REV. CHIM. (Bucureºti) ♦ 59 ♦ Nr.5 ♦ 2008 595

Studiul procesului de inhibare a degradãrii sucurilor naturalesupuse la tratament termic prin pasteurizare

MIREL GLEVITZKY1*, IOANA BOGDAN2, GABRIELA-ALINA BRUSTUREAN3, DELIA PERJU3, DANA SILAGHI-PERJU3

1 Direcþia Sanitar Veterinarã ºi Siguranþa Alimentelor Alba, Str.Lalelelor, Nr. 7A, 510217, Alba Iulia, Romania2 S.C.European Drinks S.R.L., Departamentul Cercetare, Dezvoltare, Asigurarea ºi Controlul Calitãþii Produselor Rieni, 417415,Bihor, Romania3 Universitatea Politehnica Timiºoara, Facultatea de Chimie Industialã ºi Ingineria Mediului, P-þa Victoriei, Nr.2, 300006,Timiºoara, Romania

The life time of natural juices obtained from concentrated orange is restricted by the microbial alterationand the chemical reactions. All these modify the nutritional value, the colour and the flavour of a naturaljuice. The aim of natural juice pasteurization is to destroy the microorganisms which cause the alteration.The pasteurization units give the amount of thermal influences on the microorganismes. The use ofrefrigeration at the processing and the storage of the juices is favourable, because of its inhibitory action onthe agents that cause the juice degradation. The physico-chemical parameters (dry substance, acidity, pH,density, ascorbic acid amount, water activity) and the microbiological analysis of samples allow the efficiencyestimation of different thermal treatments and the establishing of pasteurization optimal temperature.

Keywords: pasteurization, pasteurization units, microorganisms, orange juice

Cerinþele actuale ale consumatorilor se orienteazã spresucuri de o calitate superioarã, care sã fie ieftine, cu valoarenutritivã, aromã, texturã ºi culoare corespunzãtoarefructelor proaspete, fãrã conservanþi chimici ºi totuºisalubre ºi sigure. Sucurile pot fi un mediu nutritiv pentrumicroorganisme deoarece conþin zahãr, acizi organici,cantitãþi infime de azot organic, sãruri minerale ºi au unpH acid (2,5-4) [1].

Cu toate cã tratamentele termice convenþionale asigurãsiguranþa alimentului ºi extind durata de viaþã a acestuia,de cele mai multe ori conduce la schimbãri nedorite aleînsuºirilor senzoriale ale produsului (culoare, aromã ºitexturã) [2].

Pasteurizarea este un tratament termic la temperaturisub 100oC într-un timp variabil, dependent de naturaprodusului, care asigurã inactivarea urmãtoarelor celulemicrobiene: bacterii (în formã vegetativã), drojdii ºimucegaiuri (în formã vegetativã ºi sporulantã), precum ºiinactivarea enzimelor responsabile de modificãribiochimice nedorite pentru a asigura stabilitatea biologicãa produsului finit [3]. Eficienþa pasteurizãrii este de 98-99%deoarece endosporii bacterieni nu iºi pierd viabilitatea înaceste condiþii.

Unitãþile de pasteurizare dau suma influenþelor termiceasupra microorganismelor. O unitate de pasteurizarereprezintã distrugerea microorganismelor cauzatã depãstrarea unei soluþii la temperatura de 600C timp de unminut. Numãrul de unitãþi de pasteurizare aplicate unuiprodus alimentar depinde foarte mult de natura produsuluiºi de bacteria specificã. Pentru a distruge sporii trebuie sãse obþinã minim o unitate pentru sucurile cu conþinut defruct.

Analizele fizico-chimice a sucurilor (substanþã uscatã,aciditate titrabilã, pH, vitamina C, densitate, activitateaapei) constituie un parametru calitativ în investigareacalitãþii bãuturii supuse la diferite tratamente termice.

În multe cazuri, în industria sucurilor ºi a bãuturilorrãcoritoare, datoritã unor inconveniente în producþie,rãmân în tancurile de preparare cantitãþi apreciabile desucuri de fructe preparate. Acestea sunt stocate timp de12÷24 h ºi ulterior introduse în fazele de pasteurizare,ambalare, sterilizare etc.

Pãstrarea sucurilor la temperaturi scãzute este realizatãîn scopul conservãrii acestora (se împiedicã fermentaþiile)ºi pentru a uºura procesul de limpezire. La refrigerare seutilizeazã temperaturi cuprinse între -50C ºi +50C, fãrã adetermina schimbarea stãrii de agregare, iar la congelaretemperaturile folosite sunt între -10 ºi -300C.

Utilizarea frigului artificial la prelucrarea, depozitarea ºicomercializarea produselor alimentare perisabile este ometodã larg rãspânditã în aproape toate ramurile industrieialimentare. Datoritã acþiunii sale conservante ºi acþiuniiinhibatoare asupra agenþilor care produc degradareaacestora, frigul artificial este utilizat în procesele derefrigerare, congelare sau liofilizare [4].

Operaþia de refrigerare cuprinde douã faze: refrigerareapropriu-zisã (rãcirea de la temperatura iniþialã pânã latemperatura de pãstrare) respectiv pãstrarea în starerefrigeratã. S-a constatat cã prin micºorarea temperaturiisucului de la 25-300C la 00C, durata de pãstrare creºte deaproximativ 15 ori.

Pentru congelarea sucurilor condiþia esenþialã este dea folosi produse din care s-au îndepãrtat o mare parte dinsubstanþele în suspensie. Eliminând aceste substanþe, seeliminã cea mai mare parte din microorganisme, mai alescelulele de drojdii. Acest lucru este indispesabil, deoareceanumite specii de drojdii se pot adapta la temperaturãscãzutã ºi pot provoca cu timpul o fermentare lentã asucului.

Congelarea sucurilor trebuie fãcutã rapid pentru ca apasã formeze cristale de gheaþã printre care sucul de fructerãmâne fin divizat ºi pentru a se obþine un lichid numit,,metacriotic” ce are o compoziþie constantã.

Temperatura optimã de congelare este de circa -200C.Cercetãrile efectuate pânã în prezent pe sucul de portocaleau demonstrat cã sucul ,,metacriotic” este încã lichid la -180C; la -280C are consistenþa similarã cauciucului ºirãmâne plastic chiar la -930C [4].

Cercetãrile prezentate în aceastã lucrare au urmãrit:- simularea în laborator a efectului pãstrãrii sucului de

portocale în tancul de preparare în stare refrigeratã ºicongelatã timp de 24 h, urmatã de determinareatemperaturii optime de pasteurizare a acestuia;

- studiul comparativ al comportãrii sucurilor naturale ladiferite temperaturi de pasteurizare;

*email: mirelglevitzky@yahoo.com

REV. CHIM. (Bucureºti) ♦ 59 ♦ Nr. 5♦ 2008596

-identificarea condiþiilor ºi posibilitãþilor de pãstrare anectarurilor în tancurile de preparare;

-identificarea temperaturii optime pentru pasteurizareanectarurilor prin calculul echivalenþilor de pasteurizare.

Concluziile se desprind din interpretarea ºi compararearezultatelor analizelor fizico-chimice ºi microbiologicedeterminate experimental.

Partea experimentalãPrepararea sucului Nectar de portocale 50% fruct s-a

realizat prin cupajarea urmãtoarelor ingrediente:- concentrat de portocale 93,12 g/L,- sirop de zahãr 65 0Brix 120,22 g/l (zahãr cristale 78 g),- concentrat de lãmâie 1,2 g/L,- apã demineralizatã 836,28 L.Caracteristici produs finit:- substanþa uscatã 13 ± 0,2 0Brix;- aciditatea 4 ± 0,4 g/L.Într-un pahar Berzelius de 2 L s-au introdus în ordinea

menþionatã mai sus materiile prime. Dupã ce amestecul

obþinut a fost omogenizat s-au prelevat 4 probe. Probeleau fost supuse la diferite tratamente termice, inclusiv aufost refrigerate ºi congelate înainte de pasteurizare ladiferite temperaturi conform tabelului 1.

Probele s-au supus analizelor fizico-chimice (substanþãuscatã [0Brix], aciditate [g/L acid citric], pH, vitamina C[mg/L], densitate [g/cm3], activitatea apei, (aw) ºimicrobiologice (drojdii ºi mucegaiuri-D&M, numãrul totalde germeni-NTG, bacterii coliforme-C). Probele tratatetermic au fost aduse în prealabil la temperatura camereiºi apoi analizate fizico-chimic ºi microbiologic.

Substanþa uscatã s-a determinat cu ajutorulrefractometrului Abbe; aciditatea exprimatã în gL acid citriccu un titrator automat Mettler Toledo, iar pH-ul cu pH-metruWTW pH 340i. Acidului ascorbic din proba pentru analizãs-a determinat prin metoda titrãrii cu 2,6 diclorfenolindo-fenol. Mãsurarea densitãþii s-a realizat cu ajutorul unuiaparat Densito 30PX, iar activitatea apei pentru probeleanalizate s-a mãsurat cu Aquaspector AQS-2-TC, NAGYfolosind ca mediu adsorbant kiselgur.

Tabelul 1TRATAMENTELE ªI TEMPERATURILE APLICATE PROBELOR DE SUC

REV. CHIM. (Bucureºti) ♦ 59 ♦ Nr.5 ♦ 2008 597

Pentru analiza microbiologicã a nectarului drojdiile ºimucegaiurile (D&M) se pun în evidenþã prin creºterea pemediul Orangeserum Agar ºi incubarea se face latemperatura camerei (20-25oC ), timp de 2-5 zile, urmatãde numãrarea acestora.

Punerea în evidenþã a numãrului total de germeni (NTG)în sucurile cu conþinut de fruct se bazeazã pe însãmânþareaprodusului prin încorporarea în mediul de culturã StandardAgar, incubarea la 370C timp de 48±2 h ºi numãrareaunitãþilor formatoare de colonii dezvoltate în condiþiiledate.

Analiza pentru bacterii coliforme (C) utilizeazã mediulEndo Agar, iar incubarea se realizeazã la 370C pentru 24 h,urmatã de evaluarea acestora.

Rezultate ºi discuþiiProbele de suc nepasteurizate au fost analizate din punct

de vedere fizico-chimic. Rezultatele obþinute suntprezentate în tabelul 2.

Probele nepasteurizate, în funcþie de temperatura depãstrare, ºi-au modificat semificativ doar conþinutul în acidascorbic datoritã oxidãrii acestuia, reacþie favorizatã detemperaturã. Este deci necesar sã se limiteze acþiuneaenzimelor ce catalizeazã oxidarea acidului ascorbic(ascorbat oxidaza) prin:

-menþinerea sucurilor proaspãt preparate din fructe saudin concentrat de fructe la temperaturi scãzute pentru operioadã scurtã în timpul prelucrãrii;

-dezaerarea sucului obþinut;-pasteurizarea sucului pentru inactivarea enzimei [5].Activitatea apei la probele nepasteurizate creºte în

funcþie de timpul ºi temperatura de pãstrare. Astfel valoareacea mai micã a aw o are proba proaspãt preparatã, iar ceamai mare proba pãstratã la temperatura camerei 24 h,creºtere ce justificã dezvoltarea microorganismelor. Valoriintermediare au celelalte douã probe pãstrate latemperaturi mai scãzute (+50C, respectiv -100C).

Sucurile nepasteurizate au fost analizate microbiologic.Valorile maxime admise în suc pentru ca acesta sã fieconsiderat sigur pentru consum din punct de vederemicrobiologic sunt:

-NTG < 30,-D&M - absente,-C - absente.Rezultatele obþinute sunt prezentate în tabelul 3.Este de remarcat efectul antimicrobian al pãstrãrii

sucurilor proaspete prin congelare, comparativ cupãstrarea acestora în stare refrigeratã sau la temperaturacamerei. Cu toate acestea siguranþa pentru consum asucului este scãzutã în lipsa pasteurizãrii acestuia, lucrujustificat de prezenþa drojdiilor ºi mucegaiurilor (40/mL) ºide numãrul total de germeni (18 CFU/mL).

Pentru determinarea temperaturii optime depasteurizare ºi a condiþiilor favorabile de pãstrare, folosind

ca indicatori de calitate parametri fizico-chimici, s-areprezentat grafic variaþia comparativã a acestora, funcþiede temperatura de pasteurizare.

Tabelul 2PARAMETRII FIZICO-CHIMICI AI PROBELOR NEPASTEURIZATE PÃSTRATE ÎN DIFERITE CONDIÞII

Tabelul 3REZULTATELE ANALIZEI MICROBIOLOGICE PENTRU PROBELE DE

SUC NEPASTEURIZAT

Fig. 1.Variaþia substanþei uscate cu temperatura de pasteurizare

Din reprezentarea graficã (fig. 1) se observã o tendinþãuºoarã de creºtere, aproximativ identicã în cazul celor treiprobe, a valorilor substanþei uscate pânã la temperaturade 900C; dupã aceastã valoare a temperaturii are loc oconcentrare a substanþei uscate solide solubilereprezentatã de zaharuri ºi acizi organici.

În cazul aciditãþii, figura 2 se poate observa creºtereaacesteia cu temperatura. Temperaturi mai mari de 900Cduc la concentrarea sucului ºi creºterea bruscã a aciditãþii;are loc denaturarea termicã a produsului ca urmare asuprapasteurizãrii acestuia.

Din reprezentarea graficã (fig. 3) se observã scãdereavalorilor pH-ului probelor cu creºterea temperaturii depasteurizare, ca urmare a creºterii cantitãþii de acizi. Sepoate remarca valoarea minimã a pH-ului înregistratã deproba decongelatã ºi adusã la temperatura camerei, ceeace confirmã eficienþa posibilitãþii de pãstrare a sucului saua concentratelor de fructe prin congelare.

Din reprezentarea graficã (fig. 4) se poate observãefectul negativ al creºterii temperaturii de pasteurizareasupra cantitãþii de vitamina C, astfel la temperatura de

REV. CHIM. (Bucureºti) ♦ 59 ♦ Nr. 5♦ 2008598

Fig. 2.Variaþia aciditãþii sucului cu temperatura de pasteurizare

Fig. 3.Variaþia pH-ului cu temperatura de pasteurizare

Fig. 4.Variaþia cantitãþii de vitamina C în suc în funcþie detemperatura de pasteurizare

900C cantitatea de vitamina C înregistreazã cea mai micãvaloare. Creºterea bruscã, neaºteptatã a cantitãþii de acidascorbic la 1000C, se datoreazã procesului de evaporare aapei.

Evoluþia valorilor activitãþii apei prezentatã în figura 5confirmã faptul cã eliminarea apei prin concentrarerespectiv congelare reduce apa liberã ºi previne creºtereamicrobianã. Dezvoltarea microbianã inexplicabilã practicla temperatura de 80oC este confirmatã ºi de creºtereabruscã a valorii activitãþii apei la aceastã temperaturã.

Practic dupã cum se observã din figura 6, creºtereadensitãþii sucului ca urmare a fenomenului de concentrare,are loc dupã 700C.

Ca urmare a creºterii temperaturii de pasteurizare areloc:

-concentrarea uºoarã a sucului evidenþiatã princreºterea densitãþii ºi a conþinutului în substanþe solubile(S.U.);

Fig. 6.Variaþia valorilor densitãþii sucului în funcþie de temperaturade pasteurizare

Fig. 5.Variaþia valorilor activitãþii apei în funcþie de temperatura depasteurizare

-scãderea valorii pH-ului este proporþionalã cu creºtereaaciditãþii totale a sucului ca urmare a creºterii conþinutuluiîn acizi organici solubili; pH-ul se poate modifica în cursulprocesãrii, de obicei scade, datoritã efectelor termice sauefectelor ,,concentrative”; aceasta poate avea efectefavorabile asupra acidului ascorbic [5]; deºi vitamina C,care în general este termosensibilã, este oxidatã mai uºordacã intervine cãldura.

Eficienþa pasteurizãrii poate fi redatã prin diagrama timp-temperaturã descrisã în termeni de acumulare prin calcululechivalenþilor de pasteurizare.

Calculul echivalentului de pasteurizare se face cuformula (1) [6]:

(1)unde:

PE – echivalent de pasteurizare;t – timpul [min];T – temperatura [0C];Echivalentul de pasteurizare trebuie sã fie minim

5.Calculul comparativ al PE efectuat pentru intervale detimp de 30 s, respectiv un minut permite stabilireatemperaturii optime de pasteurizare, astfel valoareaminimã de 5 PE se înregistreazã prin pasteurizare latemperatura de 90oC timp de 30s.

Pentru validarea rezultatelelor obþinute s-a efectuat ºianaliza microbiologicã comparativã a sucurilor pentrucazurile studiate (tabelul 5).

Din analiza rezultatelor experimentale microbiologicese constatã o scãdere per ansamblu a încãrcãturiimicrobiologice cu creºterea temperaturii de pasteurizare.Se observã o dezvoltare microbianã practic inexplicabilãla temperatura de pasteurizare de 80oC, fenomen eliminatprin congelarea în prealabil a sucului înainte depasteurizare

REV. CHIM. (Bucureºti) ♦ 59 ♦ Nr.5 ♦ 2008 599

Tabelul 4CALCULUL ECHIVALENÞILOR DE

PASTEURIZARE

Tabelul 5REZULTATELE ANALIZEI MICROBIOLOGICE PENTRU PROBELE DE SUC

Din nectarul proaspãt pasteurizat la 1000C (proba 2e) s-au prelevat douã probe care au fost þinute timp de 24 h latemperatura camerei una în prezenþa oxigenului (flacondeschis), iar cealaltã în absenþa lui (flacon închis). În tabelul6 sunt prezentaþi parametrii fizico-chimici ai nectaruluipasteurizat la 1000C ºi pãstrat 24 h la temperatura camerei.

Deºi probele au fost pasteurizate la 100oC, contactul cuoxigenul din atmosferã intensificã procesele de degradareoxidativã, are loc o scãdere a cantitãþii de vitamina C însuc ºi o creºtere mai pronunþatã a aciditãþii în cazul suculuipãstrat în recipient deschis, fapt confirmat ºi de analizelemicrobiologice prezentate în tabelul 7.

Tabelul 6PARAMETRII FIZICO-CHIMICI AI NECTARULUI PASTEURIZAT LA 100oC ªI PÃSTRAT

24 h LA TEMPERATURA CAMEREI

Refrigerarea la temperaturi de +50C reduce pericolulde contaminare dar nu este suficientã pentru a garantasalubritatea sucului. Conservarea prin congelare(menþinerea la temperaturi de -100C) asigurã stabilitateamicrobiologicã a sucurilor ºi extinde durata de pãstrarecomparativ cu conservarea prin refrigerare.

Analizele microbiologice efectuate pe nectarul deportocale au rolul de a valida temperatura optimã depasteurizare determinatã ºi prin calculul unitãþilor/echivalentului de pasteurizare, în timp ce evoluþiaparametrilor fizico-chimici analizaþi confirmã faptul cã estesuficientã o temperaturã de pasteurizare de 90oC timp de30 s, întrucât temperaturi mai ridicate duc la degradareatermicã a constituenþilor sucului. Mãsurarea activitãþii apeiface posibilã preconizarea tipurilor ºi speciilor demicroorganisme care ar putea fi potenþiale surse dealterare ºi infecþie.

Utilizarea unitãþilor sau a echivalentului de pasteurizarereflectã gradul de distrugere al microorganismelor în sucuriprintr-o dependenþã neliniarã empiricã dintre timpul ºitemperatura de pasteurizare.

Distrugerea microorganismelor este un procesdependent de timp. Tratamentul termic este o metodãfoarte eficientã dar afecteazã produsele. Protejareaacestora se face mai degrabã prin utilizarea unor perioadescurte de timp ºi temperaturi ridicate de pasteurizare, decâtprin tratarea acestora la temperaturi scãzute, perioade mailungi.

Tabelul 7REZULTATELE ANALIZEI MICROBIOLOGICE PENTRU PROBELE DE

SUC PROSAPÃT PASTEURIZAT LA 100oC PÃSTRAT 24 h LA 25oC

ConcluziiRezultatele analizelor fizico-chimice ºi microbiologice

confirmã necesitatea procesãrii imediate a sucurilornaturale din fructe poaspãt preparate.

REV. CHIM. (Bucureºti) ♦ 59 ♦ Nr. 5♦ 2008600

Bibliografie1.DAN, V., Microbiologia alimentelor, Editura Alma: Galaþi, 2001, p.4572.BULL, M.K., ZERDIN, K., HOWE, E., GOICOECHEA, D.,PARAMANANDHAN, P., STOCKMAN, R., SELLAHEWA, J., SZABO, E.A.,JONSON, R.L., STEWART, C.M., Innov. Food Sci. Emerging Technol., 5,2004, p.1353.BANU, C., Manualul inginerului de industrie alimentarã, 2, EdituraTehnicã: Bucureºti, 2002, p.289

4.TOFAN, I., TOFAN, C., Utilizarea frigului artificial la procesarea,depozitarea ºi comercializarea produselor alimentare perisabile,Editura AGIR: Bucureºti, 2002, p.565.LUPEA, A. X., Transformãri ale biocompuºilor procesaþi în scopalimentar, Editura CEP USM: Chiºinãu, 2004, p.2606.FISCHER, H., Tratamentul termic - Seminar bãuturi rãcoritoare, Sibiu,2006

Intrat în redacþie: 28.05.2007