TEZĂ DE DOCTORAT - usamvcluj.ro · cuptoare cu microunde, ceea ce a determinat şi iniţierea...

UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRICOLE ŞI MEDICINĂ

VETERINARĂ CLUJ-NAPOCA ŞCOALA DOCTORALĂ

FACULTATEA DE MEDICINĂ VETERINARĂ

Ing. ANCA MARIETA V. CODRE (căsătorită DUMUŢA)

TEZĂ DE DOCTORAT

EFECTELE RADIAŢIILOR ELECTROMAGNETICE DE FRECVENŢĂ

RIDICATĂ (MICROUNDELE) ÎN CONDIŢIONAREA LAPTELUI PENTRU

CONSUM

(REZUMAT AL TEZEI DE DOCTORAT)

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC

Prof. univ. dr. OVIDIU ROTARU

Prof. univ. dr. CONSTANTIN VASIU

CLUJ-NAPOCA

2011

CUPRINS

Teză Rezumat Partea I Stadiul actual al cunoaşterii ............................................................ 9 5 Introducere .......................................................................................................... 10 5 Cap. I. Fenomenul radiaţiei electromagnetice de frecvenţă ridicată

(microundele)................................................................................... 11

6

1.1. Descrierea fenomenului de radiaţie electromagnetică de frecvenţă ridicată (microundele).......................................

11

1.2. Factorii care influenţează încălzirea cu microunde........... 16 1.3. Principiul de funcţionare al instalaţiilor cu microunde..... 23 1.4. Aplicaţii ale microundelor în condiţionarea alimentelor... 28

Cap. II. Analiza argumentelor pro şi contra utilizării microundelor în condiţionarea alimentelor................................................................

30

2.1. Argumente pro utilizării microundelor în condiţionarea alimentelor........................................................................

30

2.2. Argumente contra utilizării microundelor în condiţionarea alimentelor.................................................

38

Cap. III. Stadiul actual al informaţiilor şi cercetărilor referitoare la utilizarea microundelor în condiţionarea laptelui ca aliment.........

40

Cap. IV. Efectele căldurii asupra laptelui..................................................... 45 Partea a II-a Cercetări proprii............................................................................. 48 7 Cap. V. Motivaţia temei, obiectivele cercetării, materialul şi metodele de

lucru................................................................................................ 49

7

5.1. Motivaţia temei................................................................. 49 7 5.2. Obiectivele cercetării........................................................ 51 8 5.3. Materialele utilizate........................................................... 52 8 5.3.1. Materialul biologic.............................................. 52 8 5.3.2. Materiale fizice.................................................... 53 8 5.4. Metodele de lucru.............................................................. 54 9 5.4.1. Metoda aplicată pentru determinarea variaţiei

temperaturii laptelui tratat la microunde............. 54

5.4.2. Metoda aplicată pentru examenul organoleptic al laptelui tratat la microunde.................................

54

5.4.3. Metoda aplicată pentru determinarea principalilor parametrii fizico-chimici ai laptelui

56

5.4.4. Metodele aplicate pentru analiza diferitelor tipuri de microorganisme din lapte......................

57

5.4.5. Prelucrarea statistică............................................ 59 Cap. VI. Stabilirea efectelor tratamentului cu microunde asupra însuşirilor

senzoriale ale laptelui..................................................................... 62

9

6.1. Rezultatele cercetărilor privind efectele tratamentului cu microunde asupra însuşirilor senzoriale ale laptelui........

62

9

6.2. Discuţia rezultatelor......................................................... 64 10 6.3. Concluzii.......................................................................... 65

2

Cap. VII. Dinamica procesului de încălzire a laptelui în cuptorul cu microunde.......................................................................................

67

11

7.1. Rezultatele cercetărilor privind dinamica procesului de încălzire a laptelui în cuptorul cu microunde....................

67

11

7.2. Discuţia rezultatelor.......................................................... 76 13 7.3. Concluzii........................................................................... 77

Cap. VIII. Evaluarea efectelor microundelor asupra marilor componenţi ai laptelui............................................................................................

79

14

8.1. Rezultatele cercetărilor privind marii componenţi ai laptelui................................................................................

80

14

8.2. Interpretarea rezultatelor.................................................... 106 8.2.1. Variaţia parametrilor analizaţi în timp................. 106 8.2.2. Determinarea valorilor critice pentru parametrii

monitorizaţi.......................................................... 110

8.2.3. Evidenţierea eventualelor interdependenţe între parametrii monitorizaţi........................................

119

8.3. Discuţia rezultatelor........................................................... 122 17 8.4. Concluzii............................................................................ 129

Cap. IX. Evidenţierea efectelor microundelor asupra microorganismelor din lapte...........................................................................................

134

18

9.1. Cercetări privind efectele microundelor asupra numărului total de germeni din lapte..................................................

134

18

9.1.1. Rezultatele cercetărilor privind numărul total de germeni din lapte.................................................

134

18

9.1.2. Determinarea valorii critice pentru N.T.G. ........ 137 9.1.3. Discuţia rezultatelor............................................ 144 19 9.1.4. Concluzii............................................................. 146 9.2. Cercetări privind efectele microundelor asupra speciilor

patogene de stafilococi coagulază-pozitivi (staphilococcus aureus şi alte specii) din lapte..................

148

19

9.2.1. Rezultatele cercetărilor privind stafilococii coagulază-pozitivi inoculaţi în laptele crud..........

148

9.2.2. Discuţia rezultatelor.............................................. 150 9.2.3. Concluzii............................................................... 150 9.3. Cercetări privind efectele microundelor asupra speciei

patogene de Escherichia coli pozitive la β- glucuronidază din lapte.............................................................................

151

20

9.3.1. Rezultatele cercetărilor privind Escherichia coli pozitive la β- glucuronidază inoculată în laptele crud.......................................................................

151

9.3.2. Discuţia rezultatelor............................................. 153 9.3.3. Concluzii............................................................... 153 9.4. Cercetări privind efectele microundelor asupra

microorganismelor din lapte realizate prin aplicarea analizei bacterioscopice......................................................

154

20

3

9.4.1. Rezultatele cercetărilor privind analiza bacterioscopică.....................................................

154

9.4.2. Discuţia rezultatelor.............................................. 159 9.4.3. Concluzii............................................................... 160

Cap. X. Concluzii şi recomandări.................................................................. 161 21 10.1. Concluzii............................................................................ 161 21 10.2. Recomandări...................................................................... 164 23

Bibliografie ......................................................................................................... 165 Listă lucrări publicate

..........................................................................................................

181

Rezumat .......................................................................................................... 182

4

PARTEA I STADIUL ACTUAL AL CUNOAŞTERII

INTRODUCERE

Atât detractorii laptelui ca aliment cât şi adepţii convinşi ai utilizării lui în acest

sens sunt nevoiţi să recunoască situaţia de necontestat care demonstrează fără drept de

apel că, laptele este cvasi indispensabil ca hrană într-o anumită perioadă a existenţei

oricărui individ uman pentru ca în continuare să reprezinte pentru mulţi dintre noi un

aliment agreabil şi necesar.

Că în lapte şi prin lapte, ca prin oricare alt aliment, se pot încorpora şi acţiona

numeroase pericole fizice, chimice şi microbiologice care expun consumatorul la riscuri

fizice, chimice şi microbiologice este cu siguranţă unicul argument ştiinţific fundamentat

cu care trebuie să fim de acord.

Pentru a clarifica realitatea kindunologică mai sus descrisă este din punct de

vedere ştiinţific necesară iniţierea de analize de pericol şi riscuri pe laptele ca aliment cu

scopul direct şi nemijlocit de a stabili o gestionare şi o comunicare corectă privind acest

aliment şi impactul său faţă de sănătatea, viaţa şi integritatea consumatorilor.

Teza "Efectele radiaţiilor electromagnetice de frecvenţă ridicată

(microundele) în condiţionarea laptelui pentru consum" cuprinde următoarele părţi

principale: introducere, studiu bibliografic, motivaţie şi obiective, cercetări proprii,

concluzii şi referinţe bibliografice.

Studiul bibliografic este structurat în 4 capitole în care: este descris fenomenul

radiaţiei electromagnetice de frecvenţă ridicată, sunt analizate argumentele pro şi contra

utilizării microundelor în condiţionarea alimentelor, este studiat stadiul actual al

informaţiilor şi cercetărilor referitoare la utilizarea microundelor în condiţionarea laptelui

ca aliment precum şi efectele căldurii asupra laptelui.

Partea de cercetări proprii cuprinde 6 capitole care descriu: motivaţia temei,

obiectivele cercetării, materialul şi metodele de lucru, investigaţiile întreprinse în vederea

atingerii obiectivelor propuse, rezultatele acestora precum şi concluziile desprinse şi

recomandările.

5

CAPITOLUL I. FENOMENUL RADIAŢIEI ELECTROMAGNETICE DE

FRECVENŢĂ RIDICATĂ (MICROUNDELE)

Microundele sunt radiaţii electromagnetice de frecvenţă ridicată, caracterizate de

o bandă de frecvenţă cuprinsă între 300 MHz şi 300 GHz. Undele electromagnetice sau

radiaţia electromagnetică sunt fenomene fizice, în general naturale, care presupun

existenţa în acelaşi spaţiu a unui câmp electric şi a unuia magnetic, care se generează

unul pe altul pe măsura ce se propagă. Lungimile de undă ale microundelor sunt între l m

şi l mm, în spectrul electromagnetic aceste radiaţii fiind situate între undele radio de

frecvenţă joasă şi radiaţia infraroşie, ceea ce înseamnă că microundele sunt radiaţii

neionizante (RULEA, 1973; RULEA, 1989; SCHUBERT et al., 2005).

Strămoşul cuptorului cu microunde este radarul, care a fost dezvoltat în timpul

celui de-al doilea război mondial în scopul obţinerii unei rezoluţii mai bune a imaginilor

reflectate. La puţin timp după război, au apărut primele patente, respectiv primele

cuptoare cu microunde, ceea ce a determinat şi iniţierea studiilor asupra alimentelor care

pot fi supuse tratării cu microunde (AMARFI şi colab., 1996).

Multitudinea operaţiilor în care se aplică acest tratament a dus la apariţia riscului

de interferare cu comunicaţiile, în consecinţă, s-a stabilit o convenţie internaţională care

a clasificat frecvenţele utilizabile în domeniul industrial, ştiinţific şi medical. Astfel,

pentru aplicaţiile industriale şi casnice se foloseşte în general frecvenţa de 2450 MHz, în

timp ce frecvenţa de 915 MHz se foloseşte în special în America de Nord şi de Sud

(AMARFI şi colab., 1996).

"Un material, în particular un aliment, are sarcini electrice susceptibile a se

deplasa sub influenţa câmpului electric al microundelor. Există două tipuri de sarcini:

libere şi legate. Sarcinile libere se deplasează în material şi produc astfel fenomenul de

conducţie ionică. Sarcinile legate sunt organizate în dipoli neutri, în ansamblu, dar care

se pot deplasa sub acţiunea câmpului electric într-o mişcare de rotaţie ". Apa, proteinele

şi glucidele alimentelor sunt moleculele polare care se orientează într-un câmp electric de

microunde (AMARFI şi colab., 1996).

6

Fiercare sistem de microunde este alcătuit în mod normal din 3 componente de

bază: un generator de microunde numit magnetron care emite energie radiantă de

frecvenţă înaltă cu centre de încărcare pozitivă şi negativă ce îşi schimbă direcţia de

miliarde de ori pe secundă, un dispozitiv de dirijare a microundelor şi un spaţiu închis în

care are loc procesul propriu-zis (AMARFI şi colab., 1996).

PARTEA A II-A

CERCETĂRI PROPRII

CAPITOLUL V. MOTIVAŢIA TEMEI, OBIECTIVELE CERCETĂRII, MATERIALUL ŞI METODELE DE LUCRU

1.1. MOTIVAŢIA TEMEI

Raţiunea tratamentului termic a laptelui destinat consumului uman se justifică în

primul rând pentru securitatea sanitară a alimentului în beneficiul consumatorului, mai

ales în gestionarea pericolelor biologice şi în al doilea rând, din considerente fiziologice

potrivit cărora, laptele pentru a fi cât mai aproape de alimentul natural trebuie consumat

în stare caldă la 35-37 °C.

Introducerea cuptorului casnic cu microunde ca sursă de preparare termică

(condiţionare) a alimentelor în general, inclusiv şi a laptelui, găseşte specialiştii în

securitate sanitară a alimentelor puţin pregătiţi să răspundă unor întrebări ca:

• Tratamentul cu microunde poate înlocui sau ameliora metodele clasice de

fierbere, pasteurizare sau sterilizare?

• Care este impactul microundelor asupra însuşirilor compoziţionale, fizico-chimice

şi organoleptice în comparaţie cu formele clasice?

• Ce impact are tratamentul cu microunde în gestionarea mai ales a pericolelor

biologice din lapte?

• Şi nu în ultimul rând, tratamentul cu microunde poate revoluţiona sistemul de

condiţionare termică a laptelui integral ca aliment?

7

5.2. OBIECTIVELE CERCETĂRII

În cadrul tezei de doctorat ne-am propus atingerea următoarelor obiective:

1. Analizarea şi sintetizarea informaţiilor actuale referitoare la efectul microundelor în

tratarea/condiţionarea clasică şi/sau industrială a alimentelor de origine animală, în mod

special a laptelui şi produselor derivate.

2. Comportarea laptelui crud integral la tratarea cu microunde în sistem casnis cu ajutorul

cuptorului cu microunde.

3. Stabilirea efectelor tratamentului cu microunde asupra însuşirilor organoleptice ale

laptelui crud integral.

4. Evaluarea dinamicii procesului de încălzire (temperaturii) din timpul tratamentului în

cuptorul cu microunde.

5. Determinarea impactului microundelor asupra marilor componenţi din lapte.

6.Evidenţierea efectelor microundelor în gestionarea pericolelor biologice

(microorganismelor) din laptele crud integral.

5.3. MATERIALELE UTILIZATE 5.3.1. Materialul biologic

Laptele crud, utilizat ca material de cercetare, provine din piaţa agroalimentară de

la producătorii direcţi: exploataţii de subzistenţă, semisubzistenţă, ferme prin vânzare

directă, etc. şi este oferit în recipiente de 1-2 litri, care nu asigură protecţia

corespunzătoare produsului faţă de riscurile biologice şi chimice.

Laptele cercetat a fost reprezentat de 250 de probe în cantitate de 250 ml fiecare

prelevate din recipientele cu lapte crud (proaspăt) integral oferit spre vânzare.

5.3.2. Materiale fizice

Laptele crud folosit în determinare a fost tratat cu ajutorul unui cuptor cu

microunde cu puterea electrică de 800 W, produs de firma Hansa – modelul AMM 21

E80GH, corespunzător următoarelor intervale de timp: t0 = 0 s, adică proba de lapte nu a

fost supusă acţiunii microundelor; t15 = 15 s, proba de lapte a fost tratată la microunde

pentru 15 s; t30 = 30 s, proba de lapte a fost tratată la microunde pentru 30 s; t45 = 45 s,

proba de lapte a fost tratată la microunde pentru 45 s; t60 = 60 s, proba de lapte a fost

8

tratată la microunde pentru 60 s şi t120 = 120 s, proba de lapte a fost tratată la microunde

pentru 120 s.

5.4. METODELE DE LUCRU

Proprietăţile organoleptice ale laptelui se examinează conform normelor legale

din STAS-ul 6345-61/1971.

Dinamica procesului de încălzire a laptelui tratat la microunde este studiată cu un

dispozitiv de măsurare a temperaturii de tip sondă electrică HEIDOLPH.

Evaluarea modificărilor marilor componenţi ai laptelui: grăsime, proteină, lactoză,

substanţă uscată, precum şi a densităţii, s-a realizat cu spectrofotometrul Lactoscope

FTIR, produs de firma Delta Instruments.

Efectele microundelor în gestionarea pericolelor-riscurilor microbiologice asupra

laptelui s-au determinat prin aplicarea stas-urilor corespunzătoare, iar în cazul analizei

bacterioscopice a pericolelor biologice s-au aplicat metode curente de colorare a

bacteriilor pe frotiuri.

În prelucrarea statistică a datelor s-au determinat următorii indici statistici: media

aritmetică (xm), abaterea standard (s), coeficientul de variaţie (V %), valoarea minimă

(xmin), valoarea maximă (xmax), diferenţa dintre aceste valori (D, D = xmax- xmin),

coeficientul de corelaţie liniară (r) şi t calculat.

CAPITOLUL VI. STABILIREA EFECTELOR TRATAMENTULUI CU MICROUNDE ASUPRA ÎNSUŞIRILOR SENZORIALE ALE LAPTELUI

6.1. REZULTATELE CERCETĂRILOR PRIVIND EFECTELE TRATAMENTULUI

CU MICROUNDE ASUPRA ÎNSUŞIRILOR SENZORIALE ALE LAPTELUI

S-au creat trei variante experimentale:

• Tratarea a 250 ml lapte la microunde în recipient de sticlă (varianta I).

• Tratarea a 100 ml de lapte la microunde în recipient de sticlă (varianta II).

• Tratarea a 250 ml lapte la microunde în recipient din masă plastică

termorezistentă (varianta III).

9

În toate variantele, s-au urmărit modificările de aspect, culoare, consistenţă, miros

şi gust în funcţie de timpul de expunere la cuptorul cu microunde.

6.2. DISCUŢIA REZULTATELOR

Putem urmări momentul apariţiei modificărilor şi ordinea de manifestare a lor în

normograma prezentată în figura 1.

t 15'' t 30'' t 45'' t 60'' t 120''t0

Gust / Taste

Miros / Smell

Culoare / Color

Consistenţă / Consistency

Aspect /Aspect

Fig. 1. Normograma laptelui tratat la microunde pentru cele 6 intervale de timp diferite

Din cele 5 însuşiri organoleptice reţinute ca specifice laptelui fiert, mirosul şi

gustul apar foarte repede şi se accentuează odată cu creşterea timpului de expunere.

Exprimarea lor destul de precoce se explică prin efectul de încălzire al microundelor,

care debuteză şi se dezvoltă din interiorul lichidului spre exteriorul acestuia. Rezultatele

observaţiilor noastre se corelează cu observaţiile similare efectuate de MUDGETT

(1986), MERIN et al. (1984), VALERO et al. (2000), RENNER (1988), MOIO et al.

(1994) şi VALLEJO-CORDOBA et al. (1993).

10

CAPITOLUL VII. DINAMICA PROCESULUI DE ÎNCĂLZIRE A

LAPTELUI ÎN CUPTORUL CU MICROUNDE

7.1. REZULTATELE CERCETĂRILOR PRIVIND DINAMICA PROCESULUI DE

ÎNCĂLZIRE A LAPTELUI ÎN CUPTORUL CU MICROUNDE

Analizarea dezvoltării şi evoluţiei centrilor de căldură din lapte s-a efectuat cu

ajutorul a 4 modele experimentale:

1. Analiza dezvoltării şi evoluţiei procesului de încălzire a 250 ml lapte crud

integral în recipient din sticlă termorezistentă pe durată de expunere variabilă:

t 15'', t 30'', t 45'', t 60'' şi t 120'' (varianta I).

1. Analiza aceluiaşi fenomen în aceleaşi condiţii pentru o doză de 100 ml lapte în

recipient din sticlă (varianta II).

2. Studierea fenomenului pe 250 ml lapte tratat la microunde în recipient de masă

plastică termostabilă (varianta III).

3. Cercetarea dinamicii dezvoltării căldurii pe 250 ml lapte încălzit-fiert în

recipient metalic (inox) pe flacără deschisă (varianta IV).

Dezvoltarea procesului de încălzire a laptelui în recipienţi din sticlă

Supravegherea procesului de încălzire-fierbere a demonstrat că în laptele tratat la

cuptorul cu microunde procesul termic nu debutează de la periferia lichidului spre centrul

geometric al recipientului. Urmărind dinamica încălzirii de la 15 s la 120 s, în masa de

lichid (lapte) s-au identificat 3 centre de încălzire care s-au format şi dezvoltat pe

verticala coloanei de lichid, respectiv: în zona profundă, aproape de baza vasului, în zona

mediană şi în zona de suprafaţă. Acest fenomen s-a conturat în mod clar începând cu

expunerea laptelui timp de 30 s la microunde (figurile 2 şi 3).

11

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135

Timp, s/ Time, s

Tem

pera

tura

, °C

/ Tem

pera

ture

, °C

S-Zona Suprafaţă/ Surface level M-Zona Mediană/Median level

P-Zona Profundă/Base level

Fig. 2. Evoluţia termică a celor 3 centrii de încălzire în 250 ml lapte expus la microunde

0 10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 15 30 45 60 75 90 105 120

Timp, s/ Time, s

Tem

pera

tura

, °C

/ Te

mpe

ratu

re, °

C

S-Zona Suprafaţă/ Surface level

M-Zona Mediană/ Median level

P-Zona Profundă/Base level

Fig. 3. Evoluţia termică a celor 3 centrii de încălzire în cazul expunerii la microunde a

100 ml lapte

Dezvoltarea procesului de încălzire a laptelui în recipient de masă plastică

S-a lucrat cu aceleaşi doze de lapte, 250 şi respectiv 100 ml, în aceleaşi condiţii de

experiment, singura deosebire constând în structura recipientului. Rezultatele privind

dinamica procesului de încălzire, valorile de temperatură obţinute au fost identice cu cele

obţinute la recipientul din sticlă.

12

Dezvoltarea procesului de încălzire a laptelui în operaţia de încălzire-fierbere

clasică

Doza de 250 ml lapte crud a fost tratată termic într-un recipient de inox la flacăra

unui aragaz. Determinarea temperaturii s-a realizat de la nivelul aceloraşi zone ale

recipientului ca şi în cazul microundelor: respectiv suprafaţă, zonă mediană şi

profunzime.

Evaluarea mediei temperaturilor înregistrate în laptele pus la fiert evidenţiază

următoarea configuraţie grafică (figura 4).

0

600

12060

4515

30

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700

Timp, s/Time, s

Tem

pera

tura

, °C

/Tem

pera

ture

, °C

Fig. 4. Dinamica procesului de înălzire a laptelui (250 ml) prin procedeul clasic


Rezultatele cerecetărilor noastre confirmă cel puţin până la un punct, pe cele ale

lui AMARFI şi colab. (1996), care afirmă că încălzirea cu microunde este o încălzire de

volum care se dezvoltă din interiorul produsului spre zonele periferice ale acestuia. De

asemenea, se confirmă rolul structurii recipientului în care laptele se supune

tratamentului cu microunde, fapt arătat şi de către AMARFI şi colab. (1996).

13

CAPITOLUL VIII. EVALUAREA EFECTELOR MICROUNDELOR ASUPRA MARILOR COMPONENŢI AI LAPTELUI

8.1. REZULTATELE CERCETĂRILOR PRIVIND MARII COMPONENŢI AI

LAPTELUI

În acest caz s-au determinat concentraţiile de grăsime, proteină, substanţă uscată

şi lactoză, precum şi densitatea exprimată în g/ml. Acestor parametrii li s-au calculat şi

următorii indici statistici: xm, s, V %, xmin, xmax, D. Valorile parametrilor pot fi utilizate în

interpretarea statistică a determinărilor efectuate deoarece se încadrează între valorile

minime şi maxime teoretice obţinute prin aplicarea testului Grups.

Concentraţiile grăsimii, proteinei, substanţei uscate şi lactozei au scăzut în timpul

expunerii la microunde, iar densitatea a crescut. Variaţia acestora nu este constantă în

timp, existând o variaţie asemănătoare pentru primele 3 intervale de timp şi una similară

pentru următoarele 3 intervale. Astfel, s-a procedat la obţinerea valorilor critice ale

parametrilor pentru a determina exact momentul în care variaţia nu mai este constantă.

Valorile critice s-au obţinut prin intersectarea grafică a dreptelor caracterizate prin

ecuaţiile: y = a1 + b1x şi y = a2 + b2x, drepte care reprezintă modelele liniare ale

variaţiei parametrilor fizico-chimici în funcţie de timpul de expunere la microunde.

Astfel, am obţinut în cazul fiecărui parametru un punct critic căruia îi corespunde o

valoare critică, y critic atribuită parametrului şi o valoarea critică, x critic

corespunzătoare momentului de timp. Reprezentarea grafică a modului de obţinere a

punctelor critice caracteristice parametrilor studiaţi este redată în figurile 5-9.

2.52.552.6

2.652.7

2.752.8

2.852.9

2.953

3.05

0 20 40 60 80 100 120 140Timp, s/ Time, s

Xm

Gră

sim

e, %

/ X

m F

at, %

y1=a1+b1xy2=a2+b2xPunct critic/ Critical point

Fig. 5. Obţinerea punctului critic, corespunzător valorii critice a mediilor aritmetice ale

valorilor concentraţiei de grăsime, y critic grăsime

14

3.2

3.253.3

3.353.4

3.453.5

3.553.6

0 20 40 60 80 100 120 140

Timp, s / Time, s

Xm

Pro

teină,

% /

Xm

Pro

tein

, % y1=a1+b1x

y2=a2+b2xPunct critic/ Critical point


valorilor concentraţiei de proteină, y critic proteină

x y1=a1+b1


valorilor densităţii, y critic densitate


valorilor concentraţiei de substanţă uscată, y critic substanţă uscată

10.610.8

1111.211.411.611.8

1212.212.4

0 20 40 60 80 100 120 140

Timp, s / Time, s

Xm

Sub

stanţă

usc

ată,

% /

Xm

Dry

su

bsta

nce,

%


1.029 1.0295

1.03 1.0305 1.031

1.0315 1.032

1.0325 x 1.0335

1.033

0 20 40 60 80 100 120 140 Timp, s / Time, s

Xm

Den

sita

te, g

/m/ X

m D

ensi

ty, g

l

/ml y2=a2+b2

PuC

nc t critic / ritical point

15

4.34.44.54.64.74.84.9

5 5.15.25.3

0 20 40 60 80 100 120 140

Timp, s / Time, s


Xm

Lac

toză

, % /

Xm

Lac

tose

, %


valorilor concentraţiei de lactoză, y critic lactoză

În tabelul 1, sunt trecute valori critice ale parametrilor analizaţi.

Tabelul 1 Valorile critice y critic şi x critic obţinute de pe graficele anterioare

Nr. crt.

Parametru

y critic

x critic, s

1 Grăsime (%) 2,59 28,18

2 Substanţă uscată (%) 10,90 30,01

3 Proteină (%) 3,27 32,09

4 Lactoză (%) 4,45 32,96

5 Densitate (g/ml) 1,03 35,33

Pentru a vedea momentul de timp în care proba de lapte supusă acţiunii

microundelor suferă primele modificări accentuate din punctul de vedere al compoziţiei

fizico-chimice, am procedat la determinarea valorii medii a timpilor critici, reprezentaţi

de x critic. Valoarea medie obţinută este de 31,71 s cu o deviaţie standard de 2,74.

Valoarea calculată a coeficientului de variaţie de 8,65 % fiind foarte apropiată de zero ne

indică o variaţie slabă a valorilor studiate ceea ce ne arată că media aritmetică

determinată are un grad ridicat de reprezentativitate.

16


Scădere concentraţiei de grăsime a laptelui odată cu creşterea intervalului de

expunere la microunde a fost confirmată şi de datele întâlnite în literatura de specialitate,

conform cărora această scădere se datorează următoarelor procese: autooxidare şi

formare de izomeri trans ai acizilor graşi.

Reducerea concentraţiei de proteină a laptelui odată cu creşterea intervalului de

expunere la microunde a fost de asemenea confirmată de datele din literatura de

specialitate. Astfel, potrivit acesteia scăderea se datorează următoarelor procese:

expunerea la suprafaţă a grupărilor sulfidril ale proteinelor serice din interiorul structurii

proteice, grupări care se mai pot forma şi prin hidroliza sau eliminările β ale legăturilor

disulfidice ale proteinelor serice şi care participă mai departe în procese oxidative şi în

final contribuie la formarea speciilor reactive de oxigen care duc la oxidarea lipidelor;

unor modificări nesemnificative ale aminoacizilor proteici şi faptului că proteinele

laptelui mai pot fi implicate şi în reacţia Maillard, împreună cu lactoza din lapte.

Scădere concentraţiei de lactoză a laptelui expus la microunde este întâlnită şi în

literatura de specialitate, care explică acest fenomen prin faptul că lactoza, fiind un

dizaharid reducător, este implicată în reacţia Maillard, iar în cadrul primei etape a acestei

reacţii ea este izomerizată la lactuloză.

Creşterea densităţii laptelui odată cu creşterea intervalului de expunere la

microunde arată că a avut loc o evaporare a apei din probele de lapte, ceea ce a dus la

concentrarea acestora.

Reducerea concentraţiei de substanţă uscată a laptelui tratat la microunde se poate

explica prin : scăderea cantitativă a proteinei, lactozei şi grăsimii probelor şi de

asemenea, prin posibila scădere cantitativă a unor vitamine, de exemplu, A, B9, C şi E,

conform rezultatelor obţinute de unele studii din literatura de specialitate.

17

CAPITOLUL IX. EVIDENŢIEREA EFECTELOR MICROUNDELOR

ASUPRA MICROORGANISMELOR DIN LAPTE

9.1. CERCETĂRI PRIVIND EFECTELE MICROUNDELOR ASUPRA NUMĂRULUI

TOTAL DE GERMENI DIN LAPTE

9.1.1. Rezultatele cercetărilor privind numărul total de germeni din lapte

Deoarece N.T.G. a suferit o scădere semnificativă de la 25,06·106 germeni pe ml

pentru laptele netratat la 15·103 germeni pe ml după 15 s de tratare a probei de lapte la

microunde sau la 51·102 germeni pe ml după 30 s de expunere, realizarea unui grafic al

variaţiei acestor valori ale N.T.G. nu ar putea evidenţia bine diferenţele dintre probele

tratate diferit la microunde datorită apariţiei pe grafic a unei porţiuni de platou

corespunzătoare momentelor de timp 15 – 120 s. Pentru a putea accentua diferenţele

existente între valorile N.T.G. ale probelor de lapte supuse la acţiunea microundelor, am

procedat la logaritmarea în baza 10 a valorilor N.T.G. utilizând funcţia logaritm din

programul Microsoft Office Excel.

Variaţia N.T.G. nu este constantă în timp, modul de variaţie fiind asemănător cu

cel al parametrilor fizico-chimici. Astfel, s-a procedat la obţinerea în mod similar

acestora a punctului critic al N.T.G. (figura 10). Valoarea critică obţinută este de

46,64·102 germeni pe ml probă de lapte şi este atinsă după 26,58 s de tratare la

microunde. După acest interval de expunere, numărul total de germeni prezenţi într-un

ml de lapte scade semnificativ.

3.00E+003.50E+004.00E+004.50E+005.00E+005.50E+006.00E+006.50E+007.00E+007.50E+008.00E+00

0 20 40 60 80 100 120 140

Timp, s / Time, s

log

(N.T

.G.)

pe m

l / lo

g (T

.N.G

.) in

1 m

l y1=a1+b1xy2=a2+b2xPunct critic/ Critical point

Fig. 10. Obţinerea punctului critic corespunzător valorii critice a N.T.G., y N.T.G.

18

9.1.3. Discuţia rezultatelor

Reducerea numărului total de germeni în urma tratării alimentelor la microunde a

fost pus în evidenţă şi în literatura de specialitate. Astfel, scăderea numărului de

microorganisme se poate explica prin faptul că datorită absorbţiei energiei emise de către

microunde, temperatura produselor creşte rapid, dezactivând microorganismele şi

determinând pasteurizarea sau sterilizarea acestora (GOLDBLITH et al., 1967; ROSÉN,

1972; FUJIKAWA et al., 1992; VALSECHI et al., 2004; DATTA et al., 2000;

HEDDLESON et al., 1994). De asemenea, în unele studii se precizează că unii compuşi

intermediari ai reacţiilor Maillard care au loc în timpul expunerii alimentelor la

microunde acţionează ca şi agenţi mutageni pentru unele bacterii (MAZZEI et al., 2009),

însă acest fapt este contrazis de alte studii (SHAZMAN et al., 2007).

În alte cercetări, distrugerea microorganismelor a fost atribuită efectelor

nontermale, datorită necesităţii atingerii unei temperaturi finale mai joase pentru această

distrugere. Pentru explicarea inactivării microorganismelor cu ajutorul microundelor pe

cale nontermală, se utilizează 4 teorii predominante: încălzirea selectivă, electroporeza,

ruperea membranei celulare şi cuplarea câmpului electromagnetic (CROSS et al., 1982;

FUNG et al., 1980; KOZEMPEL et al., 1998).

Deşi există o controversă în ceea ce priveşte moartea microorganismelor indusă

de către microunde, nu există nici un dubiu în legătură cu efectul distructiv al

microundelor asupra acestora, mai mult nici un patogen nu s-a raportat ca fiind rezistent

acţiunii microundelor (YAGHMAEE et al., 2005; DATTA et al., 2000).

9.2. CERCETĂRI PRIVIND EFECTELE MICROUNDELOR ASUPRA SPECIILOR

PATOGENE DE STAFILOCOCI COAGULAZĂ-POZITIVI (STAPHILOCOCCUS

AUREUS ŞI ALTE SPECII) DIN LAPTE

Rezultatele acestor cercetări ne indică faptul că numărul de stafilococi coagulază-

pozitivi pe 1 ml probă de lapte a fost foarte mare în cazul probei netratate la microunde,

fapt evidenţiat de creşterea în gazon, ca apoi să scadă semnificativ la 0 pentru proba

tratată timp de 15 s şi să se menţină nul pentru probele tratate la cuptorul cu microunde

timp de 30s, 45 s, 60 s şi 120 s.

19

9.3. CERCETĂRI PRIVIND EFECTELE MICROUNDELOR ASUPRA SPECIEI

PATOGENE DE ESCHERICHIA COLI POZITIVE LA β- GLUCURONIDAZĂ DIN

LAPTE

Ca şi în cazul patogenilor studiaţi anterior, numărul de germeni de Escherichia

coli pozitivă la β- glucuronidază pe 1 ml probă de lapte a fost imens în cazul probei

netratate la microunde, arătând o infestare masivă demonstrată de creşterea în gazon, ca

apoi sa scadă în totalitate pentru proba tratată timp de 15 s cât şi pentru restul probele

tratate timp de 30, 45, 60 şi 120 s la cuptorul cu microunde.

Scăderea semnificativă a speciilor patogene de stafilococi coagulază-pozitivi şi de

Escherichia coli pozitive la β- glucuronidază în urma acţiunii microundelor pe durate

diferite de timp este susţinută şi de către literatura de specialitate.

9.4. CERCETĂRI PRIVIND EFECTELE MICROUNDELOR ASUPRA

MICROORGANISMELOR DIN LAPTE REALIZATE PRIN APLICAREA ANALIZEI

BACTERIOSCOPICE

Studiul bacterioscopic realizat ne arată că tratarea cu microunde a laptelui

demonstrează că acţiunea fie şi numai de 15 s asupra unui volum de 250 ml de lapte are

efect direct şi vizibil din punct de vedere morfologic asupra microorganismelor prezente

în mod natural şi spontan în acesta.

Alterarea morfologiei şi viabilităţii bacteriilor se accentuează proporţional cu

creşterea timpului de tratament: 30, 45 şi 60 s. Creşterea timpului peste 45 s şi mai ales

tratamentul timp de 120 s produce în afara inactivării şi degradării morfologice a

bacteriilor şi alterarea morfochimică a proteinelor, situaţie care poate să modifice şi alte

calităţi ale produsului ca aliment.

20

CAPITOLUL X. CONCLUZII ŞI RECOMANDĂRI

10.1. CONCLUZII

Evaluarea efectului microundelor asupra proprietăţilor senzoriale ale laptelui ca

aliment ne permite formularea câtorva concluzii:

analiza senzorială ne arată că mai repede apar modificările de miros şi gust,

datorită efectului ţintit al microundelor asupra materiei grase din lapte şi mai

tardiv, cele de consistenţă, aspect şi culoare.

expunerea la microunde a laptelui în cele 2 tipuri de recipiente (sticlă şi masă

plastică) nu influenţează însuşirile produsului.

procesul de încălzire la microunde poate fi modelat avantajos prin factorul timp.

Dinamica procesului de încălzire a laptelui în cuptorul cu microunde comparativ

cu procesul de încălzire-fierbere clasică demonstrează că:

încălzirea laptelui la microunde în doze de 250 şi respectiv 100 ml în recipiente

din sticlă şi masă plastică generează cel puţin 3 centrii de căldură în interiorul

produsului, dispuşi pe verticala coloanei de lichid şi dezvoltaţi pe orizontală.

Formarea şi dezvoltarea acestora nu depinde de natura recipientului.

expunerea celor 2 doze de lapte (250 şi 100 ml) la microunde relevă că volumul

produsului influenţează semnificativ performanţele procesului de încălzire în

cadrul aceloraşi limite de timp. Astfel, 250 ml lapte s-au încălzit în medie cu 6,82

°C în 15 s, pe când 100 ml s-au încălzit cu 14,91 °C în 15 s.

monitorizarea procesului de încălzire la fierberea clasică a laptelui ne arată şi în

acest caz dezvoltarea a cel puţin 3 centrii de căldură similari celor observaţi la

microunde, dar cu o activitate neavantajoasă.

procesul clasic de încălzire se dovedeşte total neperformant deoarece generează

în 120 s o temperatură medie de 44°C, iar laptele crud ajunge să întrunească

însuşirile de lapte fiert abia în 10 minute.

Analizând acţiunea microundelor asupra parametrilor fizico-chimici ai laptelui

putem constata următoarele:

21

s-au obţinut valorile critice: 2,59 % pentru grăsime după 28,18 s de expunere la

microunde; 10,9 % substanţă uscată după 30,01 s; 3,27 % proteină după 32,09 s;

4,45 % lactoză după 32,96 s şi o densitate de 1,03 g/ml după 35,33 s.

valoarea medie a timpilor critici, calculată ca şi medie aritmetică, este de 31,71 s

şi reprezintă momentul de timp în care o probă de lapte supusă acţiunii

microundelor suferă primele modificări accentuate din punctul de vedere al

compoziţiei fizico-chimice.

evaluând interdependenţele dintre parametrii analizaţi prin determinarea

coeficienţilor de corelaţie liniară între diferitele perechi, putem spune că între unii

parametrii există o legătură semnificativă, cum este cazul substanţei uscate şi al

lactozei sau al substanţei uscate şi proteinei, dar între alţii nu există o corelaţie

puternică, deci ei nu se influenţează foarte mult unul pe celălalt, cum este cazul

subtanţei uscate şi al densităţii sau cel al grăsimii şi al densităţii.

În ceea ce priveşte influenţa microundelor asupra numărului total de germeni din

lapte, putem spune că:

punctul critic al N.T.G.-ului egal cu 46,64·102 germeni pe ml probă de lapte se

obţine după 26,58 s de tratare a probei la microunde. După acest interval de

expunere, numărul total de germeni prezenţi într-un ml de lapte scade

semnificativ.

Evaluând acţiunea microundelor asupra patogenilor reprezentaţi de stafilococii

coagulază-pozitivi şi Escherichia coli pozitivă la β- glucuronidază, putem concluziona că

aceştia sunt foarte afectaţi de expunere, suferind o reducere semnificativă de la o

infestare masivă demonstrată de creşterea în gazon corespunzătoare probei netratate la

microunde la o valoare egală cu zero atinsă după doar 15 s de tratare.

În urma investigării efectelor pe care microundele le au asupra microorganismelor

din lapte prin aplicarea analizei bacterioscopice putem spune că:

indiferent de gradul de contaminare bacteriologică a laptelui crud, expunerea la

microunde determină o alterare morfologică şi a viabilităţii tuturor formelor

vegetative existente în produs la un moment dat.

22

intervalul optim de tratament s-a dovedit a fi între 15 şi 30 s, situaţie în care

integritatea şi viabilitatea bacteriilor este anulată, dar componentele laptelui nu au

suferit încă modificări semnificative.

10.2. RECOMANDĂRI

Pe baza rezultatelor obţinute în acest studiu prin analiza efectelor pe care le au

microundele asupra însuşirilor organoleptice şi dinamicii procesului de încălzire a

laptelui putem spune că acest tratament este superior încălzirii clasice prin timpul redus

de realizare şi modificările comparabile, deci poate fi recomandat a înlocui metoda

clasică.

Obţinerea punctelor critice de 31,71 s pentru parametrii fizico-chimici ai laptelui

şi de 26,58 s pentru N.T.G., precum şi reducerea la valoarea zero a patogenilor

reprezentaţi de stafilococii coagulază-pozitivi şi Escherichia coli pozitivă la β-

glucuronidază după 15 s de expunere la microunde şi de asemenea anularea integrităţii şi

viabilităţii bacteriilor din lapte în intervalul 15 - 30 s, ne permite recomandarea ca timp

optim de expunere la microunde a unei probe de 250 ml lapte intervalul de 30 s.

23

TEZĂ DE DOCTORAT - usamvcluj.ro · cuptoare cu microunde, ceea ce a determinat şi iniţierea...

Documents

Transcript of TEZĂ DE DOCTORAT - usamvcluj.ro · cuptoare cu microunde, ceea ce a determinat şi iniţierea...