Metode Alternative de Procesare a Alimentelor. Noutati, Oportunitati si Perspective

1. Metode Alternative de Procesare a Alimentelor.Noutati, Oportunitati si Perspective Carmen I Moraru, PhD Associate Professor Food Processing & Food Safety Engineering Cornell University, USA

2. Procesarea alimentelor in secolul 21 – ce se intampla? • Situatia actuala: Tratamentele termice (pasteurizare, sterilizare) constituie principala modalitate de asigurare a inocuitatii si conservare a alimentelor • Tendinta noua: Minimizarea sau inlocuirea tratamentelor termice cu scopul de a pastra “prospetimea”, valoarea nutritiva si bioactiva a produselor alimentare

3. Knorr, D. IFT, 2003

4. Progreserecente in procesareaalimentelor • PROCESE TEHNOLOGICE IMBUNATATITE • Progrese in tratamentele termice (utilaje) • Sterilizare cu microunde cu incalzireuniforma • Separare prin membrane (noiutilizari) • TEHNOLOGII MODERNE/ ALTERNATIVE • Presiuni inalte • Pulsuri electrice • Iradiere • Radiatii ultraviolete • Pulsuri luminoase • Plasmarece, etc. • Nanotehnologii

5. Sterilizare uniforma cu microunde • Incalzirea cu microunde • Avantaj: incalzire rapida, in ambalaj • Dezavantaje: incalzire neuniforma, putere de penetrare limitata, incompatibilitate cu ambalaje din folie metalizata Source: Datta, 2003 Source: Dunne, 2008

6. Sterilizare uniforma cu microunde(cont.) • Washington State University: • Proces de sterilizare cu microunde care permitementinereacalitatiiproduselorprocesatepeste 6 luni. • Principiu: imersareprodusambalat in apafierbinte sub presiunesiincaziresimultana cu MW la 915 MHz. • Microorganismelesunt inactivate in 5-8 min. • Tehnologieaprobata de FDA. • A primit 2010 IFT Research & Development Award.

7. Separari prin membraneEliminarea microorganismelor prin microfiltrare • Procesul de microfiltrare poate indeparta in mod eficient microorganismele din lapte sau sucuri, mentinand compozitia neschimbata. • Eficienta: reducere cu 4 - 5 log a celulelor vegetative si cu 2 - 3 log a sporilor din lapte (Fritsch and Moraru, 2008). • Extindere seminificativa a termenului de pastrare a laptelui (>90 zile in conditii de refrigerare dupa pasteurizare minima). • Problema: flux ne-economic Finantare: AsociatiaProducatorilor de Lapte din NY, USDA

8. Cauza: colmatareamembranei  Dezvoltaresolutii de crestere a fluxului

9. Solutie: contracarareacolmatariiprininjectare de CO2 (Tan and Moraru, 2010)

10. Automatizarea & optimizareainjectiei cu CO2 • Pentrulapte: o cresteresemnificativa a fluxului (>16%) si o incetinire a ratei de colmatare • Interest manifestat de industrialapteluipentruadaptareaprocesului la conditiiindustriale (“scale-up”) (Tan and Moraru, 2010)

11. Minnesota Vermont Univ. Wisc. Madison Cornell University University of Connecticut Iowa Illinois Wisconsin New York Connecticut Massachusetts Pennsylvania Proiectnou Finantare: USDA • Dezvoltareaunuiprocescombinat (MF + UV) pentrutratareasucului de mere • Scop: eliminareE. coli O157:H7, Cryptosporidium parvumsiAlicyclobacillusacidoterrestris • Proiectintegrat (Research-Teaching-Extension)

12. Iradiere RADURA • Iradiereaesteunadintrecelemaistudiatemetode de procesare, darutilizareaeiesteincadestul de controversata in multetari, in special in Europa. • Ce se cunoaste: • Produseletratate nu devin radioactive in urmadozelor de sterilizarefolosite in industriaalimentara. • Nu s-a doveditnici o legaturaintreconsumul de produseiradiatesiaparitiacanceruluisau a defectelor de nastere.

13. Situatiacurenta • Aprobariexista in 42 tari, pentru 240 produsealimentare. • Aprobarepentru Romania: Magurele. • Cca. 9000 tone produsealimentareiradiateanual.

14. Procesarea la presiuneinalta • Metoda de procesare care expunealimentele la presiuniextrem de ridicate (100-800 MPa), cu scopul principal de a inactivamicroorganismele • Produsulesteambalatintr-un container flexibil, introdusintr-o camera de presiuneumpluta cu lichid, care esteapoipresurizat. • Presiunearidicatamodificalegaturile de hidrogensiionice in microorganisme denaturareproteine modificariireversibile ale membraneicelulare moarteacelulei

15. Echipamentepentrutratamente cu presiuneinalta • Vas de presiunecilindric • Dispozitive (capace) pentruinchidereetansa la ambelecapete • Pompa de presiune • Un intensificator agent hidraulic de inaltapresiune www.foodtechsource.com Vase de presiune (izolatoare)

16. Comercializarea HPP pe plan mondial Courtesy D. Knorr

17. Produse obtinute cu ajutorul HPP • Produsepebaza de legume: 36% • Produse din carne: 30% • Fructe de mare sipeste: 16% • Sucurisibauturi: 12% • Alteproduse: 6%

18. Limite ale procesarii cu presiuni inalte… si solutii • Produsele tratate cu HPP trebuie sa contina apa si sa nu aiba continut ridicat de aer / porozitate interna. • HPP nu poate fi utilizata pentru sterilizarea produse alimentare cu aciditate redusa, datorita inabilitatii de a inactiva sporii. • Solutie: utilizarea concomitenta a energiei termice. • NCFST a pus al punct un proces de sterilizare termica asistat de temperatura (PATS). • 2009: PATS a primit IFT Innovation Award.

19. “Pressure Assisted Thermal Sterilization” (PATS) • Temperatura initiala in camera de presurizare: 60-90ºC. Presiuni de 500-800 MPa • Datorita incalzirii adiabatice temperaturile interne in produs ajung la 80-130ºC. • Comparatie cu sterilizarea in container (pentru F0 = 4 min): • Cerere de aprobare pentru piure de cartofi depusa la FDA in Sept 2008 Sterilizare Timp de incalzire: 20 min Timp de mentinere: 40 min Timp de racire: 20 min PATS Timp de incalzire: 4 min Timp de mentinere: 5 min Timp de racire: 3 min

20. Procesarea cu pulsurielectrice (PEF) • PEF utilizeazacampurielectrice de inaltaenergie (20-80 kV/cm) pentru a inactivamicroorganismele (siuneleenzime). • Pentru a fitratate, produseletrebuiesapoatafipompate. Mecanism: • Pulsurileelectricedistrugmembranacelulelormicrobiene ca rezultat al fenomenului de electroporare Milk treated with 30kV - 2500 pulses Untreated whole milk Mycobacterium paratuberculosis(Rowan, 2001)

21. Applicatii ale procesarii cu pulsurielectrice • Pasteurizare: • Alimentelichide (sucuri de fructe, lapte, sosuri, oualichide) • Paste alimentare care pot fipompate (piureuri de fructesi legume, carne tocata) • Extractiasucurilor de fructesi legume • PEF poatecauzapermeabilizareamembranelor in celulelevegetale eliberareausoarasicompleta a lichidului din acestecelule

22. Aplicatiiindustriale ale PEF • US: prima aplicatie industriala a conservarii cu PEF • Obtinere de sucuri calitate premium (organice) (200 L/h) • Aprobare FDA pentru piata SUA pentru acest scop (2005) Genesis Juices, Oregon, USA • De doiani, sucurile de fructeorganice Genesis suntprocesate cu HPP (nu s-a pututdemonstrareducereaE. coli cu 5-log cu PEF).

23. Tratamente cu UV si pulsuri luminoase • Tratamente bazate pe actiunea radiatiilor electromagnetice (UV – NIR) • UV folosit de multi ani pentru dezinfectie • PL tratament mai nou, mai rapid si de intensitate mai mare • Surse de lumina: • UV: lampi cu mercur • PL: lampi cu Xe

24. Aplicatii ale tratamentului cu UV • Pasteurizare atermica a cidrului de mere • Aprobata in statul NY • Design: • 8 lampi UV • Tratament in film de lichid subtire (3 mm thickness) • Regim de curgere turbulent (Re>2200) • 2 senzori de UV “in-stream” • Debit maxim: 25 l/min

25. Tratament cu pulsuri luminoase • Domeniu de cercetare in grupul nostru din 2003 • Consta in aplicarea de pulsuri de lumina de mare intensitate si durata foarte mica, in intervalul spectral 180 – 1100nm

26. Mechanism de inactivare • Inactivarea nu are loc daca se indeparteaza radiatiile UV (Woodling and Moraru, 2007). • Transcriptia genetica of L. monocytogenes a fost evaluata comparativ pentru PL si UV (Uesugi and Moraru, 2010): • Diferente nesemnificative de expresie genetica in urma celor doua tratamente • Atat PL cat si UV au rezultat in exprimarea pronuntata (“upregulation”) a genelor asociate cu: stress, transcriptie/ translatie, mobilitate, and membrane celulare • Mechanisme similare de inactivare: • Efect asupra moleculelor de ADN

27. Predictie inactivare volumetrica • Simulare numerica • Foloseste distributia fluentei cuplata cu ecuatiile de cinetica de inactivare Hsu and Moraru, 2010

28. Tratamente pentru lichide • Tratamentele cu pulsuri luminoase efectuate in stat subtire si sub turbulenta pot fi foarte eficiente • Inactivare E. coli in suc de mere >7 log; in cidru de mere >5.5 log E. coli ATCC 25922 si E. coli O157:H7 (Sauer & Moraru, 2008)

29. Desinfectie suprafete • Suprafete de otel inox (reducere Listeria cu3-4 log) (Woodling and Moraru, 2005). • Suprafata unor produse de carne (carnaciori vienezi). In combinatie cu compusi antimicrobieni (nizina)  reducere Listeria cu 3-4 log (Uesugi and Moraru, 2009).

30. Concluzii • In ultimii ani s-au facut progrese semnificative pentru dezvoltarea metodelor de procesare minime & atermice • Desi probabil ca aceste procese nu vor inlocui niciodata complet tratamentele termice, avantajele unice pe care le ofera trebuie luate in considerare si exploatate • Aplicatiile industriale sunt inca putine la numar in momentul de fata, datorita costurilor ridicate si dezvoltarii insuficiente • Unele tari au facut progrese remarcabile in adoptarea acestor tehnologii (SUA, Germania, Noua Zeelanda, Australia). • Multe eforturi de cercetare si dezvoltare sunt inca necesare

31. Multumesc pentru atentie!

32. Ithaca, NY