Efecto de la aplicación de pulsos eléctricos de alta intensidad de campo sobre enzimas y vitaminas en leche

Abstract

En l'actualitat, el mètode més utilitzat per a la pasteurització d'aliments es l'aplicació de<br/>calor, encara que en aquestes darreres dècades estan sorgint tecnologies alternatives, entre<br/>les quals cal destacar l'ús dels polsos elèctrics d'alta intensitat de camp (PEAIC).<br/>En llet, s'ha vist que amb l'aplicació d'aquesta tècnica es poden aconseguir alts nivells<br/>d'inactivació microbiana, encara que igual que en altres productes, hi ha pocs estudis sobre<br/>l'efecte que produeixen en enzims i components minoritaris. En aquest treball, s'ha estudiat<br/>l'efecte dels PEAIC en una lipasa i una proteasa produides per dos bacteris psicròtrofs,<br/>Pseudomonas fluorescens i Bacillus subtilis, respectivament, en llet o solució model<br/>d'ultrafiltrat de llet (SMUL). A més, s'ha estudiat l'efecte dels PEAIC en diverses<br/>vitamines tant hidrosolubles como liposolubles; per així, avaluar 1' efectivitat d'aquesta<br/>tècnica en la inactivació d'enzims i el grau d'alteració que provoca en el valor nutricional<br/>de la llet.<br/>En primer lloc, es van elegir i validar els mètodes que s'utilitzarien per quantificar les<br/>activitats d'ambdós enzims i el contingut en vitamines, observant-se que en tots els casos,<br/>els mètodes van resultar fiables pel seu ús previst.<br/>La llet o la SMUL amb la lipasa o proteasa es van processar mitjançant PEAIC o calor,<br/>observant-se que amb PEAIC es va poder reduir en un elevat percentatge l'activitat<br/>d'aquests enzims termoresistents, encara que l'efectivitat del tractament depèn de les<br/>característiques del medi, les condicions de processat i de les característiques de l'equip de<br/>tractament.<br/>La lipasa de Pseudomonas fluorescens suspesa en SMUL va resultar resistent als<br/>tractaments tèrmics de pasteurizació, mentre que quan es va sotmetre a un tractament<br/>mitjançant PEAIC per tandes o en fluxe continu, l'activitat va disminuir amb l'augment de<br/>la intensitat de camp (16.4-37.3 kV/cm) i el nombre de polsos (fins a 80 polsos). El<br/>tractament per tandes va ser molt més efectiu que el continu, ja que aplicant densitats d'<br/>energia similars (504.97 y 424.36 kJ/1) l'activitat es va reduir un 62.1% i un 13%,<br/>respectivament.<br/>La proteasa de Bacillus subtilis va resultar molt més resistent que la lipasa estudiada als<br/>tractaments mitjançant PEAIC, tant en SMUL com en llet desnatada, ja que després d'<br/>aplicar fins a 500 kJ/1 en tres equips diferents es va observar poca efectivitat en la<br/>inactivació de la proteasa tant en el procés en tandes com en el continu. Per aconseguir una<br/>inactivació considerable de l'enzim es van requerir tractaments de densitats d' energia<br/>superiors a 6000 kJ/1. L'activitat de l'enzim suspès en SMUL o en llet (desnatada i sencera)<br/>es va reduir amb 1' increment de la duració del tractament (fins a 895.8 (is), la intensitat de<br/>camp (19.7-35.5 kV/cm), la densitat d'energia (fins a 6786.8 kJ/1) i la freqüència (66.66-<br/>111.11 Hz). El medi en que els tractaments van resultar més efectius va ser la llet<br/>desnatada, on es va aconseguir una inactivació del 81.1% després d'un tractament de<br/>6559.8 kJ/1 a 111.11 Hz. Al pasteuritzar les mostres tèrmicamente es va observar un<br/>comportament similar, ja que en condicions de pasteurización alta (75°C-15 s) l'enzim va<br/>resultar molt més sensible en llet desnatada que en SMUL.<br/>En ambdós casos, la reducció de l'activitat enzimàtica es va poder relacionar mitjançant<br/>diversos models matemàtics respecte a la densitat d'energia, temps de tractament i/o<br/>intensitat de camp.<br/>L'efecte dels PEAIC en les vitamines (tiamina, riboflavina, àcid ascorbic, colecalciferol i<br/>tocoferol) en llet i SMUL, es va estudiar aplicant tractaments de fins a 400 (is a intensitats<br/>de camp de 18.3 a 27.1 kV/cm. L'efecte també es va comparar amb el resultant d'aplicar<br/>diversos tractaments tèrmics. A excepció de l'àcid ascorbic, en cap cas es va produir<br/>pèrdues significatives del contingut en vitamines. La llet va retenir major quantitat d'àcid<br/>ascorbic després d'un tractament de 400 |j.s a 22.6 kV/cm (93.4%) que després d'aplicar<br/>processos tèrmics de pasteurització baixa (49.7%) o alta (86.7%). La disminució del<br/>contingut en àcid ascorbic va seguir una tendència de tipus exponencial en ambdós tipus de<br/>tractament (PEAIC i calor). També es va observar que la retenció de vitamina després d'<br/>aplicar el tractament mitjançant PEAIC va ser més alta en llet que en SMUL, demostrant-se<br/>un efecte protector dels components naturals de la llet.<br/>En aquest treball s'ha provat que els PEAIC poden ser una bona alternativa al tractament<br/>tèrmic per la conservación de llet; ja que amb aquesta tècnica es poden aconseguir nivells<br/>alts d'inactivació d'enzims indesitjables sense causar grans alteracions en el contingut en<br/>vitamines.

En la actualidad, el método más usado para la pasteurización de alimentos es la aplicación<br/>de calor, aunque en estas últimas décadas están surgiendo tecnologías alternativas entre las<br/>que cabe destacar el uso de los pulsos eléctricos de alta intensidad de campo (PEAIC).<br/>Se ha visto que con esta técnica se pueden conseguir altos niveles de inactivación<br/>microbiana en leche, aunque al igual que en otros productos, hay pocos estudios acerca del<br/>efecto que produce en enzimas y componentes minoritarios. En este trabajo, se ha estudiado<br/>el efecto de los PEAIC en una lipasa y una proteasa producidas por dos bacterias<br/>psicrótrofas, Pseudomonas flúor escens y Bacillus subtilis, respectivamente, suspendidas en<br/>leche o solución modelo de ultrafiltrado de leche (SMUL). Además, se ha estudiado el<br/>efecto de los PEAIC en diversas vitaminas tanto hidrosolubles como liposolubles; para así,<br/>evaluar la efectividad de esta técnica en la inactivación de enzimas y el grado de alteración<br/>que provoca en el valor nutricional de la leche.<br/>En primer lugar, se eligieron y validaron los métodos que iban a ser usados para la<br/>cuantificación de las actividades de ambos enzimas y el contenido en vitaminas,<br/>observándose que en todos los casos, los métodos resultaron fiables para el uso previsto.<br/>La leche o la SMUL conteniendo la lipasa o proteasa se procesó mediante PEAIC o calor,<br/>observándose que mediante PEAIC se pudo reducir en un elevado porcentaje la actividad<br/>de estos enzimas termoresistentes, aunque la efectividad del tratamiento dependió de las<br/>características del medio, las condiciones de procesado y de las características del equipo<br/>de tratamiento.<br/>La lipasa de Pseudomonas fluorescens suspendida en SMUL resultó resistente a los<br/>tratamientos térmicos de pasteurización, mientras que cuando se sometió a tratamientos<br/>mediante PEAIC por tandas o en flujo continuo, la actividad disminuyó con el aumento de<br/>la intensidad de campo (16.4-37.3 kV/cm) y el número de pulsos (hasta 80 pulsos). El<br/>tratamiento por tandas fue mucho más efectivo que el continuo, ya que aplicando<br/>densidades de energía similares (504.97 y 424.36 kJ/1) la actividad se redujo un 62.1% y un<br/>13%, respectivamente.<br/>La proteasa de Bacillus subtilis resultó mucho más resistente a los tratamientos mediante<br/>PEAIC que la lipasa estudiada, tanto en SMUL como en leche desnatada, ya que después<br/>de aplicar hasta 500 kJ/1 en equipos diferentes se observó poca efectividad en la<br/>inactivación de la proteasa tanto en tratamiento por tandas como en flujo continuo. Para<br/>conseguir una inactivación considerable del enzima se requirieron tratamientos de<br/>densidades de energía superiores a 6000 kJ/1. La actividad del enzima suspendido en SMUL<br/>o en leche (desnatada y entera) se redujo al aumentar la duración del tratamiento (hasta<br/>895.8 u.s), la intensidad de campo (19.7-35.5 kV/cm), la densidad de energía (hasta 6786.8<br/>U/1) y la frecuencia (66.66-111.11 Hz). El medio en que los tratamientos resultaron más<br/>efectivos fue la leche desnatada, consiguiéndose una inactivación del 81.1% después de un<br/>tratamiento de 6559.8 kJ/1 a 111.11 Hz. Al pasteurizar las muestras térmicamente, se<br/>observó un comportamiento similar, ya que en condiciones de pasteurización alta (75°C-15<br/>s) el enzima resultó mucho más sensible en leche desnatada que en SMUL.<br/>En ambos casos, la reducción de la actividad enzimàtica se pudo relacionar mediante<br/>diversos modelos matemáticos respecto a la densidad de energía, tiempo de tratamiento y/o<br/>intensidad de campo.<br/>El efecto de los PEAIC en las vitaminas (tiamina, riboflavina, ácido ascòrbico,<br/>colecalciferol y tocoferol) en lèche y SMUL, se estudió aplicando tratamientos de hasta 400<br/>(is a intensidades de campo de 18.3 a 27.1 kV/cm. El efecto también se comparò con el<br/>resultante de aplicar diversos tratamientos térmicos. A excepción del ácido ascòrbico, en<br/>ningún caso se produjeron pérdidas significativas del contenido en vitaminas. La leche<br/>retuvo mayor cantidad de ácido ascòrbico después de un tratamiento de 400 jas a 22.6<br/>kV/cm (93.4%) que después de aplicar procesos térmicos de pasteurización baja (49.7%) o<br/>alta (86.7%). La disminución del contenido en ácido ascòrbico siguió una tendencia de tipo<br/>exponencial en ambos tipos de tratamiento (PEAIC y calor). También se observó que la<br/>retención de vitamina después de aplicar el tratamiento mediante PEAIC fue mayor en<br/>leche que en SMUL, demostrándose un efecto protector de los componentes naturales de la<br/>leche.<br/>En este trabajo se ha probado que los PEAIC pueden ser una buena alternativa al<br/>tratamiento térmico para la conservación de leche; ya que con esta técnica se pueden<br/>conseguir niveles altos de inactivación de enzimas indeseables sin causar grandes<br/>alteraciones en el contenido en vitaminas.

Nowadays, the most used method for food pasteurization is the application of heat.<br/>Nevertheless, in the last decades, several alternative technologies are emerging and one of<br/>the most promising is high intensity pulsed electric fields (HIPEF).<br/>In milk, high levels of microbial destruction can be achieved using this technology.<br/>However, as for other products, few studies exist about the effect of HIPEF on enzymes<br/>and other minor food components. In this work, the effect of HIPEF on a lipase and a<br/>protease produced by the psychrothophic bacteria Pseudomonas fluorescens and Bacillus<br/>subiilis, suspended in milk or simulated milk ultrafiltrate (SMUF) has been studied. The<br/>effect of HIPEF on several hidro or liposoluble vitamins has also been studied in order to<br/>know the effectiveness of this technology in inactivating undesirable enzymes and the<br/>changes that cause on the nutritional value of milk.<br/>First or all, the methods required for the quantification of enzyme activities and vitamin<br/>content were chosen and validated. It was observed that in all the cases, the methods<br/>resulted reliable for their use.<br/>Milk or SMUF samples containing lipase or protease were processed by HIPEF or heat.<br/>HIPEF could reduce quite a lot the activity of this thermorésistant enzymes, although<br/>treatments effectiveness depended on the medium characteristics, process conditions and<br/>equipment configuration.<br/>Lipase from Pseudomonas fluorescens suspended in SMUF resulted resistant to thermal<br/>pasteurization, whereas when subjected to a batch or a continuous mode HIPEF treatment,<br/>its activity decreased with the increase of the field strength (16.4-37.3 kV/cm) and the<br/>number of pulses (up to 80 pulses). The batch mode treatment was much more effective<br/>than that on continuous mode, since after applying similar energy densities (504.97 and<br/>424.36 kJ/1) the activity was reduced a 62.1% and a 13%, respectively.<br/>Protease from Bacillus subtilis resulted much more resistant than the evaluated lipase to<br/>HIPEF processes whatever was the treatment medium (SMUL, skim milk). After FflPEF<br/>treatments of up to 500 kJ/1 using different equipments (batch or continuous), low<br/>effectiveness on protease inactivation was observed. To achieve a notable level of enzyme<br/>inactivation, treatments of energy densities higher than 6000 kJ/1 were required.<br/>Protease activity suspended in SMUF or milk (skim or whole milk) subjected to HIPEF<br/>decreased with the increase of the treatment duration (up to 895.8 (as), field strength (19.7-<br/>35.5 kV/cm), energy density (up to 6786.8 kJ/1) and the pulse repetition rate (66.66-111.11<br/>Hz).<br/>Treatments resulted more effective in skim milk than in SMUF and whole milk, since up to<br/>a 81.1% inactivation was achieved after a HIPEF treatment of 6559.8 kJ/1 at 111.11 Hz.<br/>When samples were processed thermally, a similar behavior was observed, since the<br/>enzyme resulted more sensitive in skim milk than in SMUF after a pasteurization process<br/>(75°C-15 s).<br/>In both cases, the reduction of enzyme activity could be fitted to several mathematical<br/>models related to the energy density, treatment time and/or field strength.<br/>The effect of HIPEF on vitamins (thiamin, riboflavin, ascorbic acid, cholecalciferol and<br/>tocopherol) in milk and SMUF, was studied by applying treatments of up to 400 (is at field<br/>strengths form 18.3 to 27.1 kV/cm. The effect of HIPEF on vitamins was also compared to<br/>that of thermal pasteurization. Only ascorbic acid showed changes on its content after<br/>HIPEF or thermal treatments. Milk retained higher levels of ascorbic acid after a HIPEF<br/>treatment of 400 (is at 22.6 kV/cm (93.4%) than after thermal pasteurization processes of<br/>63°C-30 min (49.7%) or 75°C-15 s (86.7%). Ascorbic acid content reduction followed an<br/>exponential model in both cases (HIPEF and heat). It was also observed that vitamin<br/>retention after a HIPEF treatment was higher in milk than in SMUF, demonstrating a<br/>protective effect of milk components.<br/>In this work, it has been proved that HIPEF might be a good alternative to thermal process<br/>for food preservation. Using this technology, high levels of enzyme inactivation can be<br/>achieved without causing important changes in the vitamin content.