Evaluación de la efectividad del uso de luz ultravioleta de onda corta (UV-C) asistida por otros factores en la preservación de jugos claros y turbios a escala piloto

• Autores: Fenoglio, Daniela
• Año de publicación: 2023
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Guerrero, Sandra Norma; Ferrario, Mariana Inés
• Materia: LUZ UV-C; TECNOLOGIAS ASISTEDAS; JUGOS FRUTALES; MICROBIOLOGIA PREDICTIVA; ESTUDIOS SENSORIALES; CALIDAD FISICOQUIMICA; UV-C LIGHT; ASSISTED TECHNOLOGIES; FRUIT LUICES; PREDICTIVE MICROBIOLOGY; SENSORY STUDIES; PHYSICOCHEMICAL QUALITY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El objetivo general de esta tesis es desarrollar un procesamiento a escala piloto de jugos frutales claros y de alta turbidez mediante la aplicación de luz ultravioleta de onda corta (UV-C) asistida por temperatura moderada, con el objeto de, obtener productos novedosos, seguros microbiológicamente y de elevada calidad organoléptica y funcional. La innovación reside en tres aspectos fundamentales: i) la utilización de luz UV-C asistida por calor moderado como método de preservación ii) el desafío de la aplicación de luz UV-C a un amplio espectro de jugos simples (claros) y complejos (blends turbios) y iii) la optimización de un equipo de procesamiento por luz UV-C a escala piloto, especialmente diseñado y construido para tal fin. Se determinaron los distintos tipos de dosis UV-C en el reactor a escalas laboratorio y piloto. Por un lado, se midió la dosis emitida por las lámparas mediante el uso de un radiómetro, por otro la dosis entregada a la muestra mediante la técnica de actinometría y finalmente la fluencia germicida determinada mediante una biodosimetría utilizando Escherichia coli ATCC 35218 y esporas de Alicyclobacillus acidoterrestris ATCC 49025 como microorganismo trazador. Se estudió la inactivación de inóculos simples y compuestos en diversos jugos (claros y turbios) utilizando ambas escalas y equipos de diferente diseño y se analizó la influencia de la asistencia de la luz UV-C por calor moderado (50 °C) y de las características físicas y ópticas de las matrices en la eficiencia del procesamiento propuesto. Se estudió la cinética de inactivación microbiana en los distintos sistemas mediante la aplicación de modelos matemáticos predictivos conceptualmente diferentes (modelo de Weibull, Coroller y Bifásico con hombro). Se estudió la influencia del procesamiento UV-C sobre diversos parámetros de calidad (contenido de polifenoles, flavonoides, actividad antioxidante, vitamina C y HMF) y sobre la actividad de tres enzimas (polifenol oxidasa, PPO; peroxidasa, POD; y pectin-metil-esterasa, PME). Por último, se realizaron estudios sensoriales, tanto estáticos como dinámicos. La efectividad del tratamiento UV-C a escala laboratorio (Hdact= 1271 mJ/cm² ) en la inactivación microbiana final alcanzada mostró no ser altamente dependiente de la microbiota acompañante, pero el modelado matemático permitió determinar la existencia de diferencias en las curvas de inactivación a tiempos intermedios de tratamiento, siendo menos eficiente el tratamiento al inocular cócteles de varias cepas de un mismo microorganismo. A escala piloto, se evidenció que la efectividad del tratamiento por luz UV-C asistida por calor moderado (Hd act=892 mJ/cm² - 50°C) dependió de las características ópticas de las matrices, siendo más efectivo en las bebidas menos complejas (jugos claros), tal como se esperaba. Los estudios de calidad sobre un jugo natural de naranja-mandarina tratado por luz UV-C asistida, a escala piloto, mostró que existió una disminución en el contenido de compuestos bioactivos de interés en el jugo, respecto de un jugo sin tratamiento. Asimismo, también se observó que la formación de HMF fue menor en el caso del tratamiento propuesto que en un jugo procesado térmicamente empleando alta temperatura. El tratamiento por luz UV-C asistida por calor moderado logró inactivar en gran medida a las enzimas PPO y POD, y en menor porcentaje la actividad de la PME. Los estudios sensoriales realizados para el jugo de naranja-mandarina tratado por el tratamiento optimizado (menor número de pasadas y de dosis recibida, Hd act optimizado= 650 mJ/cm² -50°C) de acuerdo a los resultados microbiológicos y de calidad observados, demostraron una alta aceptación del producto por parte de un panel de consumidores. Un estudio de dominancia temporal de sensaciones reveló una predominancia del sabor cítrico en el producto por sobre otras sensaciones.
The general objective of this thesis was to develop an innovative pilot-scale processing for clear and high-turbidity fruit juices by using short-wave ultraviolet light (UV-C) assisted by moderate temperature to obtain novel, microbiologically safe and environmentally friendly products with high organoleptic and functional quality. The innovation lies in three fundamental aspects: i) the use of UV-C light assisting preservation processes (moderate temperature) ii) the challenge of applying UV-C light in a wide spectrum of simple (clear) and complex juices (cloudy blends) and iii) the optimization of a pilot-scale assisted UV-C light processing equipment specially designed and built for this purpose. The different UV-C fluences in the pilot and labscale reactors were determined. First, the light emitted by the UV-C lamps was determined using a radiometer. Then, the delivered dose was measured by actinometry; finally, the germicidal dose was determined by a biodosimetry essay using Escherichia coli ATCC 35218 and Alicyclobacillus acidoterrestris ATCC 49025 spores as the tracer microorganism. The microbial inactivation achieved by the single and assisted by mild heat (50°C) UV-C treatment, in a variety of clear and turbid matrixes, of single and composite inoculums was studied. The influence of some optical and physico-chemical characteristics on the treatment effectiveness was analysed. The microbial inactivation kinetics was deeply studied in each system by mathematical modelling (Weibull model, Coroller model y Biphasic plus shoulder model). Some quality parameters (total polyphenol content, flavonoid content, antioxidant activity, vitamin C content and HMF formation) and the activity of three enzymes (polyphenol oxidase, PPO; peroxidase, POD; and pectin-methyl-esterase, PME) were measured in order to determine if the proposed treatment had an effect on them. Finally, static and dynamic sensory studies were performed on the orange-tangerine juice. The final microbial inactivation achieved by the lab-scale UV-C treatment (Hd act = 1271 mJ/cm² ) was not highly influenced by the presence of accompanying microbiota, but mathematical modelling evidenced the existence of differences among the inactivation curves at intermediate treatment times, being UV-5 C treatment less effective at inactivating microbial cocktails. On the other hand, the microbial inactivation achieved by UV-C light assisted by mild heat (Hd act = 892 mJ/cm² -50 °C), was highly dependent on the optical characteristics of the juices, being less effective at decontaminating more complex matrixes. The quality studies carried on the orange-tangerine juice treated by pilot-scale assisted UV-C light, showed a decrease in the content of some bioactive compounds compared to an untreated sample. However, the appearance of HMF in the assisted UV-C treated juice was lower than in the same juice treated by thermal pasteurization (80 °C- 6 min). The assisted UV-C treatment succeeded at highly inactivating the activity of PPO and POD enzymes, and to a lesser extent the PME activity. The sensory studies performed on the orange-tangerine juice treated by the optimized assisted UV-C treatment, according to the microbiological and quality studies, which resulted in less passes through the reactor, therefore in a lower UV-C dose in order not to over treat the product (Hd act optimized= 650 mJ/cm² -50°), demonstrated a high acceptance of the proposed product by the consumers. A “Temporal Dominance of Sensations'' study revealed the predominance of the citric flavour throughout consumption.
Fil: Fenoglio, Daniela. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.