor proaspeți. In
multe cazuri, legume tratate cu presiune nu se înm oaie în timpul de preparare, care este
atribuită acțiunii polimetilesterazei (PME), care este doar parțial activat de presiune.
Întreruperea simultană a structurilor celulare permite interacțiunea enzimei cu substanța
pectică. Prin urmare, pectina esterifi cată a peretelui celular poate reticula cu ioni bivalenți,
ceea ce duce la compactitatea crescută de structură celulară.
2.3.2. Efectele presiunii înalte asupra culorii
Pentru mai multe fructe și legume, cum ar fi gem de fructe, suc de căpșuni și roșii, guava
piure, piure de avocado și banane piure, tratamentul la presiune înaltă a fost observat în mare
parte pentru a păstra culoarea proaspăt. Luminozitatea și roșeața / verdeața produselor tratate
la presiune s -au dovedit a fi mai superioare în comparaț ie cu omologii lor tratați termic. Cu
toate acestea, în timpul depozitării de piure de guava și banane, culoarea verde scade treptat
datorită rumenirii ca rezultat al activității reziduale a polifenoloxidazei (PPO). Mai lung timp
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 23 acceptabil de depozitare a fost realizat prin utilizarea de presiune înaltă, cu pH scăzut și
depozitare la rece.
Un studiu cinetic detaliat privind efectul combinat al presiunii și temperaturii asupra culorii
sucului de broccoli a arătat că conținutul de clorofilă și culoarea ver de au fost stabile timp de
până la 4 ore de tratament la 800 MPa și 40°C. Numai atunci când presiunea ridicată este
asociată cu temperatura mai mare de 50°C, s -au remarcat unele modificări de culoare.
Degradarea de conținut de clorofilă a fost descrisă de un model de prim ordin, cu clorofila a
fiind mai puțin stabilă decât clorofila b. Pe de altă parte, pierderea de culoare verde a fost
descrisă de un model de pas consecutiv deoarece ambele conversii de clorofila în feofitină și
conversia ulterioară a avut loc pirofeofitina.
2.3.3. Efectele presiunii înalte asupra aromei
Pentru cele mai multe sucuri de fructe, beneficiile potențiale ale folosirii presiunii înalte apar
în principal din faptul că aroma proaspată poate fi menținută în timpul tratamentului cu
presiune. Mulți autori au raportat că panourile senzoriale instruite au capacitatea de a distinge
între suc proaspăt și sub presiune fabricat din aceeași materie primă. Cu toate acestea, pentru
roșii și ceapă, unele defecte de aromă cauzate de tratamentu l la presiune au fost percepute:
roșiile au avut un gust rânced în timp ce ceapa mirosea mai puțin intens și mai mult ca ceapă
prajită. În primul caz, aroma rânced a fost atribuită pentru o creștere semnificativă în n -hexan
care este în mare parte respons abilă pentru aroma proaspătă de tomate în concentrație de 1 -2
mg/kg. Concentrații mai mari dau aroma de rânced. Pentru ceap ă, tratamentul la presiune a
fost declarat a diminua dipropil sulfuratul, un compus responsabil pentru gustul picant și
mirosul carac teristic de ceapă proaspătă și pentru a crește trans -disulfura de propenil și
concentrațiile de 3,4 -dimetiltiofen care să conducă la o aromă de ceapă fiartă sau prăjită.
2.3.4. Efectele presiunii înalte asupra conținutului de vitamine
Ludikhuyze et al. (2002, p. 355 ) indică faptul că Bignon (1996) a observat că vitaminele A, C,
B1, B2 și E din fructe și legume nu sunt afectate în mod semnificativ de tratamentul sub
presiune, spre deosebire de tratamentul termic. De altfel, în cazul piureurilor de căpșun e și de
guava, scăderea conținutului de vitamina C în timpul depozitării după tratamentul la presiune
(400-600 MPa/15 -30 min) a fost dovedit a fi mult mai mic în comparație cu produsele
proaspete.
Autorul ( Ludikhuyze et al., 2002, p. 354 ), de asemenea conf irmă faptul că, un studiu cinetic
mai detaliat a stabilității la temperaturi și presiune a acidului ascorbic în tampon, suc de
portocale și tomate a fost realizat de către Van den Broek et al. (1998 ). Ei au descoperit doar o
degradare semnificativă de acid ascorbic atunci când presiunea de circa 850 MPa fost
combinată cu temperaturi cuprinse între 60 și 80°C, și mai mult în tomate și suc de portocale
decât în tampon. Pe lângă vitamine, au fost efectuate unele studii minore de alte caracteristici
de sănătate , precum anti mutagenitate și toxicitate. Fructe și legume, cum ar fi morcovi,
conopidă, gulii, praz și spanac sunt caracterizate prin potențe antimutagene puternice, care s –
au dovedit a fi sensibile la căldură, dar nu la presiune. Pentru sfeclă și roșii a ctivitatea
antimutagenică a fost afectată, dar numai în condiții extreme, care sunt de 600 MPa/50°C sau
800 MPa/35°C.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 24 2.4. Aplicații ale presiunilor înalte
Având în vedere efectele pe care le produc presiunile înalte se conturează următoarele
domenii de aplicare ale acestora în industria alimentară:
– conservarea alimentelor;
– prepararea alimentelor;
– inactivarea microorganismelor.
2.4.1. Utilizarea presiunilor înalte la conservarea alimentelor
Efectul de conservare al presiunilor înalte se bazează pe ac țiunea letală asupra
microorganismelor și pe inactivarea enzimelor. În principiu, se poate afirma că influența
presiunilor înalte este asemănătoare cu cea a tratamentului termic.
Pasteurizare și sterilizare
Este general acceptat faptul că, efectul letal al presiunilor înalte asupra formelor vegetative ale
microorganismelor este rezultatul mai multor procese care se desfășoară simultan:
– presiunile înalte acționează asupra membranelor celulare, volumul bistratului lipidic
membranar se reduce, fluiditatea fosf olipidelior scade producându -se astfel modificarea
permeabilității membranei, afectând în primul rând schimbul de săruri și respirația, fapt ce
conduce la moartea microorganismelor într -un ritm mai rapid decât s -ar realiza aceasta prin
inactivarea enzimelo r sau inhibarea sintezei proteice ( Perrier -Cornet, 1995 ). Denaturarea
membranelor celulare se consideră a fi principala cale prin care presiunile înalte
inactivează microorganismele vegetative ( Hauben, 1995 ; Stenning, 1995 );
– la presiuni înalte sunt perturb ate majoritatea reacțiilor biochimice vitale pentru activitatea
celulei, prin inactivarea enzimelor implicate. În general, presiuni în domeniul 100 –300
MPa produc denaturări reversibile ale enzimelor, în timp ce presiuni mai mari decât 300
MPa conduc la de naturări ireversibile;
– deși conformația acizilor nucleici rămâne stabilă până la 1.000 MPa, sistemul genetic al
celulei este afectat datorită perturbării reacțiilor enzimatice de replicare a ADN și
transcripție în ARN.
Se poate afirma că microorganismele î n formă vegetativă sunt efectiv inactivate la presiuni de
300–400 MPa la temperatura ambiantă, dar rezistența microorganismelor la presiune este
variabilă, efectul letal al presiunilor înalte fiind puternic influențat de compoziția alimentului
(pH, indice de activitate a apei), prezența unor constituenți alimentari ca proteinele,
poliglucide și unii acizi organici care pot avea un efect protectiv sau sinergic la inactivarea
microorganismelor ( Butz, 1995a ; Fonberg -Broczek, 1995 ; Yen, 1995 ).
Cercetările au de monstrat că presurizarea alimentelor acide (pH = 2,5 –4,5) la 300 MPa, timp
de 5 –10 minute, la temperatura ambiantă a condus la reducerea numărului de drojdii,
mucegaiuri și bacterii în forme vegetative, la mai puțin de 1/105 din încărcarea inițială (fig
2.6). Se poate face astfel o „pasteurizare” și se poate obține o conservare pe termen lung
pentru sucuri de fructe, dulcețuri și unele fructe menținând intacte aroma, savoarea, culoarea
și valoarea nutritivă a produsului proaspăt. În această situație, factor ul limitativ pentru
perioada de conservare este remanența unei anumite activități enzimatice, datorită inactivării
parțiale a enzimelor.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 25 Fig. 2.6. Efectul presiunii asupra inactivării microorganismelor în sucul de portocale
reconstituit (pH = 4,1); teste efectuate la temperatura camerei ( Mertens, 1993a )
Chiar și la alimentele neacide o presurizare la 300 –800 MPa la temperatura ambiantă conduce
la distrugerea selectivă a bacteriilor patogene și reducerea încărcăturii microbiene, acest lucru
putând să ameli oreze igiena și să prelungească durata de conservare în stare refrigerată a
diverselor alimente ( Gola,1995 ).
Folosind aceste efecte se pot preconiza și alte aplicații, ca: prepararea brânzeturilor cu lapte
crud presurizat, decontaminarea condimentelor, dis trugerea paraziților din carne și pește crud
(Cheftel, 1991 ; Karaibrahimoglu, 1995 ).
Prezența unor cantități mici de dioxid de carbon sau a anumitor aditivi alimentari poate
contribui la reducerea presiunii și a duratei tratamentului.
Dacă microorganismele în forma vegetativă sunt inactivate la temperatura ambiantă sau la
temperaturi negative numai prin efectul presiunii, în schimb sporii de bacterii sunt extrem de
rezistenți și numai efectul presiunii nu este suficient pentru distrugerea lor. Astfel, steri lizarea
alimentelor cu pH neutru prin distrugerea sporilor bacterieni necesită ca presurizarea să fie
însoțită sau urmată imediat de un tratament termic moderat, mult inferior sterilizării clasice.
Sporii diferitelor specii ale genului Bacillus introduși î n băuturi neacide, pot fi distruși
cantitativ prin presurizare la 300 –600 MPa, 50 –70oC și 10 –40 minute (fig. 2.7, 2.8) .
S-a stabilit că inactivarea sporilor la presiuni înalte este un proces în două etape, implicând o
germinare forțată, urmată de inactivar ea sporilor germinați de către presiunea înaltă.
Germinarea forțată se instalează deja de la o presiune relativ scăzută (60 MPa), dar este oprită
la presiuni peste 400 MPa, probabil datorită denaturării enzimelor ce induc germinarea
(Sojka,1995 ).
Supraviețuitori, %
Spori de Bacillus subtilis
Aspergillus niger0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 100
10
1
10-1
10-2
10-3
Candida albicans5 minute
Presiunea hidrostatic ă, în bar
Micrococcus luteus
Saccharomyces cerevisiae0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 100
10
1
10-1
10-2
10-3
Penicillium citrinum10 minute
Presiunea hidrostatic ă, în barSupraviețuitori, %
Spori de Bacillus subtilis
Aspergillus niger0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 100
10
1
10-1
10-2
10-3100
10
1
10-1
10-2
10-3
Candida albicans5 minute
Presiunea hidrostatic ă, în bar
Micrococcus luteus
Saccharomyces cerevisiae0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 100
10
1
10-1
10-2
10-3100
10
1
10-1
10-2
10-3
Penicillium citrinum10 minute
Presiunea hidrostatic ă, în bar
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 26 Fig. 2.7. Inactivarea sporilor de Bacillus coagulans la diferite presiuni și temperaturi
Fig. 2.8. Inactivarea sporilor de Bacillus subtilis la temperatura camerei
în funcție de presiune și durata de acțiune a presiunilor înalte
În stadiul actual al dezvoltăr ii tehnologiei, un tratament de pasteurizare sau de sterilizare
numai prin presurizare nu se justifică economic decât pentru un produs foarte valoros. Soluția
care se preconizează în viitor este asocierea acestei metode cu alte procedee de conservare,
tratament termic, adaos de substanțe antibacteriene: EDTA, nisină, lizozim ( Hauben, 1995 ),
bacteriocine ( Ray, 1995 ), refrigerare, etc., fapt ce va conduce la regimuri de lucru mult mai
blânde și costuri diminuate.
Inactivarea enzimelor
Cercetările făcute de Morild (1981 ) asupra a aproximativ 100 enzime au evidențiat
posibilitatea ca acestea să poată fi inhibate prin tratament la presiuni înalte ( Mertens, 1992 ).
100
10
1
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
0
0 2000 4000 6000 8000
Presiunea, în barSupraviețuitori, %25°C
35°C
45°C
55°C
65°C
65°C100
10
1
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
0
0 2000 4000 6000 8000
Presiunea, în barSupraviețuitori, %25°C
35°C
45°C
55°C
65°C
65°C25°C
35°C
45°C
55°C
65°C
65°C
log ufc
6
5
4
3
2
1
0
0 1000 2000 3000 Presiunea, în bar3 h
6 h
12 h
24 h
48 hlog ufc
6
5
4
3
2
1
0
0 1000 2000 3000 Presiunea, în bar3 h
6 h
12 h
24 h
48 h
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 27 Enzimele sunt foarte rezistente la presiune, astfel completa inactivare a unora dintre ele la
tempera tura ambiantă nefiind posibilă în domeniul de presiuni cu care se lucrează în mod
curent în industrie, activitatea lor remanentă fiind destul de mare. Astfel, pectinmetilesteraza
din sucul de citrice a fost doar în proporție de 50 –80% inactivată în urma un ui tratament la
600 MPa, 20 minute și temperatura ambiantă. Tot după un astfel de tratament activitatea
remanentă a peroxidazei este destul de mare, 55 –100% ( Mertens, 1993a ; Needs, 1995b ;
Weemaes, 1995 ; Yen, 1995 ).
Asupra inactivării tirozinazei s -au obțin ut rezultate mai bune printr -un tratament combinat,
presiuni înalte -tratament termic, ca urmare a efectului sinergic.
Având în vedere aceste constatări, în procesele de conservare, inactivarea parțială a enzimelor
devine factorul limitativ pentru perioada de conservare.
Conservarea la temperaturi negative fără congelare
Ca urmare a acțiunii presiunilor înalte, punctul de topire al gheții scade semnificativ. Astfel, la
70 MPa este –5oC, la 120 MPa este –10oC și la 200 MPa este –20oC. Această constatare
deschide o posibilitate nouă de conservare a alimentelor și a altor materiale biologice la
temperaturi scăzute, fără ca ele să ajungă în stare congelată. Încercările făcute pe căpșune,
tomate, carne de porc și de vită au demonstrat că, pe lângă asigurarea cons ervabilității (câteva
săptămâni), s -a reușit și păstrarea nealterată a texturii, culorii și aromei produselor ( Cheftel,
1991 ).
2.4.2. Utilizarea presiunilor înalte la prepararea alimentelor
Folosind presiunile înalte se pot obține produse cu calități sen zoriale apropiate de cele
obținute prin tratare termică, dar cu valoarea nutritivă și textura mai apropiată de cea a
materiei prime.
Acțiunea principală a presiunilor înalte asupra macromoleculelor (proteine, polizaharide) este
concentrată la nivelul struc turii terțiare, producând ruperea, deplierea și disocierea parțială a
lanțurilor și formarea de noi legături secundare. Efectele pe care le induc presiunile înalte
sunt, cel mai adesea, reversibile până la 300 MPa și ireversibile pentru valori mai mari.
Presiunea limită de reversibilitate este specifică fiecărui material biologic și depinde de factori
interni (compoziție, etc) și externi (parametrii procesului, etc.).
Gelificarea proteinelor
Coagularea completă a albușului de ou la peste 600 MPa a fost evi dențiată încă din 1914 de
către Bridgman. Folosind tratamente de 30 minute la 25°C s -a reușit gelificarea în intervalul
de presiuni 200 –600 MPa pentru proteine din mușchi, din carnea de pește, din soia și
gălbenușul de ou. Concluzia care s -a conturat este că aceste geluri diferă de gelurile termice,
iar gelurile obținute la presiune înaltă păstrează mai bine culoarea și aroma naturală, sunt
lucioase, cu o mai mare elasticitate, netede și ușoare ( Mertens, 1993a ).
Încercările făcute pe β -lactoglobulină (2,5 –15 %; pH = 7) la 450 MPa, 25°C, timp de 15
minute au demonstrat teoria deplierii parțiale a structurii proteice. Dacă soluțiile cu
concentrația de 2,5 –5 % au rămas solubile, cele cu concentrații de 10 –15 % au gelificat
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 28 formând geluri spongioase cu o microst ructură de tip „coral”, dar mai puțin stabile decât cele
termice ( Cheftel, 1995 ). Rezultate similare s -au obținut și la presurizarea concentratelor
proteice din zer, gelurile formate având o microstructură poroasă probabil datorită numărului
mai mic de leg ături transversale induse. S -a observat că pH-ul cu valori mai mici decât 5
contracarează efectul presiunilor înalte, pe când valori de pH mai mari decât 7, asociate cu un
conținut de clorură de sodiu, favorizează efectul presiunilor înalte de formare a ge lurilor ( Van
Camp et al., 1995 ).
Se poate afirma că presiunile înalte produc denaturarea celor mai hidrosolubile proteine, iar la
depresurizare unele proteine își reformează structura, dar aceasta nu mai este identică cu cea
inițială ( Ledward et al., 1995 ).
Aceste fenomene sunt folosite în procesele de texturare: adeziunea -lipirea mușchilor sau
fileurilor de pește de talie mică, restructurarea cărnii de pește sau a cărnii separate mecanic,
mulare pentru formarea de analogi de crustacee etc.
Modificarea com pușilor de aromă
Analizând distrugerile induse de presiunile înalte în membrana celulară s -a observat că se
produce eliberarea de enzime specifice (lipaze, lipoxigenaze) care pot afecta diverse
substraturi conducând în unele situații la modificarea compuși lor de aromă, spre exemplu
creșterea cu 900% a hexanalului la vișine ( Butz, 1995b ).
Frăgezirea cărnii
Încercările efectuate în domeniul 100 –500 MPa la 60oC au produs frăgezirea cărnii de vacă în
faza prerigor, în schimb pentru carnea de porc maturată sau nematurată s -a observat o creștere
a fermității proporțional cu presiunea. Totuși, ca o concluzie generală se poate afirma că, prin
presurizare se îmbunătățește digestibilitatea cărnii și se produce inactivarea
microorganismelor.
Îmbunătățirea digestibil ității amidonului și proteinelor
Presurizarea crește susceptibilitatea macromoleculelor la atacul enzimelor. Astfel, la presiuni
de 400 MPa și temperaturi de 45 –50°C, se observă creșterea digestibilității amidonului din
grâu, porumb și cartofi sub acțiunea α-amilazei. Utilizând granule de amidon cu structură
cristalină tip A din orz și tip B din cartofi, s -a observat gelificarea acestuia pe tot intervalul de
presiune (600 –900 MPa) la 20 –53°C, timp de 15 minute, obținându -se geluri transparente
(Kervinen, 19 95b). Aceasta creează posibilități pentru realizarea de produse din orez și paste
făinoase ce necesită o preparare termică minimă.
La tratamentul cu presiuni înalte se îmbunătățește susceptibilitatea proteinelor față de
proteazele musculare.
Cristalizare a reversibilă
Presurizarea provoacă cristalizarea reversibilă a trigliceridelor și creșterea punctului de
fuziune (aproximativ 20oC/100 MPa). Folosindu -se de aceste constatări, o firmă japoneză a
dezvoltat o metodă de temperare a ciocolatei prin două trata mente consecutive la 150 MPa,
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 29 31oC timp de 5 minute ( Mertens, 1993a ). De asemenea, tot prin presurizare se poate influența
mărimea cristalelor, forma și ordonarea acestora ( Jahnke 1993 ).
1÷150
MPa150÷300
MPa
A B C
Fig. 2.9. Mecanismul ipotetic de disociere -reasociere a moleculelo r de cazeină sub influența
presiunii ( Cheftel, 1991 ). A – asociere; B – disociere; C – reasociere. Zonele punctate
reprezintă apa de hidratare. Dimensiunile rețelei în A, B și C corespund volumului de apă
liberă corespunzătoare presiunii respective.
2.4.3. Acțiunea presiunilor înalte asupra microorganismelor
Rezisteța microorganismelor la presiune ridicată variază în funcție de mai mulți factori.
Microorganismele manifestă rezistențe diferite la presiuni ridicate.
Celulele eucariote sunt mai sensibile la presiune decât celulele procariote. Drojdiile sunt cele
mai sensibile microorganisme, tratamente cu 300 – 400 MPa timp de câteva minute la 20°C
pot produce mai mult de o reducere de 6 log a numărului lor. Formele vegetative ale
microorgansimelor sunt, de asemenea, sensibile, dar sporii sunt mult mai rezistenți.
S-a crezut inițial că bacteriile Gram negative sunt mai sensibile la presiune ridicată decât
bacteriile Gram pozitive. O explicație posibilă este faptul că structura membranei celulare este
mai comp lexă la bacteriile Gram negative și din acest motiv ar fi mai susceptibilă la
modificările mediului ambiant cauzate de presiune. Studii mai recente au demonstrat că
formele vegetative ale bacteriilor variază în limite largi în ceea ce privește dezvoltarea la
presiune și unele bacterii Gram negative, cum sunt unele tulpini de E. coli 0157 H7 sunt
foarte rezistente (fig. 2.10, 2.11). Până în prezent, cauza acestor diferențe între tulpini nu este
înțeleasă.
Rezistența termică a unor forme vegetative de microor ganisme este corelată cu rezistența la
presiune, dar sunt și excepții. Cocii Gram pozitivi, cum sunt enterococii și Staphylococcus
aureus , sunt mai rezistenți atât la temperatură ridicată, cât și la presiune decât bastonașele
Gram negative precum Camphylob acter jejuni și Pseudomonas aeruginosa . Totuși, tulpina
termorezistentă Salmonella senftenberg este mai puțin rezistentă la presiune decât o tulpină
termosensibilă de Salmonella Typhimurium.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 30 Fig. 2.10. Inactivarea cu ajutorul presiunii a Escherichia coli O157:H7 (NCTC 12079) în
soluție salină tampon fostat ( pH 7,0) la 20°C ( Patterson, 2000 ):
N0 – numărul inițial de celule; N – numărul de celule supraviețuitoare
Sporii bacteriilor sunt extrem de rezistenți la presiunea aplicată în mod normal produselor
alimentare, deși există diferențe între specii și tulpini ( tabelul 2.5).
Sporii de Clostridium ssp. tind să fie mai rezistenți la presiune decât cei de Bacillus , deși
există puține informații despre rezistența la presiune înaltă a bacteriei Clostridium botuli num.
log (N/No)0
–2
–4
–6
–8
Presiunea, MPa0 200 400 600 800log (N/No)0
–2
–4
–6
–8
Presiunea, MPa0 200 400 600 800
Fig. 2.11. Inactivarea patogenilor cu ajutorul presiunii după un tratament de 15 min în soluție
salină tampon fosfat ( Patterson, 2000 ): • Yersinia enterocolitica ; ▪ Salmonella Enteritidis;
o Escherichia coli O157:H7; Staphylococcus aureus ;
N0 – numărul inițial de celule; N – numărul de celule supraviețuitoare
Drept urmare a rezistenței speciilor de bacterii la presiuni înalte, este indicat ca aceste
tratamente să fie asociate cu alte tehnici de conservare pentru a se obține un nivel acceptabil
de inactivare al alimentelor.
log (N/No)0
–2
–4
–6
–8
0 5 10 15 20 25 30500 MPa
600 MPa
700 MPa450 MPa
Timpul, minlog (N/No)0
–2
–4
–6
–8
0 5 10 15 20 25 30500 MPa
600 MPa
700 MPa450 MPa
Timpul, min
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 31 Tabelul 2.5. Aplicațiile potențiale ale presiunilor înalte la fabricarea alimentelor ( Patterson, 2000 )
Aplicații Parametri tipici ai procesului Exemple
Îmbunătățirea calității
produselor din fructe 300–400 MPa, 1 –5 min,
30…40°C Termenul de valabilitate al sucurilor și
gemurilor de fructe poate depăși 1 lună
la temperaturi de refrigerare
Îmbunătățirea termenului
de valabilitate al produselor
din carne 400 MPa, 10 min, 50°C Termenul de valabilitate al pateului din
ficat de gâscă crește cu 13 zile la 4°C
Modificarea texturii
produselor din carne 100–300 MPa, 30 min Îmbunătățirea aromei, aspectului și
elasticității gelu -rilor obținute din carne
tocată și pește, de ex. surimi
Gelatinizarea amidonului 400–500 MPa, 20 –60 min
40…50°C Îmbunătățirea digestibilității amidonului
din grâu, porumb și cartofi de către -
amilază
Posibilitatea de gătire a orezului și
pastelor făinoase folosind un tratament
termic minim
Tenderizarea cărnii 100–150 MPa, 4 min, 35°C
100–150 MPa, 60 min, 60°C Potrivit pentru carne aflată în faza pre –
rigor
Potrivit pentru carne aflată în faza post –
rigor
Îmbunătățirea conservării
șuncii afumate Afumare la 65°C, 90 min
urmată de tratament HP la
250 MPa, 3 h, 20…40°C Tip nou de produs din carne conservat
Îmbunătățirea termenului
de valabilitate al produselor
lactate 450 MPa, 15 min, 2…10°C Creșterea termenului de valabilitate a
brânzei de capră depozitată la 4°C
Îmbunătățirea vitezei de
maturare a brânzeturilor 10 – 250 MPa Reducerea duratei maturării la 3 zile
Prevenirea supra -acidifierii
iaurtului 200–300 MPa, 10 min,
10…20°C Termen de valabilitate mai mare de 2
săptămâni la 10°C
Îmbunătățirea texturii
produselor lactate 200–600 MPa, până la
120 min, 20°C Creșterea rezistenței la aciditate a
geluri lor cu coagul ferm obținute din
lapte supus tratamentului cu presiuni
înalte
Hidroliza specifică a –
lactoglobulinei în laptele de
bovine cu termolizină 200 MPa Reducerea potențialului alergen al
laptelui
Temperarea ciocolatei 150 MPa, 32°C, 5 min de
două ori Îmbunătățirea structurii cristaline a
untului de cacao
Congelare cu presiuni înalte 200 MPa, –20°C, scădere
rapidă a presiunii și
depozitare la –20°C Formarea numai a unor cristale mici de
gheață în timpul congelării, deci calitate
îmbunătățită a pr odusului
Decongelare cu presiuni
înalte 50 MPa, 20°C, 30 min Decongelare rapidă a cărnii de vită cu
reducerea pierderilor de suc celular
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 32 Deși presiunile extrem de ridicate sunt necesare pentru a inactiva direct sporii, presiuni mai
scăzute, de obicei m ai joase de 400 MPa, induc germinarea sporilor. Acest efect nu a fost încă
explicat la nivel molecular.
Dacă aplicarea presiunilor joase este urmată de un tratament cu anumite presiuni ridicate
și/sau tratamente termice, se pot inactiva sporii germinați ca re sunt sensibili la presiune.
Efectul presiunii asupra germinării sporilor este mult crescut la temperaturi ridicate, așa cum
sunt combinațiile utilizate în alimente cu aciditate scăzută pentru a obține inactivări eficiente.
Au fost propuse tratamente cu presiuni înalte – cicluri în care presiunile ridicate alternează cu
presiuni scăzute – ca metodă eficientă de inactivare a sporilor.
În teorie, o presiune relativ scăzută se utilizează pentru a induce germinarea sporilor, apoi se
aplică o presiune înaltă p entru a omorî celulele germinate. Procedeul se poate repeta de câteva
ori pentru a crea gradul de inactivare dorit. Această abordare poate reduce severitatea
tratamentului termic necesar pentru inactivarea sporilor. Tratamentul repetat la o anumită
presiun e poate fi și el eficient, de exemplu, menținerea la 400 MPa și 70°C, 5 min/ciclu, timp
de 6 cicluri, conduce la același grad de inactivare (4 log) a sporilor de Bacillus
stearothermophylus ca atunci când se aplică un tratament continuu de 60 min de mențin ere la
600 MPa și 70°C.
O inactivare de 12 log a C. botulinum este necesară în timpul proceselor termice din industrie
pentru a obține alimente stabile cu pH ridicat și conținut ridicat de apă.
Există puține date publicate despre efectul presiunii ridicate asupra virusurilor, deși s -a
sugerat că virusurile încapsulate, cum sunt cei ai gripei și herpezului își pierd infectivitatea
complet.
S-a dovedit că presiuni de 400 MPa sau mai mari pot inactiva virusul SIDA tip 1, deși
sensibilitatea la presiune diferă între tulpini ( tabelul 2.6).
Există puține informații despre distrugerea toxinelor bacteriene la presiune ridicată, deși
există dovezi că toxina botulinică poate fi parțial inactivată la presiune mai mare de 600 MPa.
Și micotoxina patulină poate fi inacti vată de presiunile înalte, dar acest lucru este neeconomic
deoarece implică menținerea unor presiuni înalte pentru perioade mari de timp. Presurizarea la
500 MPa timp de o oră la temperatura camerei scade conținutul de patulină cu 80% și 47%
din nivelul in ițial existent în concentrat de suc de mere, respectiv în suc de mere.
Se consideră că efectul letal al presiunii înalte asupra microorganismelor este rezultatul mai
multor procese care au loc simultan, incluzând deteriorarea membranei celulare și inactiva rea
enzimelor, cum sunt cele implicate în replicarea ADN -ului și transcripției.
Sub acțiunea presiunii înalte se reduce volumul straturilor fosfolipidice care alcătuiesc
plasmalema simultan cu suprafața transversală per moleculă de fosfolipide.
De asemenea , are loc denaturarea proteinelor, iar activitatea enzimelor transmembranare,
precum Na+–K+–ATPaze, este redusă. Aceste modificări afectează funcționarea membranei
celulare, permițând scurgeri.
Unele enzime responsabile de reacții biochimice sau chimice su nt afectate de presiune fiind
inactivate.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 33 Tabelul 2.6. Sensibilitatea patogenilor vegetativi la presiuni înalte în diferite alimente
(Patterson, 2000 )
Microorganism Substrat Condiții de tratament Inactivare (unități
–log de reducere)
Bacterii vegetative
Camphylobacter jejuni Carne de porc 300 MPa, 10 min, 25°C 6
Carne de pasăre 300 MPa, 10 min, 25°C 6
Citrobacter freundi Carne tocată 300 MPa, 20 min, 20°C > 5
Alimente din
carne de pui
pentru copii 340 MPa, 10 min, 23°C < 2
Escherichia coli (nepatog enă) Brânză de capră 400 MPa, 10 min, 25°C > 7
E. coli O157:H7 Lapte UHT 800 MPa, 10 min, 20°C < 2
Carne de pasăre 700 MPa, 30 min, 20°C 5
Lactobacillus spp. Vin Muscat, pH
3,0 400 MPa, 2 min, 20°C 6
Listeria monocytogenes (Scott
A) Lapte UHT 340 MP a, 80 min, 23°C 6
Lapte crud 340 MPa, 60 min, 23°C 6
Listeria inocua Lapte de oaie 350 MPa, 10 min, 2°C
350 MPa, 10 min, 25°C 4
1
Pseudomonas aeruginosa Carne de porc 300 MPa, 10 min, 25°C 6
Pseudomonas fluorescens Carne tocată 200 MPa, 20 min, 20°C > 5
Staphylococcus aureus Carne de porc 600 MPa, 10 min, 25°C 6
Carne de pasăre 600 MPa, 30 min, 20°C 4
Lapte UHT 300 MPa, 10 min, 25°C 2
Staphylococcus faecalis Carne de porc 300 MPa, 10 min, 25°C < 1
Vibrio parahaemolyticus Scoici
(conservă) 300 MP a, 10 min, 25°C > 5
Yersinia enterocolitica Carne de porc 300 MPa, 10 min, 25°C 6
Bacterii sporulante
Spori de Bacillus coagulans PBS (100
mmol/L)
pH 8,0 400 MPa, 30 min, 45°C
numărare imediată 2
plus tratament termic
(70°C, 30 min) înainte de
număr are 7
Spori de B. coagulans Tampon citrat –
fosfat McIlvaine
pH 7,0 400 MPa, 30 min, 45°C 2
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 34 Tabelul 2.6. Sensibilitatea patogenilor vegetativi la presiuni înalte în diferite alimente
(Patterson, 2000 ) (continuare )
Microorganism Substrat Condiții de trata ment Inactivare (unități
–log de reducere)
Bacterii sporulante (continuare )
Spori de B. coagulans Tampon citrat –
fosfat McIlvaine
pH 4,0 400 MPa, 30 min, 45°C
4
Spori de B. stearothermophilus – 800 MPa, 60 min, 60°C
400 MPa, 6×5 min, 70°C 4
4
Spori d e Clostridium
botulinum tip A Mediu bogat 250 MPa, 60 min, 70°C 6
Spori de Clostridium
sporogenes Supă de carne,
pH 7,0 800 MPa, 5 min,
80…90°C
1500 MPa, 5 min, 20°C > 5
lipsa inactivării
Drojdii și mucegaiuri
Ascospori de Byssochlamys
nivea Gem de af ine
aw 0,84 700 MPa, 30 min, 70°C < 1
Suc de struguri
aw 0,97 700 MPa, 30 min, 70°C 4
Candida utilis Carne de porc 300 MPa, 10 min, 25°C 2
Rhodotorula rubra Soluții de zahăr
aw 0,92
aw 0,96 400 MPa, 15 min, 25°C
< 1
> 7
Saccharomyces cerevisiae Vin M uscat, pH
3,0 400 MPa, 2 min, 20°C 6
Suc de
mandarine
Satsuma, pH 3,1 100 MPa, 5 min, 47°C 3
Carne de porc 300 MPa, 10 min, 25°C 2
Zygosaccharomices bailii Vin Muscat, pH
3,0 400 MPa, 2 min, 20°C 6
Virusuri
HIV–1 Cultură de
laborator 550 MPa, 10 min , 25°C Gradul de
infectare redus cu
4-log
Bacteriofag T4 Tampon TRIS
0,01 mol/L 400 MPa, 10 min, 4°C > 6
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 35 Bibliografie
Ade-Omowaye B.I.O., Rastogi N.K., Angersbach A. & Knorr D. 2001 . Effects of high hydrostatic
pressure or high intensity electrical f ield pulse pre -treatment on dehydration characteristics of red
paprika . Innovative Food Science & Emerging Technologies , 2(1), 1 -7.
Alemán G.D., Walker M., Farkas D.F., Torres J.A., Ting E.Y., Mordre S.C. & Hawes A.C.O. 1996 .
Pulsed ultra high pressure tre atments for pasteurization of pineapple juice. Journal of Food
Science , 61(2), 388 -390.
Ananou S., Garriga M., Jofré A., Aymerich T., Gálvez A., Maqueda M., Martínez -Bueno M. &
Valdivia E. 2010 . Combined effect of enterocin AS -48 and high hydrostatic press ure to control
food-borne pathogens inoculated in low acid fermented sausages . Meat Science , 84(4), 594-600.
Aubourg S.P., Rodríguez A., Sierra Y.S., Tabilo -Munizaga G.T., Pérez -Won M. 2013 . Sensory and
physical changes in chilled farmed coho salmon ( Oncor hynchus kisutch ): effect of previous
optimized hydrostatic high -pressure conditions. Food and Bioprocess Technology , 6, 1539 -1549.
Balasubramaniam V.M., Ting E.Y., Stewart C.M. & Robbins J.A. 2004 . Recommended laboratory
practices for conducting high -press ure microbial inactivation experiments. Innovative Food Science
and Emerging Technologies , 5(3), 299 -306.
Barba F.J., Cotés C., Esteve M.J. & Frígola A. 2012 . Study of antioxidant capacity and quality
parameters in an orange juice -milk beverage after high -pressure processing treatment. Food and
Bioprocess Technology , 5, 2222 -2232.
Barba F.J., Jäger H., Meneses N., Esteve M.J., Frígola A. & Knorr D. 2012 . Evaluation of quality
changes of blueberry juice during refrigerated storage after high -pressure and pul sed electric fields
processing. Innovative Food Science and Emerging Technologies , 14, 18-24.
Bárcenas M.E., Altamirano -Fortoul R. & Rosell C.M. 2010 . Effect of high pressure processing on
wheat dough and bread characteristics . LWT – Food Science and Techn ology , 43(1), 12 -19.
Baron A., Dénes J. -M. & Durier C. 2006 . High -pressure treatment of cloudy apple juice . LWT – Food
Science and Technology , 39(9), 1005 -1013 .
Bekele Tola Y. & Ramaswamy H.S. 2013. Evaluation of high pressure (HP) treatment for rapid and
uniform pH reduction in carrots . Journal of Food Engineering , 116(4), 900 -909.
Bridgman P.W. 1914 . The coagulation of albumen by pressure. Journal of Biological Chemistry , 19,
511-512.
Briones -Labarca V., Gabriela Venegas -Cubillos G., Susana Ortiz -Portilla S., Marcelo Chacana -Ojeda
M. & Hector Maureira H. 2011 . Effects of high hydrostatic pressure (HHP) on bioaccessibility, as
well as antioxidant activity, mineral and starch contents in Granny Smith apple. Food Chemistry ,
128(2) , 520-529.
Brown A. 2014 . HPP aims for a natural appeal. Food Drive , http://www.fooddive.com/news/hpp –
aims -for-a-natural -appeal/235501/ , accesat în 30 aprilie 2014.
Bull M.K., Zerdin K., Howe E., Goicoe chea D., Paramanandhan P., Stockman R., Sellahewa J., Szabo
E.A., Johnson R.L. & Stewart C.M. 2004 . The effect of high pressure processing on the microbial,
physical and chemical properties of Valencia and Navel orange juice . Innovative Food Science &
Emer ging Technologies , 5(2), 135-149.
Butz, P. et al. , 1995. High Pressure Inactivation of Byssochlamys spp. Ascospores ,
9th World Congress Food Sci. Techn ., 30.07 – 4.08, Budapest, Hungary.
Butz, P., et al. 1995b – High Pressure Induced Development of C6 Co mpounds in Fruit , 9th World
Congress Food Sci.Techn., 30.07 –4.08, Budapest, Hungary.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 36 Buzrul S. 2012 . High hydrostatic pressure treatment of beer and wine. Innovative Food Science and
Emerging Technologies , 13, 1-12.
Buzrul S., Alpas H. & Bozoglu F. 2005 a. Effect of high hydrostatic pressure on quality parameters of
lager beer. Journal of the Science of Food and Agriculture , 85(10), 1672 -1676.
Buzrul S., Alpas H. & Bozoglu F. 2005 b. Effects of high hydrostatic pressure on shelf life of lager
beer. European F ood Research and Technology , 220(5), 615 -618.
Buzrul S., Alpas H., Largeteau A. & Demazeau G. 2008 b. Inactivation of Escherichia coli and Listeria
innocua in kiwifruit and pineapple juices by high hydrostatic pressure. International Journal of
Food Microbi ology , 124(3), 275 -278.
Buzrul S., Alpas H., Largeteau A., Bozoglu F. & Demazeau G. 2008 a. Compression heating of
selected pressure transmitting fluids and liquid foods during high hydrostatic pressure treatment.
Journal of Food Engineering , 85(3), 466 -472.
Calligaris S., Foschia M., Bartolomeoli I., Maifreni M. & Manzocco L. 2012 . Study on the
applicability of high -pressure homogenization for the production of banana juices. LWT – Food
Science and Technology , 45, 117 -121.
Cano, M.P., et al. 1995 – Applicat ion of High Pressure Treatment on Processing of Food Derived
Products , 9th World Congress Food Sci. Techn., 30.07 –4.08, Budapest, Hungary.
Castellari M., Arfelli G., Riponi C., Carpi G. & Amati A. 2000 . High hydrostatic pressure treatments
for beer stabili zation. Journal of Food Science , 65, 974 -977.
Castro S.M., Saraiva J.A., Domingues F.M.J. & Delgadillo I. 2011 . Effect of mild pressure treatments
and thermal blanching on yellow bell peppers ( Capsicum annuum L.). LWT – Food Science and
Technology , 44(2), 363-369.
Castro S.M., Saraiva J.A., Lopes -da-Silva J.A., Delgadillo I., Van Loey A., Smout C. & Hendrickx
M. 2008 . Effect of thermal blanching and of high pressure treatments on sweet green and red bell
pepper fruits ( Capsicum annuum L.). Food Chemistry , 107(4), 1436 -1449.
Cheftel, J.C. et al., 1995. Modifications of Food Proteins by High Pressure Processing, 9th World
Congress Food Sci. Techn. , 30.07 – 4.08, Budapest, Hungary.
Cheftel, J.C., 1991. Applications des hautes pressions en technologie alimentai re, Industrie
Alimentaire et Agricole , 3:141.
Chen D., Xi H., Guo X., Qin Z., Pang X., Hu X., Liao X. & Wu J. 2013 . Comparative study of quality
of cloudy pomegranate juice treated by high hydrostatic pressure and high temperature short time .
Innovative Fo od Science & Emerging Technologies , 19, 85-94.
Chen H. & Hoover D.G. 2004 . Use of Weibull model to describe and predict pressure inactivation of
Listeria monocytogenes Scott A in whole milk. Innovative Food Science and Emerging
Technologies , 5(3), 269 -276.
Considine K.M., Kelly A.L., Fitzgerald G.F., Hill C. & Sleator R.D. 2008 . High -pressure processing –
effects on microbial food safety and food quality. FEMS Microbiology Letters , 281, 1 -9.
Crelier, S. et al., 1995. High Pressure for Inactivation of enzymes in Food Products, 9th World
Congress Food Sci. Techn ., 30.07 – 4.08, Budapest, Hungary.
Cruz -Romero M., Kelly A.L. & J.P. Kerry J.P. 2007 . Effects of high -pressure and heat treatments on
physical and biochemical characteristics of oysters ( Crassostrea giga s). Innovative Food Science &
Emerging Technologies , 8(1), 30-38.
De Roeck A., Sila D.N., Duvetter T., Van Loey A. & Hendrickx M. 2008 . Effect of high pressure/high
temperature processing on cell wall pectic substances in relation to firmness of carrot tis sue. Food
Chemistry , 107(3), 1225 -1235.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 37 Del Pozo -Insfran D., Del Follo -Martinez A., Talcott S.T. & Brenes C.H. 2007 . Stability of
copigmented anthocyanins and ascorbic acid in muscadine grape juice processed by high
hydrostatic pressure. Journal of Food Sc ience , 72, S247 –S253.
Delfini C., Conterno I., Carpi G., Rovere P., Tabusso A., Cocito C. & Amati A. 1995 . Microbiological
stabilisation of grape musts and wines by high hydrostatic pressure. Journal of Wine Research ,
6(2), 143 -151.
Devlieghere F., Vermeir en L. & Debevere J. 2004 . New preservation technologies: Possibilities and
limitations. International Dairy Journal , 14(4) 273 –285.
El Moueffak A., Cruz C., Antoine M., Montury M., Demazeau G., Largeteau A., et al. 1995 . High
pressure and pasteurization ef fect on duck foie gras. International Journal of Food Science and
Technology , 30(6), 737 -743.
Farkas D.F. & Hoover D.G. 2000 . High pressure processing. Kinetics of microbial inactivation for
alternative food processing technologies. Journal of Food Science Supplement , 47-64.
Fonberg -Broczek, M. et al., 1995. Effects of High Hydrostatic Pressure on Microorganisms, 9th World
Congress Food Sci. Techn. , 30.07 – 4.08, Budapest, Hungary.
Gola, S. et al., 1995. High Pressure Treated Salmon Crem: Microbiological an d Chemical Evaluation
of the Product Stored at Refrigeration Temperatures, 9th World Congress Food Sci. Techn. , 30.07 –
4.08, Budapest, Hungary.
Goodridge L.D., Willford J. & Kalchayanand N. 2006 . Destruction of Salmonella Enteritidis
inoculated onto raw a lmond by high hydrostatic pressure. Food Research International , 39(4), 408 –
412.
Gupta R. & Balasubramaniam V.M. 2012 . High -Pressure Processing of Fluid Foods, Ch. 5 in Cullen
P.J., Tiwari B.K. & Valdramidis V.P. (Eds.) Novel Thermal and Non -Thermal Techno logies for
Fluid Foods , Academic Press, Amsterdam, p. 109 -133.
Hauben, K. et al. , 1995. Transient Permeabilization of E -coli Outer Membrane for Nisin and
Lysozyme by High Hydrostatic Pressure, 9th World Congress Food Sci. Techn. , 30.07 – 4.08,
Budapest, Hu ngary.
Hite B.H. 1899 . The effect of pressure in the preservation of milk. Bulletin , 58, 15 -35.
Hsu H.Y., Sheen S., Sites J., Huang L., Wu J.S. -B. 2014 . Effect of high pressure treatment on the
survival of Shiga toxin -producing Escherichia coli in strawber ry puree . Food Microbiology , 40,
25-30.
Hugas H., Garriga M. & Monfort J.M. 2002 . New mild technologies in meat processing: high pressure
as a model technology . Meat Science , 62(3), 359-371.
Igual M., Sampedro F., Martínez -Navarrete N. & Fan X. 2013 . Combi ned osmodehydration and high
pressure processing on the enzyme stability and antioxidant capacity of a grapefruit jam . Journal of
Food Engineering , 114(4), 514-521.
Jahnke, S., 1993. Labor -Hochdruckmaschine zum schonenden Kaltsterilisieren, ZFL,
44( 3), 8 2–.
Jay J.M., Loessner M.J. & Golden D.A. 2005 . Modern Food Microbiology . Seventh edition, Springer,
Germany.
Kervinen, R. et al ., 1995 a. Improvement of the Stability of Minimally Processed Carrot by High
Pressure Technology, 9th World Congress Food Sci. Techn. , 30.07 – 4.08, Budapest, Hungary.
Kervinen, R. et al., 1995 b. Effects of High Pressure Treatment of Potato and Barley Starch, 9th World
Congress Food Sci. Techn ., 30.07 – 4.08, Budapest, Hungary.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 38 Kraibrahimoglu, Y., Morrissey, M. T. 1995 – The Effe ct of High Hydrostatic Pressure on Survival of
Anisakid Nematods from Pacific Whiting , 9th World Congress Food Sci. Techn., 30.07 –4.08,
Budapest, Hungary.
Lambert Y., Demazeau G., Largeteau A. & Bouvier J. -M. 1999. Changes in aromatic volatile
composition of strawberry after high pressure treatment. Food Chemistry , 67(1), 7 -16.
Landl A., Abadias M., Sárraga C., Viñas I. & Picouet P.A. 2010 . Effect of high pressure processing on
the quality of acidified Granny Smith apple purée product. Innovative Food Scien ce and Emerging
Technologies , 11(4), 557 -561.
Ledward, D.A., et al. 1995 – High Pressure Processing of Proteins , 9th World Congress Food Sci.
Techn., 30.07 –4.08, Budapest, Hungary.
López -Caballero M.E., Pérez -Mateos M., Montero P. & Borderías A.J. 2000 . Oyster preservation by
high-pressure treatment. Journal of Food Protection , 63(2), 196 -201.
McArdle R., Marcos B., Kerry J.P. & Mullen A. 2010 . Monitoring the effects of high pressure
processing and temperature on selected beef quality attributes. Meat Scien ce, 86, 629 -634.
McClements J.M.J., Patterson M.F. & Linton M. 2001 . The effect of growth stage and growth
temperature on high hydrostatic pressure inactivation of some psychrotrophic bacteria in milk.
Journal of Food Protection , 64(4), 514 -522.
McKay A.M. , Linton M., Stirling J., Mackle M., Patterson M.F. 2011 . A comparative study of
changes in the microbiota of apple juice treated by high hydrostatic pressure (HHP) or high
pressure homogenisation (HPH) . Food Microbiology , 28(8), 1426 -1431 .
Medina -Meza I.G ., Barnaba C., Villani F. & Barbosa -Cánovas G.V. 2015. Effects of thermal and high
pressure treatments in color and chemical attributes of an oil -based spinach sauce . LWT – Food
Science and Technology , 60(1), 86 -94.
Mertens B. 1993 a. Developments in High P ressure Food Processing (part 1), International Food
Manufacturing ZFL , 44(3), 100 -104.
Mertens, B. and Knorr, D., 1992 . Developments of Nonthermal Processes for Food Preservation, Food
Techn. , 5:124.
Mertens B. 1993 b. Developments in High Pressure Food P rocessing (part 2), ZFL,
44(4), 82 –.
Mok C., Sonk K. -T., Park Y. -S., Lim S., Ruan R. & Chen P. 2006 . High hydrostatic pressure
pasteurization of red wine. Journal of Food Science , 71(8), 265 -269.
Needs, E.C., et al. 1995a – The Effect of Pressure on Model Membrane System , 9th World Congress
Food Sci. Techn., 30.07 –4.08, Budapest, Hungary.
Needs, E.C., et al. 1995b – Effects of High Pressure on the Activity and Conformation of Lipase , 9th
World Congress Food Sci. Techn., 30.07 –4.08, Budapest, Hungary.
Ogawa H., Fukuhisa K., Kubo Y. & Fukumoto H. 1990 . Pressure inactivation of yeasts, molds and
pectinesterase in Satsuma mandarin juice – effects of juice concentration, pH and organic -acids and
comparison with heat sanitisation. Agricultural and Biological Chem istry, 54(5), 1219 -1225.
Palou E., Hernández -Salgado C., López -Malo A., Barbosa -Cánovas G.V., Swanson B.G. & Welti –
Chanes J. 2000 . High pressure -processed guacamole. Innovative Food Science & Emerging
Technologies , 1(1), 69-75.
Patel H.A. & Huppertz T. 2014. Effects of High -pressure Processing on Structure and Interactions of
Milk Proteins. Ch. 8 in Singh H., Boland M. & Thompson A. (Eds.) Milk proteins from expression
to foods, Second edition, Elsevier Academic Press, London, UK, p. 243 -267.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 39 Patterson M.F. , Ledward D.A. & Rogers N. 2006. High pressure processing. Ch. 6 in Brennan J.G.
(Ed.) Food Processing Handbook . Wiley VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, pp. 173 –
200.
Patterson M.F., McKay A.M., Connolly M. & Linton M. 2012 . The effect of high hydrostat ic pressure
on the microbiological quality and safety of carrot juice during refrigerated storage . Food
Microbiology , 30(1), 205-212.
Patterson, M., 2000. High – Pressure Treatment of Foods, in Encyclopedia of Food Microbiology ,
Academic Press, London, vol . 2, p. 1059 –1065.
Peñas E., Juana Frias J., Gomez R. & Vidal -Valverde C. 2010 . High hydrostatic pressure can improve
the microbial quality of sauerkraut during storage . Food Control , 21(4), 524 -528.
Perrier -Cornet, J.M. et al., 1995. Pressure -induced Mass Transfer throught Yeast Membrane, 9th World
Congress Food Sci. Techn. , 30.07 – 4.08, Budapest, Hungary.
Prusiner S.B. 1998. Prions. Nobel Lecture. Proceedings of the National Academy of Sciences of the
United States of America , 95(23), 13363 -13383.
Quagli a, G.B. et al., 1995. Study of the Effect of High Pressure Treatments on Peroxidase Activity in
Fresh Pasta, 9th World Congress Food Sci. Techn. , 30.07 – 4.08, Budapest, Hungary.
Rasanayagam V., Balasubramaniam V.M., Ting E., Sizer C.E., Bush C. & Anderson C. 2003 .
Compression heating of selected fatty food materials during high -pressure processing. Journal of
Food Science , 68(1), 254 -259.
Ray, B., 1995. Combined Antibacterial Efficiency of Bacteriocins and Ultra High Presure , 9th World
Congress Food Sci. T echn. , 30.07 –4.08, Budapest, Hungary.
Rendueles E., Omer M.K., Alvseike O., Alonso -Calleja C., Capita R. & Prieto M. 2011 .
Microbiological food safety assessment of high hydrostatic pressure processing. Journal of Food
Science and Technology, 44(5), 1251 -1260.
San Martin M.F., Barbosa -Canovas G.V. & Swanson B.G. 2002 . Food processing by high hydrostatic
pressure. Critical Revue in Food Science and Nutrition , 42(6), 627 -645.
Sandra S., Stanford M.A. & Goddik L.M. 2004 . The use of high pressure processing in the production
of Queso Fresco cheese. Journal of Food Science , 69(4), 153 -158.
Schindler S., Krings U., Berger R.G. & Orlien V. 2010 . Aroma development in high pressure treated
beef and chicken meat compared to raw and heat treated. Meat Science , 317 -323.
Sequeira -Munoz A., Chevalier D., LeBail A., Ramaswamy H.S. & Simpson B.K. 2006 .
Physicochemical changes induced in carp ( Cyprinus carpio ) fillets by high pressure processing at
low temperature . Innovative Food Science & Emerging Technologies , 7(1-2), 13 -18.
Shao Y., Ramaswamy H.S. & Zhu S. 2007 . High -pressure destruction kinetics of spoilage and
pathogenic bacteria in raw milk cheese. Journal of Food Process Engineering , 30(3), 357 -374.
Sharma R. 2011 . Market trends in high pressure processing (HPP). Semin ar Presented at Centre for
Nutrition & Food Sciences , Brisbane.
Sojka, B., Ludwig, H., 1995. High Pressure Effects on Microorganims: Pressure -Induced Germination
and Inactivation of Bacillus subtilis Spores, 9th World Congress Food Sci. Techn ., 30.07 -4.08,
Budapest, Hungary.
Stenning R. et al., 1995. The Use of Propane Jet Freezing to Study Ultrastructural Changes to
Microbes Caused by High Pressure, 9th World Congress Food Sci. Techn. , 30.07 – 4.08, Budapest,
Hungary.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 40 Suzuki A. 2002 . High pressure -processe d foods in Japan and the world. In R. Hayashi (Ed.), Trends in
high pressure bioscience and biotechnology , pp. 365 -374, Elsevier Science.
Tanaka T. & Hatanaka K. 1992 . Application of hydrostatic -pressure to yoghurt to prevent its after –
acidification. Journ al of the Japanese Society for Food Science and Technology -Nippon Shokuhin
Kagaku Kogaku Kaishi , 39, 173 -177.
Turtoi Gh. & Popa C. 1996 . Presiunile înalte în tehnologia alimentară. Cap. 2.1 în Amarfi R.F.
(coord.) et al., Procesarea minimă atermică și term ică în industria alimentară , Editura Alma,
Galați, p. 17 -29.
Uckoo R.M., Jayaprakasha G.K., Somerville J.A., Balasubramaniam V.M., Pinarte M. & Patil B.S.
2013 . High pressure processing controls microbial growth and minimally alters the levels of health
promoting compounds in grapefruit ( Citrus paradisi Macfad) juice . Innovative Food Science &
Emerging Technologies , 18, 7-14.
Van Camp, J., et al. 1995 – A Rheological Characterization of High Pressure -Induced Food Protein
Gels, 9th World Congress Food Sci. T echn., 30.07 –4.08, Budapest, Hungary.
Van Opstal I., Vanmuysen S.C.M., Wuytack E.Y., Masschalck B. & Michiels C.W. 2005 . Inactivation
of Escherichia coli by high hydrostatic pressure at different temperatures in buffer and carrot juice.
International Journ al of Food Microbiology , 98(2), 179 -191.
Varela -Santos E., Ochoa -Martinez A., Tabilo -Munizaga G., Reyes J.E., Pérez -Won M., Briones –
Labarca V. & Morales -Castro J. 2012 . Effect of high hydrostatic pressure (HHP) processing on
physicochemical properties, bio active compounds and shelf -life of pomegranate juice. Innovative
Food Science & Emerging Technologies , 13, 13 -22.
Weemaes, C. et al., 1995. Thermal and High Pressure Inactivation of a -amilase, 9th World Congress
Food Sci. Techn. , 30.07 – 4.08, Budapest, Hu ngary.
Welti -Chanes J., Ochoa -Velasco C.E. & Guerrero -Beltrán J.Á. 2009 . High -pressure homogenization
of orange juice to inactivate pectinmethylesterase . Innovative Food Science & Emerging
Technologies , 10(4), 457-462.
Wilson D.R., Lukasz D., Stringer S., Moezelaar R. & Brocklehurst T.F. 2008 . High pressure in
combination with elevated temperature as a method for the sterilization of food. Trends in Food
Science and Technology , 19(6), 289 -299.
Woolf A.B., Wibisono R., Farr J., Hallett I., Richter L., Oey I. , Wohlers M., Zhou J., Fletcher G.C. &
Requejo -Jackman C. 2013 . Effect of high pressure processing on avocado slices. Innovative Food
Science & Emerging Technologies , 18, 65 -73.
Yen, G.C., Lin, H.T., 1995. Sterilization and Preservation of Guava Juice By H igh Pressure
Treatment, 9th World Congress Food Sci. Techn. , 30.07 – 4.08, Budapest, Hungary.
Yuste J., Pla R., Capellas M. & Mor -Mur M. 2002 . Application of high -pressure processing and nisin
to mechanically recovered poultry meat for microbial decontamin ation. Food Control , 13(6 -7),
451-455.
Zhao L., Wang S., Liu F., Dong P., Huang W., Xiong L. & Liao X. 2013 . Comparing the effects of
high hydrostatic pressure and thermal pasteurization combined with nisin on the quality of
cucumber juice drinks. Innovati ve Food Science & Emerging Technologies , 17, 27-36.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 41
3. Tehnologia extracției cu fluide supercritice
3.1. Introducere
Deși cunoscută ca posibilitate de procesare de peste 130 de ani, Hannay și Hogarth
evidențiind pentru prima dată acest lucru la o întâlnire a “Royal Society of London” în 1879,
subie ctul a fost aproape complet ignorat până după cel de -al doilea război mondial. Studiile
științifice și o serie de invenții au readus procesul în atenție, în special după 1971, când
cercetările lui Paul și Wise au prevăzut aplicațiile ulterioare ale procede ului în industria
alimentară, farmacie și chimie fină. În anul 1979 începe să funcționeze prima instalație de
extracție cu dioxid de carbon supercritic care realiza decafeinizarea cafelei.
Metoda de separare cu fluide supercritice este o tehnică de separar e nedistructivă, aparținând
proceselor care au loc la presiune ridicată (High Pressure Extraction), bazându -se pe puterea
de solvatare a fluidelor aflate la temperaturi și presiuni superioare celor corespunzătoare
punctului critic.
Dezvoltarea proceselor d e extracție cu fluide supercritice s -a făcut și ca urmare a constatării
că acestea sunt extractanți la fel de buni ca lichidele, având caracteristici de transfer de
substanță mai bune decât acestea, fapt pus în evidență de proprietățile lor de transport (t abelul
3.1).
Tabelul 3.1 . Proprietățile de transport ale gazelor, lichidelor și fluidelor supercritice ( Haan, 1991 )
Fluidul Densitatea
(kg /m3) Vâscozitatea dinamică
(Pa s) Coeficientul de difuziune
(m2/s)
Gaz 1 bar, 15…30°C 0,1 – 2 (1 – 3)·10-5 (0,1 – 0,4)·10-4
Fluid supercritic
Tc*, P c*
Tc, 4P c
200 – 500
400 – 900
(1 – 3) ·10-5
(3 – 9) ·10-5
0,7·10-7
0,2·10-7
Lichid 1 bar, 15…30°C 600 – 1600 (0,2 – 3) ·10-3 (0,2 – 2)·10-9
Tc*, P c* – temperatura, respectiv presiunea critică.
Sistemele super critice combină calitățile lichidelor și ale gazelor, rezultând astfel un fluid cu
calități multilaterale, foarte “elastic” și surprinzător în comportare, un așa numit solvent cu
“geometrie variabilă” ( Perrut, 1990 ).
În cursul experimentărilor s -a concreti zat folosirea mai multor fluide în stare supercritică,
trierea lor făcându -se pe criteriul accesibilității din punct de vedere tehnologic în zona
supercritică, iar pentru aplicațiile în industria alimentară și al compatibilității cu alimentul în
sine și ca pacitatea componentelor de a suporta parametrii fazei supercritice (mai ales
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 42 temperatura). Pornind de la aceste cerințe cel mai utilizat agent de extracție în fază
supercritică pentru industria alimentară a devenit dioxidul de carbon care este preferat dat orită
următoarelor avantaje:
– presiunea și mai ales temperatura punctului critic au valori accesibile tehnologic și
compatibile cu tratamentele aplicabile produselor alimentare, Pc = 7,38 MPa, tc= 31,05°C;
– se lucrează la regimuri termice blânde, putându -se extrage și compuși foarte sensibili
(arome, vitamine etc.);
– solventul este netoxic, un solvent biologic, ecologic;
– nu produce reacții secundare nedorite (oxidări, hidrolizări etc.), realizând chiar protecție
față de oxigen;
– extractul final nu conține s ubstanțe de balast;
– solventul este accesibil, ieftin, necoroziv, neimflamabil;
– se poate realiza extracție selectivă și din extract se poate face fracționarea componentelor
prin alegerea corespunzătoare a parametrilor în faza de separare;
– solventul nu es te rezidual în extract, iar pentru eliminarea lui nu se consumă energie;
– în principiu, extractul obținut nu mai necesită purificări (rafinări) ulterioare;
– față de procedeele clasice de extracție posedă un grad de libertate în plus, presiunea;
– un consum ene rgetic mai redus.
În ceea ce privește solubilitatea diverșilor compuși în dioxidul de carbon supercritic ( tabelul
3.2), în urma cercetărilor efectuate s -au conturat câteva principii generale ( Mc Hugh, 1986 ;
Perrut, 1990 ), astfel:
– puterea de solvatare a CO 2 crește cu creșterea presiunii până la o valoare maximă care
corespunde CO 2-lichid, dar această creștere presupune o scădere progresivă a selectivității
dioxidului de carbon;
– compușii oxigenați și cei lipofilici cu masă moleculară mică și medie sunt solubi li (cetone,
esteri, alcooli, eteri, aldehide, lactone etc.);
– compușii nepolari cu masă moleculară mică sunt solubili (alcani, alchene, terpene, alte
aldehide);
– compușii polari cu masă moleculară mică sunt solubili (acizi carboxilici, acidul acetic);
– într-o familie de compuși, în general, solubilitatea scade cu creșterea masei moleculare;
– grupările polare (hidroxil, carboxil, nitro) reduc solubilitatea substanțelor în fluide
supercritice;
– glucidele și aminoacizii nu sunt solubili în dioxid de carbon supercri tic;
– solubilitatea apei la 20°C este de 0,1%;
Astfel, în funcție de solubilitatea în dioxidul de carbon lichid sau supercritic, diverșii compuși
pot fi clasificați în trei grupe (tabelul 3.3).
Dioxidul de carbon este un solvent nepolar extrăgând cel mai b ine compuși nepolari, însă
puterea sa de solvatare și selectivitatea pot fi îmbunătățite semnificativ prin utilizarea
cosolvenților polari, care sunt cei mai utilizați (etanol, metanol, apa) și nepolari cum sunt
hidrocarburile ușoare ( Perrut, 1990 ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 43 Tabel ul 3.2 . Solubilitatea unor compuși în CO 2-lichid la 25°C ( Mc Hugh, 1986 )
Compuși Solubilitate, % Compuși Solubilitate, %
Esteri Amine, heterociclici
Benzilbenzoat 10 Anilină 3
Butilbenzoat M* o-cloranilină 5
Butilftalat 8 Difenilamină 1
Butilstearat 3 N-etilanilină 13
Etilacetat M N-metilanilină 20
Etibenzoat M Piridină M
Alcooli Fenoli
Alcool amilic M o-clorfenol M
Alcool benzilic 8 p-clorfenol 8
Ciclohexanol 4 o-crezol 2
Alcool metilic M p-etilfenol 1
Alcool etilic M o-nitrofenol 3
Furfurol 4 Fenol 3
Acizi carboxilixi Nitrili și amide
Acid acetic M Acetonitril M
Acid lactic 0,5 Acrilonitril M
Acid lauric 1 Acetamidă 1
Acid oleic 2 Formamidă 0,5
* M = miscibil
Tabelul 3.3 . Clasificarea unor compuși naturali în funcție de solubilitatea în dioxidul de
carbon lichid și supercritic ( Moyler, 1989 ).
Foarte solubili Cu solubilitate medie Virtual insolubili
– hidrocarburi alifatice ușoare
– esteri
– eteri
– cetone
– alcooli
– acizi carboxilici
– compuși organici cu M <250 – hidrocarburi alifatice grele
– deriva ți ai terpenelor
– esteri
– carotenoizi
– compuși polari cu grupări –NH 2
și –SH
– lipide saturate și nesaturate
– compuși organici cu M <400 – glucide
– proteine
– polifenoli
– ceruri
– săruri anorganice
– aldehide cu M mare
– compuși organici cu
M>400
Extractele obținute cu dio xid de carbon au o compoziție diferită de cea a extractelor obținute
prin alte metode. Obținerea de extracte cu compoziții variabile se poate face prin
“manipularea” puterii de solvatare a dioxidului de carbon prin pârghiile reprezentate de
presiune, tempe ratură, adaos de cosolvent, condiții de separare. Astfel, pentru obținerea unui
extract total se va utiliza dioxid de carbon cu putere de solvatare maximă (lichid sau
supercritic la valori ridicate), pentru extracție selectivă se va utiliza dioxid de carbo n cu putere
de solvatare mică (în zona supercritică apropiată punctului critic sau zona gazoasă), iar pentru
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 44 o extracție fracționată se vor utiliza în faze succesive valori diferite pentru presiune și
temperatură, obținând astfel puteri de solvatare diferi te (fig. 3.1).
LICHID
GAZ
t,°CP, bar
400
300
200
100S
O
L
I
DEXTRACȚII
TOTALE
F
R
A
C
Ț
I
O
N
A
R
E
EXTRACȚII
AROME
Fig. 3.1 . Zonele optime de lucru cu dioxidul de carbon ( Brennan, 1990 ).
3.2. Realizarea procesului de extracție
În principiu, procesul decurge astfel (fig. 3.2): se încarcă materia primă în extractor (E), apoi
după închiderea și etanșa rea acestuia începe pomparea dioxidului de carbon cu pompa (P)
până la presiunea dorită. Parametrii necesari extracției (temperatură, presiune, concentrație de
cosolvent) se asigură prin schimbătoarele de căldură, termostatarea extractorului, reglarea
deschiderii ventilului de laminare (VL) și introducerea cosolventului cu o pompă dozatoare de
înaltă presiune. În vasul de extracție (E) se realizează dizolvarea componentelor solubile în
dioxidul de carbon supercritic (solvent), care apoi se evacuează continu u și acest amestec
solvent – solut este trecut prin ventilul de laminare (VL), unde se realizează o cădere bruscă de
presiune, fapt ce conduce la insolubilizarea solutului în dioxidul de carbon care a devenit gaz,
separarea lor făcându -se în separatorul (S ). Prin așezarea mai multor separatoare în cascadă și
asigurarea de condiții diferite în ele se poate obține o fracționare a amestecului de componenți
dizolvați.
Principalele părți componente ale unei instalații (fig. 3.2) sunt:
– sistemul de ridicare a pr esiunii dioxidului de carbon P (pompă, compresor);
– extractorul E ( vas termostatat simplu sau cuplat cu coloană de umplutură);
– sistemul de realizare a separării (ventil de laminare VL sau schimbător de căldură, cuplate
cu vase de separare, sau separator c u adsorbant S);
– aparatură de măsură, control, reglare și siguranță;
– sursa de dioxid de carbon (butelie).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 45
P
bar
50100200
-50 0 50 100t oCS
O
L
I
DL
I
C
H
I
D
G A ZSUPERCRITIC
PVLE
S+Q cal
-Q calPCPC (72,8 bar; 31,1oC)
Fig. 3.2 . Principiul extracției cu dioxid de carbon supercritic ( Pellerin, 1988 ).
Când extractul este un amestec complex, se realizează separarea prin detentă în mai multe
etape. Se utilizează trei -patru etape de separare și produsele astfel obținute sunt foarte diferite
între ele. Detenta brutală într -o singură etapă nu poate fi practic realizată decât ca succesiunea
dintre o destindere adiabatică și o încălzire izobară, dar în timpul primei etape se formează o
ceață de picături fine de solvent lichid (care conțin extract) în mediul de solvent gazos.
Separarea acestor picături și vaporizarea solventului lichid necesită aparatură specială și de
obicei de aici rezultă pierderi foarte importante. Evitarea acestui proces este de o deosebită
importanță mai ales la separarea compușilor de aromă care sunt foarte volatili ( Perrut, 1990 ).
În acest scop s -au propus mai multe variante de separatoare:
– cu talere perforate, care realizează detente mici succesive reușind să evite formarea
aerosolilor ( Loo, 1991 );
– asocierea de separatoare tip lichefiator și ciclon, care recuperează foarte bine compușii
ușori ( Carles, 1991 );
– folosind substanțe „capcană” în separatoar e (ulei comestibil, -ciclodextrină, glicerol,etc.)
care rețin compușii volatili;
– sisteme cu șocuri mecanice și termice ( Richard, 1989 ).
Bineînțeles că în practică se poate utiliza combinarea acestor principii în funcție de
obiectivele separării și echilib rele de fază ce se realizează.
Transformările care au loc sunt evidențiate în fig. 3.3. Extracția (punctul 1) decurge la 300
atm. și 55°C, iar soluția de CO 2-component extras care părăsește extractorul este destinsă
izentalpic printr -un ventil de laminare la 90 atm. (transformarea 1 →2). În timpul destinderii,
temperatura soluției scade cu aproximativ 19°C, în aceste noi condiții de lucru componentul
extras devine insolubil și se separă din curentul de dioxid de carbon în interiorul separatorului.
Curentul d e dioxid de carbon care părăsește separatorul are 90 atm. și 36°C (punctul 2). Acest
debit de dioxid de carbon este comprimat izentropic la 300 atm., temperatura sa crescând la
72°C (transformarea 2 →3) consumând o energie de 29,26 kJ/kg. Dioxidul de carbon
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 46 comprimat (punctul 3) este adus în condițiile de temperatură necesare extracției prin răcire
izobară la 55°C (transformarea 3 →1) și astfel se reia ciclul.
p = 300 barp = 200 bar
p = 100 barp = 80 bar
p = 40 bar
h = 145h = 1551
23Temperatura, ° C
Entropia, kcal / (kg K)04080120
0,7 0,8 0,9 1,0
Fig. 3.3 . Reprezentarea simplificată a procesului de extracție în diagrama T -S (Mc Hugh,
1986 ). 1 – extracția; 1 -2 = detentă izentalpică; 2 – separare; 2 -3 = comprimare izentropică;
3 – CO 2 comprimat; 3 -1 = răcire izobară.
3.3. Aplicațiile fluidelor supercritice în industria alimentară
Încercarea de actualizare a tuturor aplicațiilor fluidelor sup ercritice în industria alimentară
este dificilă, și niciodată nu se va putea spune că este „la zi”.
Începând cu anii ‘80 s -a manifestat o adevărată explozie a interesului cercetătorilor, susținut și
de interesul și mai ales fondurile marilor firme de prod ucere a alimentelor, în ceea ce privește
posibilitățile de utilizare a fluidelor supercritice în producția alimentară. Toate acestea s -au
concretizat printr -un număr mare de brevete urmate de aplicații la nivel pilot sau industrial. O
încercare de prez entare sintetică a nivelului aplicațiilor actuale a fluidelor supercritice în
industria alimentară este cea din tabelul 3.4.
A încerca o previziune asupra dezvoltătii viitoare a procedeului este însă și mai dificil
deoarece, pe lângă evoluția firească labo rator → pilot → instalație industrială a aplicațiilor
deja conturate în prezent, restul este mărginit doar de limitele imaginației umane.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 47 Tabelul 3.4 . Aplicațiile extracției cu fluide supercritice în industria alimentară
Domeniu Procese – produse Rezultate obținute Nivel aplicare
Uleiuri
vegetale Extracția uleiului din
diverse materii prime
(soia, floarea –
soarelui, rapiță,
germeni de grâu,
germeni de porumb,
arahide, etc.) – solubilitate bună, crește cu creșterea
presiunii și temperaturii; la presiun i mai
mari de 800 bar și temperaturi mai mari
de 70°C devin miscibile cu CO 2;
– conținut mult diminuat de fosfatide, fier;
– nu necesită rafinare avansată;
– culoare mai deschisă. – pilot (brevete)
– semiindus –
trial;
– industrial în
Germania
(KRUPP)
ulei de măsline
– extracție
– dezacidifiere – randamente bune de extracție ( 73%);
– calitate similară cu cele comerciale;
– pretabil pentru dezacidifiere uleiuri
puternic acide ( 10%) – laborator;
– pilot: Italia,
Spania
– separare acizi grași,
trigliceride
– dezodorizare
– hidrogenare – randamente și selectivitate bună – laborator:
– pilot.
– obținere lecitină – obținută ca “reziduu” la finalul
extracției – brevet
– degresare fulgi de
soia, germeni de
porumb și grâu,
materii prime
amidonoase – produse degresate cu calități senzoriale
ridicate, bună solubilitate a proteinelor – brevete;
– pilot.
Cacao – extracție unt de
cacao
– fracționare lipide – randamente de extracție de 74 -99% – brevet;
– laborator.
Grăsimi
animale – extracția
colesterolului din
carne, ou, produse
lactate, etc. – solubilitatea colesterolului crește cu
presiunea;
– randamente de eliminare de 70 -98%;
– posibilități de modificare a compoziției
grăsimilor;
– schimbarea caracteristicilor reologice
ale grăsimilor (unt); – brevet;
– laborator;
– pilot.
Hamei Obținere extracte de
hamei folosind CO 2:
– supercritic
– lichid
– subcritic – cea mai dezvoltată aplicație a FSC;
– extracte calitativ superioare celor
“clasice”;
– - și - acizii amari extrași cu
randamente de minimum 95%;
– selectivitate deosebită, se ex trag numai
rășinile moi și uleiurile esențiale. – numeroase
brevete;
– industrial:
PFIZER – SUA,
HEG,
Hopfextraktion,
SKW Trostberg
Cafea – decafeinizare
– eliminare compuși
lipofilici („coffee
wax”)
– recuperare
concomitentă a
compușilor de
aromă – prima aplic ație industrială (1979 –
SUA);
– decafeinizare boabe de cafea neprăjită,
prăjită, extracte apoase;
– extracție în una sau mai multe etape (3);
– reducerea conținutului de cafeină până
la 0,07%;
– îmbunătățirea digestibilității cafelei. – industrial în
nume roase state
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 48
Tabelul 3.4 . Aplicațiile extracției cu fluide supercritice în industria alimentară ( continuare )
Domeniu Procese – produse Rezultate obținute Nivel aplicare
Ceai – decafeinizare ceai
negru – decafeinizare în 3 etape cu
recuperarea aromelor;
– proces mai dificil și mai scump
decât în cazul cafelei. – industrial
Arome
(peste 100
plante
aromatice și
condimente) Obținere de:
– condimente;
– arome pentru
alimente, băuturi;
– componente
active pentru
farmacie și
cosmetică;
– substanțe
odorante pentru
parfumuri. – randamente de extracție
comparabile cu metodele clasice;
– posedă în plus o notă de prospețime
naturală, datorită absenței reacțiilor
secundare;
– nu prezintă nota “tehnică” de gătit,
fiert, etc.;
– sunt mai apropiate de aromele
materiilor prime u tilizate;
– extracte îmbogățite în principii
active tipice materiei prime; – brevete;
– laborator;
– pilot;
– industrial
(PAULS, CAL –
PFIZER,
Franța, SUA)
Etanol – separare din
soluții apoase
– extracție etanol in
line la culturile
continue – grad de recuperar e a etanolului de
86%;
– utilizare în tandem cu distilarea
azeotropică;
– separarea din amestec prin
“fierbere” sau adsorbție pe cărbune
activ;
– variante perfecționate cu sisteme de
recuperare a energiei. – brevete;
– pilot.
Decontami –
nare Decontaminare apă
și alimente (carne,
pește, grăsimi
animale, etc.) – bune randamente de îndepărtare a
pesticidelor clorurate (80 -100%);
– CO 2 utilizat ca atare sau cu
cosolvenți (metanol);
– decontaminarea chimică a apei
semnificativă în timp scurt (89% -30
min.); compl etă după 3h
– costuri de decontaminare mai mici
decât la metodele clasice. – laborator;
– pilot.
Decontaminare sol – temperatura este factorul
determinant al procesului, t optimă=30-
70°C;
– compușii clorurați eliminați în timp
scurt. – laborator;
– proiec t unitate
mobilă
Coloranți Extracție coloranți
liposolubili (din
annatto, cartofi
dulci, ardei roșu,
alge, coji portocale,
etc.) – randament de extracție a
pigmenților carotenoidici de 30 -65%;
– randamentul extracției crește cu
presiunea;
– carotina și lu teina reduse cu 90% și
70%;
– nu este afectată valoarea nutritivă. – laborator
– laborator
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 49 Tabelul 3.4 . Aplicațiile extracției cu fluide supercritice în industria alimentară ( continuare )
Domeniu Procese – produse Rezultate obținute Nivel aplicare
Extrudare – asocierea
extrudării cu
extracția cu fluide
supercritice;
– introducerea
fluidelor
supercritice în
extruder. – se realizează simultan expandarea,
aromatizarea, colorarea, adaosul
ingredientelor și reducerea vâscozității;
– extrudare sub 100°C, CO 2 supercritic
realizând expandarea;
– îmbunătățirea controlului funcțional
al extruderului și controlului
caracteristicilor reologice ale
produsului. – brevet, pilot
Tutun – denicotinizarea
tutunului – extracție cu CO 2 supercritic în trei
etape cu recupera rea aromei;
– la extracția din tutun umed într -o
singură etapă conținutul de nicotină
scade de la 1,36% la 0,08% (raportat la
s.u.). – brevet
– semindustrial
Corecție grad
alcoolic
băuturi – micșorare conținut
etanol în bere, vin,
etc. – extracție la rece , fără a afecta
calitățile senzoriale. – laborator
3.4. Exemplu – decafeinizarea cafelei
Decafeinizarea cafelei este un proces destul de fin și sensibil. Cu toate acestea a fost prima
aplicație a extracției cu fluide supercritice care a atins nivelul e xploatării industrial -comerciale
(SUA în 1979), în momentul de față existând în Germania instalații cu capacitatea de
prelucrare de 30.000 t/an. Zosel realizează în 1974 primul patent din lunga listă a patentelor
ce se ocupă cu extracția cafeinei cu fluide supercritice. Materia primă folosită este cafeaua
boabe verde umezită. Extracția cafeinei se realizează prin recircularea dioxidului de carbon
supercritic umed, iar recuperarea cafeinei din extract se face printr -o tratare repetată cu apă
(fig. 3.4). Se o bține astfel o soluție apoasă diluată de cafeină, din care separarea
componenților se realizează prin recircularea unui curent de aer sau azot (p=1 -5 bar) prin
soluția încălzită într -un schimbător de căldură. Dioxidul de carbon care părăsește compresorul
(4) este saturat cu apă în secțiunea (3) și apoi este trecut prin stratul de cafea verde boabe
umezită (2). Dioxidul de carbon care conține cafeina extrasă este evacuat pe la partea
superioră și este recirculat pe la partea inferioară. Cafeina este recupera tă din curentul de
dioxid de carbon în masa de apă care se află în secțiunea (3), coeficientul de repartiție al
cafeinei între apă și CO 2 este într -adevăr mic (0,03), astfel că separarea cafeinei se face cu un
randament bun.
După ce aproximativ jumătate di n cafeina din boabe a fost extrasă, soluția apoasă de cafeină
este evacuată spre vasul (5) și în extractor se introduce apă proaspătă, iar decafeinizarea se
continuă până ce conținutul de cafeină din boabe se înjumătățește din nou. Această procedură
se rep etă de două sau mai multe ori (patru schimbări ale apei în extractor).
La începerea separării cafeinei din soluția apoasă, o anumită cantitate din soluția apoasă din
vasul (5) este pompată spre vasul (12) și încălzită la aproximativ 100°C. Aerul (sau azotu l), la
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 50 aproximativ 4 bar, este insuflat prin soluția de cafeină din vasul (12). Aerul încărcat cu
umiditate părăsește vasul pe la partea superioară și este răcit în schimbătorul de căldură (10).
Aerul și apa condensată părăsesc schimbătorul de căldură pe l a partea inferioară și sunt
separate în vasul (9). Apa se reîntoarce în vasul (6), iar aerul răcit în mantaua schimbătorului
de căldură unde este amestecat cu soluția rece de apă -cafeină care este pompată de la vasul
(5). Amestecul aer -apă-cafeină din mant a este încălzit de fluxul aer -apă caldă care curge prin
tubul interior; schimbul de căldură provoacă evaporarea apei, soluția de cafeină din vasul (12)
concentrându -se.
1
2
3
4
5 6
78
9101112
Fig. 3.4 . Instalație de decafeinizare din boabe de cafea verde cu CO 2 supercritic u med
(Mc Hugh, 1986 ).
1 – extractor; 2 – strat de cafea verde boabe umezită; 3 – secțiune de umezire cu apă pentru
CO 2 și captare cafeină; 4 – compresor; 5 – vas colectare soluție cafeină; 6 – vas tampon; 7 –
pompă; 8, 10 – schimbătoare de căldură; 9 – vas separare; 11 – vas colectare cafeină; 12 – vas
concentrare soluție cafeină.
La finalul acestui proces de extracție, după ce întreaga cantitate de soluție diluată apă -cafeină
a fost pompată prin schimbătorul de căldură și se află în vasul (12), soluția fie rbinte de cafeină
concentrată este răcită, cea mai mare parte a cafeinei precipită și este filtrată, iar soluția
rămasă se reîntoarce în vasul (5) pentru următoarea secvență de extracție a boabelor.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 51 Solubilitatea cafeinei în CO 2 este destul de mică, 0,2% ( 300 bar, 60°C), iar la un conținut
mediu de cafeină în boabe de 1%, ar fi necesare pentru decafeinizare 5 kg CO 2/kg cafea.
Ulterior, tot Zosel (1981 ) a perfecționat procesul, astfel că boabele de cafea nu mai sunt
umezite anterior, dioxidul de carbon super critic umed fiind suficient pentru a realiza extracția
cafeinei, situație în care parametrii procesului de extracție sunt: presiunea 120 -180 bar,
temperatura 40…80°C și durata 5 -30 h.
Ca metodă alternativă de recuperare a cafeinei din amestecul format du pă extracție se poate
utiliza adsorbția izoterm -izobară a cafeinei pe cărbune activ, care este mai simplă și mai
economică ( Mc Hugh, 1986 ).
Bibliografie
Brennan J.G. et al. 1990. Food Engineering Operations , Third Edition, Elsevier Applied
Science.
Carles M. et al. 1991. Description du pilote CO 2 supercritique CEA , Commissariat a l'Energie
Atomique – IRDI.
Haan A.B. 1991. Supercritical Extraction of Liquid Hydrocarbon Mixtures , PhD Thesis,
Technical Delft University.
Loo A. 1991. Contribution au developp ement de l'extraction par dioxyde de carbonne en
phase supercritique , These de doctorat, ENSIA – Massy – France.
Moyler D.A. 1989. CO 2 Extraction of Essential Oils, part III, Proceedings of the 6th
International Flavor Conference , Rethymaan, Crete, Greece, 5-7 July.
Pellerin P. 1988. Aromatic Natural Raw Materials Extraction by Liquid or Supercritical
Carbon Dioxide, Proceedings Int. Symp. Supercritical Fluids , Nice – France.
Perrut M. 1990. Les applications des fluides supercritiques , curs ENSIC, Nancy – France.
Richard H. et al. 1989. L’extraction d’ar ômes par le dioxide de carbonne , Ind. Alim. Agr ., vol.
106, nr. 5, p. 383.
Zosel K. 1974. Process for Recovering Caffeine , US Patent – 3.806.619.
Zosel K. 1982. Production of Fats and Oils from Vegetable and Animal Products ,
US Patent – 4.331.695.
* * * Prospect HEG Hopfenextraktion GmbH.
* * * 1985, Hopfenextraktion mit CO 2, Brauindustrie, vol. 17, nr. 10, p. 1538.
* * * Prospect KRUPP / HEB Maschinentechnik AG, Zurich.
* * * Prospect SKW – Trostberg AG.
* * * Prospect Fromm, Mayer – Bass GmbH.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 52
4. Tehnologia pulsurilor de lumină
4.1. Introducere
Printre tehnicile emergente de prelucrare atermică dezvoltate în ultimele decenii se numără
tratamentul cu pulsuri de lumină (PL), utilizat pentru inactivarea și/sau distrugerea
microorganismelor pe suprafața alimentelor, a materialelor de ambalaj și a utilajelor. Acest
tratament de suprafață are un impact minim asupra proprietăților nutritive și senzoriale ale
alimentelor și, în același timp, contribuie la extinderea termenului de valabilitate pr in
inhibarea sau distrugerea microorganismelor ( Martín -Belloso et al., 2014 ).
Tratamentul cu pulsuri de lumină este utilizat pentru inactivarea formelor vegetative și
sporulate ale microorganismelor de pe suprafața alimentelor, ambalajelor și a altor supra fețe
care vin în contact cu alimentele. Impactul redus asupra proprietăților nutritive și
organoleptice ale alimentelor și extinderea termenului de valabilitate fac din această
tehnologie atermică emergentă o alternativă la tratamentul termic.
În literatur a de specialitate există numeroase studii care demonstrează abilitatea PL de a
inactiva microorganisme diverse, inclusiv agenți patogeni, pe suprafața alimentelor și a
materialelor care vin în contact cu acestea, de exemplu Bacillus subtilis pe condimente
(Nicorescu et al., 2013 ), Botrytis cinerea și Monilia fructigena pe căpșune ( Marquenie et al.,
2003 ), Escherichia coli și Listeria innocua pe ciuperci proaspete tăiate ( Ramos -Villarroel et
al., 2012a ) și pepene roșu proaspăt tăiat ( Ramos -Villarroel et al., 2012b ), E. coli O157:H7 pe
ceapă verde ( Xu et al., 2013 ), L. monocytogenes pe alimente gata de consum (ready -to-eat,
RTE), preparate din carne ( Uesugi & Moraru, 2009 ) sau alimente pentru copii ( Choi et al.,
2010 ), Salmonella enterica pe coaja ouălor ( Lasa gabaster et al., 2011 ), Aspergillus niger , A.
repens , A. cinnamomeus and Cladosporium herbarum pe hârtie înnobilată cu polietilenă
(Turtoi & Nicolau, 2007 ), L. innocua pe suprafețe din oțel inox ( Woodling & Moraru, 2007 ),
L. monocytogenes și E. coli pe lam a unui cuțit de tranșat carne ( Rajkovic et al., 2010 ) etc.
PL sunt capabile să pătrundă și în alimente lichide, în strat subțire. De exemplu, câteva studii
au urmărit decontaminarea cu PL a unor alimente lichide prin inactivarea E. coli și L. innocua
în su c de mere, suc de portocale și lapte ( Palgan et al., 2011 ) sau două specii de E. coli în suc
de mere și cidru ( Sauer & Moraru, 2009 ).
4.2. Spectrul electromagnetic al PL
Tratamentul cu PL este considerat, de obicei, o tehnologie atermică emergentă capab ilă să
distrugă microorganismele, atât forme vegetative cât și spori ( Dunn et al., 1995 ; Elmnasser et
al., 2007 ; Oms -Oliu et al., 2010b ). Această tehnologie utilizează pulsuri scurte de lumină albă
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 53 intensă cu lungimea de undă ( λ) de la 100 nm în domeniul U V la circa 1.100 nm în regiunea
infraroșu apropiat (fig. 4.1). PL sunt foarte asemănătoare cu lumina solară și au emisie
maximă între 200 și 400 nm. Intensitatea fiecărui puls de lumină este de 20.000 de ori mai
mare decât a luminii solare la nivelul mării și conține unele lungimi de undă UV care lipsesc
în lumina soarelui deoarece acestea sunt filtrate de atmosfera Pământului ( Dunn et al., 1995 ).
De aceea, unii cercetători consideră că PL reprezintă o versiune îmbunătățită a tratamentului
cu lumină ultravi oletă ( Bintsis et al., 2000 ).
Conform ISO 21348 -2007 , spectrul UV cu λ = 200 -400 nm este împărțit în trei regiuni (fig.
4.2): UV -A (unde lungi, lumină neagră) cu λ = 315 -400 nm care bronzează, UV -B (unde
medii) cu λ = 280 -315 nm care provoacă arsuri ale pi elii și UV -C (unde scurte) cu λ = 200 –
280 nm care inactivează eficient bacteriile și virusurile astfel că poartă numele de domeniu
germicid (Koutchma et al., 2009 ).
Fig. 4.1. Structura spectrului PL (după standardul ISO 21348 -2007 ):
V-UV – UV vacuum; U V-C – unde UV scurte; UV -B – unde UV medii, UV -A – unde UV lungi.
4.3. Instalații de tratare cu PL
De când s -a descoperit, în 1928, că undele monocromatice de lumină UV sunt bactericide,
lămpile UV au fost utilizate pentru decontaminarea și sterilizarea suprafeței materialelor. Cele
mai obișnuite surse sunt lămpile cu mercur care generează lumină UV continuă, la doze
relativ mici, sub 0,01 J/cm2 (Xenon, 2003 ). Totuși, capacitatea multor microorganisme de a se
reface, de a repara daunele produse de lumina UV, a limitat utilizarea lămpilor cu mercur. O
alternativă este reprezentată de lămpile cu conținut de gaze inerte, capabile să genereze
pulsuri intense și scurte de lumină. Utilizarea lor pentru dezinfecție a început în 1970, în
Japonia ( Wekhof, 2000 ).
Pentru producerea PL, energia electrică este acumulată în condensatori într -un interval de
circa o secundă, apoi este eliberată într -un timp foarte scurt, de 10–3–10–6 secunde, în lampa
utilizată ca sursă PL. Lampa este un tub de cuarț umplut cu xenon și pr evăzut cu doi electrozi
la capete. Are diametrul exterior de 3 –7 cm și lungimea (distanța dintre electrozi) de 7,5 –17,5
cm ( US FDA, 2000 ). În timpul lucrului, lampa emite lumină UV/vizibilă cu densitate
energetică mare (1 -2 J/cm2), eliminând posibilitatea reparării celulelor după expunere ( Xenon,
2003 ). Acțiunea germicidă optimă este în jurul λ = 254 nm, deci în domeniul UV -C, adică
domeniul de emisie al lămpilor cu mercur.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 54 Companiile care au dezvoltat tehnologia PL și construiesc instalații comerciale și d e cercetare
care conțin lămpi cu gaz inert sunt Xenon® Corporation Massachusetts ( Xenon, 2003 ),
Claranor® – Franța ( Claranor, 2004 ) și SteriBeam® System GmbH – Germania ( Wekhof,
2000 ). Instalațiile experimentale constau dintr -o incintă rectangulară, un gen erator de pulsuri
cu întrerupătoarele necesare și circuitele de control. Incinta are pereți groși și conține
cavitatea optică alcătuită din una sau mai multe lămpi și reflectoare. Proba (produs alimentar,
material de ambalaj etc.) supusă tratamentului cu P L este expusă la cel puțin un puls (de
obicei (1 –20 pulsuri pe secundă) cu durata cuprinsă între o microsecundă (1 μs) și 0,1 s ( Dunn
et al., 1991 ). În cele mai multe aplicații, câteva pulsuri asigură un nivel ridicat de inactivare
microbiană ( Wekhof, 2013 ).
4.4. Mecanismul inactivării microorganismelor cu PL
Inactivarea microorganismelor cu PL este atribuită efectului energiei mari a unui puls și
componentei UV care reprezintă circa 25 % din spectrul PL (Dunn et al., 1995 ). Mecanismul
biologic de inacti vare a microorganismelor include inactivarea acizilor nucleici (ADN, ARN),
denaturarea proteinelor și deteriorarea altor materiale celulare precum creșterea
permeabilității membranei celulare, flux anormal de ioni și depolarizarea membranei celulare.
Acizi i nucleici absorb lumina UV cu lungimea de undă (λ) de 200 –310 nm, provocând
ruperea unor legături și alterarea ADN sau ARN astfel că celulele nu se mai pot multiplica
(Koutchma et al., 2009 ).
De asemenea, PL induce reacții fotochimice (domeniul UV) și fot otermice în alimente
(domeniul vizibil și infraroșu). Reacțiile fotochimice induse de PL constau în modificări
structurale ale acizilor nucleici precum deplierea lanțurilor elicoidale și producerea unor
substanțe cum sunt dimerii primidinei (timina și cito zina) care inhibă ADN similar cu efectul
produs de lumina UV continuă. Efectul fototermic se datorează capacității PL de a încălzi
suprafața tratată, căldura disipată fiind absorbită de celulele microorganismelor. El este redus
datorită duratei scurte a pu lsului, iar cantitatea de căldură produsă de acțiunea PL este mai
mică decât cea necesară pentru a încălzi produsul și a atinge condițiile de sterilizare. Astfel,
un Joule reprezintă mai puțin de ¼ dintr -o calorie, iar pentru a crește temperatura unui
mililitru de apă cu 1°C sunt necesare 4,18 J ( Dunn, 1996 ).
În comparație cu acțiunea luminii UV continue, la tratamentul cu PL nu se mai produce
fotoreactivarea celulelor. Acest fapt este explicat de energia ridicată de până la 35 MW în
comparație cu emisiile de 100 -1000 W ale lămpilor cu mercur. De asemenea, inactivarea de
către PL a enzimelor implicare în refacerea acizilor nucleici ( Xenon, 2003 ).
Printre factorii care influențează inactivarea microorganismelor cu PL sunt caracteristicile
luminii (lungimea de undă, intensitatea, durata și numărul de pulsuri) caracteristicile
ambalajelor și ale alimentelor (tipul, transparența, culoarea, rugozitatea suprafeței și
adâncimea stratului de lichid), caracteristicile microorganismelor (sensibilitatea la PL,
mărimea p opulației – concentrația de celule) și poziția relativă dintre probă și lampa PL.
Efectul letal al PL variază cu lungimea de undă astfel că, pentru tratarea suprafeței alimentelor
și a materialelor pot fi utilizate fie regiuni selectate, fie tot spectrul P L. Astfel, lungimile de
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 55 undă care determină apariția în alimente a unor compuși chimici nedoriți sunt eliminate cu
filtre speciale din pirex, sticlă, macrolon, polietilenă transparentă la PL.
4.5. Legislație referitoare la PL
În SUA, FDA a aprobat utiliz area tehnologiei PL pentru producerea, prelucrarea și
manipularea alimentelor datorită eficacității PL testate împotriva unei game largi de
microorganisme, inclusiv celule vegetative și spori de bacterii, mucegaiuri, virusuri și
protozoare ( US FDA, 2000 ), cu condiția ca tratamentul PL total cumulat să nu depășească
12,0 J/cm2.
În Uniunea Europeană, tratamentul PL este considerat un proces de iradiere pentru a cărui
utilizare regulamentele nu sunt armonizate. Totuși, directiva cadru și cea de implementare a
iradierii alimentelor ( Directiva 1999/2/EC ; Directiva 1999/3/EC ) se referă numai la
alimentele și ingredientele alimentare tratate cu radiații ionizante, respectiv cu radiații gamma,
X și UV cu lungime de undă mare, capabile să transporte suficientă energi e și să elibereze
electroni din atomi și molecule, adică să le ionizeze. Componentele PL, lumina aproape de
infraroșu, lumina vizibilă și lumina UV cu λ = 100 -400 nm sunt considerate radiații
neionizante.
Statele membre încă discută care alimente ar putea fi tratate prin iradiere. Pentru a fi
autorizată, iradierea alimentelor trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: să existe o
necesitate tehnologică rezonabilă, aceasta să nu prezinte pericol pentru sănătate, să fie un
beneficiu pentru consumator și să nu fie utilizată ca substitut pentru practicile de igienă și
sănătate sau pentru practicile bune de lucru ( good manufacturing practice , GMP). Cu toate
acestea, iradierea alimentelor este permisă în multe state europene precum Belgia, Franța,
Italia, Pol onia și UK pentru cartofi, ceapă, usturoi, anumite fructe și legume, carne, pește și
fructe de mare, ouă și alte produse (EU, 2006).
În Europa, tratamentul cu PL este utilizat pentru decontaminarea și/sau sterilizarea
ambalajelor din materiale plastice pre cum cutii, pahare, capace și pungi din folie (Claranor,
2004 ; Wekhof, 2013 ) și pentru dezinfecția soluțiilor medicale ambalate în materiale plastice
transparente ( Wekhof et al., 2001 ). Există și încercări de utilizare a tratamentului cu PL la
alimente. Ast fel, AFSSA (L'Agence française de sécurité sanitaire des aliments) a publicat în
2009 o opinie referitoare la utilizarea PL pentru decontaminarea suprafeței produselor de
panificație demonstrând eficiența procesului cu 3 J/cm2, și faptul că acesta nu prezi ntă niciun
pericol pentru sănătatea consumatorului (AFSSA, 2009). Totuși, sunt necesare multe
cercetări, înainte de aplicarea industrială a PL.
4.6. Decontaminarea cu PL a fructelor și legumelor
Numeroase cercetări din ultimii ani au urmărit efectul trat amentului cu PL aplicat pentru
decontaminarea suprafeței fructelor și legumelor prin inactivarea sau distrugerea fie a
microbiotei native, fie a unor microrganisme țintă, inoculate în concentrații și condiții
cunoscute. Rezultatele obținute sunt promițătoa re, PL fiind capabile să inactiveze
microorganismele de pe suprafața fructelor și legumelor fără a mai fi posibilă reactivarea
acestora după tratament ca în cazul unor tratamente cu UV.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 56 Întrucât PL acționează doar la suprafața produselor testate, sunt pref erate fructe și legume cu
forme cât mai regulate și de dimensiuni mai mici. Astfel, mulți cercetători s -au orientat către
fructe și legume tăiate proaspete. Un alt motiv al acestei alegeri se bazează pe creșterea cererii
pentru fructe și legume tăiate proa spete, considerate de mulți consumatori ca fiind alimente
sănătoase, fără aditivi, nutritive și sigure. Cu toate acestea, prelucrarea minimală prin tăiere,
feliere sau răzuire a fructelor și legumelor proaspete generează alte probleme legate de
îmbrunare d atorită acțiunii enzimelor (de exemplu polifenoloxidaza, PPO și peroxidaza,
POD) a căror eliberare din celule este favorizată prin tăiere și rănirea suprafețelor tăiate,
concomitent cu reducerea termenului de valabilitate al acestor produse. Efectul de îmb runare
trebuie prevenit printr -o metodă bună de conservare, în scopul asigurării unei durate de
depozitare adecvată a fructelor și legumelor tăiate proaspete.
Studiile care au raportat decontaminarea cu PL a suprafeței fructelor și legumelor au folosit
pentru investigații următoarele produse:
➢ Fructe proaspete și fructe tăiate proapete: avocado, mango, mere, pepene și tomate (tabelul
4.1);
➢ Legume proaspete și legume tăiate proaspete: ardei, boabe de soia germinate, busuioc
frunze, ceapă verde, fasole verde, morcov, ridichi, salată verde, spanac, țelină și varză albă
(tabelul 4.2);
➢ Ciuperci proaspete întregi (butoni) și feliate (tabelul 4.3);
➢ Fructe mici: smochine, căpșune și fructe de pădure: afine, zmeură (tabelul 4.4).
Tabelul 4.1 . Exemple de tratare cu PL a fructelor
Fructe Microorganisme inactivate Bibliografie
Avocado, Persea
americana Mill., var Hass E. coli
L. innocua Ramos -Villarroel et al.,
2011, 2014; Aguiló –
Aguayo et al., 2014
Mango, Mangifera indica
L. cv. Kent Îmbunătățirea activității PPO,
menținerea activității PAL Charles et al., 2013
Mere, Malus domestica
Birkh., cv. Golden
Delicious Lactobacillus brevi
L. monocytogenes Ignat et al., 2014
Mere, Malus pumila cv.
Granny Smith Saccharomyces cerevisiae
E. coli, Listeria innocua Gómez et al., 2 012
Pepene cu miez roșu,
Citrullus lanatus cv.
Abrusen E. coli
L. innocua Ramos -Villarroel et al.,
2012, 2015
Tomate, Lycopersicum
esculentum L. var
Climberley S. cerevisiae Aguiló -Aguayo et al.,
2013
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 57 Tabelul 4.2 . Exemple de tratare cu PL a legum elor
Fructe Efecte obținute Bibliografie
Ardei verde, Capsicum
annuum L. Reducerea bacteriilor aerobe
mezofile cu 0,4 –0,6 log ufc/g * Gómez – López et al., 2005
Boabe de soia ( Glycine
max L.) germinate, Reducerea bacteriilor aerobe
mezofile cu 0,65 log c fu/g Gómez – López et al., 2005
Busuioc (frunze),
Ocimum basilicum L. Întârzierea îmbătrânirii postrecoltare
prin menținerea clorofilei Costa et al., 2013
Ceapă verde Decontaminare eficientă a E. coli
O157:H7 – reducere cu 4,5 log ufc/g Xu et al., 2013
Ceapă verde Reducerea S. enterica Typhimurium
cu 4,6 log cfu/g Xu & Wu, 2014
Fasole verde Reducerea cu 1,4 –2,5 log ufc/cm2 a
L. innocua Donsì et al., 2015
Morcov Inactivarea Saccharomyces
cerevisiae cu 6 log ufc/g * Kaack & Lyager, 2007
Izquier and Gómez -López,
2011
Ridichi, Cichorium
intybus var. foliosum L.) Reducerea bacteriilor aerobe
mezofile cu 0,7 –0,8 log cfu/g Gómez – López et al., 2005
Salată verde, Lactuca
sativa var. capitata L.) Reducerea bacteriilor aerobe
mezofile cu 1 log ufc/cm2 Izquier & Gómez -López,
2011
Spanac, Spinacia
oleracea L. Reducerea bacteriilor aerobe
mezofile cu 0,4 –0,9 log cfu/g Gómez – López et al., 2005
Țelină Reducerea bacteriilor aerobe
mezofile Gómez – López et al., 2005
Varză albă, Brassica
oleracea var. capitata L. Inactivarea bacteriilor aerobe
mezofile cu 1 log ufc/cm2 Izquier & Gómez -López,
2011
* ufc – unități formatoare de colonii; 1 log ufc – reducere de 10 ori a numărului de
microorganisme
Tabelul 4.3 . Exemple de tratare cu PL a ciupercilor
Fructe Efecte obținute Bibliografie
Ciuperci ( Agaricus
bisporum ) feliate Reducerea cu 0,6 –2,2 log ufc/g a
microbiotei native, 1,65 –2 log ufc/g
a microbiotei native psihrofile și cu
1,15 – 1,73 log ufc/g a drojdiilor și
mucegiurilor native Oms -Oliu et al., 2010
Ciuperci buton, feliate Creșterea producției de vitamina D
Producerea de lumisterol, tahisterol
și previtamina D 2 Kalaras et al., 2012
Ciuperci feliate Reducerea E. coli și L. innocua cu
3,03 și 2,66 log ufc/cm2 Ramos -Villarroel et al.,
2012a
Ciuperci bu ton, întregi Inactivare completă a L. innocua
după 9 zile Ramos -Villarroel et al.,
2015
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 58 Tabelul 4.4. Exemple de tratare cu PL a fructelor mici
Fructe Efecte obținute Bibliografie
Afine ( Vacinnium
corymbosum ) Reducerea E. coli O157:H7 cu
1,3–3,0 log ufc /g Bialka & Demirci, 2007
Afine ( Vacinnium
corymbosum ) Inactivarea eficientă a Salmonella
și E. coli O157:H7 Huang & Chen, 2014, 2015
Smochine (Ficus carica
L.) cv. Brown Turkey Stimularea intensificării culorii și
a acumultăii de antociani în coajă Rodo v et al., 2014
Zmeură Reducerea E. coli O157:H7 și
Salmonella cu până la 3,9 log
ufc/cm2 Bialka & Demirci, 2008
Zmeură Reducerea E. coli O157:H7,
Salmonella și norovirusul MNV -1 Huang & Chen, 2015
Căpșune ( Fragraria
ananassa cv. Elsanta) Reducerea E. coli O157:H7 și
Salmonella cu până la 2,9 log
ufc/cm2 Bialka & Demirci, 2008
Căpșune ( Fragraria
ananassa Duch.) Inactivarea B. cereus L.
monocytogenes , bacterii mezofile,
microfungi/drojdii Luksiene et al., 2013
4.7. Cercetări privind tratamentul laptel ui cu PL
Întrucât laptele este un aliment opac, nu a prezentat un interes deosebit pentru studiul
efectului PL asupra microorganismelor conținute astfel că, în literatura de specialitate, sunt
difuzate puține rezultate.
În una din primele investigații ( Krishnamurthi et al., 2007 ), laptele a fost inoculat cu
Staphylococcus aureus , o bacterie patogenă asociată frecvent cu probleme de siguranță ale
laptelui. Laptele a fost tratat în flux continuu (20, 30 și 40 mL/min) la diferite distanțe (5, 8 și
11 cm) de l ampa PL (100 -1100 nm, cu 54 % energie în regiunea UV) și recirculat de
maximum 3 ori pentru a obține inactivarea dorită. Reducerea numărului de bacterii a variat
între 0,55 și 7,26 log ufc/mL fiind obținută și inactivare completă în două situații, fără cre ștere
ulterioară.
Primele rezultate încurajatoare au determinat cercetătorii să studieze dacă tratamentul PL
afectează componentele alimentelor. Astfel, a fost evaluată influența PL asupra proteinelor
din lapte cu spectroscopie UV, spectrofluorometrie, ele ctroforeză și determinarea compoziției
în aminoacizi ( Elmnasser et al., 2008 ). La tratamentul PL al beta -lactoglobulinei cu peste 5
pulsuri s -a observat formarea unor dimeri și modificarea polarității resturilor de triptofanil sau
ale structurii indol a tr iptofanului. În ansamblu, compoziția proteinelor în aminoacizi și
oxidarea lipidelor nu au înregistrat modificări semnificative după tratamentul cu PL astfel că
acesta poate fi utilizat la alimente bogate în proteine pentru creșterea conservabilității.
O comparație între tratamentul PL al sucului de mere, portocale și al laptelui a evidențiat că
inactivarea E. coli și L. innocua descrește cu scăderea transparenței produsului astfel că la
lapte și la suc de portocale s -au obținut valori mai mici decât la suc ul de mere ( Palgan et al.,
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 59 2011 ). Proprietățile senzoriale și de calitate ale produselor nu s -au modificat, cu excepția
aromei.
Bibliografie
AFSSA 2009. Avis de l’Agence française de sécurité sanitaire des aliments relatif à l’utilisation de la
lumière pulsée comme procédé de décontamination microbiologique de surface des produits de
panification, à la suite de l’avis AFSSA du 2 juin 2008, Maisons -Alfort, le 28 janvier 2009.
Aguiló -Aguayo I., Charles F., Renard C.M.G.C., Page D. & Carlin F. 2013 . Pulsed light effects on
surface decontamination, physical qualities and nutritional composition of tomato fruit. Postharvest
Biology and Tecnology , 86, 29 –36.
Aguiló -Aguayo I., Oms -Oliu G., Martín -Belloso O. & Soliva -Fortuny R. 2014 . Impact of pulsed light
treatm ents on quality characteristics and oxidative stability of fresh -cut avocado. LWT – Food
Science and Technology , 59(1), 320 -326.
Allende A., Tomás -Barberán F.A. & Gil M.I. 2006 . Minimal processing for healthy traditional foods .
Trends in Food Science and T echnology 17(9) , 513–519.
Bialka K.I. & Demirci A. 2007 . Decontamination of Escherichia coli O157:H7 and Salmonella
enterica on blueberries using ozone and pulsed UV -light. Journal of Food Science , 72(9), 391 –396.
Bialka K.L. & Demirci A. 2008 . Efficacy o f pulsed UV -light for the decontamination of Escherichia
coli O157:H7 and Salmonella enterica on raspberries and strawberries. Journal of Food Science ,
73(5), M201 –M207.
Calderon -Miranda, M.L., Barbosa -Canovas, G.V., Swansson, B.G., 2000, Minimal Methods of
Processing, Encyclopedia of Food Microbiology , vol. 2, 1456 – 1461.
Charles F., Vidal V., Olive F., Filgueiras H. & Sallanon H. 2013 . Pulsed light treatment as new
method to maintain physical and nutritional quality of fresh -cut mangoes. Innovative Food Science
& Emerging Tehnology , 18, 190 -195.
Choi M. -S., Cheigh C. -I., Jeong E. -A., Shin J. -K. & Chung M. -S. 2010 . Nonthermal sterilization of
Listeria monocytogenes in infant foods by intense pulsed -light treatment. Journal of Food
Engineering , 97(4), 504 –509.
Claranor 2004 . Pulsed Light Sterilization. http://www.claranor.fr/, accesat în iulie 2016.
Costa L., Montano Y.M., Carrión C., Rolny N. & Guiamet J.J. 2013 . Application of low intensity light
pulses to delay postharvest senescence of Ocimum basilicum leaves . Postharvest Biology and
Technology , 86, 181 -191.
Devlieghere F., Vermeiren L. & Debevere J. 2004 . New preservation technologies: Possibilities and
limitations. International Dairy Journal , 14(4) 273 –285.
Directiva 1999/2/EC a Parlamentului European și a Consiliului din 22 februarie 1999 de apropiere a
legislațiilor statelor membre privind produsele și ingredientele alimentare tratate cu radiații
ionizante. Jurnalul Oficial al Comunităților Europene , L66, 55 –62.
Directiva 1999/3/EC a Parlamentului Eu ropean și a Consiliului din 22 februarie 1999 de stabilire a
unei liste comunitare cu produsele ș i ingredientele alimentare tratate cu radiații ionizante. Jurnalul
Oficial al Comunităților Europene , L66, 63 –65.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 60 Dunn J., Clark R.W., Asmus J.F., Pearlman J. S., Boyer K., Pairchaud F. & Hofmann G.A. 1991 .
Methods for preservation of foodstuffs. Maxwell Laboratories, Inc., US Patent No. 5034235.
Dunn J., Ott Th. & Clark W. 1995 . Pulsed -light treatment of food and packaging. Food Technology ,
49(9), 95 –98.
Elmnas ser N., Guillou S., Leroi F., Orange N., Bakhrouf A. & Federighi M. 2007 . Pulsed -light system
as a novel food decontamination technology: A review. Canadian Journal of Microbiology , 53(7),
813–821.
EU 2006. List of Member States’ authorisations of food and food ingredients which may be treated
with ionising radiation, according to Article 4(6) of Directive 1999/2/EC of the European
Parliament and of the Council on the approximation of the laws of the Member States concerning
foods and food ingredients treat ed with ionising radiation. Official Journal of the European Union ,
C112, 6 -7.
FAO/WHO 2008 . Microbiological hazards in fresh leafy vegetables and herbs: Meeting report.
Microbiological risk assessment series (pp. 158). Rome, Italy Food Agriculture Organiz ation of the
United Nations / World Health Organization.
Gómez P.L., Salvatori D.M., García -Loredo A. & Alzamora S.M. 2012 . Pulsed light treatment of cut
apple: dose effect on color, structure, and microbiological stability. Food Bioprocess Technology ,
5(6), 2311 -2322.
Gómez -López V.M., Devlieghere F., Bonduelle V. & Debevere J. 2005 . Intense light pulses
decontamination of minimally processed vegetables and their shelf -life. International Journal of
Food Microbiology , 103(1), 79 -89.
Goodburn C. & Wallace C .A. 2013 . The microbiological efficacy of decontamination methodologies
for fresh produce: A review. Food Control , 32(2), 418 –427.
Huang Y. & Chen H. 2014 . A novel water -assisted pulsed light processing for decontamination of
blueberries. Food Microbiology , 40, 1 -8.
Huang Y. & Chen H. 2015 . Inactivation of Escherichia coli O157:H7, Salmonella and human
norovirus surrogate on artificially contaminated strawberries and raspberries by water -assisted
pulsed light treatment. Food Research International , 72, 1 -7.
ISO 21348 -2007 . Space environment (natural and artificial) ––Process for determining solar
irradiances.
Izquier A. & Gómez -López V.M. 2011 . Modeling the pulsed light inactivation of microorganisms
naturally occurring on vegetable substrates. Food Microbiol ogy, 28(6), 1170 -1174.
Jay J.M., Loessner M.J. & Golden D.A. 2005 . Modern Food Microbiology . Seventh edition, Springer,
Germany.
Kaack K. & Lyager B. 2007 . Treatment of slices from carrot ( Daucus carota ) using high intensity
white pulsed light. European Fo od Research Technology , 224(5), 561 -566.
Kalaras M.D., Beelman R.B., Holick M.F. & Elias R.J. 2012 . Generation of potentially bioactive
ergosterol -derived products following pulsed ultraviolet light exposure of mushrooms ( Agaricus
bisporus ). Food Chemistry 135(2), 396 -401.
Koutchma T., Forney L.J. & Moraru C.I. 2009 . Ultraviolet light in food technology: Principles and
applications . CRC Press Taylor & Francis Group, New York.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 61 Lasagabaster A., Arboleya J.C. & de Marañón I.M. 2011 . Pulsed light technology for surface
decontamination of eggs: Impact on Salmonella inactivation and egg quality. Innovative Food
Science and Emerging Technologies , 12(2), 124 –128.
Luksiene Z., Buchovec I. & Viskelis P. 2013 . Impact of high -power pulsed light on microbial
contaminatio n, health promoting components and shelf life of strawberries. Food Technology and
Biotechhnology , 51(2), 284 -292.
Marquenie D., Geeraerd A.H., Lammertyn J., Soontjens C., Van Impe J.F., Michiels C.W. & Nicolaï
B.M. 2003 . Combinations of pulsed white light and UV -C or mild heat treatment to inactivate
conidia of Botrytis cinerea and Monilia fructigena . International Journal of Food Microbiology ,
85(1-2), 185 –196.
Martín -Belloso O., Soliva -Fortuny R., Elez -Martínez P., Marsellés -Fontanet A.R. & Vega -Mercado H.
2014 . Non -thermal Processing Technologies. In: Food Safety Management: A Practical Guide for
the Food Industry . Motarjemi, Y. and Lelieveld, H. (Eds.), Elsevier, London, pp. 443 –465.
Nicorescu I., Nguyen B., Moreau -Ferret M., Agoulon A., Chevalier S. & Orange N. 2013 . Pulsed light
inactivation of Bacillus subtilis vegetative cells in suspensions and spices. Food Control , 31(1),
151–157.
Oms -Oliu G., Aguiló -Aguayo I., Martín -Belloso O. & Soliva -Fortuny R. 2010 a. Effects of pulsed light
treatments on quali ty and antioxidant properties of fresh -cut mushrooms ( Agaricus bisporus ).
Postharvest Biology and Technology , 56(3), 216 -222.
Oms -Oliu G., Martín -Belloso O. & Soliva -Fortuny R. 2010 b. Pulsed light treatments for food
preservation. A review. Food and Biopro cess Technology , 3(1), 13 –23.
Palgan I., Caminiti I.M., Muñoz A., Noci F., Whyte P., Morgan D.J., Cronin D.A. & Lyng J.G. 2011 .
Effectiveness of High Intensity Light Pulses (HILP) treatments for the control of Escherichia coli
and Listeria innocua in apple juice, orange juice and milk. Food Microbiology , 28(1), 14 –20.
Ragaert P., Verbeke W., Devlieghere F. & Debevere J. 2004 . Consumer perception and choice of
minimally processed vegetables and packaged fruits. Food Quality & Preferences 15(3), 259 –270.
Rajk ovic A., Tomasevic I., Smigic N., Uyttendaele M., Radovanovic R. & Devlieghere F. 2010 .
Pulsed UV light as an intervention strategy against Listeria monocytogenes and Escherichia coli
O157:H7 on the surface of a meat slicing knife. Journal of Food Engineer ing, 100(3), 446 –451.
Ramos B., Miller F.A., Brandão T.R.S., Teixeira P. & Silva C.L.M. 2013 . Fresh fruits and
vegetables —An overview on applied methodologies to improve its quality and safety. Innovative
Food Science & Emerging Technologies , 20, 1 –15.
Ramos-Villarroel A.Y., Aron -Maftei N., Martín -Belloso O. & Soliva -Fortuny R. 2012a . The role of
pulsed light spectral distribution in the inactivation of Escherichia coli and Listeria innocua on
fresh -cut mushrooms. Food Control , 24(1-2), 206 –213.
Ramos -Villa rroel A.Y., Aron -Maftei N., Martín -Belloso O. & Soliva -Fortuny R. 2012b . Influence of
spectral distribution on bacterial inactivation and quality changes of fresh -cut watermelon treated
with intense light pulses. Postharvest Biology and Technology , 69, 32–39.
Ramos -Villarroel A.Y., Aron -Maftei N., Martín -Belloso O. & Soliva -Fortuny R. 2014 . Bacterial
inactivation and quality changes of fresh -cut avocados as affected by intense light pulses of specific
spectra. International Journal of Food Science and Techn ology , 49(1), 128 -136.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesa re – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 62 Ramos -Villarroel A.Y., Martín -Belloso O. & Soliva -Fortuny R. 2011 . Bacterial inactivation and
quality changes in fresh -cut avocado treated with intense light pulses. European Food Research
Technology , 233(3), 395 -402.
Ramos -Villarroe l A.Y., Martín -Belloso O. & Soliva -Fortuny R. 2015 . Combined effect of malic acid
dip and pulsed light treatments on the inactivation of Listeria innocua and Escherichia coli on
fresh -cut produce. Food Control , 2015, 52, 112 -118.
Rodov V., Vinokur Y. & Hor ev B. 2012 . Brief postharvest exposure to pulsed light stimulates
coloration and anthocyanin accumulation in fig fruit ( Ficus carica L.). Postharvest Biology and
Technology , 68, 43 -46.
Sauer A. & Moraru C.I. 2009 . Inactivation of Escherichia coli ATCC 2592 2 and Escherichia coli
O157:H7 in apple juice and apple cider, using pulsed light treatment. Journal of Food Protection ,
72(5), 937 –944.
Señorans F.J., Ibáñez E. & Cifuente A . 2003 . New trends in food processing. Critical Reviews in Food
Science and Nutrit ion 43(5), 507 –526.
Sharma R.R. & Demirci A. 2003 . Inactivation of Escherichia coli O157:H7 on inoculated alfalfa seeds
with pulsed ultraviolet light and response surface modeling. Journal of Food Science , 68(4), 1448 –
1453.
Uesugi A.R. & Moraru C.I. 2009 . Reduction of Listeria on ready -to-eat sausages after exposure to a
combination of pulsed light and nisin+. Journal of Food Protection , 72(2), 347 –353.
US FDA 2000 . Kinetics of Microbial Inactivation for Alternative Food Processing Technologies:
Pulsed Ligh t Technology. www.fda.gov/Food/ScienceResearch/ResearchAreas/SafePracticesfor
FoodProcessing/, accesat iulie 2016.
Wekhof A. 2000 . Disinfection with Flash Lamps. PDA Journal of Pharmaceutical Science &
Technology , 54(3), 264 –276.
Woodling S. & Moraru C.I. 2007 . Effect of spectral range in surface inactivation of Listeria innocua
using broad -spectrum pulsed light. Journal of Food Protection , 70(4), 909 –916
Xenon 2003 . Sterilization & Decontamination Using High Energy UV Light Applying the Steripulse –
XL® Syst ems. XENON Corporation, USA.
Xu W. & Wu C. 2014 . Decontamination of Salmonella enterica Typhimurium on green onions using a
new formula of sanitizer washing and pulsed UV light (PL). Food Research International , 62, 280 –
285.
Xu W., Chen H., Huang Y. & Wu C . 2013 . Decontamination of Escherichia coli O157:H7 on green
onions using pulsed light (PL) and PL -surfactant -sanitizer combinations . International Journal of
Food Microbiology , 166(1), 102 -108.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 63
5. Tratamente în câmp electric pulsator
Tratamentele în câmp electric pulsator ( pulsed electric field , PEF; high intense pulsed electric
field, HIPEF) se bazează pe capacitatea unui câmp electric puternic de a inactiva și a distruge
microorganismel e. Acest efect este explicat prin așa numita „teorie a rupturii dielectrice”.
Astfel, câmpul electric pulsatoriu de mare intensitate aplicat celulelor generează fenomenul
fizic de electroporare care constă în formarea de pori în membranele celulare. Formar ea
porilor poate fi reversibilă sau ireversibilă, în funcție de intensitatea câmpului electric aplicat.
5.1. Mecanismul inactivării microbiene în PEF
Când unei celule i se aplică un câmp electric extern (E), la nivelul membranei celulare se
acumulează s arcini electrice, ceea ce face să crească potențialul transmembranar (fig. 5.1).
Fig. 5.1. Mecanismul inactivării microbiene prin aplicarea PEF
1 – celula supusă PEF; 2 – electrozi
E – câmpul electric aplicat celulei; E c – pragul câmpului electric celul ar
Câmpul electric extern induce un potențial electric la nivelul membranei. Acest potențial
determină o separare a sarcinilor electrice în membrana celulară. Când potențialul trans –
membran ar depășește valoarea critică de aproximativ 1 V (volt), fenomenul de respingere
dintre moleculele încărcate cu sarcini electrice determină formarea porilor în membrana
celulară.
1 2
E< Ec E= EcE>> Ec1 2 1 2
E< Ec E= EcE>> EcE< Ec E= EcE>> Ec
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 64 Sarcinile electrice de sens opus se atrag, determinând comprimarea membranei celulare și,
implicit, reducerea grosimii ei. O forță elastică sau vâscoelastică se opune acestei compresii,
dar, deoarece distanța dintre sarcini descrește, potențialul transmembranar crește rapid, ceea
ce dă naștere la formarea de pori sau la ruperea me mbranei celulare. Proteinele și lipidele
membranei celulare sunt se nsibile la PEF aplicat și se pot reorienta, forma pori, canale sau
porți. Când celulele sunt expuse la un câmp electric de 1 –10 kV·cm–1 timp de 2 –20 μs, se
observă porarea reversibilă și creșterea permeabilității celulare. Când celulele ies de sub
acțiunea câmpului electric, permeabilitatea originală a celulelor se restabilește.
Electroporarea membranei celulare conduce la distrugerea acesteia când mărimea și numărul
porilor este mare comparativ cu dimensiunea celulei. Distrugerea celulei se produce atunci
când este depășit un anumit prag al câmpului electric (E c). Dacă E este egal sau ușor mai mare
decât E c, se produce formarea reversibilă de pori. Dacă se aplică un câmp electric de 2 –20
kV/cm, porarea membranei este ireversibilă deoarece Ec va fi depășit și se va depăși și pragul
de potențial transmembranar de 1 V.
Ec și pragul de potențial transmembranar depind de mărimea și forma celulei microbiene,
condițiile de cultivare și caracteristicile electrice ale mediului în care se găsesc
microorganismele supu se PEF. Pentru o celulă cu formă sferică de rază a, potențialul
transmembranar ΔV este expimat de ecuația 6.1:
−=−
t
m e Eaf V 1 cos 5,1 0 (5.1)
în care:
ΔV este potențialul transmembranar, în kV;
fm – constantă ce depinde de proprietățile membranei;
a – raza celulei, exprimată în cm;
E0 – tensiunea specifică, în kV/cm;
θ – unghiul dintre rază și direcția câmpului electric;
t – durata de aplicare a câmpului electric, în µs;
τ – timpul de relaxare, în µs.
Timpul de relaxare se calculează cu relația:
+=2ei m mrr Caf (5.2)
în care:
Cm este capacitatea electrică a membranei raportată la unitatea de suprafață,
în µF/cm2.
ri și re – rezistențe specifice ale mediului intern, respectiv extern, în Ω/.
Factorul fm este dat de relația:
()e i mmrr Gaf−+=11 (5.3)
în care:
Gm este conductivitatea membranei, în S/m, raportată la unitatea de suprafață.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 65 Electroporarea este utilizat ă în biotehnologie, unde celulele sunt expuse în câmp electric
pentru a introduce molecule de ADN exogen sau pentru a determina fuziunea celulelor.
Moartea celulei se produce numai atunci când intensitatea critică a câmpului electric este mult
depășită, când formarea porilor este ireversibilă și se produce lezarea membranei. Pentru
celule microbiene în formă vegetativă, intensitatea critică a câmpului electric este de mărimea
a 15 kV/cm. Astfel, pentru Lactobacillus brevis și Escherichia coli s-au stabilit valori de 13
kV/cm și respectiv 16 kV/cm. Grahl (1990) , arată că pentru inactivarea ascosporilor și
endosporilor sunt necesare intensități mult mai mari pentru câmpul electric (Mertens și Knorr,
1992).
Procedeul Elsteril are drept scop inactivarea microorganismelor din produse fluide prin
intermediul unui câmp electric de mare intensitate. Deoarece celulele microbiene su nt
semnificativ mai mici ca diametru comparativ cu celulele de origine animală iar intensitatea
câmpului electric pentru distrugerea celulelor este invers proporțională cu diametrul lor,
procedeul Elsteril folosește câmpuri electrice considerabil mai mari, până la 30 kV/cm.
Cercetările efectuate până în prezent au arătat că procedeul Elsteril este foarte eficient față de
formele vegetative ale microorganismelor; Sitzmann, 1990 a stabil it că Saccharomyces
cerevisiae și Lactobacillus brevis și-au redus de pat ru până la cinci ori fazele de log la o
energie de alimentare de 100÷200 kJ/L. Sporii, atât endosporii din genul Clostridium cât și
ascosporii de Byssochlamys nivea nu au putut fi inactivați.
Deși nu există date suplimentare privind procedeul Elsteril pute m considera că produsele
alimentare termolabile fluide pot beneficia de un nou proces atermic de pasteurizare.
Efectul rupturii dielectrice a membranei determinată de câmpuri electrice de mare intensitate
este aplicat industrial în sistem ul ELCRACK (Krupp Maschinentechnik GmbH, Hamburg,
Germania). În acest sistem , tratamentul aplicat distruge membrana celulară permițând
grăsimii din celula animală să iasă la suprafață și , în consecință , îmbunătățind recuperarea
grăsimii în timpul etapei următoare de separar e mecanică. Astfel, utilizând impulsurile
electrice de mare intensitate sunt evitate efectele negative (denaturarea proteinelor,
distrugerea vitaminelor) asociate cu procesul de tratare termică convențional ( Krupp, 1988 ).
Un patent din SUA (Anonymous, 1987 ) descrie câteva metode și prezintă echipamentul
necesar pentru conservarea produselor alimentare fluide (cum ar fi produse lactate, fructe,
sucuri și produse lichide din ouă) cu ajutorul unui câmp electric intens pulsatoriu. Patentul
recomandă ca impulsur ile electrice să fie aplicate la o temperatură de cel puțin 45oC,
preferabil 55oC. Astfel tratamentul combinat impulsuri electrice de intensitate înaltă – regim
termic moderat s -a dovedit eficient în reducerea populației microbiene.
Firma PurePulse Technol ogies, San Diego, California (fostă Foodco Corporation), fondată în
1988, a pus la punct așa numitele tehnologii CoolPure care utilizează câmpuri electrice intens
pulsatorii pentru tratarea unor produse fluide ca sucuri de portocale, lapte și ouă (PurePuls e,
1995). Impulsurile electrice s -au dovedit eficiente, cu efect letal asupra formelor vegetative
ale bacteriilor, drojdiilor și mucegaiurilor. Eficacitatea impulsurilor electrice asupra sporilor și
enzimelor nu a fost încă stabilită.
Ohlsson (1994) afirmă că cele mai interesante aplicații viitoare s -ar putea să fie legate de
procesarea produselor din fructe. În Europa și în SUA se derulează câteva programe de
cercetare științifică pe tema procesării cu impulsuri electrice.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 66
5.2. Factorii care influențează inactivarea microbiană în PEF
Există raportări cu privire la inactivarea prin PEF a celulelor de Escherichia coli, Salmonella
Typhymurium , Salmonella dublin, Streptococcus thermophylus, Lactobacillus brevis,
Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Micr ococcus lysodeikticus, Pseudomonas fragi,
Pseudomonas fluorescens, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, Listeria
monocytogenes, Bacillus subtilis, Clostridium perfringens, Candida albicans , Candida utilis,
Saccharomyces cerevisiae. De asemenea, a fost raportată inactivarea sporilor de Bacillus
cereus și Bacillus subtilis .
Inactivarea microorganismelor prin PEF este influențată de trei categorii de factori:
– care depind de microorganism;
– care depind de condițiile de tratament;
– care depind de modul de tratare a mediului.
5.2.1. Factori care depind de microorganism
Tipul de microorganism
În general, bacteriile sunt mai puțin sensibile la tratamentele PEF față de drojdii, iar bacteriile
Gram pozitive sunt mai rezistente decât cele Gram negative. De exe mplu, aplicarea unui câmp
electric de 15 –28 kV·cm–1 reduce populația de Escherichia coli (bacterie Gram negativă) cu
4–5 cicluri logaritmice (Alvarez et al ., 2003) în timp ce reducerea populației de
Staphylococcus aureus (bacterie Gram pozitivă) este de do ar 3 –4 cicluri logaritmice
(Calderon -Miranda et al., 2000). Deși s -a raportat inactivarea sporilor de Bacillus subtilis și
Bacillus cereus , inactivarea altor spori prin tehnica PEF s -a dovedit ineficientă (sporii de
Clostridium tyrobutyricum și ascosporii de Byssochlamys nivea nu sunt inactivați prin PEF).
Stadiul de dezvoltare a celulelor
Gradul de inactivare prin PEF variază în funcție de stadiul de dezvoltare a celulelor. Celulele
aflate în faza exponențială de creștere sunt mai sensibile la PEF față de celulele aflate în faza
latentă sau în faza staționară de creștere. După expunere la 4 pulsuri de 36 kV·cm–1, s-a
înregistrat o reducere a populației de Escherichia coli de 2 cicluri logaritmice, pentru celulele
aflate în faza exponențială de creștere, și de 0,5 cicluri logaritmice, pentru cele aflate în faza
latentă.
Dimensiunea celulelor
Un anumit tratament PEF induce un potențial transmembranar care este invers proporțional cu
dimensiunea celulelor. Pe măsură ce dimensiunea celulelor crește, valoarea c ritică a câmpului
electric extern descrește și celula este mai susceptibilă la PEF.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 67
5.2.2. Factori care depind de condițiile de tratament
Intensitatea câmpului electric
Intensitatea câmpului electric aplicat este unul dintre cei mai importanți facto ri care
influențează inactivarea microorganismelor prin PEF. În momentul când E depășește E C,
gradul de inactivare crește pe măsura creșterii intensității câmpului electric. Între numărul de
celule supraviețuitoare și intensitatea câmpului electric aplicat unui anumit microorganism
există o corelație exponențială.
Durata tratamentului
Inactivarea microorganismelor prin PEF este guvernată de durata tratamentului (numărul de
pulsuri × durata pulsului). Pentru o anumită durată a pulsu rilor, gradul de inactiva re crește cu
creșterea numărului de pulsuri. Similar, pentru un anumit număr de pulsuri, gradul de
inactivare crește cu durata pulsului. O creștere substanțială a duratei pulsului poate conduce la
creșterea temperaturii mediului în care se găsesc microorga nismele, cea ce nu este de dorit în
cazul în care mediul respectiv este un aliment.
Între logaritmul numărului de celule supraviețuitoare și logaritmul duratei de tratament există
o relație liniară, pentru o anumită intensitate a câmpului electric. Pentru microorganismele
inactivate prin PEF, se poate calcula o valoare prag a duratei de tratament.
Forma pulsurilor
Pentru o anumită valoare maximă a intensității câmpului electric și a energiei, inactivarea
microorganismelor prin PEF este influențată de forma pulsurilor aplicate (fig. 5.2). PEF de
înaltă intensitate sunt generate sub formă de unde, care pot fi descrescătoare exponențial,
descrescătoare oscilatoriu, bipolare sau pătrate.
Fig. 5.2. Forme de unde generate de câmpurile electrice pulsatorii:
a – puls descrescător exponențial; b – puls pătrat; c – puls descrescător oscilatoriu;
d – puls descrescător exponențial bipolar
Pulsurile descrescătoare exponențial constau dintr -o tensiune unidirecțională care crește rapid
la valoarea maximă, după care desc rește exponențial către valoarea 0, pulsurile pătrate sunt
cele la care tensiunea maximă se menține un timp mai lung, după care descrește brusc la
valoarea 0, pulsurile descrescătoare oscilatoriu sunt cele la care alternează rapid tensiuni
pozitive cu tens iuni negative, a căror valoare descrește lent în timp, iar cele bipolare sunt cele
Tensiunea, kV
Timpul, μs
Tensiunea, kV
Timpul, μs
Tensiunea, kV
Timpul, μsTensiunea, kV
Timpul, μs
a b c dTensiunea, kV
Timpul, μsTensiunea, kV
Timpul, μs
Tensiunea, kV
Timpul, μsTensiunea, kV
Timpul, μs
Tensiunea, kV
Timpul, μsTensiunea, kV
Timpul, μsTensiunea, kV
Timpul, μsTensiunea, kV
Timpul, μs
a b c d
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 68 la care alternează tensiuni pozitive cu tensiuni negative, în momentul în care una din tensiuni
a atins valoarea 0.
Temperatura de tratare
Între câmpurile electrice pulsato rii și temperaturile moderate există un efect sinergic privind
gradul de inactivare al microorganismelor. Chiar la temperaturi neletale, viteza de inactivare
microbiană prin PEF crește cu creșterea temperaturii. Inactivarea celulelor de Escherichia coli
prin PEF crește de la 2 cicluri logaritmice la 3, când temperatura este crescută de la 7 la 40°C.
5.2.3. Factori care depind de mediul în care are loc tratamentul
Conductivitatea
Conductivitatea unui mediu lichid este dependentă de tăria ionică a mediulu i respectiv.
Creșterea tăriei ionice determină creșterea conductivității lichidului. Cu cât este mai mare
conductivitatea unui aliment, cu atât este mai mică intensitatea câmpului electric generat. În
consecință, o creștere a tăriei ionice a unui aliment r ezultă în descreșterea vitezei de inactivare
a microorganismelor pe care le conține. Într -o soluție de clorură de potasiu cu concentrația de
0,028 mol/L, populația de Escherichia coli descrește cu 2,5 cicluri logaritmice după 8 pulsuri
de 40 kV/cm, în timp ce într -o soluție 0,168 moli/L, un tratament identic nu determină
inactivarea celulelor.
O conductivitate ridicată determină o creștere de temperatură, ceea ce favorizează ruperea
membranelor celulare.
Conductivitatea unui lichid poate fi crescută prin adaos de electroliți. Când într -un aliment se
adaugă cationi monovalenți (Na+, K+), inactivarea microorganismelor nu este influențată, iar
când se adaugă cationi bivalenți (Mg2+, Ca2+) inactivarea microbiană prin PEF este mai puțin
eficientă.
pH-ul
Ajustr ea pH-ului mediului căruia i se aplică câmpul electric pulsatoriu cu tampon fosfat, în
domeniul 5 —9 nu afectează gradul de inactivare al microorganismelor. Totuși, ajustarea pH-
ului mediului prin adaos de acid clorhidric sau hidroxid de sodiu determină cre șterea ușoară a
gradului de inactivare a E. coli la pH 5,7 față de pH 6,8.
Prezența substanțelor cu efect antimicrobian
Inactivarea microorganismelor prin PEF poate fi mărită prin utilizarea de substanțe cu efect
antimicrobian. Prezența pediocinei AcH sau a nizinei în mediu crește gradul de letalitate prin
PEF pentru Listeria monocytogenes , E. coli , Salmonella Typhymurium. Când populația de E.
coli a fost tratată cu un puls a unui câmp electric de 12,5 kV·cm–1 într-o soluție conținând
1000 ppm de acid benz oic cu pH 3,4, populația de microrganisme a fost redusă de 104 ori, în
timp ce același tratament într -o soluție conținând 1000 ppm acid ascorbic cu pH-ul 3,4 a
determinat reducerea populației de 103 ori.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 69
5.3. Aplicații ale PEF
• Electroporarea reversibil ă are importanță practică în ingineria genetică și biotehnologie,
deoarece modifică permeabilitatea membranei celulare, ceea ce facilitează introducerea de
ADN și fuziunea celulelor.
• Electroporarea ireversibilă stă la baza pasteurizării alimentelor prin in termediul
câmpurilor electrice pulsatorii.
Inactivarea pe cale atermică a microorganismelor, utilizând PEF, a fost demonstrată încă din
1960 de Doevenspeck. Conservarea alimentelor prin expunere la PEF de înaltă intensitate
constituie o tehnologie nouă, de perspectivă, deoarece tratamentul determină inactivarea
enzimelor și microorganismelor, fără a afecta însă culoarea, aroma, textura și valoarea
nutrițională a alimentelor. PEF se dovedește a fi o variantă la metodele termice de conservare,
ca pasteurizare a, în care, în același timp cu inactivarea microorganismelor au loc pierderi de
nutrienți și reducerea caracteristicilor senzoriale. În plus, în cele mai multe situații, PEF este
mai eficient în ceea ce privește consumul de energie, ceea ce aduce economii semnificative pe
termen lung. PEF pot fi utilizate singure sau în combinație cu alte tehnici de conservare.
O varietate de lichide alimentare au fost tratate prin PEF: suc de portocale, suc de struguri,
suc de mere și de afine, supă de mazăre, lapte degre sat, iaurt, ouă lichide, apă potabilă
(Calderon -Miranda et al ., 2000; Nguyen and Mittal, 2006; Picart et al ., 2002; Wu et al .,
2005). Tratamentul a extins durata de păstrare a alimentelor fără a le afecta culoarea sau
aroma.
Tehnologia PEF este disponibilă comercial. Krupp Maschinentechnick GmbH (Hamburg,
Germania) utilizează două procedee bazate pe PEF: Elcrack®, pentru lezarea celulelor animale
și vegetale, și Elsteril®, pentru pasteurizarea alimentelor lichide. Pure Pulse Technologies
(San Diego, Califor nia) utilizează procesul CoolPure® pentru prelungirea duratei de
conservare a ouălor lichide refrigerate.
Washington State University deține o instalație pilot de tratare a lichidelor alimentare cu PEF.
Aplicând regimurile de tratare specificate în tabelul 6.1, s -a obținut o durată de păstrare a
sucului de mere, la temperatura ambiantă, de 28 de zile, o durată de păstrare a laptelui netratat
termic, în condiții de refrigerare (4…6°C) de 14 zile, și a supei de mazăre de 10 zile.
Tabelul 5.1. Regimuri de t ratare în câmp electric pulsatoriu a lichidelor alimentare
Alimentul Maximul
pulsului,
kV·cm–1 Durata
pulsului, μs Numărul de
pulsuri Temperatura de tratare, °C
Suc de mere 50 2 16 45
Lapte degresat 40 2 20 50
Supă de mazăre 35 2 32 53
În tabelul 5.2 sunt prezentate câteva aplicații ale câmpurilor electrice pulsatorii ăn industria
alimentară.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 70 Tabelul 5.2. Aplicații ale tratamentelor în câmp electric pulsatoriu
Operația Exemple Parametri de lucru Bibliografie
Uscare – uscarea ardeiului
roșu 1,0 kV/cm , 20 pulsuri
1,5 kV/cm, 20 pulsuri
2,0 kV/cm, 10 -80
pulsuri Ade-Omowaye et al.,
2003
Pasteurizare – pasteurizare suc de
mere 35 kV/cm, 1200 p/s Aguilar -Rosas et al.,
2007
12, 24, 36 kV/cm
400, 600, 800 p/s Charles -Rodríguez et al.,
2007
– pasteurizare su c de
portocale 30 kV/cm, 100 μs Cortes et al., 2008
– pasteurizare suc de
citrice (grapefruit,
lămâie, portocale,
mandarine) 28 kV/cm, 50 pulsuri Cserhalmi et al., 2006
Inactivare – inactivare E. coli 15–28 kV/cm Alvarez et al., 2003
– inactivare E. coli ,
L. innocua , L.
mesenteroides , S.
cerevisiae 25–35 kV/cm
20–40 pulsuri Aronsson et al., 2001
– inactivare E. coli ,
S. cerevisiae 30 kV, 20 pulsuri
25 kV, 20 pulsuri Aronsson & Ronner,
2001
– inactivare E. coli ,
L. innocua , S.
cerevisiae 5–30 kV/cm
Aronsson et al., 2005
– inactivare B.
cereus , S.
cerevisiae 10–28 kV/cm Cserhalmi et al., 2002
– inactivare S.
cerevisiae 30,9 kV/cm, 1600 μs Donsi et al., 2007
Extracție – extracția betaninei
din sfeclă López et al., 2009
Extinderea
termenului de
valabilitate – Phyllanthus
emblica (agrișe
indiene) 430 kV/m, 2 h
Bajgai et al., 2006
Bibliografie
Ade-Omowaye B.I.O., Rastogi N.K., Angersbach A. & Knorr D. 2003. Combined effects of pulsed
electric field pre -treatment and partial osmotic dehydration on air drying beh aviour of red bell
pepper, Journal of Food Engineering, 60(1): 89 –98.
Aguilar -Rosas S.F., Ballinas -Casarrubias M.L., Nevarez -Moorillon G.V., Martin -Belloso O. &
Ortega -Rivas E. 2007. Thermal and pulsed electric fields pasteurization of apple juice: Effects on
physicochemical properties and flavour compounds. Journal of Food Engineering , 83(1): 41 –46.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 71 Alvarez I., Virto R., Raso J. & Condon S. 2003. Comparing predicting models for the Escherichia coli
inactivation by pulsed electric fields, Innovative Food Sc ience & Emerging Technologies , 4, 195 –
202.
Bajgai T.R., Hashinaga F., Isobe S., Vijaya Raghavan G.S. & Ngadi M.O. 2006. Application of high
electric field (HEF) on the shelf -life extension of emblic fruit ( Phyllanthus emblica L.). Journal of
Food Engineeri ng, 74(3): 308 –313.
Calderon -Miranda M.L., Barbosa -Canovas G.V. & Swansson B.G. 2000. Minimal Methods of
Processing, Encyclopedia of Food Microbiology , vol. 2, 1456 – 1461.
López N., Puértolas E., Condón S., Raso J. & Alvarez I. 2009. Enhancement of the ex traction of
betanine from red beetroot by pulsed electric fields. Journal of Food Engineering, 90(1): 60 –66.
Mertens B., Knorr D. 1992 – Developments of Nonthermal Processes for Food Preservation , Food
Techn., nr. 5, p. 125 – 133.
Nguyen P. & Mittal G.S. 2 006. Inactivation of naturally occurring microorganisms in tomato juice
using pulsed electric field (PEF) with and without antimicrobials, Chemical Engineering and
Processing .
Ohlsson T. 1994 – Minimal Processing – Preservation Methods of the Future: an Ov erview , Trends in
Food Sci. Techn., vol. 5, nr. 11, p. 341 – 344.
Picart L., Dumay E. & Cheftel J.C. 2002. Inactivation of Listeria innocua in dairy fluids by pulsed
electric fields: influence of electric parameters and food composition, Innovative Food Sc ience &
Emerging Technologies , 3, 357 –369.
PurePulse Technologies 1995 – San Diego, California, SUA, prospect firmă.
Wu Y., Mittal G.S. & Griffiths M.W. 2005. Effect of Pulsed Electric Field on the Inactivation of
Microorganisms in Grape Juices with and wi thout Antimicrobials, Biosystems Engineering , 90(1),
1–7.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 72
6. Tratamente cu microunde
6.1. Introducere
Microundele sunt radiații electromagnetice de frecvență ridicată, variind de la 300 MHz la
300 GHz și lungimi de undă cuprinse între 1 m și 1 mm, situate așadar printre undele radio, a
căror existență a fost mai întâi presupusă matematic de Maxwell, apoi verificată experimental
în 1885 de către Hertz ( Niola, 1990 ).
Necesitatea de a emite unde cu lungimi din ce în ce mai scurte, pentru a obține o rezoluție mai
bună a imaginilor reflectate, a dus la dezvol tarea radarului în timpul celui de -al doilea război
mondial, aparat considerat a fi strămoșul cuptoarelor cu microunde ( Meisel, 1974 ). Apoi , la
puțin timp după război, Percy Spencer de la compania Raytheon a descoperit posibilitatea
încălzirii alimentelor folosind căldura generată de o antenă radar. Descoperirea sa s -a
concretizat atât în apariția primelor patente, respectiv a primelor cuptoare cu microunde, cât și
în inițierea studiilor asupra alimentelor care pot fi supuse tratării cu microunde. Spencer a
proiectat și primul cuptor cu microunde cu funcționare continuă, dar adevărata dezvoltare a
instalațiilor continue se datorează companiei Cryodry care a început să le construiască în
1962. În anii ce au urmat, mari companii au investit mulți bani și forță de muncă pentru a
promova acest mijloc nou de prelucrare considerat “magic ” (Schiffmann, 1992 ).
Primul procedeu reușit de prelucrare cu microunde a fost uscarea cartofilor prăjiți “chips ”.
Reușita procedeului a impulsionat dezvoltarea multor altor procede e, printre care: prelucrarea
cărnii de pasăre, costiței (bacon), pateurilor din carne, salamului, uscarea pastelor făinoase,
legumelor, alimentelor tip snack, concentratelor pentru sucuri, condimentelor, temperarea
cărnii, peștelui și untului, dospirea gog oșilor și a pâinii, prăjirea gogoșilor, pasteurizare a
pâinii, a sucurilor de fructe etc. ( Giese, 1992 ; Schiffmann, 1986 ).
Cu toate acestea , procesarea industrială cu micround e nu a atins speranțele anilor ’ 60 și ’70.
Astfel , în 1992, în întreaga lume exist au circa 500 instalații industriale de procesare cu
microunde. Acest număr este mic în comparație cu succesul cuptoarelor cu microunde
casnice, care, îndeosebi în SUA, concurează cu frigiderele la volumul de vânzări. Cauzele
dezvoltări i lente a procesării industriale cu microunde sunt asociate costurilor și lipsei
informațiilor tehnologice în domeniu. Totuși, datorită avantajelor pe care le oferă în
comparație cu metodele convenționale, procesarea cu microunde se poate aplica în multe alte
direcții în prelu crarea alimentelor ( Dziezak, 1987 ; Giese, 1992 ; Schiffmann, 1986 ).
Datorită dezvoltării utilizărilor posibile, și în consecință a riscului de interferare cu
comunicațiile, s -a stabilit o convenție internațională care a definit frecvențele utilizabile în
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 73 domeniul industrial, științific și medical. Aceste fr ecvențe sunt redate în tabelul 6.1
(Niola,1990 ; Lefeuvre, 1993 ).
Tabelul 6.1 Frecvențele rezervate pentru utilizarea industrială a microundelor
Frecvența, ν, MHz 915 2450 5800 24125
Lungimea de undă , λ, cm 32,8 12,2 5,2 1,24
Pentru aplicații industriale se folosește în general frecvența de 2450 MHz, iar frecvența de
915 MHz se folosește în special în America de Nord și de Sud. În Marea Britanie se utilizează
frecvența de 897 MHz întrucât frecve nța de 915 MHz este alocată emisiunilor de televiziune.
Pentru celelalte două frecvențe, 5800 MHz și 24125 MHz , costurile energetice sunt deosebit
de ridicate ( Niola, 1990 ).
6.2. Principiul de funcționare a unei instalații cu microunde
Instalațiile cu m icrounde se compun dintr -un generator de microunde, un dispozitiv de dirijare
a microundelor și un spațiu închis în care are loc procesul propriu -zis. Reprezentarea
schematizată a principiului de funcționare a unei instalații cu microunde este redată în fi g. 8.5.
Radiațiile emise de generatorul (1) sunt captate de antena (2) și trimise în ghidul de unde (3).
De aici ajung în difuzorul (4) prevăzut cu reflectorul de radiații (5). În cavitatea formată de
reflectorul (5) este introdus produsul ce urmează a fi supus tratamentului cu microunde.
Generatorul de microunde este un tub electronic cu modulații de frecvențe denumit
magnetron. Există magnetroane de puteri variate, în general cuprinse între 2,5 și 50 kW. Ele
sunt alimentate cu curent electric de înaltă te nsiune, de ordinul a 3000 –10000 V și transformă
energia electrică în energie a microundelor cu un randament de 50 –60%. Durata de
funcționare este de 3000 –4000 de ore ( Ioancea, 1988 ).
7
6
5
4
3
2
1
Antena este plasată la capătul dinspre magnetron al ghidului de unde pentru a co lecta
radiațiile și a le transmite prin ghidul de unde. Pentru o mai bună uniformizare a câmpului de
radiații din instalație se folosesc antene rotative sub formă de disc sau benzi.
Ghidul de unde este dispozitivul de dirijare a microundelor în cavitatea c uptorului. El este un
cablu coaxial sau cel mai adesea un tub din aluminiu cu secțiune dreptunghiulară, cu Fig. 6.1.
Principiul de funcționare a unei
instalații cu microunde
1 – generator de microunde,
2 – antenă,
3 – ghid de unde,
4 – difuzor,
5 – cavitate -reflector de radiații,
6 – bandă transportoare,
7 – produs supus procesării.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 74 dimensiuni de 42 ×84 mm. Lungimea ghidului de unde este factorul important în asigurarea
eficientă a energiei microundelor în cavitatea cuptorului. El permite de asemenea localizarea
magnetronului în afara cavității cuptorului, ceea ce facilitează curățirea.
După capacitatea de prelucrare cuptoarele cu microunde se clasifică în cuptoare cu
funcționare discontinuă și continuă. Din prima categorie fac par te cuptoarele cu microunde
casnice și cele industriale de capacitate mică. Cuptoarele cu microunde cu funcționare
continuă sunt la rândul lor de două tipuri principale: cu cavitate rezonantă și cu dirijare a
undelor. Instalațiile cu cavitate rezonantă cons tau într -o bandă transportoare care trece prin
câmpul de microunde din cavitatea cuptorului. Instalațiile cu dirijare a undelor au un
dispozitiv standard pliat înainte și înapoi, iar banda transportoare cu produs trece printr -o
dechizătură perpendiculară p e câmpul de unde.
În unele instalații actuale se combină încălzirea convențională cu încălzirea cu microunde. În
funcție de produsul alimentar încălzirea convențională este folosită pentru a produce
îmbrunarea, a facilita uscarea, a reduce bacteriile la su prafață sau a preîncălzi produsul.
Instalațiile cu microunde sunt proiectate și adaptate de obicei proceselor, ambalajelor și
produselor alimentare. Avantajele costului procesării cu microunde sunt funcție de aplicație.
Aceste avantaje rezultă din economii de energie ridicate, productivitate ridicată și calitate a
produsului. În plus pot fi obținute unele avantaje economice care conduc la o reducere a
pierderilor de producție ( Giese, 1992 ).
6.3. Aplicații ale microundelor în industria alimentară
Folosire a microundelor în industria alimentară este considerată de unii specialiști ca o
“revoluție tehnologică'' ( Morris, 1991 ). Asistăm în ultima vreme la o creștere spectaculoasă a
utilizării microundelor atât în domeniul casnic, prin folosirea cuptoarelor cu m icrounde
casnice, cât și în domeniul industrial. Decareau (1986 ) arată că, dacă se compară lista de
aplicații ale microundelor din 1974 cu cea din 1986, nu se observă decât diferențe minore.
Diferența majoră este în valoarea puterii instalate a generatoare lor de microunde. Există însă
în continuare un interes crescut în ceea ce privește perfecționarea tehnicilor de procesare cu
microunde, așa cum o indică activitatea de cercetare și numărul mare de patente apărut în
ultima vreme.
Tabelul 6.2 prezintă cele m ai importante aplicații ale procesării cu microunde în industria
alimentară.
6.3.1. Decongelarea și temperarea
Decongelarea convențională implică numeroase dezavantaje care pot fi înlăturate prin
utilizarea microundelor: durate mari de decongelare, neces ar mare de spațiu, dezvoltarea
bacteriilor, pierderea prin picurare (în special la bucățile mai mici), oxidare la suprafață,
schimbarea culorii și consum ridicat de apă proaspătă în cazul decongelării în lichide.
Instalațiile de decongelare și temperare cu microunde lucrează în general la o frecvență de
2450 MHz, sau la frecvența de 896 MHz în Europa și de 915 MHz în SUA. Pentru
decongelare este mai corespunzătoare frecvența mai joasă deoarece aceasta permite energiei
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 75 microundelor să acționeze asupra produs ului la adâncime în jur de 20 cm, în timp ce la
frecvența de 2450 MHz adâncimea de penetrare maximă este numai de 10 cm ( Rosenberg &
Bögl, 1987a ).
Tabelul 6.2. Aplicațiile microundelor în industria alimentară
Procesul Produsele prelucrate Bibliografie
Decongelare și
temperare – carne, pește, păsări, unt, fructe Edgar, 1986; Gac, 1976; Giese, 1992;
Meisel, 1971, 1984; Rosenberg &
Bögl, 1987a; Schiffmann, 1992
Uscare
– uscare sub vid
– liofilizare – paste făinoase, ceapă, prăjituri
cu orez, gălbenuș de ou, produse
de tip snack, alge, cartofi prăjiți
“chips ”
– suc de portocale, cereale
– carne, legume, fructe Douglas, 1982; Garcia, 1988; Maurer,
1971; Meisel, 1984; Rosenberg &
Bögl, 1987a;
Archieri et al, 1971; Giese, 1992;
Schiffmann, 1992
Tulasidas, 19 93
Pasteurizare și
sterilizare – pâine, iaurt, lapte, smântână
– produse ambalate în pungi,
mâncăruri “gata preparate ” în tăvi,
produse ambalate în recipiente
ermetice
– condimente Decareau, 1986
Giese, 1992
Morris, 1991
Harlfinger, 1992
Rosenberg & Bögl, 1987b
Schiffmann, 1992
Schlegel, 1972
Dehne, 1991
Coacere – pâine, gogoși, prăjituri Baker et al., 1990
Decareau, 1986; Giese, 1992;
Rosenberg & Bögl, 1987a
Schiffmann, 1992
Stinson, 1986a, 1986b
Prelucrare
termi -că
industrială – costiță (bacon), cârna ți, cartofi,
sardine, pui Bakanovski și Zoller, 1984
Decareau, 1986; Edgar, 1986
Giese,1992; Schiffmann,1992
Opărire – porumb, cartofi, fructe Rosenberg și Bögl, 1987b
Prăjire – nuci, boabe de cacao, boabe de
cafea Decareau, 1986
Topire – untură, seu Decareau, 1986
Expandare – porumb de floricele Mohamed et al., 1993
Dezinsecție – cereale, făină Rosenberg și Bögl, 1987b; Zain și
Ooi, 1995
Cu cât produsul absoarbe mai multă energie, cu atât adâncimea de penetrare este mai mică;
aceasta înseamnă că o b ună parte a energiei aplicate este absorbită în primii câțiva centimetri.
Adâncimea de penetrare poate fi prezentată ca o funcție de temperatură, deoarece pierderea
dielectrică relativă a materialului crește cu temperatura.
Curba prezentată în fig. 6.2 pentru materialele care conțin mai mult de 50% apă este obținută
la 2450 MHz.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 76
Adâncimea
de penetrare, cm
40
30
20
10
– 40 – 30 – 20 – 10 0temperatura,°C
Câteva cercetări și -au propus să evite problemele legate de decongelarea cu microunde prin
răcirea suprafeței produsului în timpul tratamentului cu microunde (Anonymous, citat de
Rosenberg & Bögl, 1987a ). Pentru aceasta de -a lungul suprafeței produsului se tre ce aer rece
cu temperatura de -30°C sau un lichid criogenic, ca de exemplu azot lichid, freon R12 sau
substanțe similare. Cu astfel de instalații produsele de diferite mărimi și grosimi pot fi
încălzite omogen până la temperatură finală în jur de -4°C. Ace lași sistem poate fi de
asemenea utilizat pentru congelarea rapidă a picăturilor dacă iradierea cu microunde este
întreruptă.
Pentru a evita problemele care se petrec în apropierea punctului de topire a gheții, astăzi nu se
mai practică decongelarea comple tă ci doar temperarea produsului. Temperarea este definită
ca operația prin care produsele alimentare congelate sunt aduse de la temperatura lor de
depozitare în stare congelată la o temperatură mai mare, dar care rămâne sub punctul de
înghețare a apei.
Temperarea cu microunde, comparată cu tehnicile convenționale de decon -gelare are
numeroase avantaje, care includ: durate scurte de tratament, pierderi în greutate mici sau
inexistente, aceeași retenție a sucului și aceeași aciditate în carnea temperată ca în cea
proaspătă, nici o dezvoltare de bacterii, flexibilitate în procesul de producție, căci temperarea
poate fi inclusă ușor în întregul proces, spațiu necesar mai mic (aproximativ o zecime din cel
necesar în tehnicile convenționale) și reducerea volumul ui de muncă.
Temperatura finală de temperare, cuprinsă între -4°C și -2°C, este suficientă și în unele cazuri
avantajoasă pentru prelucrarea ulterioară. De exemplu carnea poate fi ușor tăiată, dezosată sau
injectată, dacă tratamentul ulterior o cere.
Prima instalație de temperare cu microunde s -a construit în 1970. Astăzi există câteva sute de
instalații în lume, majoritatea în SUA, dar și în Anglia, Olanda, Norvegia, Franța, Japonia,
Noua Zeelandă, Australia, Germania și Africa de Sud ( Decareau, 1986 ). Ace lași autor scoate
în evidență și alte avantaje ale temperării cu microunde și anume: uniformitatea distribuției
temperaturii în toată masa produsului la sfârșitul operației datorită pierderii dielectrice foarte
mici în materialele congelate, ceea ce permit e multiple treceri ale microundelor prin masa de
produs, precum și posibilitatea realizării temperării fără îndepărtarea produselor din ambalaj,
aceasta contribuind la simplificarea operațiilor de manipulare și reducerea necesităților de
igienizare.
Au fos t construite instalații de decongelare și temperare cu microunde cu funcționare
discontinuă și cu funcționare continuă. Astfel, firma Raytheon (SUA) a construit diferite Fig. 6.2.
Adâncimea de penetrare a energiei
microundelor funcție de temperatură
pentru carne slabă (după Meisel citat de
Rosenberg & Bögl 1987a ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 77 instalații de decongelare și temperare cu microunde care lucrează la frecvența de 915 MHz și
cu o putere modulară de 40 kW, care este transmisă atât în partea superioară cât și în cea
inferioară a cavității în care se găsește produsul de tratat. Marea majoritate a instalațiior de
temperare cu microunde cu funcționare continuă utilizează cav ități cu microunde deschise la
capete prevăzute cu tunele cu suprapresiune de blocare a microundelor la ambele capete
(Decareau, 1986 ).
În fig. 6.3 este prezentată schema unei instalații continue de temperare cu microunde. O
asemenea instalație poate temp era carne slabă (macră) de la -18oC la -2oC cu o productivitate
de 7000 kg/h, fiind deservită de unul sau doi oameni care încarcă sau descarcă produsul și
desfac cartoanele. Temperatura finală este contolată prin variația vitezei benzii transpotoare.
Tunel ul cu microunde poate fi adaptat fie pentru carnea ambalată în cutii, fie pentru carnea
neambalată. Există totuși un avantaj pentru prelucrarea cărnii în cutii, deoarece este mai
ușoară desfacerea cartoanelor după temperare, aceasta reducând munca de încăr care. Timpul
necesar pentru temperarea cu microunde este de ordinul a cinci minute, iar procesul poate fi
realizat într -o cameră refrigerată, existând astfel un risc foarte mic pentru dezvoltarea
bacteriilor ( Edgar, 1986 ).
1 2 3 4 5 6 5 7 8
9
Fig. 6.3. Instalație continuă de temperare cu microunde
1 – alimentare; 2 – bandă transportoare; 3 – produs supus temperării ambalat în cutii; 4 –
carcasa tunelului cu microunde; 5 – ghid de unde; 6 – magnetron; 7 – guri de vizitare; 8 –
sisteme de blocare a microundelor pentru a nu păr ăsi incinta cuptorului; 9 – descărcare produs
temperat cu microunde
În Franța, uzine ca Findus, Sabim -Casino, Sicacana, Gourault, Buitoni, utilizează pentru
temperare cuptoare tunel Gigatron ( Gac, 1976; Meisel, 1971, 1974 și 1984 ). De exemplu
tunelul Giga tron 20 cu o secțiune a tunelului de 420 x200mm și o lungime de 8200 mm,
lucrează la 2450 MHz, având o putere instalată de 20 kW. El este prevăzul cu două module de
câte 10 kW fiecare și are o capacitate de 1200 –1400 kg/h jamboane congelate a căror greutate
medie este de 7 –10 kg, în care este inclus și osul. Temperatura de intrare variază între -30°C
și -20°C, iar temperatura la ieșire variază de la 0°C la suprafață până la maximum -4°C în
cutie.
Tot în Franța, International Microwave Industries prezintă o instalație continuă de temperare
cu microunde la care energia este introdusă de -a lungul cavității numai pe la partea
superioară, de la surse de putere magnetron multiple de 3 kW și/sau 6 kW. Sistemele sunt
utilizabile în multipli de 30 kW, adică 30, 60 și 90 kW. Din cauza penetrației mai slabe a
energiei microundelor la 2450 MHz decât la 915 MHz, există tendința supraîncălzirii la
suprafață. Aceasta poate fi prevenită prin recirculare de aer răcit deasupra produsului în
timpul procesării. Din cauza dimensi unilor mici ale capetelor conveerului (460 200 mm).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 78 majoritatea produselor trebuie scoase din ambalaj pentru a fi prelucrate (Decareau, 1986;
Giese, 1992).
Procedeul a fost extins și pentru temperarea păsărilor, peștelui, fructelor și a untului congelat
(Schiffmann, 1992). Cuptorul tunel Gigatron 20, descris anterior, este folosit în Franța și
pentru decongelarea blocurilor de pește de la temperatura de -30°C la -10°C, cu productivitate
de 2000 kg/h. Blocurile de pește sunt de mărime standard: 11,2 kg cu di mensiuni de
400×450×65mm, iar temperatura finală se stabilește astfel încât tăierea ulterioară cu
fierăstrăul să se facă în condiții optime, fără bavuri.
6.3.2. Uscarea și liofilizarea cu microunde
Rosenberg & Bögl (1987a ) au prezentat într -o sinteză doc umentară mai multe exemple de
uscare cu microunde a produselor alimentare, arătând însă că nu toate sunt performante la
scară industrială. Astfel cele mai importante aplicații sunt:
– producerea de paste făinoase, pudră de fructe și fructe uscate, concentrat e și extracte din
vegetale, pudre instant (pudre de ceai, cafea și coloranți), produse de carne, produse din
cereale (orez, porumb, grâu, orz), amidon, etc;
– uscarea finală a cartofilor prăjiți “chips ”,
– uscarea a diferite materiale ce conțin grăsimi animal e și vegetale;
– prăjirea semințelor ce conțin grăsimi, ca de exemplu: soia, rapiță, cafea, floarea -soarelui,
dovleac și alune;
– uscarea drojdiei, ciupercilor, proteinelor din pește, pastei din gălbenuș de ou, plantelor
medicinale;
– producerea de microproteine ;
– liofilizarea peștelui, cărnii, cafelei, fructelor și produselor vegetale.
Majoritatea sistemelor de uscare cu microunde lucrează la 2450 MHz și combină încălzirea cu
microunde cu cea convențională. Încălzirea poate avea loc separat sau simultan. Calitate a
produselor finite s -a dovedit a fi la fel de bună cu a celor obținute prin procedeele de uscare
tradiționale corespunzătoare. Pastele făinoase prezintă chiar o culoare mai intensă după
tratamentul cu microunde. Temperaturile de uscare sunt mai ridicate d ecât cele uzuale. În
plus, uscarea combinată cu microunde și aer cald face posibil ca durata de gătire să fie redusă
la jumătate față de cea necesară în cazul procedeelor convenționale.
Uscarea fructelor și a produselor vegetale prezintă de asemenea rezult ate pozitive în ceea ce
privește calitatea finală. De exemplu, uscarea în strat de spumă cu microunde a pastei de
tomate, concentratelor de suc de portocale și piureului de ceapă dă rezultate similare cu cele
convenționale – pierderea calității, evaluată p e baza schimbării culorii este relativ neînsemnată
în ansamblu. Pudra de fructe produsă din suc de fructe concentrat prin uscare cu microunde
nu a prezentat schimbare de culoare față de cea produsă prin uscare sub vid sau uscare sub vid
în strat de spumă. Conținutul de zahăr și acizi organici rămâne neschimbat. Pierderea de
vitamina C și arome a fost foarte scăzută în comparație cu tehnicile convenționale, exceptând
liofilizarea clasică ale cărei rezultate sunt comparabile.
Pudra instant a fost produsă din suc sau pulpă din diferite fructe, ca de exemplu: căpșuni,
zmeură, stafide, roșii, portocale, mandarine și grapefruit, utilizând uscarea cu microunde sub
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 79 vid. Produsele uscate au avut calitate satisfăcătoare. Această tehnică este de asemenea
potrivită pent ru a produce produse instant din ceai, cafea, coloranți și lapte. În uscarea
diferitelor substanțe grase, rezultatele cele mai bune au fost obținute prin combinarea
încălzirii cu microunde cu un tratament superficial cu aer rece. Prăjirea boabelor de cacao a
dat rezultate satisfăcătoare în ceea ce privește atât menținerea calității cât și decojirea
boabelor. Producția obținută prin tehnicile cu microunde pare să fie într -o oarecare măsură
mai mare decât cea obținută prin tehnicile convenționale. Ciupercile uscate cu microunde au
fost superioare calitativ celor uscate convențional în privința aromei și conținutului de apă
îndepărtate.
În legătură cu liofilizarea cu microunde, Rosenberg & Bögl (1987a ) arată că modificările
calitative față de produsele proaspet e sunt identice cu cele observate la liofilizarea
convențională, dar au apărut o serie de probleme tehnice în experimentările efectuate:
– Descărcările prin efectul corona se produc deja la nivele ale puterii mai scăzute și la un vid
de 0,2 –0,4 mmHg. Descărc ările în arc în vapori de apă la presiuni de 0,025 – 0,1 mmHg au
fost observate cu o intensitate a câmpului electric de 400 V/cm. În plus, voltajul critic este
dependent de frecvență și anume este de 70 V/cm pentru 1 mmHg la 915 MHz, dar
depășește 150 V/cm la 2450 MHz.
– Problema majoră a fost topirea miezului congelat și/sau supraîncălzirea parțială a stratului
uscat. Miezul de gheață începe să se topească la aplicarea energiei microundelor mai
repede decât pot vaporii de apă să fie eliminați prin sublimare difuzivă. Presiunea internă
depășește punctul triplu și gheața se topește. Ca rezultat microundele sunt absorbite în
special de apă, ceea ce produce supraîncălzire locală ridicată.
– Frecvent s -a observat încălzire neuniformă, dar ea poate fi evitată prin di ferite soluții
tehnice.
– Inițial s -a crezut că liofilizarea cu microunde este neeconomică.
Totuși calculul costurilor a condus la concluzia că liofilizarea cu microunde determină costuri
mai mici decât liofilizarea convențională din cauza creșterii prețuri lor combustibililor utilizați
în metodele convenționale, a eficienței îmbunătățite și a timpului de funcționare mai lung a
magnetronului, a economiei de timp și a calității îmbunătățite a producției. Economia de timp
este un avantaj important la uscarea cu microunde. De exemplu, în cazul uscării în strat de
spumă, care este utilizată pentru anumite produse chiar la uscarea convențională, procesul de
spumare a produsului împiedică conducția eficientă a căldurii, ceea ce face ca încălzirea cu
microunde să fie o binefacere. Același lucru se întâmplă și la liofilizarea cu microunde, unde
timpul economisit este de 60 –75%. Cu toate acestea, timpul de uscare nu poate fi redus
arbitrar, deoarece apare riscul degradării prin supraîncălzire. De aceea adesea se recurge la
combinarea încălzirii cu microunde cu încălzirea convențională.
Un alt avantaj al uscării cu microunde este economia de spațiu: utilajele au în general
dimensiuni mai mici decât cele utilizate la uscarea convențională.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 80 6.3.3 Pasteurizarea și ste rilizarea cu microunde
Reducerea populației microbiene cu ajutorul microundelor, adică pasteurizarea și sterilizarea,
a fost studiată într -un număr mare de experimentări asupra mai multor tipuri de produse
alimentare, care includ: carne și produse de carn e, păsări, ouă și produse din ouă, pește, fructe
și produse vegetale, ca de exemplu: fructe conservate, suc de fructe, gem, lapte de soia,
melasă din sfeclă de zahăr, concentrate proteice din mazăre, mâncăruri gata preparate, lapte și
produse din lapte, bu dinci,cereale, pâine, prăjituri, paste făinoase, amidon, băuturi, sfeclă,
semințe de muștar și condimente (Rosenberg și Bögl, 1987b). Studiile au examinat efectul
temperaturii asupra diferitelor suspensii de bacterii în apă, sau soluții alcoolice, pe discu ri de
carton, ape reziduale sau sol. Rezultatele sunt de asemenea valabile pentru distrugerea
aflatoxinelor din alune prin intermediul energiei microundelor ca și pentru distrugerea
trichinei ( Trichinella spiralis ) în carnea tratată cu microunde.
Unii auto ri și-au limitat studiile la cuptoare cu microunde casnice, care lucrează la frecvențe
în domeniul de la 800 la 2450 MHz și puteri de intrare cuprinse între 1 și 5 kW. Alte
publicații descriu efectul tratamentului cu microunde în utilaje continue, o parte din ele având
utilizare industrială. Frecvențele utilizate nu au depășit 2450 MHz. Câteva fabrici au lucrat în
domeniul de frecvență ridicată sau combinând două nivele de frecvență, ca de exemplu
tehnica Bach, cu frecvență multiplă, utilizată pentru mărire a timpului de depozitare, care
utilizează un câmp electromagnetic alternativ dispus orizontal cu o frecvență scăzută (în jur de
10–30 MHz) pentru încălzirea masei de produs într -o cuvă și un câmp orientat vertical cu
2450 MHz, pentru încălzirea stratului superior de produs. În unele cazuri încălzirea cu
microunde este combinată cu iradierea cu infraroșii. Utilajele proiectate pentru utilizare
industrială lucrează în general cu o putere de intrare relativ ridicată, de 25 kW și mai mult.
Principiul de bază p entru pasteurizarea și sterilizarea cu microunde pe scară industrială este
trecerea produselor, ambalate sau nu (ca în cazul lichidelor), printr -un câmp cu microunde pe
o bandă transportoare sau într -un ghid de unde. Aceste tehnici permit ca debitul de mat erial
trecut prin instalație, timpul și puterea să poată fi controlate.
Decareau (1986) arată că studiile privind pasteurizarea cu microunde au început de aproape
50 de ani. Astfel Cathcart în 1946 a demonstrat posibilitatea încălzirii cu unde cu frecvență
radio cu 13 –27 MHz la producerea pâinii fără spori de mucegai. Bartholomew în 1948 a
utilizat încălzirea cu unde cu frecvență radio cu 26 MHz pentru distrugerea sporilor de
mucegai inoculați pe pâinea neagră de Boston, iar Olsen în 1965 a relatat despre î ncercările de
tratare cu microunde cu frecvența de 2450 MHz a chiflelor, pentru distrugerea sporilor de
mucegai și pentru prelungirea timpului de depozitare a produsului, fără a fi nevoie de
substanțe chimice de conservare. În 1967, Evans și Taylor au prez entat un sistem de
pasteurizare cu microunde a prăjiturilor ambalate, pentru a le mări durata de stabilitate cu 10
zile până la 3 săptămâni. Costul de prelucrare a fost compensat de economiile realizate la
distribuire. Abia în 1974, Bengtsson și Ohlsson au anunțat prima utilizare pe scară largă a
energiei microundelor pentru pasteurizarea pâinii felii ambalată într -o unitate din Suedia.
Instalații de pasteurizare a pâinii au mai apărut în Germania, Elveția și Danemarca. Una din
aceste instalații, construită de Scanpro AB, Broma, Suedia (acum Calorex AB), utilizată
pentru pasteurizarea pâinii într -o fabrică din Elveția, prelucrează 2000 kg/h de la 20°C la
80°C, cu un timp de expunere de 1 –2 minute pentru distrugerea sporilor de mucegai din pâine
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 81 și creșterea duratei de conservabilitate la 2 –3 luni, având o putere de 80 kW și o frecvență de
2450 MHz. Cele mai recente instalații din Danemarca și Germania au fost construite de firma
japoneză Oshikiro.
• Instalații pentru pasteurizarea laptelui și a produselor lact ate
Studii privind pasteurizarea laptelui și a produselor lactate au fost întreprinse de numeroși
cercetători. Unilever Research Laboratiries a conceput o instalație de pasteurizare a laptelui
prevăzută cu cameră presurizată cu microunde cu puterea de 5 kW , la 2450 MHz pentru
încălzirea laptelui în flux descendent la temperatura de 200oC (Sale, 1976 ). Merlin &
Rosenthal (1984 ) au arătat că încălzirea cu microunde discontinuă (30 minute la 65°C) poate
fi mai eficientă decât încălzirea convențională, având ca rezultat o reducere mai mare a
numărului de microorganisme decât tratamentul convențional echivalent temperatură -timp.
Există și o instalație industrială pentru pasteurizare a iaurtului în Karlsruhe, Germania ( Bach ,
citat de Decareau, 1986 ). În acest proc edeu, denumit Bach, a fost utilizată o putere de 40 kW
la 27,12 MHz și una de 8 kW la 2450 MHz pentru încălzirea la 60°C a recipientelor
individuale cu iaurt prin transportarea recipientelor printr -o baie cu apă cu temperatura de
60oC. Prin încălzirea cu r adiații cu frecvență mai coborâtă se vizează ridicarea temperaturii
conținutului de la partea inferioară a recipientului cu iaurt în timp de 5 –10 minute la
temperatura de procesare. Porțiunea de produs de deasupra este încălzită diferențiat cu
microunde cu frecvența de 2450 MHz. Un detector cu infraroșii controlează temperatura
produsului și reglează aportul energetic. Principalul avantaj al procedeului constă în
extinderea duratei de stabilitate a produsului. Există de asemenea o instalație concepută pentr u
încălzirea UHT a laptelui ( Sale, citat de Rosenberg, 1897b ). În acest procedeu laptele este
încălzit la temperatura de 190 –200oC în atmosferă de azot timp de 0,1 secunde.
Kudra et al. (1991) au studiat caracteristicile de încălzire ale constituenților la ptelui la
pasteurizarea cu microunde utilizând instalația prezentată în fig. 8.14.
Pentru realizarea instalației s -a utilizat un cuptor cu microunde casnic Eaton -Imperial cu
putere de 700 W și frecvență de 2450 M Hz. Acesta a fost modificat pentru procesare continuă
prin introducerea unei serpentine în cavitatea cu microunde. Serpentina are d i = 10 mm,
de = 12,5 mm și lungimea l = 2,1 m, cu un volum interior de 165 ml. Pentru a susține
serpentina s -a utilizat o ramă de polietilenă. Capetele conductei care t rec prin peretele
cuptorului sunt prevăzute cu garnituri de etanșare armate cu plasă de sârmă pentru a preveni
scurgerea microundelor. Temperatura la intrare și ieșire a fost măsurată continuu folosind
termocuple Cr -Ni tip 30 AWG (Omega Engineering Co., St anford, CT), localizate la exterior
chiar lângă garniturile de etanșare.
Agitatorul liber rotativ originar a fost înlocuit cu un agitator acționat de un motor de curent
continuu pentru a obține o distribuție mai uniformă în interiorul cavității cuptorului.
Laptele sau soluțiile componentelor laptelui s -au păstrat la 4°C înainte de prelucrare pentru a
simula laptele rece. Alimentarea cu lichid s -a realizat cu o pompă dozatoare cu viteză
variabilă (Watson Marlow). Conductele din exteriorul cuptorului au fost bine izolate termic
pentru a preveni încălzirea lichidului. Durata stabilizării, adică până ce temperaturile la intrare
și la ieșire rămân constante, a fost de 5 –8 min.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 82
1231211109 8
4567
Fig. 6.4. Schema unei instalații experimentale de pasteurizare cu microunde a lapte lui în flux
continuu : 1 – rezervor depozitare la rece; 2 – alimentare cu lapte; 3 – pompă dozatoare pentru
alimentare; 4 – serpentină; 5 – cavitate cu microunde; 6 – agitator; 7 – magnetron; 8 – ghid de
unde; 9 – controlor al motorului; 10 – înregistrator de temperatură; 11 – debitmetru;
12 – evacuare lapte pasteurizat.
Instalația prezentată poate fi utilizată pentru încălzirea rapidă a apei, laptelui și smântânii la
orice temperatură dorită sub 100°C controlată prin debit. Laptele se încălzește mult mai
repede decât apa datorită proteinelor, care absorb mai bine microundele. Efectul grăsimii este
nesemnificativ. Pentru pasteurizarea laptelui sau smântânii este necesar să se mențină un timp
corespunzător în serpentină prin reglarea debitului. Se recomandă s ă nu se lucreze la puteri
mai mici de 100% datorită oscilațiilor mari ale temperaturii care fac imposibilă menținerea
unei anumite valori a temperaturii.
Perfecționarea tehnicilor de pasteurizare a laptelui și a produselor lactate cu ajutorul
microundelor a stat în atenția mai multor cercetători, care au urmărit stabilirea unui regim
optim temperatură -timp ( Bögl & Rosenberg, 1991 ; Deniel, 1991 ; Eberhard, 1990 ; Segal,
1991 ).
• Instalații pentru pasteurizarea sucurilor de fructe
Hikdel et al. (1993 ) au studiat pasteurizarea sucului de citrice într -o instalație de laborator
formată dintr -un cuptor cu microunde casnic, modificat pentru a fi folosit drept pasteurizator
cu flux continuu prin atașarea unei serpentine din teflon și a unei pompe de circulație. S -au
urmărit caracteristicile de încălzire ale sucului de portocale și efectul pasteurizării cu
microunde asupra calității sucului și s -a arătat că s -a obținut o inactivare completă a
bacteriilor și a pectinmetilesterazei, iar sucul și -a păstrat aroma naturală, c eea ce nu se
întâmplă la pasteurizarea convențională.
În 1986 Mudgett a utilizat o instalație experimentală cu microunde în flux continuu pentru a
studia influența proprietăților termice și dielectrice ale produsului asupra tratamentului. De
asemenea a urm ărit obținerea unui model matematic al procesării continue care să permită
predicția temperaturii fluidelor și letalitatea micoorganismelor conținute, pe baza
proprietăților dielectrice ale fluidelor și a rezistențelor termice ale microorganismelor
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 83 patogen e sau de alterare, ca o funcție de poziția axială într -un schimbător de căldură electric.
Fluidul utilizat a fost sucul de mere filtrat, sterilizat și însămânțat cu o specie de Escherichia
coli. Schema instalației utilizate de Mudgett este prezentată în fi g. 6.5.
TT T1
2
3
4
5
6 7 8 9 10 11 12
Fig. 6.5. Instalație experimentală cu microunde pentru pasteurizarea sucului de mere în flux
continuu : 1 – rezervor; 2 – indicator de nivel; 3 – lichid (suc de mere); 4 – magnet; 5 – agitator;
6 – pompă 7 – debimetru; 8 – amestecător static; 9 – cuptor cu microunde modificat;
10 – zonă de menținere izolată termic; 11 – vas colector; 12 – baie de gheață cu eprubete cu
eșantioane; T – termometru.
S-a utilizat un cuptor cu microunde casnic cu P = 750 W, =2450 MHz modificat prin
introducerea unei serpentine din teflon în cavitatea cu microunde. Sucul de mere (3) este
preluat de pompa (6) din rezervorul (1) prevăzut cu indicator de nivel și agitator (4), trecut
prin amestecătorul static (8) apoi prin serpentina din teflon aflată în cavitatea cuptoru lui cu
microunde modificat (9). Debitul de fluid procesat este indicat de debitmetrul (7) montat pe
traseul de circulație a sucului de mere. Pe conducta prin care circulă sucul sunt montate două
termometre pentru determinarea temperaturii sucului înainte ș i după tratarea cu microunde.
După ce părăsește cavitatea cu microunde, sucul de mere cu temperatura maximă atinsă în
cuptor intră în zona de menținere care este izolată termic și circulă printr -o serpentină. Sucul
tratat este colectat în eșantioane care s unt imersate imediat într -o baie cu gheață pentru a opri
inactivarea termică în vederea măsurării rezistenței termice și a letalității microorganismelor.
• Instalații pentru pasteurizarea produselor “ready -to-eat” și “ready -to-heat”
Schiffmann (1992 ), făcân d o analiză a tratamentului cu microunde a produselor alimentare în
SUA, arată că în timp ce în Europa pasteurizarea cu microunde este folosită pentru mâncăruri
gata preparate, paste făinoase, pâine și alte produse, în SUA există interes doar pentru
pasteu rizarea pastelor făinoase. De exemplu, în prelucrarea pastelor proaspete produsul este
ambalat în tăvi de plastic sub atmosferă modificată și apoi etanșate. Tăvile trec printr -un tunel
cu microunde unde temperatura este de 80°C. Durata încălzirii este de 3 –5 minute, cu un timp
de menținere la 80°C de 7 minute.
Un procedeu asemănător este folosit în Italia pentru pasteurizarea pastelor proaspete de tip
tortellini. Pasteurizatorul cu microunde sistem Omac este de tip tunel, cu funcționare
continuă, prevăzut c u o cameră de expunere la microunde cu lungimea de 6 m și lățimea de
2,5 m (fig. 8.15). Tunelul este dotat cu 18 grupe de generatoare cu microunde cu puterea de
1,7 kW fiecare ( Miglioli, 1987 ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 84
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Fig. 6.6. Instalație de pasteurizare a pastelor de tip tor tellini (după Miglioli et al., 1987 ) 1-
alimentare cu produs; 2 – sistem de acționare; 3 – bandă transportoare din teflon; 4,8 –
magnetroane amplasate deasupra și dedesubtul benzii cu produs; 5 – grup de răcire a
magnetroanelor; 6 – alimentare magnetroane; 7 – guri de vizitare; 9 – panou de comandă și
control; 10 – sistem de încălzire și recirculare a aerului
• Instalații de sterilizare cu microunde
Cercetările privind sterilizarea cu microunde au fost începute cu mai bine de 25 de ani în
urmă. Decareau (198 6) arată că începând cu studiile lui Kenyon și colab. din 1970 pentru
produse alimentare ambalate în pungi de plastic și prelucrate cu microunde într -un spațiu
presurizat, s -a demonstrat superioritatea calității produselor sterilizate cu microunde față de a
celor sterilizate prin metode convenționale. Simultan, a început cercetări asupra aceluiași
procedeu și Alfa Laval AB, Suedia, care a fuzionat cu Akenland și Ransing în 1983, formând
Alfa Star, aceasta din urmă propunându -și să continue dezvoltarea proce deului și să -l
transforme în realitate comercială.
Rosenberg și Bögl (1987, b) au arătat că pentru carne și produse solide cele mai recomandate
sunt procedeele de sterilizare sub presiune pentru a preveni crăparea pungilor. Dar tot ei au
arătat că mai exis tă și alte procedee. De exemplu cercetările unei co mpanii suedeze se referă
la sterilizarea la 1000 MHz a feliilor de carne ambalate sub vid și înconjurate de un agent
fluid de răcire cu o constantă dielectrică doar jumătate din cea a produsului. Temperatura
inițială a fluidului este astfel aleasă ca tempe ratura atinsă după încălzirea cu microunde să fie
aproximativ temperatura cerută pentru sterilizarea produsului.
Dar primul sistem de sterilizare industrială cu microunde din lume a fost pus în aplicare în
1990, când compania P&T Foods M.V., Belgia, a intr odus o tehnologie care pare să
revoluționeze stabilitatea la depozitare a produselor (Morris, 1991). Instalația produce
mâncăruri “Top Cuisine ” pe bază de paste făinoase, fabricate pe o linie continuă flexibilă care
încorporează o instalație pentru produce rea pastelor “Toresani ”, o instalație pentru umplere și
închidere “Lieder ” și un sistem presurizat de sterilizare cu microunde “Omac Micronix ”.
Linia combină ambalarea în atmosferă modificată în ambalaje cu barieră din plastic, cu
sterilizarea cu microunde pentru a obține o stabilitate la depozitare fără refrigerare între 9 și
12 luni, în funcție de produs. Principalul avantaj al sterilizării cu microunde față de
autoclavare este tratamentul termic HTST (temperatură înaltă – timp scurt) pentru a conserva
gustul, textura și alte proprietăți organoleptice ale produsului. Ambalajele preformate sunt
dintr -o structură coextrudată din 7 straturi, iar pentru închidere se folosește un material din 5
straturi.
Harlfinger (1992) descrie un sistem de sterilizare cu mi crounde (Omac TW Kutter) care
realizează șase funcții: comprimare, încălzire, echilibrare, menținere, răcire și decomprimare
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 85 și este împărțit pe lungime la mijloc, astfel încât în jumătatea superioară are loc încălzirea, iar
în cea inferioară răcirea (fig. 6.7).
1 2 3
6 5 4
Fig. 6.7. Schema instalației continue de sterilizare cu microunde.
1 – zonă de compensare; 2 – zonă de încălzire; 3 – zonă de echilibrare a temperaturii; 4 – zonă
de menținere; 5 – zonă de răcire; 6 – zonă de decomprimare.
Rastelul cu produsele ambalate este introdus în camera de compensare unde se aplică o
suprapresiune de 2,5 bar. Aceasta funcționează pe principiul ecluzei pneumatice. Zona de
încălzire folosește magnetroane de 1,9 kW cu o frecvență de 2450 MHz. Ele înconjoară
sistemul de trans port al ambalajelor cu produs astfel că acestea primesc energia microundelor
din partea superioară și din partea inferioară.
Fiecare magnetron are o putere variabilă și este controlat individual. Încălzirea se produce
rapid. Zona este prevăzută de asemene a cu aer cald pentru a ajuta transferul de căldură prin
convecție. Zona de echilibrare a temperaturii este foarte simplă: după atingerea temperaturii
dorite sunt necesare câteva minute pentru a egala orice variație a temperaturii în produs.
Aceasta se real izează cu aer cald.
Produsul este introdus apoi în zona de menținere la temperatura de sterilizare cu ajutorul unui
elevator, unde temperatura este de circa 127°C. Timpul de menținere este funcție de tipul de
produs și valoarea F o dorită. În următoarea zon ă se efectuează răcirea cu aer rece, durata de
răcire fiind egală cu durata de încălzire și echilibrare, întrucât produsul parcurge înapoi
aceeași distanță. Temperatura finală a produsului diferă funcție de timp, produs și ambalaj,
fiind de 49 –65°C, ceea c e înseamnă că poate fi readus în atmosferă fără pericol de deteriorare
a ambalajului. După răcire, produsul trece prin camera de decomprimare, care lucrează
sincronizat cu cea de comprimare. Descărcarea ambalajelor cu produs din rastel se face
automat, dup ă care sunt trimise la ambalarea în cutii de carton.
În fig. 6.8 sunt prezentate componentele principale ale sistemului de pasteurizare și sterilizare
cu microunde: generatorul de microunde (magnetron), sistemul de ghidare a microundelor și
camera de trata ment ( Schlegel, 1992 ).
Magnetroanele, fiecare de 1,2 kW, sunt instalate alternativ, exact deasupra și dedesubtul
benzii transportoare, focalizând foarte precis energia, ceea ce permite un tratament individual
pentru compartimentele separate ale tăvii trico mpartimentate (de exemplu, compartimentul cu
carne poate primi mai multă energie decât cel cu tăiței, iar cel cu vegetale mai puțină).
Instalația este modulară, fiecare modul conținând normal 6 –24 magnetroane, utilizarea puterii
fiind posibilă în proporție de 10 până la 100% pentru orice durată. Deschiderile pentru
încărcare și descărcare sunt protejate prin captatoare de microunde și secțiuni absorbante.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 86
1 2 3 4 5
1 2
Câmpul electromagnetic este concentrat la muchiile, colțurile și vârfurile tăvii (fig. 6.9) și
această așa numită operație “bloc” produce supraîncălzirea la colț urile tăvii cu produs (fig.
6.10).
Productivitatea medie a liniilor de pasteurizare/sterilizare cu microunde este de 3000 –5000
tăvi/h. La un procedeu de pasteurizare convențional sunt necesare 30 –40 minute pentru
atingerea temperaturii de pasteurizare, în comparație cu numai 3 –5 minute la sistemul cu
microunde. Acest timp scurt de încălzire menține culoarea și aroma produsului aproape
neschimbate.
Rezultatele benefice ale tehnologiei de pasteurizare și sterilizare cu m icrounde includ deci:
îmbunătățirea calității produselor, mărirea duratei de conservabilitate, menținerea unei
aparențe naturale, a aromei, cost mai mic de distribuție datorită duratei de conservabilitate mai
mari, economie de energie, costuri de întreține re mai mici (datorită vieții lungi a
magnetronului, de circa 3 ani), personal minim (un singur operator) și tehnologie care nu
poluează mediul înconjurător.
Cercetările în domeniul sterilizării cu microunde au fost extinse și asupra altor produse. Astfel
Dehne et al. (1991) au studiat sterilizarea condimentelor cu microunde și frecvențe înalte. Fig. 6.8
Componentele principale ale sistemului de
pasteurizare/sterilizare cu microunde.
1 – ghid de unde
2 – magnetron
3 – tavă cu produs
4 – bandă transportoare
5 – cameră de tratament
Fig. 6.9
Concentrarea câmpului electromagnetic la muchii,
colțuri și vârfuri
1 – ghid de unde
2 – câmp cu densitate ridicată temperatură ridicată
3 – tavă cu produs
4 – efect muchie și colțuri
Fig. 6.10.
Operarea “bloc” produce
supraîncălzire la colțurile tăvii
cu produs
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 87 Sterilizarea condimentelor se impune datorită condițiilor igienice necorespunzătoare din cele
mai multe țări subtropicale în care se produc condimentele naturale și care prezintă uneori un
număr de germeni de 108/g. Condimentele sunt considerate sterile atunci când numărul de
germeni nu depășește 104/g. În cazul condimentelor sensibile procedeele de sterilizare
convenționale le înrăutățesc calitatea prin pierderi impo rtante de uleiuri eterice sau modificări
de gust și aspect. Experimentele s -au efectuat pentru scorțișoară măcinată, piper măcinat și
piper întreg, folosind un cuptor cu microunde casnic (700 W, 2450 MHz), o instalație
continuă cu microunde (6 kW, 2450 MHz , productivitate 17 kg/h) și o instalație cu microunde
închisă, concepută de Institutul pentru Tehnologii Alimentare, Biooperații și Aparate din
Bremen (3×1,2 kW, 2459 MHz). Procedeul s -a dovedit deosebit de eficient pentru inactivarea
mucegaiurilor, dar p entru condimentele cu un număr mare de germeni inițiali, de până la
108/g el nu asigură o rată de distrugere suficientă a microorganismelor.
6.3.4. Coacerea cu microunde
Există un mare interes în ceea ce privește utilizarea microundelor pentru producerea de pâine,
pizza, prăjituri și produse de panificație.
Decareau (1986 ) arată că Flour Milling and Baking Research Association Laboratories din
Chorleywod, Anglia, a depus o muncă considerabilă în legătură cu procesul de coacere a
pâinii cu microunde. Au fo st coapte cu succes aluaturi obținute din făină de grâu cu conținut
redus de proteine, comună în Marea Britanie. Coacerea s -a realizat într -un cuptor cu
temperatură ridicată (320 °C) folosind simultan energia microundelor cu frecvența de 896
MHz. În mod nor mal, aluaturile obținute din astfel de făină sunt prea permeabile la gaze
pentru a servi la obținerea unei pâini cu volum adecvat. Conținutul ridicat de -amilază al
acestor tipuri de făină conduce la o degradare avansată a amidonului în condiții normale d e
coacere; aceasta are ca rezultat pierderea capacității de menținere a apei, producție scăzută de
pâine și produse lipicioase. Pentru a face față acestei probleme Anglia trebuie să importe
cantități mari de grâu canadian tare, pe care îl amestecă cu grâu indigen pentru a produce
pâine de calitate. Coacerea rapidă cu microunde inactivează -amilaza înainte ca aceasta să
poată realiza o descompunere prea avansată a amidonului. Cercetarea a fost discontinuă și
întreruptă din cauză că nu s -a putut găsi o tavă nemetalică corespunzătoare, dintr -un material
acceptabil pentru contactul cu produsul, care să poată suporta temperaturile ridicate din
cuptor.
Lorenz et al. (1973 ), au luat în considerare producerea de pâine din făină integrală, din secară
și din făină cu conținut ridicat de proteine. Menținând timpul de fermentare uzual, timpul de
coacere pentru aluatul dospit cu drojdii s -a redus prin utilizarea procedeului cu microunde.
Pentru aluaturile cu adaos de agenți chimici de îmbunătățire a fost utilizată o pudr ă de dospit
diferită de cea folosită comercial. O comparație între coacerea convențională și cea cu
microunde pentru pâinea din secară, pâinea din grâu și pâinea neagră preparată după aceeași
rețetă a arătat superioritatea coacerii convenționale. Totuși, î n cazul pâinii de secară
diferențele au fost relativ nesemnificative. Lipsa formării crustei și diferențele de culoare au
fost de asemenea observate la produsele din făină de cereale integrală, iar pâinea coaptă cu
microunde a avut tendința să fie tare și cu consistență gumoasă. Gustul a fost mai puțin
caracteristic decât al pâinii preparate convențional deoarece produselor obținute la microunde
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 88 le lipsește atât caramelizarea, proces important în formarea culorii cojii, cât și dezvoltarea
componentelor de a romă. Coacerea în tăvi metalice a avut ca rezultat o încălzire neuniformă a
aluaturilor nefermentate din cauza reflectării microundelor la suprafața metalului.
Principala problemă în coacerea cu microunde este lipsa atât a formării crustei, cât și a
îmbrun ării suprafeței ( Rosenberg & Bögl, 1987a ). De aceea a devenit mult mai tentantă o
combinație microunde -coacere convențională, care ulterior s -a dovedit a fi realizabilă.
Activitatea curentă și apariția patentelor despre coacerea în tăvi metalice demonstrea ză un
interes comercial serios pentru această problemă. Reducerea timpului de coacere poate avea
un efect favorabil asupra necesarului de spațiu. În combinație cu metodele de încălzire
convenționale, acest proces necesită o energie a microundelor scăzută ș i conduce la o
reducere a timpului de coacere cu 50%.
Un tratament adițional cu microunde a fost utilizat pentru produsele de panificație pentru a
obține o distribuție uniformă a umidității. De asemenea a fost investigată retratarea pâinii
vechi și s -a găs it că pentru reîmprospătarea ei sunt suficiente doar 2 –4 minute de recoacere
într-un cuptor cu microunde (2450 MHz, 600 W); franzelele au fost apoi ambalate în folie
pentru a evita pierderea umidității.
Dospirea și prăjirea gogoșilor sunt două procese care au fost realizate la sfârșitul anilor '60 și
începutul anilor '70 și s -au bucurat de mare succes (Schiffmann, 1992). În acea vreme existau
în SUA mai mult de 20 de dospitoare și 5 prăjitoare în funcțiune, realizate de compania
alimentară DCA Food Industri es cu ajutorul companiei constructoare Varian Associates. Prin
aplicarea microundelor s -a realizat îmbunătățirea producției, economii de grăsime, viteză
sporită, economie de forță de muncă, igienă, durată de conservabilitate mărită și calitate
superioară. În urma mai multor ani de cercetare DCA a pus la punct o tehnologie a dospirii
total nouă, pentru a se acomoda cerințelor procedeului cu microunde. Autorul descrie o
aplicație a energiei microundelor la dospirea și prăjirea gogoșilor făcute cu drojdie și l a
prăjirea gogoșilor afânate chimic. Procesul de umflare a gogoșilor cu microunde reduce
timpul total la o medie de 4 minute în comparație cu cel convențional de 25 –35 minute.
Procedeul cu microunde elimină miezul necopt găsit la gogoșile prăjite convențio nal.
S-au făcu numeroase propuneri pentru îmbunătățirea calității produselor coapte cu microunde.
Utilizarea unor amestecuri speciale, ca de exemplu zahăr și dihidroxiacetonă (Tanabe Seiyaky
Co.Ltd) pentru acoperirea suprafeței produsului pot conduce la îm bunătățirea gustului și la
îmbrunare datorită dezvoltării unor compuși de aromă și de prăjire ( Rosenberg & Bögl,
1987a ).
Cercetări interesante s -au întreprins și pentru coacerea prăjiturilor -strat. Stinson (1986a ) a
comparat calitatea prăjiturilor “Devil's Food ” și “Yellow Cakes ” coapte în cuptor cu
microunde și convecție cu a celor coapte într -un cuptor convențional. Prăjiturile au fost coapte
în tăvi de aluminiu lucios cu diametrul de 20,3 cm în următoarele condiții: în cuptorul
convențional durata de coa cere a fost de 25 –30 minute la temperatura de 177°C, iar în
cuptorul cu microunde și convecție durata de coacere a fost de 13 –14 minute la temperatura
de163°C utilizând 10% din puterea totală a instalației. Rezultatele obținute au arătat că în
cuptorul cu microunde și convecție se obțin prăjituri cu o calitate îmbunătățită într -un timp de
prelucrare mai scurt. Același autor ( 1986b ) a studiat calitatea prăjiturilor „Devil's Food ”
coapte în cuptorul cu microunde și convecție utilizând condiții diferite pentru cuptor și diverse
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 89 caracteristici pentru tăvile de coacere. Cei mai importanți factori s -au dovedit a fi numărul de
straturi coapte în același timp și caracteristicile tăvilor de coacere, urmați de temperatura
inițială a cuptorului. Culoarea crustei, umidi tatea și simetria prăjiturilor au fost afectate de
aceste condiții.
Alte cercetări au demonstrat importanța formei și materialului de construcție a tăvilor de
coacere la coacerea prăjiturilor din aluat nefermentat într -un cuptor încălzit convențional și cu
microunde, utilizând fie sursa de încălzire termică fie microundele, dar nu amândouă în
același timp. S -au folosit tăvi din aluminiu cu diametrul de 20,5 cm și înălțimea de 3 cm și
tăvi din sticlă cu diametrul de 20,3 cm și înălțimea de 4,4 cm. Încălzirea termică s -a realizat la
177°C timp de 30 minute, iar cea cu microunde la un consum de 70% din puterea totală
instalată (700W) și frecvența de 2450 MHz. S -a ajuns la concluzia că pentru coacerea cu
microunde sunt mai indicate tăvile din sticlă ( Baker, 1990 ).
Cu toate că rezultatele raportate legate de calitățile senzoriale ale produselor supuse
tratamentului cu microunde sunt contradictorii în unele privințe, pot fi scoase în evidență
următoarele avantaje:
– coacerea cu microunde realizează un produs finit cu o valoare nutritivă mai ridicată decât
coacerea convențională, folosind aceleași ingrediente;
– timpul de coacere este redus doar la câteva minute (întregul proces de coacere pentru o
franzelă de 1 kg durează doar 7 –8 min);
– echipamentul cu microunde necesit ă spațiu redus.
6.3.5. Prelucrarea termică industrială cu microunde
Prima instalație mai importantă de prelucrare termică industrială cu microunde și abur a fost
construită în 1966 în SUA de către Litton Industries Atherton Division (Decareau, 1986). Au
urmat alte două sisteme de prelucrare termică industrială a păsărilor, dar au fost de mai mică
importanță. Acestea sunt un exemplu de cât de simplă poate fi construcția unei instalații de
procesare cu microunde și cât de puțin complicată este combinația c u alte forme de energie.
Instalația de prelucrare termică industrială cu microunde a păsărilor are un compartiment
superior ce conține dispozitivul de generare a microundelor cu frecvența de 2450 MHz,
format din module cu puterea de 2,5 kW ușor de îndepărt at pentru întreținere. Energia este
furnizată la partea inferioară cu un ghid de microunde flexibil. Unitatea de procesare este o
cavitate lungă, cu uși de acces de -a lungul unei laturi pentru spălare și întreținere. Aburul este
introdus prin furtune ramif icate de -a lungul laturii din spate a cavității. Instalația constă din
două cavități în paralel: una pentru prelucrarea termică piepturilor și pulpelor (89 kW) și alta
pentru picioare și aripi (50 kW), încălzirea trebuind să fie diferențiată datorită mărim ii diferite
a bucăților de carne de pasăre.
În Suedia, la fabrica Indra Foods s -a instalat sistemul continuu de prelucrare termică
industrială Inpro pentru pateuri de carne, care combină încălzirea cu microunde cu puterea de
40 kW cu rumenirea convențional ă. Instalația produce 16 000 pateuri/h. A urmat construcția
altor instalații similare în Suedia și Japonia. Pateurile sunt obținute într -un utilaj automat care
le depozitează în rânduri de câte 5 pe o bandă transportoare. Pe fiecare pateu se dozează câte
o picătură de margarină, după care sunt transportate pe benzi de teflon printre plăci de
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 90 aluminiu încălzite electric pentru rumenire, apoi prin unitatea cu microunde pentru a completa
tratamentul termic (durată circa un minut). Banda este răzuită continuu c ând părăsește
cuptorul și este spălată continuu cu apă fierbinte.
Unul din procedeele de procesare cu microunde de mare succes, mai ales în SUA, este
prelucrarea termică industrială a “bacon ”-ului (costiță sau piept fiert). El a început să fie
aplicat la î nceputul anilor '70 și a fost stimulat de introducerea utilizării “bacon ”-ului în
sandwich -uri pentru produsele fast -food. Acest procedeu este eficient din punct de vedere
economic, deși are un consum ridicat de energie, în special din cauza subprodusului valoros,
grăsime topită, utilizată ca aromatizant alimentar. Au fost lansate mai multe proiecte de
instalații pentru prelucrarea termică industrială a “bacon ”-ului. Prima instalație a fost
concepută de Microdry Corp., San Ramon, California, urmată de Rayth eon. Majoritatea
instalațiilor recente folosesc cavități multiple, în linie, cu energia furnizată prin ghid de
microunde la partea superioară și inferioară a fiecărei cavități. Toate lucrează la 915 MHz.
Giese (1992) arată că în SUA “bacon ”-ul prelucrat cu microunde este în principal furnizat
unităților de deservire, deși au existat și încercări de vânzare cu amănuntul, dar fără prea mare
succes. Instalațiile existente lucrează fie numai cu microunde, fie combinând microundele cu
aer cald. Aceasta din urmă constă într -un stadiu de preîncălzire cu aer cald care reduce
conținutul de umezeală și crește temperatura produsului, după care urmează tratamentul
termic într -un cuptor cu microunde. Producția rezultată în urma procesării cu microunde
crește cu 25 –38% de oarece nu se pierde nimic prin supraprelucrare, iar untura obținută ca
subprodus are calitate superioară. Sistemul are o putere de 150 kW și frecvența de 915 MHz.
6.3.6. Opărirea cu microunde
Opărirea fructelor și legumelor este o operație obligatorie pe ntru majoritatea proceselor de
prelucrare, deoarece realizează: inactivarea enzimelor, în special a enzimelor oxidante
responsabile de schimbarea gustului, aromei și culorii; eliminarea aerului din țesuturi pentru a
preveni procesele oxidative, distrugerea vitaminei C, creșterea presiunii la sterilizare;
eliminarea gustului neplăcut al unor legume; utilizarea mai rațională a volumului ambalajului;
ușurarea proceselor de zdrobire și mărunțire datorită înmuierii texturii.
Mai mulți autori citați de Rosenberg și Bögl (1987,b) au luat în considerare problema utilizării
microundelor la opărirea fructelor și legumelor. Cercetătorii au studiat comparativ opărirea
unor fructe sau legume utilizând microunde, apă fierbinte sau abur.
Astfel s -a constatat că prin opărir ea piersicilor întregi într -un cuptor cu microunde casnic se
realizează o inactivare suficientă a enzimelor.
În schimb, la opărirea cu microunde a unor legume rezultatele au fost inferioare, dar
comparabile în unele cazuri cu opărirea convențională în apă .
Au existat preocupări privind opărirea știuleților de porumb întregi. Produsul ambalat în pungi
de polietilenă și tratat într -o instalație continuă cu microunde a fost considerat satisfăcător din
punct de vedere al aparenței și gustului. Alte studii îns ă au prezentat rezultate mai puțin bune.
Din toate tehnicile de opărire luate în studiu, opărirea cu abur s -a dovedit a fi cea mai
avantajoasă și de aceea utilizarea microundelor nu este neapărat necesară.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 91 O aplicație de mai mare succes pare a fi inactiva rea enzimelor pentru tomatele întregi sau
boabele de soia. Aceiași autori citează un studiu care arată că prin tratament cu microunde s -a
obținut reducerea concentrației în -amilază fără efecte negative asupra însușirilor
caracteristice la făină sau la al uaturile preparate din făina tratată.
8.3.7. Dezinsecția cu microunde
Dezinsecția cu microunde a fost studiată pentru cereale și alte produse alimentare ca o
alternativă la folosirea insecticidelor chimice. Majoritatea studiilor citate de Rosenberg și
Bögl (1987,b) se referă la tratarea cu microunde a cerealelor, făinii, arahidelor și legumelor.
Probelor de făină și cereale li s -au adăugat următoarele insecte dăunătoare: Tribolium
confusum, Sitophilus granarius, Cryptolestes ferrugineus, Rhyzoperta domini cana,
Tenebroides mauritanicus, Tenebrio molitor. S-au tratat și arahide ce conțineau larve de
gărgăriță Curculio caryae. S-a studiat comportamentul insectelor în diferite stadii de
dezvoltare (ouă, larvă, pupă și insectă matură). Echipamentul utilizat a l ucrat fie în domeniul
de frecvență ridicat de 10 –45 MHz, fie în cel al microundelor de 2450 și 8500 MHz, cu o
putere de intrare de 0,8 –1,2 kW, respectiv 30 W. S -au determinat constantele dielectrice
pentru grâu, făină și diferite insecte la numeroase frecv ențe pentru a stabili dacă proprietățile
dielectrice diferite permit ca insectele din material să fie încălzite selectiv. Pentru gândacul
matur al făinii de orez ( Tribolium confusum ) s-a găsit o rată de mortalitate de aproape 100%
pentru o temperatură fina lă cuprinsă între 65 și 75oC. Dependența ratei de mortalitate de
stadiul de dezvoltare nu a fost clară. În unele studii, larvele au avut rezistență mai mare la
tratament decât ouăle, pupele și specimenele mature, în timp ce ouăle și pupele par să fie mai
puțin rezistente. Alte studii nu au găsit nici o dependență față de stadiul de dezvoltare a
insectelor, sau chiar o relație inversă în cazul lui Tenebroides mauritanicus . Reducerea
numărului de pupe al gândacului făinii de orez a fost semnificativ mai bună în grâu decât în
făina de grâu, ceea ce s -ar putea datora unui efect oarecum protector al produselor cu
dimensiuni mai mici.
În tratamentul cu microunde al probelor de grâu la care s -au adăugat insecte ( Sitophilus
oryzae ) s-a găsit că probele cu conținut r idicat de apă (15,6%) au atins temperaturi mai
ridicate în timp mai scurt, dar după o perioadă oarecare de depozitare au supraviețuit mai
puține insecte în grâul cu conținut de apă mai scăzut (11,8%) decât în probele comparative
mai umede.
După unii autori este posibilă încălzirea selectivă a insectelor din cereale, ceea ce permite
distrugerea lor fără a fi însoțită de efecte nefavorabile asupra proprietăților de măcinare și
coacere. Totuși, aceasta este posibilă numai în domeniul frecvențelor ridicate, de la 1 la 100
MHz, nu în domeniul microundelor, între 1000 –15 000 MHz. Pentru încălzirrea selectivă cu
succes a insectelor dăunătoare aflate în produs este foarte important raportul proprietăților
dielectrice, și anume: raportul 'insectă /'produs trebuie să fie cât mai mic posibil, iar raportul
tginsectă /tgprodus cât mai mare posibil. De aceea se poate concluziona că un conținut de apă
mai mic al produsului este mai avantajos.
O soluție elegantă și eficace pentru asigurarea uscării concomitent cu dezinsecț ia a fost
studiată și pusă la punct la Universitatea Manitoba – Canada și a fost descrisă de Meisel
(1990) (fig. 8.23).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 92 Efectul încălzirii cu microunde asupra infestării cerealelor și legumelor a fost studiat și de
Zain (1995), care a arătat că la tratame ntul orezului și a altor grâne infestate cu Tribolum
castaneum , mortalitatea completă s -a obținut la o expunere la microunde timp de 60 secunde,
la temperatura de 87 –97oC.
8.3.8. Alte aplicații ale microundelor
În plus față de aplicațiile menționate ante rior, în literatură mai sunt descrise și alte posibilități
de utilizare a microundelor ( Decareau, 1986 ; Meisel, 1984 ; Mohamed, 1993 ; Rosenberg &
Bögl, 1987; Smith, 1986; Stephen, 1984 ):
– topirea brânzeturilor și a blocurilor de ciocolată
– “plastifierea ” brânzei de vaci utilizând microundele ca o alternativă a încălzirii cu apă
fierbinte (70 –80°C) în producerea diferitelor tipuri de brânzeturi
– separarea grăsimii de apă și proteine în untul topit, urmată de uscarea grăsimii (99,9%su),
pasteurizarea și ambalarea prin metode convenționale
– tratarea cu microunde pentru o durată scurtă a semințelor de sfeclă pentru a produce
modificări în microstructura semințelor, ceea ce poate facilita extracția uleiului
– tratarea cu microunde a orezului pentru menținerea formei și pentru a preveni modificări
de culoare și gust
– hidroliza acidă a amidonului
– condiționarea cerealelor
– îndepărtarea penelor la obținerea cărnii de pasăre . O comparație între opărirea în apă și
încălzirea cu microunde a corpului păsării a arătat că încălzire a cu microunde este mai
potrivită pentru aceste operații, cu condiția ca produsul să fie corespunzător. În plus față de
faptul că tratamentul cu microunde nu determină contaminarea apei de opărire, consumul
de energie este de asemenea mai scăzut.
– coagulare a emulsiilor . Această aplicație, folosită la fabricarea frankfurterilor și a
cârnăciorilor, a fost demonstrată la scară semiindustrială în Elveția prin pomparea emulsiei
într-un tub transparent cu microunde situat într -un cuptor tunel cu microunde. O linie
continuă de producere a cârnăciorilor vienezi fără membrană a fost instalată la Chicago în
1985.
– topirea cu microunde . Topirea cu microunde este un alt procedeu care a fost aplicat
industrial. O cavitate conveerizată cu microunde a fost echipată cu 144 su rse de putere tip
cuptor de consum pentru a lucra într -o fabrică din Provo, Utah. Calitatea grăsimii obținute
este îmbunătățită și nu necesită nici o finisare ulterioară, întreținerea este mai ușoară și nu
este nevoie de generator de abur. Procedeul este f oarte promițător și datorită condițiilor de
mediu substanțial îmbunătățite.
– uscarea și prăjirea nucilor
– obținerea alcoolului din manioc (Brazilia)
– deschiderea stridiilor
– obținerea floricelelor de porumb ( “popcorn ”)
Pentru stabilirea condițiilor optime de t ratament s -a realizat procesarea a 18 hibrizi de porumb
pentru floricele folosind două tratamente diferite cu microunde: cu și fără adaus de sare, cât și
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 93 un procedeu convențional. S -a constatat că sarea are un efect negativ asupra prelucrării pentru
majori tatea hibrizilor. S -au studiat grosimea pericarpului, volumul bobului, sfericitatea,
raportul diametrelor, masa a 1000 boabe, densitatea și efectul lor asupra volumului de
expandare la procesarea cu microunde față de cea convențională.
6.4. Concluzii la procesarea cu microunde
Introducerea procesării cu microunde în industria alimentară a fost caracterizată de unii
specialiști ca un salt în tehnologie ( Morris, 1991 ). Perioada de maximă intensitate pentru
cercetarea aplicațiilor microundelor în industria alimentară a fost în anii ’60 și ’70. Astfel, în
1985 numai în SUA existau peste 100 de patente, care acoperă următoarele tipuri de
prelucrări: opărire, îmbrunare, coagulare, gelatinizare, uscare, liofilizare, uscare sub vid,
încălzire, pasteurizare, steri lizare, dospire, coacere, prăjire, temperare, congelare, fermentare.
În același an Food Science and Technology Abstract a prezentat 896 articole care au avut ca
descriptori “microunde ” și “încălzire ”, acoperind perioada 1969 –1984 ( Gerling, 1986 ).
Dar pe lâ ngă aplicațiile reușite, de lungă durată, unele fie nu au trecut niciodată de stadiul de
laborator sau pilot, fie au avut o viață foarte scurtă. În SUA, de exemplu, singurele aplicații cu
succes deplin sunt: temperarea, uscarea pastelor și prelucrarea term ică a “bacon ”-ului
(Decareau, 1986 ; Schiffmann, 1992 ).
Jeppson, citat de Schiffmann (1992) a rezumat condițiile care trebuie să fie satisfăcute pentru
ca o instalație cu microunde să aibă succes:
– produsul nu poate fi procesat în nici un alt mod;
– costul pro cesării cu microunde este mai redus;
– calitatea produsului obținut este îmbunătățită;
– productivitatea instalației este mai mare;
– poate fi folosită materie primă mai ieftină;
– produsul rezultat este mai bine agreat de către consumator.
Reușita sistemelor cu m icrounde și larga lor utilizare se datorează în primul rând multiplelor
avantaje pe care le oferă:
– producerea instantanee a microundelor cu posibilitatea transmiterii la distanțe mari în
condiții economice, ele propagându -se prin aer și vid, indiferent de presiune și
temperatură, chiar și în condiții de ventilare;
– realizarea unei încălziri rapide a produselor procesate cu microunde; durata operației fiind
evaluată la aproximativ o pătrime din cea necesară încălzirii convenționale;
– uniformitatea încălzirii d atorată realizării unei “încălziri de volum ”, în care distribuția
temperaturii este mai uniformă, evitându -se supraîncălzirea suprafeței;
– calitatea produsului poate fi îmbunătățită din punct de vedere al menținerii principiilor
alimentare și al aromelor;
– încălzirea selectivă poate conduce la o eficiență mai mare a tratamentului, deși poate cauza
distribuții de temperatură neobișnute în alimentele multicomponente;
– posibilitatea tratării produselor ca atare, fără a fi necesară mărunțirea;
– construcție simplă a instalațiilor, independent de mărime și de domeniul de utilizare;
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 94 – automatizarea proceselor;
– economie de energie;
– economie de spațiu;
– posibilitatea efectuării cu precizie a controlului procesului;
– durata de pornire și de oprire mică;
– energia câmpului de mi crounde poate fi utilizată în combinație cu alte procedee termice
clasice convenționale.
Bibliografie
Archieri, M.M., Bricout , Menoret, Y. 1971 – Deshydratation sous vide par micro -onde , Ind. Alim.
Agr., nr. 3, p. 279 –288.
Bakanowski, S.M., Zaller, J.M . 1984 – Endpoint Temperature Distribution in Microwave and
Conventionally Cooked Pork , Food Techn., nr. 2, p. 45 –51.
Baker, B.A., Davis, E.A., Gordon, J. 1990 – Glass and Metal Pans for Use with Microwave – and
Conventionally Heated Cakes , Cereal Chem., v ol. 67, nr. 5, p. 448 –451.
Blanchard, M. 1986 – Des apparelis a micro -ondes par milliers , Revue générale du froid, nr. 7/8, p.
397–400.
Bögl, K.W., Rosenberg, U. 1991 – Was passiest bei der Mikrowellenner – hitzung von
Mahnengsmitteln, Milchwissenschaft, v ol. 46, nr. 1, p. 48.
Dealler, S.F., Rotowa, N.A., Lacey, R.W. 1992 – Ionized Molecules Reduce Penetration of
Microwaves into Food , Int. J. Food Sci. Techn., vol. 27, nr. 2, p. 153 –157.
Decareau, V.R. 1986 – Microwave Food Processing Equipment Throughout t he World , Food Techn.,
nr.6, p. 99 –105.
Dehne, S.I., Frey, R.W., et al. 1991 – Untersuchungen zur Entkeimung von Gewürzen mittels
Mikrowellen und Hochfrequenz , Fleischwirtschaft, vol 71, nr. 9, p. 1089 –1093.
Demel, S. et al. 1991 – Chemische und Mikrobiolo gische Untersuchungen der mit Mikroweller
behandelten Milch, Milchwissenschaft, vol 46, nr. 8, p. 534.
Dziezak, D. Judie 1987 – Microwaveable foods – Industry's Response to Consumer Demands for
Convenience , Food Techn., nr. 6, p. 52 (Special Report).
Eberha rd, P., Strahm, W., Sieber, R 1990 – Pasteurisation von Milch und Rahm in Mikrowellen –
Haushaetsgereuten , Milchwissenschaft, vol. 45, nr. 12, p. 768 –771.
Edgar, R. 1986 – The Economics of Microwave processing in the Food Industry , Food Techn., nr. 6, p.
106–112.
Gac, A. 1976 – Les procédés actuels de congelation et de decongelation dans les industries
alimentaires , Ind. Alim. Agr., nr. 9 –10, p. 1081 –1091.
Garcia, R., Leal, F., Roez, C. 1988 – Drying of Bananas Using Microwave and Air Ovens , Int. J. Food
Sci. Techn., vol. 23, nr. 1, p. 73 –80.
Gerling, J.E. 1986 – Microwave in the Food Industry: Promise and Reality , Food Techn., nr. 6, p. 82 –
83.
Giese, J. 1992 – Advances in Microwave Food Processing , Food Techn., nr. 9, p. 118 –121.
Goddard, R. 1986 – Packagi ng for the microwave , Food Manuf., nr. 11, p. 29 –33.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 95 Harlfinger, L. 1992 – Microwave Sterilization , Food Techn., nr. 12, p. 57 –61.
Ioancea, L., Kathrein, I. 1988 – Condiționarea și valorificarea superioară a materiilor prime vegetale
în scopuri alimentare, Tehnologii și instalații , Ed. Ceres, București.
Kudra, T., et al. 1991 – Heating Characteristics of Milk Constituents in a Microwave Pasteurization
System , J. Food Sci., vol. 56, nr. 4, p. 931 –937.
Krüger, E., Gronieck, E. 1981 – Die Mikrowellentechnik Ei ne Alternative für die Mälzerei , Brauwelt,
vol. 121,p. 972 –974.
Lefeuvre, S., Audhuy -Peaudecerf M. 1993 – Le couple emballage – produit dans un four micro -onde ,
Ind. Alim. Agr., nr. 6, p. 384 –390.
Lorenz, K., Charman, E., Dilsaver, W. 1973 – Baking with Mi crowave Energy , Food Techn., nr. 12, p.
28.
Maurer, R.L., Tremblay, M.R., Chadwich, E.A. 1971 – Microwave Processing of Pasta , Food Techn.,
vol. 25, nr. 12, p. 1244 –1249.
Meisel, N. 1970 – Nouvelles application des micro -ondes a l'industrie alimentaire , Ind. Alim. Agr., nr.
9, p. 1059 –1067.
Meisel, N. 1971 – Decongelation des denrées alimentaires par micro -ondes , Ind. Alim. Agr., nr. 3, p.
297–304.
Meisel, N. 1974 – Apport d'énergie instantanée au coeur des produits alimentaires – Les microondes ,
Ind. Alim. Agr., nr. 9 –10, p. 1203 –1214.
Meisel, N. 1984 – Les micro -ondes dans les industries agroalimentaires , Ind. Alim. Agr., nr. 10, p.
929–932.
Merlin, U., Rosenthal, I. 1984 – Pasteurization of Milk by Microwave Irradiation , Milchwissenschaft,
nr. 39, p. 643.
Miglioli, L., et al. 1987 – Impiego di un prototipo industriale a microonde per la pasteurizzazione di
tortellini freschi a ridotta umidita relativa , Industria Conserve, nr. 3, p. 205 –208.
Mohamed, A.A., Ashman, R.B., Kirleis, A.W. 1993 – Pericarp Thickne ss and Other Kernel Physical
Characteristics Relate to Microwave Popping Quality of PopCorn , J. Food Sci. , vol. 58, nr. 2, p.
342–346.
Morris, Ch. 1991 – World's 1st Microwave Sterilizatioy System , Food Eng. Int., nr.3, p. 63 –66.
Mudgett, R.E. 1986 – Micr owave Properties and Heating Characteristics of Foods, Food Techn., nr.
6, p. 84 –98.
Nikdel, S. et al. 1993 – Pasteurization of Citrus Juice with Microwave Energy in a Continuous – Flow
Unit, J. Agric. Food Chem., vol. 41, p. 2116 –2119.
Niola, I. 1990 – Il riscaldamento a microonde nel settore alimentare. Nota I – Caratteristiche generali,
aspetti economici e sanitari , Industrie Alimentari, XXIX, nr. 3, p. 225 –230.
Rosenberg, U., Bögl, W. 1987a – Microwave Thawing, Drying and Baking in the Food Industry , Food
Techn., nr. 6, p. 85 –91.
Rosenberg, U., Bögl, W. 1987b – Microwave Pasteurization, Sterilization, Blanching and Pest Control
in the Food Industry , Food Techn., nr. 6, p. 92 –99.
Sale, A.J.H. 1976 – A Review of Microwaves for Food Processing , J. Food Tech n., nr. 11, p. 319.
Schiffmann, R.F. 1986 – Food Product Development for Microwave Processing , Food Techn., nr. 6, p.
94–98.
Schiffmann, R.F. 1992 – Microwave Processing in US Food Industry , Food Techn., nr. 12, p. 50 –52,
56.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alimentare – Cahul 96 Schlegel, W. 1992 – Commercial Pasteurization and Sterilization of Food processing of Food
Products Using Microwave Technology , Food Techn., nr. 12, p. 62 –63.
Segal, W. 1991 – Mikrowellenerhitzung der Mich , Milchwissenschaft, vol. 46, nr. 1, p. 34.
Staron, T., et al. 1980 – Le traiteme nt des produits biologiques alimentaires par les micro -ondes, Ind.
Alim. Agr., nr. 12, p. 1305 –1312.
Stinson, C.T. 1986a – A Quality Comparison of Devil's Food and Yellow Cakes Baked in a
Microwave/Convection versus a Conventional Oven , J. Food Sci., vol. 51, nr. 6, p. 1578 –1579.
Stinson, C.T. 1986b – Effects of Microwave/Convection Baking and Pan Characteristics on the Cake
Quality, J. Food Sci., vol. 51, nr. 6, p. 1580 –1582.
Tulasidas, T.M., Raghavan, G.S.V., Morris, E.R. 1993 – Microwave and Convective D rying of Grapes ,
Transaction ASAE – Food Process Eng. Institut Section, vol. 121, p. 972 –974.
Zain, A.M., Ooi, L.H. 1995 – Effect of Microwave Heating on the Infestation of cereals and Legumes ,
9th Congress of Food Science and Technology, Budapesta, 29.07 –05.08.
* * * 1990 – Chauffage par micro -ondes des farines et des céréales transférées dans un tube (procédé
MES/transitube) , Ind. Alim. Agr., nr. 10, p. 1016 –1017.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 97
7. Ambalare activă și inteligentă
Ambalarea este privită ca parte integrantă a producerii și conservării produselor alimentare
întrucât succesul de piață depinde de modul de realizare a acestei operații complexe pentru a
păstra alimentele sigure ș i sănătoase, cu calități și proprietăți organoleptice intacte și pentru
extinderea termenului de valabilitate, atât al produselor proaspete: fructe, legume, carne,
pește, ouă etc., cât și al celor prelucrate: produse de morărit și panificație, produse lact ate,
preparate din carne, uleiuri comestibile, dulciuri, sucuri de fructe și legume, băuturi alcoolice
și nealcoolice etc. ( Paine & Paine, 1983 ; Robertson, 1993 ; Turtoi, 2000 ).
Ambalarea alimentelor și ambalajele utilizate trebuie să corespundă următoarelo r obiective
esențiale ( Robertson, 1993 ; Turtoi, 2003 ):
– să asigure protecție și conservare alimentelor ambalate: protecție împotriva deteriorării
mecanice și a pierderilor cantitative și calitative, protecție față de acțiunea factorilor din
mediu (substanțe chimice, microorganisme, insecte, rozătoare, lumină, radiații ultraviolete,
contaminanți etc.), păstrarea proprietăților și a valorii produselor ca marfă, protecția
mediului înconjurător etc.;
– să ofere confort optim la transport și manipulare și să permit ă realizarea de unități
modulate de transport și desfacere a alimentelor ambalate;
– să faciliteze informarea eficientă și educarea consumatorilor;
– să contribuie la promovarea produsului și a vânzării prin prezentarea clară și sugestivă a
conținutului, evide nțierea avantajelor produsului, a modului de păstrare etc.
Realizarea acestor deziderate, la care se adaugă cerințele consumatorilor, mereu în creștere,
pentru produse de calitate mai bună, proaspete și convenabile, este posibilă prin utilizarea
unor mater iale de ambalaj corespunzătoare.
În acest scop și pentru a reduce poluarea mediului înconjurător produsă de materialele de
ambalaj și de înlăturarea acestor materiale, a fost realizată o mare varietate de materiale de
ambalaj și de metode, tehnici și tehno logii de ambalare ( Turtoi, 2004, 2006 ; Robertson,
2006 ). Între aceste realizări se remarcă materialele plastice, atât de variate încât pot răspunde
celor mai diverse proiecte de ambalaj și tehnici de ambalare.
Deși progresele înregistrate sunt remarcabile, cercetările și strădaniile specialiștilor din
domeniu nu s -au oprit, ci au continuat cu realizarea multor materiale de ambalaj specifice
unor tehnici de ambalare precum: ambalare aseptică, ambalare în atmosferă modificată,
ambalare activă, ambalare inteli gentă etc. ( Parry, 1993 ; Rooney, 1995 ; Ahvenainen, 2003 ;
Robertson, 2006 ; Wilson, 2007 ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 98
7.1. Ambalare în atmosferă activă
Ambalarea alimentelor se numește activă atunci când îndeplinește și alt rol, impus sau dorit
(Rooney, 1995b ), în afara funcțiilor obișnuire ale ambalării (Paine & Paine, 1983 ; Robertson,
1993 , 2006 ; Turtoi, 2000 ). Cele mai multe forme ale ambalării active implică interacțiuni
între aliment și materialele ambalajului care îl conține, astfel că stratul de contact direct
devine, cel ma i adesea, strat activ .
Materialele plastice polimerice reprezintă, poate, cea mai mare parte a materialelor utilizate la
confecționarea ambalajelor primare pentru alimente și, pentru că vin în contact direct cu
acestea, constituie obiect al ambalării activ e. Fie că sunt utilizate la etanșarea accesoriilor de
închidere (lacuri pentru cutii metalice) sau ca straturi impermeabile în materialele complexe
celulozice din care se confecționează cartoanele pentru alimentele lichide, fie că sunt ele
însele materiale de ambalaj pentru ambalaje flexibile, filmele d in material plastic devin straturi
în care se încapsulează componentele active în tehnica ambalării active a alimentelor ( Rooney,
1995b ).
Microîncapsularea poate prelungi termenul de valabilitate al alimentel or simultan cu
îmbunătățirea calit ății nutriționale și a aspectului, respectiv cu inhibarea creșterii
microorganismelor patogene și de alterare, contribuind astfel la siguranța alimentelor.
Cele mai importante efecte ale microîncapsulării în ambalarea acti vă a alimentelor sunt:
– îndepărtarea oxigenului din interiorul ambalajului;
– îndepărtarea etilenei produse de alimentele proaspete;
– utilizarea unor filme comestibile active pentru controlul schimbului de gaze între interiorul
și exteriorul ambalajelor;
– utilizarea enzimelor în materiale de ambalaj;
– încorporarea agenților antimicrobieni în materiale de ambalaj;
– obținerea materialelor de ambalaj care resping insectele și rozătoarele;
– realizarea unor materiale de ambalaj cu eliberare de mirosuri și arome.
7.1.1. Îndepărtarea oxigenului și a etilenei
Îndepărtarea oxigenului
Prezența oxigenului influențează negativ conservarea alimentelor deoarece permite
dezvoltarea microorganismelor (bacterii, drojdii și mucegaiuri), infestarea cu insecte, larve și
ouă ale aces tora, degradarea chimică (râncezire, pierderi de culoare și de substanțe nutritive,
îmbrunare), modificări fiziologice (continuarea respirației). Astfel, creșterea și dezvoltarea
mucegaiurilor are importanță în conservarea brânzeturilor și a produselor făi noase și de
panificație, în timp ce multiplicarea bacteriilor și a drojdiilor are implicații în alimentele cu
activitate a apei ridicată precum carnea și produsele din carne, preparatele de toate tipurile,
berea, sucurile de fructe și legume etc.
Îndepărt area oxigenului din interiorul ambalajului este, de multă vreme, un obiectiv important
pentru specialiștii din industria alimentară. De exemplu, pentru prevenirea creșterii și
dezvoltării mucegaiurilor concentrația oxigenului trebuie să fie sub 0,1%. De as emenea,
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 99 pentru prevenirea supraviețuirii insectelor este necesară menținerea unei atmosfere cu o
concentrație a oxigenului foarte scăzută.
Ambalarea sub depresiune sau în vacuum, respectiv ambalarea în gaz inert care reduc
presiunea parțială a oxigenului d in interiorul ambalajului, au reprezentat soluții viabile în
prevenirea și blocarea proceselor oxidative prin care se deteriorează aspectul, culoarea,
mirosul și aroma alimentelor ( Brody, 1989 ).
În ultimul timp, a căpătat un interes crescut utilizarea mat erialelor plastice apte să îndepărteze
oxigenul din ambalaj prin înglobarea în masa acestora a microcapsulelor ce conțin pilitură de
fier, acetat de potasiu, sulfit de sodiu și multe altele ( Rooney, 1995a ).
Varietatea produselor alimentare și diversitatea ambalajelor utilizate: cartoane , ambalaje tip
pungă -în-cutie ( bag-in-box), ambalaje flexibile, accesorii de închidere, lacuri pentru cutii
metalice, tăvi, capace etc. au determinat apariția mai multor căi de utilizare a materialelor
plastice care îndepărte ază oxigenul din ambalaj: filme, acoperiri, adezivi, cerneluri, aerosoli
etc., prin aceasta, ambalajul răspunzând cerințelor particulare ale alimentului căruia îi este
destinat. Mai mult, producătorul de ambalaje poate decide asupra naturii și a cantități i de
component activ microîncapsulat în materialul plastic, în compatibilitatea cu produsul de
ambalat pentru a se obține cele mai bune rezultate ( Rooney, 1995b ).
Aplicațiile microîncapuslării în această tehnologie sunt concretizate prin utilizarea de etic hete
autoadezive sau inserții în materialul de ambalaj sub formă de carduri, a straturilor de
acoperire sau a unor filme de material plastic, în fiecare din acestea fiind încorporate
substanțe capabile să elimine oxigenul. Cele mai utilizate materiale plas tice sunt:
polietilentereftalatul ( PET), nylon -ul 6, polibutadiena ( PB), policlorura de vinil ( PVC ),
polietilena de joasă densitate ( LDPE ) etc.
Îndepărtarea etilenei
De aproape un secol, etilena sau etena ( CH 2=CH 2) este cunoscută p entru efectul maturării
nedorite a fructelor și legumelor (Denny, 1924). Ea este produsă de numeroase fructe în
perioada de maturare, de multe plante și chiar de unele microorganisme ( Abeles et al., 1992 ;
Turtoi, 2001 ). Din punct de vedere al cantității de etilenă eliberată, fruc tele și unele plante se
clasifică astfel ( Scott, 1997 ; Turtoi & Hopulele, 2001 ):
– bune producătoare: mere, caise, avocado, kiwi, nectarine, papaya, piersici, pere, prune,
rodii;
– producătoare moderate: banane, smochine, pepeni galbeni, mango, roșii;
– fructe c are produc etilenă în cantități reduse: cireșe, citrice (lămâi, grapefruit, portocale),
afine și ananas, legume (cartofi, castraveți etc.), produse vegetale (frunze, flori tăiate etc.).
Efectele fiziologice ale etilenei sunt așa de importante, de diverse ș i induse de cantități atât de
mici, încât este considerată hormon vegetal . Astfel, etilena este considerată răspunzătoare de
accelerarea respirației fructelor, legumelor și plantelor ornamentale, de coacerea și înmuierea
multor fructe, de accelerarea înlăt urării unor părți ale plantei (frunze, petale, pețiol etc.) prin
distrugerea unor celule de la baza lor, de creșterea vitezei de degradare a clorofilei, de
creșterea susceptibilității plantelor la microorganisme patogene, de dereglări postrecoltare
precum: pete roșcate pe salata verde, apariția gustului amar de izocumarine la morcov,
încolțirea cartofilor, înăsprirea asparagusului etc. ( Zagory, 1995 ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 100 Sunt situații în care unele fructe (banane) și legume (tomate) se expun deliberat la concentrații
ridicate de etilenă (50 –100 ppm) pentru accelerarea și uniformizarea coacerii însă, în
majoritatea cazurilor, se urmărește îndepărtarea etilenei din ambalaje pentru încetinirea
maturării ( Zagory, 1995 ).
Majoritatea substanțelor capabile să îndepărteze etilena sunt utilizate fie sub forma unor
săculeți introduși în ambalaje, fie sunt încapsulate în materialul de ambalaj, de obicei un
material plastic, sau în cerneala folosită pentru imprimarea ambalajelor.
Materialele de ambalaj impregnate cu substanțe capabile să re țină etilena sunt utilizate în
diverse aplicații ale ambalării active a alimentelor printre care:
➢ Hatofresh System, produs de Honshu Paper (Japonia) se bazează pe cărbune activ,
impregnat cu compuși cu brom sau bromofori , care apoi este încorporat în pungi de hârtie
sau în cutii din carton ondulat utilizate pentru ambalarea produselor proaspete. Deși sunt
capabile să absoarbă 20 mL etilenă / g adsorbant, asemenea ambalaje nu sunt utilizate
industrial din cauza reacției compușilor bromului cu apa din care re zultă vapori de brom
extrem de toxici.
➢ În ultimele două decade s -au realizat materiale de ambalaj care ”consumă” etilena produsă
în interiorul ambalajului; absorbanții sau adsorbanții fiind particule de argilă încorporate în
filme de polietilenă din care s e confecționează pungi pentru produse proaspete; de
asemenea, sunt utilizate particule fine de coral ce conțin carbonat de calciu ( Zagory, 1995
după Someya, 1992 ) sau ceramică ( Joyce, 1988 ) încorporate în filme de polietilenă de
joasă densitate.
➢ Alte aplic ații constau din materiale poroase fine obținute din piatră ponce, zeolit, cărbune
activ etc., sinterizate împreună cu cantități mici de oxizi metalici apoi dispersate în filme
de materiale plastice care nu trebuie, însă, să conțină clor deci altele decât policlorura de
vinil sau policlorura de viniliden, respectiv să nu conțină plastifianți ( Choi, 1991 ).
Testele efectuate pe materiale de ambalaj care conțin absorbanți sau adsorbanți de etilenă, în
comparație cu materiale de ambalaj obișnuite, au arătat o p relungire a termenului de
valabilitate a produselor ambalate, respectiv o reducere a conținutului de etilenă în spațiul
liber din ambalaj atât ca urmare a reținerii etilenei, cât și a pierderii ei prin micropori cu
dimensiuni ceva mai mari.
La aplicarea mi croîncapsulării la ambalaje cu îndepărtarea oxigenului sau a etilenei este
necesar ca substanța activă să nu ajungă în aliment. De aceea, materialul de ambalaj este
multistrat, cu un strat izolator, suficient de permeabil la oxigen, etilenă și chiar la vap ori de
apă, pentru ca acestea să îl traverseze și să ajungă la următorul strat cu microcapsule înglobate
în masă.
7.1.2. Filme și straturi comestibile
Filmele și învelișurile comestibile sunt folosite tradițional pentru a îmbunătăți aspectul și
conservab ilitatea alimentelor. Ele reprezintă parte integrantă a produsului alimentar pe care îl
conțin astfel că trebuie să aibă proprietăți organoleptice neutre sau compatibile cu produsul
pentru a nu fi detectate la consumare. Utilizarea unui strat barieră comes tibil este o metodă
simplă pentru a îmbunătăți structura sau textura la suprafață a anumitor alimente, pentru a
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 101 reduce aglomerarea particulelor și pentru a îmbunătăți caracteristicile vizuale și tactile ale
produsului ( Cuq et al ., 1995 ). Filmele și înveliș urile comestibile pot fi utilizate și pentru
ambalarea unor componente și aditivi care urmează a fi dizolvate în apă fierbinte sau
încorporate în suplimente alimentare.
Componentele de bază ale filmelor comestibile pot fi hidrați de carbon (gume vegetale ș i
microbiene, amidon, celuloză și derivați etc.), proteine (colagen, gluten, ovalbumine, soia,
cazeină etc.) sau lipide (grăsimi vegetale și animale, ceruri, acetogliceride, lipide superficial
active etc.). Filmele se pot forma direct pe produs fie prin ap licarea unor soluții sau dispersii
lichide urmată de uscare, fie prin utilizarea unor amestecuri topite, ca în cazul lipidelor
(ceruri, grăsimi solide etc.).
Filmele și învelișurile comestibile au rol în îmbunătățirea calității și stabilității alimentului,
multe dintre ele fiind barieră pentru apă și gaze sau având proprietăți mecanice și optice
similare materialelor de ambalaj sintetice. Astfel, filmele sunt utilizate în ambalarea activă a
alimentelor cu aplicații în controlul schimbului de gaze în cazul p roduselor proaspete sau a
schimbului de oxigen în cazul produselor oxidabile, reducerea schimbului de vapori de apă cu
mediul înconjurător sau modificarea condițiilor de suprafață ale alimentelor ambalate ( Cuq et
al., 1995 ).
7.1.3. Enzime și substanțe ant imicrobiene în ambalarea activă
Enzime utilizate în ambalarea activă a alimentelor
Enzimele sunt catalizatori biologici care se regăsesc în toate celulele vii animale și vegetale.
Ele au două caracteristici esențiale:
– măresc de peste un milion de ori vite za reacțiilor chimice din sistemele biologice;
– prezintă specificitate de reacție și substrat, ceea ce explică numărul mare de enzime.
În ambalarea activă se utilizează enzime încorporate în materialul de ambalaj similar altor
substanțe active, cu deosebire a că enzimele nu se consumă în reacțiile pe care le catalizează,
ele putând acționa la infinit, fiind însă vulnerabile la variații de temperatură, pH, inhibitori
etc.
Brody & Budny (1995 ) au prezentat câteva exemple de utilizare a enzimelor microîncapsula te
în materiale de ambalaj folosite la ambalarea activă a alimentelor cu scopul:
– îndepărtării oxigenului sau a produselor de degradare microbiană cu ajutorul
glucozoxidazei sau catalazei;
– îndepărtării lactozei din lapte cu ajutorul lactazei;
– îndepărtării c olesterolului din ouă și lapte cu enzime c are modifică structura colesterolului;
– producerii de acid lactic în ambalaje în cazul murăturilor și a produselor lactate fermentate;
– distrugerii toxinelor naturale din alimente;
– tenderizării cărnii proaspete, de e xemplu de vită, cu proteaze precum papaina;
– obținerii unor indicatori de timp –temperatură activați enzimatic.
Lehtonen et al . (1991 ) au descris un material de ambalaj care conține un sistem enzimatic
pentru îndepărtarea oxigenului din ambalaje printr -o rea cție enzimatică ce întârzie
semnificativ multiplicarea microorganismelor aerobe și prelungește termenul de valabilitate al
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 102 produsului. Enzimele utilizate (glucozoxidază și catalază) sunt încorporate într -un strat plasat
între alte două straturi tip sandviș , unul permeabil la gaze, spre interior, celălalt impermeabil
la gaze, spre exterior.
Materiale de ambalaj antimicrobiene
Tehnicile tradiționale de protecție a alimentelor cuprind conservarea, afumarea sau murarea
prin care se modifică conținutul de apă ș i activitatea apei în alimente. Recent, pentru
prelungirea termenului de valabilitate a alimentelor au fost dezvoltate metode de conservare
mai sofisticate.
În fig. 1 3.1 este prezentat un exemplu de microcapsule care pot elibera conservanți din filme
de ma terial plastic sau din învelișuri comestibile, utilizarea unor astfel de microcapsule fiind
deja o practică curentă. În prezent, schimbarea stilului de viață și timpul disponibil redus
pentru pregătirea hranei solicită o mare varietate de alimente cu calit ate ridicată, sigure,
nutritive și convenabile.
a. b.
1 6 2 3
4
5
1 2 3
4
5
a. b.
1 6 2 3
4
5
1 6 2 3
4
5
1 2 3
4
5
1 2 3
4
5
Fig. 7.1. Migrarea substanței active din: a. film de material plastic; b. înveliș comestibil:
1 – material plastic sub formă de film, 2 – aliment, 3 – substanță activă eliberată din
microcapsulă, 4 – micro capsulă, 5 – miez ce conține substanța activă, 6 – înveliș comestibil
(Turtoi, 2009 după Ozdemir & Cevik, 2007 ).
Alilizotiocianatul este un inhibitor eficace împotriva multor patogeni, în special Escherichia
coli. Consumul de carne de vită insuficient pre parată a fost identificat ca una din cauzele
principale de contaminare cu E. coli O157:H7 în America de Nord ( Waters et al., 1994 ).
Chacon et al. (2006 ) au microîncapsulat alilizotiocianat în rășină de salcâm și ulei de porumb
înainte de încorporarea aditi vilor în carne de vită tocată, tratată aseptic și inoculată cu o
concentrație cunoscută de E. coli O157:H7. Sistemul a fost ambalat în azot și depozitat în
condiții de refrigerare. După 18 zile, carnea tocată de vită a fost lipsită total de E. coli
O157:H7 .
Asemănător, Klein et al . (2004 ) au descris o metodă de microîncapsulare a unor substanțe
active antibacteriene și antifungice în polietilenă, polipropilenă, poliester, policarbonat,
policlorură de vinil și viniliden. Aceste filme s -au dovedit utile îndeo sebi pentru controlul
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 103 bacteriilor și fungilor de la suprafața alimentelor. Testele de difuziune în agar au arătat că
agenții antibacterieni încapsulați au fost eficienți împotriva Staphylococcus aureus , E. coli,
Pseudomonas aeruginosa și Streptococcus sp.
Thomas et al . (2005a, b ) au brevetat o metodă în care substanța antimicrobiană a fost
microîncapsulată înainte de a fi integrată prin extrudare în structura ambalajului. Metoda s -a
dovedit a fi eficientă pentru asigurarea stabilității termice în timpul pro cesării și ambalării,
însă cu eliberarea agentului activ după contactul cu apa.
Compania Avery Dennison Corp. (SUA) a realizat o etichetă antimicrobiană care eliberează
urme de dioxid de clor (ClO 2) gazos. Dioxidul de clor este un agent antimicrobian cu sp ectru
larg utilizat atât împotriva bacteriilor, cât și a mucegaiurilor. El poate fi folosit și pentru
eliminarea mirosurilor și întârzierea dezvoltării celulelor microbiene pe alimentele perisabile,
prelungind astfel termenul de valabilitate. Testele de la borator au arătat că includerea unei
etichete antimicrobiene de mici dimensiuni într -un material plastic rigid poate prelungi
semnificativ termenul de valabilitate al fructelor de pădure proaspete. Eliberarea în timp a
ClO 2 este activată termic. Principalu l avantaj al sistemului este că nu necesită contact direct
cu alimentul.
În ultim ele deceni i s-au studiat pe larg proprietățile de microîncapsulare a le proteinelor din
zer (Ozdemir & Floros, 2001 ; Rosenberg, 1997 ). Concentratele și izolatele proteice din z er au
proprietăți de microîncapsulare excelente atât pentru materiale miez volatile cât și nevolatile
(Young et al., 1993a ; Lee & Rosenberg, 2000 ). Randamentul ridicat la microîncapsulare al
proteinelor din zer este presupus a fi rezultatul eficacității ca pacității de emulsionare, în
special în prezența glucidelor ( Young et al., 1993b ). Filmele și învelișurile de proteine din zer
nu sunt degradate mult mai repede decât alți polimeri, pot însă crește valoarea nutritivă,
simultan cu îmbunătățirea proprietățil or organoleptice ale alimentelor acoperite.
Într-un studiu recent, Ozdemir & Floros (2003 ) au investigat, utilizând metoda suprafeței de
răspuns, efectul unor componente variate (diferite proteine din zer, plastifianți, ceară, lipide și
agenți antimicrobie ni ca substanțe încapsulante) asupra difuzivității sorbatului de potasiu.
Studiul a arătat că o creștere în film a concentrației proteinelor din zer duce la scăderea
difuzivității sorbatului de potasiu. Difuzia sorbatului crește cu creșterea concentrației
sorbitolului dar scade cu creșterea concentrației cerii de albine în film. O creștere a
concentrației substanței active inițiale (sorbat de potasiu) în film are ca rezultat coeficienți de
difuziune mai mari. Au fost obervate interacțiuni puternice între ce ara de albine și sorbatul de
potasiu, respectiv între proteinele din zer și ceara de albine.
O aplicație promițătoare a eliberării controlate este încorporarea substanțelor antimicrobiene
în guma de mestecat pentru reducerea creșterii bacteriilor responsab ile de carierea dinților.
Barabolak et al. (2005) au produs o gumă de mestecat cu proprietăți de eliberare controlată în
care substanța antimicrobiană (digluconat de clorhexidrină) a fost încapsulată într -un înveliș
sub formă de film. S -a demonstrat că par ticulele c are conțin substanța antimicrobiană
microîncapsulată s -au adaptat la eliberare rapidă sau întârziată la mestecarea gumei.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 104
7.1.4. Ambalaje care resping insectele și rozătoarele
Infestarea alimentelor cu insecte conduce la alterarea lor și l a pierderi economice
semnificative. Controlul infestării cu insecte s -a realizat prin afumare cu bromură de metil,
substanță toxică ce poate afecta negativ sistemul nervos central și sistemul respirator al ființei
umane dacă este prezentă în concentrații m ari. De asemenea, bromura de metil este cunoscută
ca o substanță care contribuie la epuizarea stratului de ozon al Pământului. O cale de a depăși
dezavantajele bromurii de metil este găsirea unor substanțe mai puțin toxice și mai puțin
dăunătoare care resp ing insectele și de a le încopora în materialele de ambalaj pentru a obține
ambalaje cu proprietăți de eliberare controlată.
Microîncapsularea pesticidelor, erbicidelor și a altor agenți de control al dăunătorilor este un
domeniu în plină dezvoltare. Agenț ii de control al dăunătorilor sunt microîncapsulați pentru a
le prelungi activitatea concomitent cu reducerea toxicității asupra mamiferelor, pierderile prin
volatilizare, fitotoxicitate și degradarea mediului înconjurător. Spector (1981 ) a introdus o
folie ieftină, autocolantă în care se poate împacheta un agent activ introdus într -un sac
perforat care poate adera într -un loc anume pentru a elibera substanța activă pe parcursul unei
anumite perioade de timp. Agentul activ poate fi o substanță care îndepărt ează insectele și
rozătoarele sau o substanță de miros (fig. 1 3.2), iar sistemul poate fi fixat direct în ambalajul
alimentelor pentru a preveni infestarea acestora cu insecte și rozătoare.
Fig. 7.2. Descrierea acțiunii unui sistem alcătuit din microcaps ule ce conțin un material de
respingere : a. microcapsule ce conțin substanța de respingere, b. difuziunea materialului de
respingere prin înveliș și evaporarea sa în exteriorul mirocapsulei: 1 – interiorul microcapsulei
în care este conținut materialul de respingere; 2 – învelișul microcapsulei ( Turtoi, 2009 după
Ozdemir & Cevik, 2007 )
Recent , a început să fie promovată protecția produselor agricole cu biopesticide, ca mijloc de
reducere a efectelor adverse ale insecticidelor chimice ( Marrone, 1999 ). Costu l de realizare,
durata și ușurința înregistrării, respectiv piața cu potențial de creștere, determină ca
biopesticidele să aibă popularitate mai mare decât pesticidele ( Brar et al., 2006 ).
Un număr de biopesticide (bacterii, mucegaiuri, virusuri, feromoni, extracte din plante) sunt
deja în uz pentru controlul unor insecte responsabile de distrugerea culturilor agricole.
Biopesticidele pe bază de Bacillus thuringiensis prezintă o importanță specială, estimările
arătând că reprezintă aproape 97% din piața mon dială de biopesticide ( Cannon, 1993 ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 105 Un alt progres recent al microîncapsulării constă în producerea unor capsule cu lichid și
membrană polimerică. Acestea se obțin prin inițierea în UV a copolimerizării radicalice a
oligomerilor funcționali (siliconi, ur etani, rășini epoxidice, poliesteri etc.) și/sau a
monomerilor vinilici cum sunt acrilații, pentru o mai bună dispersare și protecție ( Lechelt –
Kunze et al., 2000 ; Toreki et al., 2004 ).
El-Rehim et al. (2005 ) au realizat un hidrogel de poliacrilamidă / oxid de polietilenă pentru a
încapsula substanțe bioactive precum atrazina*). Substanța activă a fost încorporată în matrice
de hidrogel prin iradiere cu un fascicul de electroni. Compoziția amestecului de copolimeri,
conținutul de gel al amestecului și doza d e iradiere afetează puternic viteza de eliberare a
atrazinei. În plus, s -a constatat scăderea vitezei de eliberare a atrazinei cu creșterea pH-ului,
respectiv creșterea ei la temperaturi ridicate.
Produsele ambalate sunt susceptibile la infestare cu insect e și acarieni care perforează
materialul de ambalaj sau pătrund în ambalaj prin orificiile și deschiderile existente. Rieth et
al. (1986 ) au încapsulat 2 -heptanonă, substanță de respingere a albinelor și a altor insecte,
într-un copolimer clorură de vinil – acetat de vinil. Jones & Hill (1982 ) au adăugat naftalină
sub formă de fulgi și ulei de lămâi în stare solidă în rășini de polietilenă, polipopilenă și
polistiren pentru a obține filme de material plastic care resping insectele și animalele. Filmele
obținute prezintă rezistență la tracțiune și rupere mai mică decât filmele fără substanțe active
microîncapsulate.
Atkinson (1991 ) a descris procesul de microîncapsulare pentru confecționarea prin extrudare a
filmelor de material plastic cu efect de respingere a animalelor prin încorporarea de terpene în
polietilenă liniară de joasă densitate în stare topită. Radwan și Allin (1997 ) au realizat un
dispozitiv de eliberare a insecticidelor selective util pentru alimente, tutun și alte produse
consumabile, în care substanța activă este un ulei esențial. Navarro et al. (2005 ) au realizat un
material de ambalaj impermeabil la paraziți prin combinarea de turmeronă, alcooli
sesquiterpenici și/sau reziduu solid de oleorezine turmerice. Acestea au fost încorporate prin
microîncapsulare în materiale plastice, adezivi sau cerneluri folosite pentru imprimarea
ambalajelor.
7.1.5. Materiale de ambalaj cu eliberare de mirosuri și arome specifice
Materialele de ambalaj pentru alimente, în special materialele plastice, pot inter acționa cu
mirosurile și aromele alimentare, aceasta având ca rezultat pierderi care necesită înlocuire.
Deși materialele plastice barieră mențin mirosurile și aromele alimentare în interiorul
ambalajului, în unele situații sunt necesare sisteme suplimenta re de eliberare, în special atunci
când straturile termosudate ale ambalajului au afinitate mare față de mirosuri și arome. În
plus, consumatorilor le place să simtă mirosul plăcut la prima deschidere a ambalajului
(Brody, 1992 ).
* Atrazina ( 2-cloro -4-etilamino -6-izopropilamino -s-triazina ) este un compus organic folosit ca erbicid.
Utilizarea sa este controversată din cauza efectului nociv asupra unor specii de animale, ca de exemplu
amfibien ii. Ca multe alte produse, este vândut sub diferite denumiri comerciale. Utilizarea atrazinei este
interzisă în Uniunea Europeană încă din 2004, dar continuă să fie folosită pe larg în Statele Unite
(www.pestici deinfo.org ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 106 Sistemele eliberatoare de mirosuri și arome sunt populare în domenii ca: industria băuturilor,
alimentele ce pot fi introduse în câmp de microunde și automatele de cafea. Industria
băuturilor, îndeosebi a băuturilor răcoritoare este foarte competitivă. Producătorii au mare
grijă și fac eforturi susținute pentru a -și formula produsele astfel încât să le diferențieze de ale
concurenței și să obțină produse cât mai apreciate de consumatori. În cazul băuturilor
răcoritoare, în ciuda contribuției majore a gustului inconfundabil, mirosu l, îndeosebi la prima
deschidere a ambalajului, prezintă o importanță la fel de mare. Ashcraft & Wong (1993 ) au
inventat ambalajul care degajă mirosuri la deschidere. Acest ambalaj constă dintr -un material
multistratificat sub formă de film cu un strat pur tător de substanțe de miros și de arome dispus
între straturile barieră. Datorită incompatibilității, substanțele de miros și aromele se desorb
de pe materialul purtător atunci când unul din straturile barieră este îndepărtat.
Sun et al . (2000 ) au realiza t un ambalaj din polietilentereftalat (PET) în care aroma este
eliberată imediat ce butelia se deschide. Din nefericire, materialele microîncapsulate nu aderă
bine la PET astfel că suprafața buteliilor trebuie modificată înainte de aplicarea materialului
microîncapsulat. O cale de succes pentru rezolvarea acestei probleme constă în tratarea
suprafeței cu o amorsă adezivă pentru microcapsule sau creșterea rugozității suprafeței PET
cu raze laser.
Utilizarea unor materiale de împachetare a ambalajelor poate î mbunătăți aspectul și menține
calitatea materialelor de ambalaj. Folosirea unor benzi de rupere care eliberează arome la
deschidere aduce avantaje suplimentare împachetării; de exemplu, eliberarea controlată a unei
arome poate da impresia consumatorului că ingredientele conținute de ambalaj sunt proaspete.
Fraser (1988 ) a prezentat un ambalaj care eliberează un lichid aromat din microcapsule când
se îndepărtează o bandă de rupere de pe ambalaj. În acest caz, separarea straturilor din
multistrat duce la spar gerea microcapsulelor fixate în vecinătatea stratului adeziv și, prin
urmare, are loc eliberarea mirosurilor și aromelor încapsulate. Ambalajele pot fi confecționate
din hârtie, carton, materiale polimerice, hârtie înnobilată, folii, materiale compozite, h ârtie
metalizată etc.
Într-o aplicație similară, Sprinkel & Newsome (1988 ) au microîncapsulat o substanță aromată
într-un material de împachetare a ambalajului țigaretelor în care aroma este eliberată după
tragerea benzii de rupere. Acest mecanism a fost d escris ca fiind folositor pentru degajarea
unei arome de proaspăt sau pentru adaosul de arome țigaretelor din ambalaj.
CSP Technologies (SUA) a realizat un ambalaj care degajă sau absoarbe mirosuri și arome,
ambalaj în care agentul activ este încapsulat în tr-un material plastic alcătuit din trei
componente. Disperse Technologies (Marea Britanie) a combinat o tehnologie brevetată care
constă în încapsularea într -un film subțire, prin tratament cu UV, pentru a obține filme și
învelișuri cu eliberare controlat ă (Wheeler, 2001 ). Acestea sunt caracterizate prin rezistență la
lovire de până la 6 luni. Arkade Marketing (cu baza în SUA) comercializează eticheta pentru
alimente MicroFragrance, în special pentru promovarea vânzărilor batoanelor de cereale cu
puține ca lorii. Eticheta MicroFragrance este imprimată pe un film curat astfel încât nu se
uzează și nu se amestecă cu alt miros.
Driscoll Labels (SUA) a particularizat etichete de lungă durată, care emană mirosuri la
răzuire, destinate pentru industria aromelor al imentare. Această tehnologie permite
consumatorului să perceapă aroma alimentului fără deschiderea ambalajului. Scentisphere a
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 107 realizat o cerneală parfumată pentru tipărire, cunoscută ca cerneală mirositoare la frecare care
poate fi imprimată direct pe mat erialul de ambalaj. Cerneala mirositoare la frecare prezintă
avantaje în comparație cu etichetele care emană mirosuri la răzuire întrucât poate fi adăugată
în cerneala utilizată în imprimantele standard fără nicio întrerupere a procesului de imprimare.
Compania ScentSational TechnologiesTM (SUA) este pionier în microîncapsularea aplicată în
ambalare. În fig. 1 3.3 este reprezentată schematizat tehnologia pilot CompelAroma® pentru
încapsularea substanțelor odorante în filme de ambalaj pe bază de material pla stic. Prin
utilizarea acestei tehnologii, substanțele de miros și aromă pot fi încorporate direct în filmele
de materiale plastic în timpul confecționării astfel că ele devin parte integrantă din ambalaj.
Tehnologia poate fi utilizată în majoritatea metode lor de confecționare ce includ suflarea,
umflarea și injectarea în matrițe, termoformarea și extrudarea, respectiv obținerea de garnituri
și căptușeli. Tehnologia CompelAroma® poate fi utilizată pentru recipiente, tăvi, pahare,
sisteme de închidere, buteli i și ambalaje flexibile. Prima utilizare comercială a acestei
tehnologii s -a concretizat în buteliile reutilizabile pentru apă Aquacents® confecționate de
NutriSystemTM, SUA.
1
2
34 1
2
34
Fig. 7.3. Eliberarea substanțelor odorante microîncapsulate din materiale plast ice impregnate:
1 – ambalaj; 2 – substanțe de aromă microîncapsulate eliberate în interiorul ambalajului; 3 –
film de material plstic impregnat cu microcapsule; 4 – substanțe de miros și aromă eliberate în
mediul exterior
(Turtoi, 2009 după Ozdemir & Cevik , 2007 )
Substanțele de aromă și de miros microîncapsulate au fost adaptate și pentru recipientele de
ambalare destinate alimentelor încălzite în câmp de microunde sau congelate. Yeo et al.
(2005 ) au încapsulat ulei aromatizat în coacervate complexe folosi nd gelatină și gumă arabică.
Microcapsulele obținute au fost încorporate în filme de ambalaj pentru alimente congelate sau
coapte precum pâine și produse de panificație, paste, pizza și fursecuri, pentru îmbunătățirea
aspectului și eliberarea de ulei aroma tizat în timpul încălzirii la microunde.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 108
7.2. Ambalare inteligentă
Ambalarea inteligentă reprezintă capacitatea de a urmări și a monitoriza starea produselor
ambalate, prin detectarea și măsurarea unui atribut al produsului, a atmosferei interioa re a
ambalajului sau a mediului de transport, pentru a furniza informații, a extinde durata de viață,
a crește siguranța, a îmbunătăți calitatea produsului ambalat. Dispozitivele de ambalare
inteligentă sunt fie suporturi de date, de exemplu etichetele cu coduri de bare și identificare
prin frecvență radio, fie indicatori de timp, temperatură, gaze, microorganisme sau molecule
(biosenzori). Aceste dispozitive inteligente pot fi încorporate în materiale de ambalaj sau
atașate în interiorul sau la exteriorul unui ambalaj.
Începuturile ambalajelor inteligente
Paradoxal, în timp ce, în prezent, noțiunea de ambalare activă și inteligentă este considerată
modernă, de fapt ea aparține unor tradiții străvechi în toate zonele tropicale ale lumii. Astfel,
în regiuni din Africa, Asia și America de Sud, frunzele de plante au fost utilizate și încă mai
sunt utilizate pentru ambalarea tradițională a alimentelor comercializate în piețe dedicate.
Dincolo de aspectul de „barieră”, frunzele sunt utilizate pentru capacitatea l or de a transfera
produselor alimentare arome, coloranți, enzime (de exemplu papaină) sau substanțe
antimicrobiene (de exemplu uleiuri esențiale). Ambalajele din frunze de plante interacționează
cu alimentele pentru modificarea texturii, proprietăților org anoleptice sau pentru a încetini
procesul de alterare microbiană. De asemenea, sunt folosite pentru capacitatea lor de
modificare a culorii în funcție de temperatură și/sau timp, având astfel rol de indicatori de
gătire sau de prospețime. Se folosesc până la patru tipuri diferite de frunze ca straturi
succesive, fiecare cu funcție specifică. Frunzele au fost folosite de secole și în regiunile
mediteraneene ale Europei, de exemplu la împachetarea brânzeturilor tradiționale pentru a
permite o maturare bună.
O utilizare similară o are scoarța de pin sau de brad în care se ambalează brânză de burduf în
regiunile muntoase din România, de exemplu Bucegi, Palanca -Bacău. Scoarța opărită, răzuită,
croită și cusută asigură brânzei un gust amărui și aromă de rășină, î nsă acest sortiment de
brânză este o delicatesă care ucide pădurea fiindcă scoarța se obține de la copaci de 20 -25 de
ani care apoi se usucă.
Sistemele de ambalare inteligentă atașate ca etichete, încorporate în, sau imprimate pe un
material de ambalaj ali mentar oferă posibilități crescute pentru monitorizarea calității
produselor, urmărirea punctelor critice și oferirea unor informații mai detaliate pe tot
parcursul lanțului de aprovizionare. Etichetele inteligente, cum este etichetarea electronică,
proiec tată cu tehnologie de cerneală într -un circuit imprimat și etichetele de identitate
realizate în baterii de radio -frecvență, toate amplasate în afara ambalajului primar, sunt în curs
de dezvoltare cu scopul de a crește eficiența fluxului de informații și d e a oferi funcții de
comunicare inovative. Indicatorii de diagnostic au fost concepuți la început pentru a oferi
informații cu privire la condițiile de depozitare a alimentelor, cum ar fi temperatura, timpul,
conținutul de oxigen sau de dioxid de carbon, ș i astfel, în mod indirect, informații cu privire la
calitatea alimentelor, ca o completare pentru datele finale, de exemplu.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 109 În prezent, pentru produsele alimentare se utilizează indicatori ai temperaturii critice,
indicatori de timp -temperatură și indicat ori de scurgere. Acești indicatori de primă generație
pot fi considerați „indicatori indirecți” ai prospețimii alimentelor. Ei sunt amplasați în
exteriorul ambalajelor primare sau chiar pe ambalajele de transport.
Indicatorii de timp -temperatură (ITT) aver tizează consumatorul dacă alimentele au fost
supraîncălzite. Dacă un aliment este expus la o temperatură mai mare decât cea recomandată,
calitatea alimentului se poate deteriora mai repede. Un ITT plasat pe ambalajul de transport
sau pe ambalajul individua l ca o etichetă mică, autoadezivă se poate modifica ireversibil, de
exemplu poate avea loc o modificare a culorii dacă indicatorul, și implicit alimentul ambalat,
experimentează condiții abuzive. ITT sunt deosebit de utili pentru alimente refrigerate sau
congelate, la care depozitarea la rece în timpul transportului și distribuției este importantă
pentru calitatea și siguranța alimentelor. ITT sunt, de asemenea, folosiți ca indicatori de
prospețime pentru estimarea termenului de valabilitate al produselor p erisabile.
Tendința în domeniul ambalării inteligente este dezvoltarea indicatorilor direcți ai calității
alimentelor datorită capacității lor de a furniza informații mai precise și orientate pe atributele
de calitate. Markerii de calitate specifici pentru produse lactate se bazează pe depunerea, pe
codul de bare, a unui strat de material plastic încărcat cu anticorpi specifici ai
microorganismelor patogene, cum ar fi Salmonella sau Listeria a căror prezență poate fi
detectată atunci când este citit codul d e bare.
În ciuda cercetării active în domeniu, punerea în aplicare a sistemelor inteligente în Europa a
fost limitată îndeosebi la utilizarea unor indicatori vizuali de temperatură sau timp –
temperatură. Motivele pentru aceasta ar putea fi costul prea mare al etichetei indicator,
restricțiile legislative și chiar acceptarea de către comercianții cu amănuntul și proprietarii de
mărci. Teama ar putea fi faptul că indicatorii ar dezvălui neregulile posibile care apar, de
exemplu, în administrarea sau la control ul lanțului frigorific. Pe de altă parte, există, de
asemenea, câteva neajunsuri ale acestor indicatori, de exemplu, răspunsul lor la modele de
temperatură oscilante. Problemele de siguranță provin în principal de la indicatorii direcți, din
cauza potenția lului de migrare nedorit al componentelor chimice întrucât acești indicatori
trebuie amplasați în interiorul ambalajului primar pentru contact direct cu atmosfera care
înconjoară produsul alimentar sau cu alimentul în sine.
7.2.1. Microîncapsularea în amb alarea inteligentă
Un exemplu de ambalare inteligentă constă în crearea de materiale de ambalaj care conțin
particule active microîncapsulate ( Selman, 1995 ; Ozdemir și Cevik, 2007 ), materiale care au
ajuns să fie utilizate frecvent în ambalarea activă și ambalarea inteligentă a alimentelor.
Tehnologia încapsulării și a eliberării controlate a cunoscut o dezvoltare rapidă în ultimele trei
decenii ca rezultat al:
– schimbărilor rapide în strategia de dezvoltare a industriei farmaceutice;
– preocupării crescute a medicilor față de plângerile pacienților;
– dorinței de extindere a industriei farmaceutice pe noi piețe.
Cu toate acestea și în ciuda progresului tehnic, tehnologia încapsulării și a eliberării controlate
a pătruns relativ recent în industria alimentară, r espectiv în ambalarea alimentelor, cercetătorii
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 110 și tehnologii din domeniu confruntându -se adesea cu modalitățile de transpunere a acestei
tehnologii din domeniul farmaceutic în domeniul sistemelor alimentare ( Lakkis, 2007 ).
Microîncapsularea este o tehnică prin care un material sau un amestec de mai multe materiale
poate fi acoperit cu un alt material sau încorporat într -un alt material. Realizarea unui produs
microîncapsulat reușit depinde în primul rând de:
– selectarea unei compoziții corespunzătoare a înv elișului, de obicei materiale recunoscute în
general ca sigure (GRAS = generally recognized as safe ), aprobate de către autoritățile
naționale și internaționale competente;
– alegerea procesului corespunzător de microîncapsulare pentru a asigura funcționalit atea,
stabilitatea și mecanismul de eliberare controlată impuse în proiectare;
– fezabilitatea produsului și a producției, incluzând investiția, costurile de operare și alte
cheltuieli.
O formulare corespunzătoare a învelișului trebuie să stabilizeze materia lul încapsulat, să nu
reacționeze cu substanța activă și să nu o deterioreze. De asemenea, învelișul trebuie să
permită eliberarea materialului încapsulat cu viteză controlată, în condiții specifice de
utilizare. În domeniul alimentelor sunt aprobate mater iale pentru înveliș precum: hidrați de
carbon și derivați ai acestora (amidon, alginați, agar, pectine, caragenan etc.), proteine
(gelatină, cazeină, proteine din porumb sau soia și albumină), lipide (mono -, di- și
trigliceride), acizi grași (lauric, capri nic, palmitic, stearic și săruri ale acestora), ceruri
hidrofile și lipofile (polietilenglicol, ceară de albine etc.), alți hidrocoloizi ( Vasishtha, 2002 ).
Microîncapsularea ingredientelor alimentare compatibile cu tehnicile de ambalare amintite,
poate fi realizată prin metode fizico -mecanice și prin metode chimice. Primele metode includ:
extrudarea, stratul fluidizat, presarea sub formă de peleți, liofilizarea și uscarea prin
pulverizare. Metodele chimice cuprind coacervarea, congelarea, separarea fazelor, incluziunea
moleculară și altele.
Microcapsulele pot fi produse prin depunerea unui strat subțire de polimer pe particule solide
de mici dimensiuni, respectiv pe picături lichide sau printr -un proces de dispersie a
particulelor solide în lichide. Nucleul sau miezul microcapsulei include substanța activă care
poate fi eliberată cu viteză cotrolată prin frecare, presare, difuziune prin peretele polimeric,
dizolvarea învelișului polimeric sau prin biodegradare ( Ozdemir & Cevik, 2007 ).
7.2.2. Pigmenți și cern eluri microîncapsulate
Agenții de colorare care conțin substanțe naturale sau sintetice sunt utilizați frecvent ca aditivi
în fabricarea produselor alimentare. Agenții de colorare disponibili comercial pot conține
substanțe sintetice, inclusiv vopsele, vo psele azo* sau pigmenți naturali. În industria
alimentară este binecunoscută tendința agenților de colorare de a migra în produsele
alimentare sau în mediul înconjurător al acestora. Această problemă este supărătoare mai ales
dacă se petrece în produse ali mentare care constau din mai multe compartimente sau straturi
* Vopsele azo – compuși organici sintetici care conțin gruparea azo –N=N – [derivat din greacă: a (fără) + zoe
(viață)], de care se leagă radicali alchil sau aril. Compușii cu două grupări aril au culori vii, în special roșii,
portocalii și ga lbene utilizați ca vopsele. Deși sunt netoxici, compușii azo sunt considerați cancerigeni și
implicați în carcinomul hepatocelular ( http://en.wikipedia.org , www.britannica.c om).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 111 separate în care agentul de colorare nu este adăugat în toate compartimentele. O categorie
tipică de alimente stratificate o reprezintă prăjiturile și alte deserturi care constau din cel puțin
un strat de umplutură de fructe sub formă de jeleu, de exemplu, în care se adaugă un agent de
colorare și unul sau mai multe straturi de alte ingrediente care au o fază apoasă în care nu se
adaugă colorant. Este evident că migrarea colorantului în straturil e necolorate are ca rezultat
un aspect extrem de inacceptabil al acestor produse stratificate. Un alt produs important în
care migrarea agentului de colorare nu este dorită este surimi. Surimi este un sistem proteic
miofibrilar, stabilizat, obținut din car ne tocată de pește care a fost spălată cu apă și amestecată
cu crioprotectori. Culoarea produsului surimi este un atribut foarte important al calității
globale a acestuia întrucât surimi este clasificat comercial pe baza culorii sale. Surimi
înregistrează pierderi de culoare chiar și dacă este depozitat la temperaturi de congelare.
Floros et al. (1997 ) au analizat utilizarea pentru surimi a unui film care să conțină agent de
colorare ca alternativă a metodei tradiționale de adaos direct de colorant și evita rea migrării
agentului de colorare din film în produs. Shahidi & Pegg (1995 ) au prezentat un proces în care
agentul de colorare a fost încapsulat într -un înveliș pe bază de amestec de hidrați de carbon
(glucide), un agent de legare și un agent de reducere sau sechestrare cu scopul îmbunătățirii
stabilității culorii produsului surimi ca și a altor produse din carne. Pigmentul încapsulat a fost
eficient pentru frankfurteri și după 18 luni de depozitare, conferindu -le culoarea tipică de
afumat. Popplewell & Porzio (2001 ) au încapsulat diferiți agenți de colorare în uleiuri
vegetale hidrogenate parțial pentru încorporarea lor în acoperiri comestibile pentru snaks -uri,
pulpe de pui, pește și alte produse similare.
Astaxantina, un pigment roșu -portocaliu, a deveni t tot mai popular ca supliment al dietei în
nutriția umană datorită proprietăților sale puternic antioxidante. Ca majoritatea carotenoizilor,
astaxantina are o moleculă foarte nesaturată astfel că poate fi ușor degradată prin procese
termice sau oxidative pe parcursul producerii și depozitării alimentelor. Această degradare
poate produce pierderi din valoarea nutritivă și biologică și formarea de compuși de miros și
de aromă nedoriți. Datorită instabilității lor intrinseci, acești compuși nu pot fi manipula ți în
forma cristalină, ci mai degrabă ca emulsii stabilizate sau microcapsule.
Higuera -Ciapara et al . (2002 ) au microîncapsulat astaxantină sintetică într -o matrice de
chitosan legată încrucișat cu glutaraldehidă utilizând metoda evaporării multiple
emuls ie/solvent. A obținut un produs sub formă de pulbere conținând microcapsule cu
diametrul de 5 –50 μm. Stabilitatea pigmentului în microcapsule a fost studiată la depozitare la
25°C, 35°C și 45°C timp de 8 săptămâni prin măsurarea izomerizării pigmentului și a
pierderii de concentrație. Rezultatele au arătat că, în condițiile de depozitare investigate,
pigmentul microîncapsulat nu este supus izomerizării sau altor degradări chimice.
Sakojiri & Takahashi (1990 ) au realizat un material imagistic multicolor alcă tuit dintr -un
substrat fotosensibil, alcătuit dintr -un strat de microcapsule care se topesc la căldură și un strat
formator de culoare ce conține un diazoderivat* și o bază de cuplare. Materialul poate fi
acoperit sau căptușit cu filme de hârtie sau polime ri. Produsul finit este utilizat ca material de
ambalaj pentru alimente. Tajiri et al . (1992 ) au realizat microcapsule cu cerneală pentru
aplicații flexografice în care încapsularea îi asigură adeziune și proprietăți de curgere. Rășinile
* Diazoderivat sau săruri diazoniu – grup de compuși organici cu structura generală [R – N2+] X– în care R poate
fi un rest organic precum o grupare aril sau alchil, iar X– este un ion de halogen. Sunt intermediari importanți
în sinteza coloranților organici ( http://en.wikipedia.org ).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 112 utilizate în aceas tă aplicație constau din metacrilat sau acrilat cu masa moleculară de 3 –50
kDa. Microcapsula ce conține amestec cu cerneală pentru imprimare flexografică este utilizată
în special în compoziția cernelurilor parfumate.
Chul et al. (2005 ) au preparat o cerne ală încapsulată prin polimerizare in-situ utilizând rășini
ureo-melaminice și formaldehidice ca materiale pentru înveliș. Mediul electroforetic a fost
obținut din două tipuri diferite de particule: albe și colorate, cu sarcini electrice opuse, într -un
fluid dielectric incolor. Contrastul optic s -a realizat prin deplasarea diferențiată a particulelor
încărcate cu un tip desarcini electrice către electrodul cu sarcină opusă. Particulele colorate
sau albe sunt menținute electrostatic pe electrodul universal în funcție de câmpul electric și de
sarcina particulei. Particulele albe au fost modificate cu polimetacrilat de metil, iar cele
colorate (roșii, galbene și albastre), modificate cu ceară, au afinitate mai mare pentru
suspensie.
7.2.3. Indicatori de timp –temperatură
Variațiile mari de temperatură la care pot fi supuse produsele alimentare în timpul depozitării,
transportului și manipulării, provoacă atât pierderi calitative, cât și alterări, respectiv pierderi
cantitative. Din acest motiv există un interes continuu în privința monitorizării temperaturii în
lanțul de distribuție a alimentelor de la producător la cosumator, respectiv monitorizarea și
măsurarea temperaturii alimentelor, îndeosebi a celor refrigerate și congelate ( Woolfe, 1992 ;
Saravacos & Kosta ropoulos, 2002 ).
O cale de asigurare a calității produselor prin monitorizarea și controlul temperaturii o
reprezintă utilizarea indicatorilor de temperatură care, fie pot afișa temperatura curentă, fie
răspund la atingerea anumitor praguri de temperatură prestabilite precum temperatura de
congelare sau de refrigerare (de exemplu 4°C). Indicatorii de temperatură reprezintă o
aplicație inovativă a ambalării inteligente a produselor alimentare. Ei pot semnala fie variațiile
mici de temperatură la care sunt su puse acestea (indicatori de temperatură – TI), fie excesul
de temperatură în timp (indicatori de timp –temperatură – TTI); prin aceasta fiind utili în
monitorizarea duratei de depozitare și utilizare a produselor perisabile ambalate.
Deși au fost brevetate peste o sută de tipuri de astfel de indicatori ( Schoen & Byrne, 1972 ;
Kramer & Farquhar, 1976 ; Selman & Ballantyne, 1988 ; Selman, 1990 ), răspândirea lor
comercială este limitată la câteva tipuri ușor de activat, la care modificarea de timp –
temperatură indi cată este ireversibilă, reproductibilă, ușor de măsurat și de corelat cu gradul
de deteriorare a alimentelor și cu termenul de valabilitate rămas.
În funcție de mecanismul de răspuns, indicatorii de timp -temperatură pot funcționa astfel încât
să monitorize ze una sau mai multe din următoarele caracteristici:
– temperatura de refrigerare;
– temperatura de congelare;
– excedentul termic;
– pragul de temperatură (indicatori care răspund numai dacă este depășit un anumit prag de
temperatură denumiți TTI cu ”istoric parț ial”);
– orice temperatură (indicatori care reacționează indepdendent de pragul de temperatură,
denumiți TTI cu ”istoric complet”).
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 113 Pentru a îndeplini obiectivele monitorizării, indicatorii timp –temperatură trebuie să
îndeplinească anumite cerințe fundamenta le (Selman, 1995 ; Ozdemir & Cevik, 2007 ):
– să fie ușor de activat și de utilizat (unii indicatori necesită să fie depozitați și stabilizați sub
pragul de temperatură timp de câteva ore înainte de utilizare);
– să fie sensibili;
– să le fie cunoscute caracterist icile fizice și chimice (determinate în prealabil);
– să răspundă la temperatură sau la efectul cumulat al timpului și temperaturii, respectiv, să
fie corelați cu timpul și temperatura caracteristice lanțului de distribuție a alimentelor;
– să asigure un grad înalt de acuratețe și precizie;
– să ofere un răspuns ireversibil, reproductibil, corelat cu modificările calitative ale
alimentelor, ușor de citit, respectiv să nu fie confuz;
– să fie protejați față de falsificări și să nu poată fi îndepărtați de pe ambalaj.
Obținerea indicatorilor de timp –temperatură se bazează pe unul din următoarele principii
fizico -chimice: punctul de topire, reacțiile enzimatice, polimerizarea, coroziunea și cristalele
lichide. În urma utilizării unuia din aceste principii, cei mai mulți indicatori dau unul din
următoarele răspunsuri: modificarea culorii, mișcare sau ambele simultan.
Pentru realizarea efectivă a unor astfel de indicatori de timp –temperatură se utilizează diferite
substanțe (geluri, polimeri etc.) ce conțin agenți de color are sau precursori microîncapsulați a
căror culoare se schimbă la expunerea în timp la o anumită temperatură. Acești indicatori sunt
introduși, cel mai frecvent, în etichete ce -și schimbă ireversibil culoarea avertizând
consumatorul asupra expunerii anteri oare a produsului la un exces de timp –temperatură
(Selman, 1995 ). Câteva exemple sunt prezentate în continuare.
Toppan Printing a realizat un indicator de timp –temperatură bazat pe difuzia unui agent de
colorare într -un gel la care viteza de difuzie este d ependentă de timp și temperatură ( Selman,
1995 după Patent Japonia 1141 -973A, 1987 ). Acesta indică expirarea termenului de
valabilitate, difuzia colorantului în gel începând din momentul în care produsul ajunge la
temperatura mediului ambiant.
Indicatorul de timp –temperatură realizat de Badische Tabakmanuf se bazează pe apariția în
timp a culorii atunci când două substanțe chimice ajung în contact, de exemplu: compuși
aminici sau fenoli cu compuși azoici ( Selman, 1995 după Patentul German 3907 -683A, 1989 ).
Asemănător, Bramhall ( Selman, 1995 după US Patent 4825 -447A, 1987 ) a realizat un
indicator de timp –temperatură care măsoară abaterile de temperatură pozitive și negative
raportate la temperatura de referință la care trebuie păstrat produsul folosind pentru aceasta un
colorant fluorescent inactiv a cărui fluorescență se manifestă la fluctuații termice.
Un alt indicator timp –temperatură ce constă din microcapsule care conțin solvent și un
precursor de colorant acromatic pe bază de lactone, arată durata de var iație a temperaturii pe
intervale de 5°C ( Selman, 1995 după Patent Japonia No. 1012 -237A, 1987 ).
Lifelines Technology Inc. a creat ca indicatori de timp –temperatură etichete care constau din
două coduri de bare distincte, unul standard care furnizează info rmații despre produs, celălalt
care își modifică ireversibil culoarea în timp, în funcție de temperatura de expunere. În cel de
al doilea cod de bare sunt încorporați prin încapsulare, monomeri diacetilenici care
polimerizează la creșterea temperaturii, cu formarea unui compus închis la culoare.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 114 Intensitatea culorii depinde de durata expunerii la temperatură, închiderea la culoare fiind cu
atât mai rapidă cu cât temperatura este mai ridicată ( Selman, 1995 după Byrne, 1990 ). La
început, reflexia codului de b are indicator este ridicată, aproape de 100%, apoi scade în timpul
depozitării pe măsură ce are loc reacția de închidere a culorii. Etichetele Lifelines
reacționează imediat după fabricare la temperatura mediului, astfel că ele trebuie depozitate la
temper aturi de –20°C sau mai scăzute.
Similar s -a realizat indicatorul Lifelines Fresh -Check, care constă dintr -un cerc mic
confecționat dintr -un polimer înconjurat de un inel de referință, imprimat. La început,
polimerul este deschis la culoare însă, în timp, c uloarea se intensifică în funcție de expunerea
la temperatură cumulată. Consumatorul este avizat printr -o inscripționare pe ambalaj să nu
consume produsul dacă centrul polimerului este mai închis la culoare decât inelul de referință,
în ciuda încadrării în termenul de valabilitate ( Selman, 1995 după Fields, 1989 ).
Utilizarea indicatorului Lifelines Fresh -Check este limitată de lipsa de răspuns la perioade
scurte de exces termic și de influența pe care o exercită lumina asupra reacției de
polimerizare. Pentr u a elimina acest ultim dezavantaj, indicatorul este protejat cu un filtru
roșu. Indicatorul prezintă interes pentru produse a căror calitate nu este afectată de creșteri de
temperatură pentru scurt timp cum sunt ouăle, alimentele gata preparate, carnea pr oaspătă de
pasăre, iaurtul etc.
Compania Avery Dennison Corp. (SUA) a introdus un indicator de timp –temperatură în care
este folosit senzorul TT SensorTM. Acest senzor constă din două etichete: o etichetă indicator
și o etichetă transparentă de activare. Eticheta de activare se aplică pe eticheta indicator apoi
se introduce imediat în ambalaj. O dată ce indicatorul de timp –temperatură este activat,
eticheta indicator își schimbă imediat și ireversibil culoarea. Etichetele indicator funcționează
în interval ul de temperatură –18…60°C. Acestor indicatori li se pretinde să fie simpli, siguri și
rentabili din punct de vedere al costului. În plus, etichetele TT SensorTM nu au nevoie de
refrigerare înainte de utilizare.
Prusik et al . (2000 ) au brevetat o etichet ă indicator de timp –temperatură pentru a măsura
durata de timp în care un produs alimentar a fost expus la condiții de exces de temperatură.
Eticheta conține microîncapsulată o substanță fuzibilă care se poate topi și curge atunci când
un produs alimentar este expus la temperaturi mai mari decât un nivel de referință prestabilit.
Indicatorul poate fi activat printr -o apăsare ușoară cu degetul sau, de preferat, prin metode
mecanice sau automate adecvate pentru a se rupe capsula ce conține sunstanța indicator
fuzibilă. După contactul precursorului de culoare cu activatorul de colorare va rezulta o culoare
distinctă datorită migrării substanței fuzibile.
Bibliografie
Abeles F.B. 1992. Ethylene in Plant Biology . 2nd edition, Academic Press, New York.
Ahvenain en R. (Ed). 2003. Novel food packaging techniques . Woodhead Publishing Ltd., UK.
Ashcraft C.R. & Wong M.M.L. 1993. Flavor burst structure and method of making the same. US
Patent No. 5,249,676.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 115 Barabolak R.M., Yibell S.E., Witkewity D.L. & Greenberg M.J. 2 005. Method of controlling release
of antimicrobial agents in chewing gum. US Patent No. 6,955,827.
Brar S.K., Verma M., Tyagi R.D. & Valero J.R. 2006. Recent advances in downstream processing and
formulations of Bacillus thuringiensis based biopesticides. Process Biocehmistry 41(2), 323–342.
Brody A.L. 1989. Controlled / Modified atmosphere / Vacuum packaging of foods . Trumbull: Food
and Nutrition Press, Inc.
Brody A.L. 1992. Flavor, flavor everywhere -but in packaging? Cereal Foods World 37(11), 834 –835.
Brody A.L. & Budny J.A. 1989. Enzymes as active packaging agents, Cap. 7 în Active Food
Packaging . Rooney, M.L. (Ed). Blackie Academic and Professional, Londra, p. 174 –192.
Byrne M. 1990. Chill check. Food Processing , 59(5), 29.
Cannon R.J.C. 1993. Prospect s and progress for Bacillus thuringiensis based pesticides. Pesticide
Science 37, 331–335.
Chacon P.A., Buffo R.A. & Holley R.A. 2006. Inhibitory effects of microencapsulated allyl
isothiocyanate (AIT) against Escherichia coli O157:H7 in refrigerated, nitr ogen packed, finely
chopped beef. International Journal of Food Microbiology , 107(3), 231–237.
Choi S.O. (1991) Orega ultra -high gas permeability filled film for fresh produce packaging . CAP'91,
Sixth Intl. Conf. CA/MA/Vacuum Packaging. Schotland Business Res., Inc. p. 197 -208.
Chul A.K., Meyoung J.J., Seong D.A., Gi H.K., Seung -Youl K., In -Kyu Y., Jiyoung O. , Hey J.M.,
Kyu H.B. & Kyung S.S. 2005. Microcapsules as an electronic ink to fabricate color electrophoretic
displays. Synthetic Metals 151(3), 181–185.
Cuq B., Gontard N. & Guilbert S. 1995. Edible films and coatings as active layers. Cap. 5 în: Active
Food Packaging . Rooney, M.L. (Ed). Blackie Academic and Professional, Londra, p. 75 –110.
Denny F.E. 1924. Hastening the coloration of lemons, J. Agr. Re s., 27: 757 –769.
El-Rehim H.A.A., Hegazy E.A. & El-Mohdy H.L.A. 2005. Properties of polyacrilamide -based
hydrogels prepared by electron beam irradiation for possible use as bioactive controlled delivery
matrices. Journal of Applied Polymer Science 98(3), 1262–1270.
Fields S.C. 1989. Monitoring of Product Quality Using Time -Temperature Indicators. In: Proceedings
of Eastern Food Science Conference VI, Food Technology: A View of the Future, Hershey, 1 -4
Oktober.
Floros J.D., Dock L.L. & Han J.H. 1997. Active packaging technologies and applications. Food,
Cosmetics and Drug Packaging 20, 10–17.
Fraser A.D. 1988. Package opening system. US Patent No. 4,720,423.
Higuera -Ciapara I., Felix -Valenyuela L., Goycoolea F.M. & Argüelles -Monal W. 2002.
Microencapsulation of astaxanthin in a chitosan matrix. Carbohydrate Polymers 56(1), 41–45.
Jones L.R. & Hill J.L. 1982. Composition for pest repellent receptacle. US Patent No. 4,320,112.
Joyce D. 1988. Evaluation of a ceramic -impregnated plastic film as a postharvest wrap. HortSci.,
23:1088.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 116 Klein R.B., Selph J.L., Partridge J.J. & Reinhard J. 2004. Compounds and methods for controlling
fungi, bacteria and insects. US Patent Application No. 20,040, 235,898. USA.
Kramer A. & Farquhar J.W. 1976. Testing of time -temperature in dicating and defrost devices. Food
Technol ogy 30(2), 50-56.
Lakkis J.M. (Ed) 2007. Encapsulation and Controlled Release Technologies in Food Systems ,
Blackwell Publishing, SUA.
Lechelt -Kunze C., Simon J., Zitzmann W., Kalbe J., Muller H.P. & Koch R. 2000. Biological material
embedded in hydrogels, a process for the embedding thereof, and its use as artificial seed. USP
6,164,012.
Lee S.J. & Rosenberg M. 2000. Whey protein based microcapsules prepared by double emulsification
and heat gelation. Lebensmittel -Wissenschaft und Technologie 33, 80–88.
Lehtonen P., Karilainen U., Jaakkola R. & Kymolainen S. 1991. A packaging material which removes
oxygen from a package and a method of producing the material. Intern. Patent Application WO
91/13556.
Marrone P.G. 1999 . Microbial pesticides and natural products as alternatives. Outlook on Agr. ,
28(3):149 -54
Navarro S., Finkelman S., Zehavi D., Dias R., Angel S., Mansur F. & Rindner M. 2005. Pest –
impervious packaging material and pest control composition. US Patent Appli cation No.
20,050,208,157.
Ozdemir M. 1999. Antimicrobial Releasing Edible Whey Protein Films and Coatings. Ph.D.
Dissertation. Purdue University, West Lafayette, IN.
Ozdemir M. & Cevik T. 2007. Inovative Applications of Microencapsulation in Food Packagin g.
Chapter 9 in Encapsulation and Controlled Release Technologies in Food Systems , Lakkis, J.M.
(Ed), Blackwell Publishing, USA.
Ozdemir M. & Floros J.D. 2001. Analysis and modeling of potassium sorbate diffusion through edible
whey protein films. Journal of Food Engin eering 47(2), 149–155.
Ozdemir M. & Floros J.D. 2003. Film composition effects on diffusion of potassium sorbate through
whey protein films. Journal of Food Sci ence 68, 511–516.
Ozdemir M. & Floros J.D. 2004. Active food packaging technologies . Critical Reviews in Food
Science and Nutrition 44(3), 185–193.
Paine F.A. & Paine H.Y. 1983. A Handbook of Food Packaging , Blackie & Son Ltd., Glasgow, UK.
Parry R.T. 1993. Principles and applications of modified atmosphere packaging of food . Blackie
Academic & Professional, Glasgow, UK.
Popplewell L.M. & Porzio M.A. 2001. Fat -coated encapsulation compositions and method for
preparing the same. US Patent No. 6,245,366.
Prusik T., Arnold R.M. & Fields S.C. 2000. Time -temperature indicator device and method of
manufacture. US Patent No. 6,042,264. USA.
Radwan M.N. & Allin G.P. 1997. Controlled -release insect repellent device. US Patent No. 5,688,509.
USA.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 117 Rieth J.P., Wilson W.T. & Levin M.D. 1986. Repelling honeybees from insecticide -treated flowers
with 2 -heptanone. Journal of Apicultural research , 25(2): 78 –84.
Robertson G.L. 1993. Food packaging. Principles and practice . Marcel Dekker, Inc., New York.
Robertson G.L. 2006. Food packaging. Principles and practice . Second edition, Marcel Dekker, Inc.,
N.Y.
Rooney M.L. 1995a. Active packaging in polymer films. Cap. 4 în: Active Food Packaging . Rooney,
M.L. (Ed). Blackie Academic and Professional, Londra, p. 75 –110.
Rooney M.L. 1995b. Overview of active food packaging. Cap. 1 în: Active Food Packaging . Rooney,
M.L. (Ed). Blackie Academic and Professional, Londra, p. 1 –37.
Rooney M.L. (Ed). 1995 . Active Food Packaging . Blackie Academic and Professional, Londra.
Rosenberg M. 1997. Milk derived whey protein -based microencapsulating agents and a method of use.
US Pat ent No. 5,601,760.
Sakojiri H. & Takahashi H. 1990. Multicolor imaging material. US Patent No. 4,916,042.
Saravacos G.D. & Kostaropoulos A.E. 2002. Handbook of Food Processing Equipment . Kluwer
Academic / Plenum Publ., New York.
Schoen H.M. & Byrne CH. 197 2. Defrost indicators. Food Technol., 26(10), 46 -50.
Scott E. 1997. Sources of ethene , The MAD Scientist Network: Biochemistry.
Selman J.D. 1990. Time -temperature indicators – how they work. Food Manufacture, 65(8), 30 -34.
Selman J.D. 1995. Time -temperatur e indicators. Chapter 10 in: Active Food Packaging . Rooney, M.L.
(Ed) Blackie Academic and Professional, Londra, p. 215 –237.
Selman D. & Ballantyne A. 1988. Time -temperature indicators: do they work? Food Manuf.,
63(12):36 -38, 49.
Shahidi F. & Pegg R.B. 19 95. Stabilized cooked cured -meat pigment. US Patent No. 5,425,956.
Spector D. 1981. Self -stick aroma -dispensing tab. US Patent No. 4,277,024.
Sprinkel Jr.F.M. & Newsome R.W. 1988. Package with means for releasing aromatic substance on
opening. US Patent No . 4,717,017.
Sun R., Quintus -Bosz H., Given P., Pineiro R. & Morrison A. 2000. Aroma release bottle and cap. US
Patent No. 6,102,224.
Tajiri M., Wakata K., Shinmitsu K. & Shioi S. 1992. Microcapsule -containing ink composition for
flexographic printing. US Patent No. 5,120,360.
Teumac F.N. 1995. The history of oxygen scavenger bottle closures. Chapter 8 in: Active Food
Packaging . Rooney M.L. (Ed). Blackie Academic and Professional, Londra, p. 194 –202.
Thomas T.R., Belias W.P., Chen P.N. & Kolovich N.A. 2005a . Packages with active agents. US
Patent Application No. 20,050,220,375.
Thomas T.R., Long S.P., Belias W.P. & Kolovich N.A. 2005b. Packages with active agents. US Patent
Application No. 20,050,220,374.
Maria TURTOI – Tehnologii speciale de procesare – Note de curs – IPA III
Universitatea Dunărea de Jos din Galați
Ingineria Produselor Alim entare – Cahul 118 Toreki W., Manukian A. & Strohschein R. 2004. Hydroca psules and method of preparation thereof.
US Patent No. 6,780,507.
Turtoi M. 2000. Materiale de ambalaj și ambalaje pentru produsele alimentare . Editura Alma, Galați.
Turtoi M. 2001. Contribuții privind tratamentul biologic al efluenților din industria ali mentară, Teză
de doctorat , Universitatea Dunărea de Jos din Galați.
Turtoi M. 2003. Ambalarea brânzeturilor. Cap. 7 în Știința și ingineria fabricării brânzeturilor ,
Editura Academica, Galați, p. 323 –366.
Turtoi M. 2004. Tehnici de ambalare a produselor al imentare , Editura Academica, Galați.
Turtoi M. 2006. Ambalaje și tehnici de ambalare: îndrumar de lucrări practice și aplicative , Editura
Academica, Galați.
Turtoi M. & Hopulele T. 2001. Etilena – poluant al atmosferei și regulator al coacerii fructelor. Globus
Food – revista industriei alimentare române , 3(18), 8 –9.
Vasishtha N. 2002. Microencapsulation: delivering a market advantage, Prepared foods ,
http://findarticles.com , accesat în 6 sept. 2009.
Waters J.R., Sha rp J.C. & Dev V.J. 1994. Infection caused by Escherichia coli O157:H7 in Alberta,
Canada, and in Scotland: A five -year review, 1989 –1991. Clinical Infectious Diseases , 19: 834 –
843.
Wheeler D. A. 2001. Surface coatings, US Patent No. 6,312,760.
Wilson Ch.L. 2007. Intelligent and active packaging for fruits and vegetables . CRC Press, FL.
Woolfe M.L. 1992. Temperature monitoring and measurement. În Chilled Foods: A Comprehensive
Guide, C. Dennis & M. Stringer (Eds), Ellis Horwood, London, p. 77 -109.
Yeo Y., Be llas E., Firestone W., Langer R. & Kohane D.S. 2005. Complex coacervates for thermally
sensitive controlled release of flavor compounds. Journal of the Agric ulture and Food Chem istry
53(19), 7518 –7525.
Young S.L., Sarada X. & Rosenberg M. 1993a. Microencap sulating properties of whey proteins. 1.
Microencapsulation of anhydrous milk fat. Journal of Dairy Science , 76: 2868 –2877.
Young S.L., Sarada X. & Rosenberg M. 1993b. Microencapsulating properties of whey proteins. 2.
Combination of whey proteins with car bohydrates. Journal of Dairy Science , 76: 2878 –2885.
Zagory D. 1995. Ethylene -removing packages, Chapter 2 in Active Food Packaging . Rooney, M.L.
(Ed). Blackie Academic și Professional, London, UK, p. 38 –54.
* * * Azo compound, http://en.wikipedia.org , accesat în 5 iulie 2009.
* * * Azo dye, http://www.britannica.com , accesat în 5 iulie 2009.
* * * Diazonium compound, http://en.wikiped ia.org , accesat în 7 iulie 2009.
* * * PAN Pesticides Database – Chemicals, Atrazine – Identification, toxicity, use, water pollution
potential, ecological toxicity and regulatory information, http://www.pestic ideinfo.org , accesat în 5
iulie 2009.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Ingineria Produselor Alimentare – Cahul Tehnologii speciale de procesare Note de curs semestrul 2 Prof. dr. ing. Mari a TURTOI Galați 201 8 Maria… [613205] (ID: 613205)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.