Analysis of the effectiveness of ultra-high pressure homogenisation, short-wave ultraviolet radiation and their combination on the hygienization of apple juice and their effect on the quality and nutritional aspects

Abstract

En aquest treball s’assagen dues tecnologies diferents per a l’esterilització de sucs de poma. Les tecnologies aplicades van ser l’homogeneïtzació per pressions ultra altes (UHPH) i la radiació ultraviolada d’ona curta (UV-C).

La UHPH va ser aplicada amb pressions de 100, 200 i 300 MPa, i els tractaments d’UV-C van ser duts a terme a diferents dosis entre els 1,8 - 200 J / ml, en algunes ocasions amb més d’un pas a través del sistema (únicament UV-C) o combinats amb diferents temperatures d’entrada (InT). Ambdues tecnologies van ser provades per demostrar la seva capacitat microbicida en els diferents tipus de suc de poma (clarificat i amb fibra, amb o sense l’addició d’àcid ascòrbic o l’extracte de llavors de chía) i en altres matrius que van ser ajustades per simular algunes de les interferències que es poden trobar en el suc de poma i que s’oposen al pas de la UV-C, com el coeficient d’absorció a 254 nm (α254) i la terbolesa. Per validar aquests tractaments diferents tipus d’espores bacterianes (Bacillus subtilis, Alicyclobacillus acidoterrestris, Bacillus stearothermophilus) i fúngiques (Aspergillus niger, Talaromyces macrosporus i Neosartorya spinosa) van ser inoculades en les matrius. També es van realitzar seguiments de l’estabilitat microbiana del suc durant el seu emmagatzematge per al que es va prendre en compte la microbiota endèmica del producte.

La UHPH va ser efectiva en inactivar la microbiota endèmica del producte i les espores d’A. niger amb pressions de 200 i 300 MPa a 20 ºC InT amb letalitats al voltant dels 4 - 5 Log respectivament, mentre que les espores bacterianes de B. subtilis i A . acidoterrestris van poder ser inactivades en més de 4 Log únicament amb la pressió de 300 MPa i al menys 70 ºC de InT.

Els tractaments d’UV-C van ser efectius en la inactivació d’espores bacterianes en matrius quan la terbolesa i α254 eren propers a 0 i a mesura que les dosis i nombre de passades s’incrementaven, també la letalitat s’incrementava, però variava d’ acord al tipus de microorganisme, essent A. niger el que va mostrar més resistència davant d’aquests tractaments.

Una combinació d’UHPH i UV-C va aconseguir un efecte additiu en la inactivació de microorganismes per a la majoria de les combinacions assajades, excepte en les espores fúngiques de T. macrosporus i N. spinosa on es va observar un efecte sinèrgic entre aquestes tecnologies.

L’efecte d’aquestes tecnologies en els aspectes fisicoquímics i de la qualitat del suc de poma amb fibra també van ser analitzats. Es van observar canvis significatius produïts per l’efecte de la UHPH a 200 i 300 MPa en els paràmetres de ºBrix, color, mida de partícula i en la terbolesa i α254 del producte. L’activitat de l’enzim polifenol oxidasa no va ser detectada després del tractament de 300 MPa i l’activitat residual de la pectin metil esterasa va ser reduïda en més de 70%. Es van realitzar assaigs per mesurar la capacitat antioxidant del suc tèrbol processat per UHPH i UV-C i també en suc clarificat de poma addicionat amb l’ extracte de chía, així com una anàlisi quantitativa del perfil d’antioxidants en aquest últim.

Es van realitzar proves d’anàlisi sensorial per conèixer les preferències entre producte tractat per UHPH, UV-C i sense tractament. Els canvis a nivell sensorial van ser percebuts principalment en l’olor i sabor dels sucs tractats.

En este trabajo se ensayan dos tecnologías diferentes para la esterilización de zumos de manzana. Las tecnologías aplicadas fueron la homogeneización por presiones ultra altas (UHPH) y la radiación ultravioleta de onda corta (UV-C).

La UHPH fue aplicada con presiones de 100, 200 y 300 MPa, y los tratamientos de UV-C fueron llevados a cabo a diferentes dosis entre los 1,8 - 200 J/mL, en algunas ocasiones con más de un pase a través del sistema (únicamente UV-C) o combinados con diferentes temperaturas de entrada (InT). Ambas tecnologías fueron probadas para demostrar su capacidad microbicida en los diferentes tipos de zumo de manzana (clarificado y con fibra, con o sin la adición de ácido ascórbico o el extracto de semillas de chía) y en otras matrices que fueron ajustadas para simular algunas de las interferencias que se pueden encontrar en el zumo de manzana y que se oponen al paso de la UV-C, tales como el coeficiente de absorción a 254 nm (α254) y la turbidez. Para validar esos tratamientos diferentes tipos de esporas bacterianas (Bacillus subtilis, Alicyclobacillus acidoterrestris, Geobacillus stearothermophilus) y fúngicas (Aspergillus niger, Talaromyces macrosporus y Neosartorya spinosa) fueron inoculadas en las matrices. También se realizaron seguimientos de la estabilidad microbiana del zumo durante su almacenamiento para lo que se tomó en cuenta la microbiota endémica del producto.

La UHPH fue efectiva en inactivar la microbiota endémica del producto y las esporas de A. niger con presiones de 200 y 300 MPa a 20ºC InT con letalidades alrededor de los 4 - 5 Log respectivamente, mientras que las esporas bacterianas de B. subtilis y A. acidoterrestris pudieron ser inactivadas en más de 4 Log únicamente con la presión de 300 MPa y al menos 70ºC de InT.

Los tratamientos de UV-C fueron efectivos en la inactivación de esporas bacterianas en matrices cuya turbidez y α254 eran cercanos a 0 y a medida que las dosis y número de pases se incrementaban, también la letalidad se incrementaba, pero variaba con respecto al tipo de microorganismo, siendo A. niger el que mostró mayor resistencia ante estos tratamientos.

Una combinación de UHPH y UV-C logró un efecto aditivo en la inactivación de microorganismos para la mayoría de las combinaciones ensayadas, excepto en las esporas fúngicas de T. macrosporus y N. spinosa en donde se observó un efecto sinérgico entre estas tecnologías.

El efecto de estas tecnologías en los aspectos fisicoquímicos y de la calidad del zumo de manzana con fibra también fueron analizados. Se observaron cambios significativos producidos por el efecto de la UHPH a 200 y 300 MPa en los parámetros de ºBrix, color, tamaño de partícula y en la turbidez y α254 del producto. La actividad de la enzima polifenol oxidasa no fue detectada después del tratamiento de 300 MPa y la actividad residual de la pectin metil esterasa fue reducida en más del 70%. Se realizaron ensayos para medir la capacidad antioxidante del zumo turbio procesado por UHPH y UV-C y también en zumo clarificado de manzana adicionado con extracto de chía, así como un análisis cuantitativo del perfil de antioxidantes en este último.

Se realizaron pruebas de análisis sensorial para conocer las preferencias entre producto tratado por UHPH, UV-C y sin tratamiento. Los cambios a nivel sensorial fueron percibidos principalmente en el olor y sabor de los zumos tratados.

This work comprises the use of two different technologies for the hygienization of apple juices. Those technologies were the ultra-high pressure homogenisation (UHPH) and short-wave ultraviolet radiation (UV-C).

UHPH was applied with pressures of 100, 200 and 300 MPa, and UV-C treatments were performed at different doses between 1.8 – 200 J/mL, sometimes in more than one pass through the system (only UV-C) or combined with different inlet temperatures (InT). The two technologies were tested in order to elucidate their microbicidal capacities in different types of apple juices (clear and cloudy, with or without the addition of ascorbic acid or chia seed extract) and in other matrices adjusted to simulate some of the interferences that apple juice can oppose to UV-C like the absorption coefficient at 254 nm (α254) and turbidity. In order to validate those treatments, spores of different species of bacteria (Bacillus subtilis, Alicyclobacillus acidoterrestris, Geobacillus stearothermophilus) and moulds (Aspergillus niger, Talaromyces macrosporus and Neosartorya spinosa) were inoculated into the matrices. Shelf-life studies over the microbial stability of the juice were also performed, and for those the endemic microbiota of the product was also taken into consideration.

UHPH was effective in inactivating the endemic microbiota of the product and A. niger spores with pressures of 200 and 300 MPa at 20 ºC InT with inactivation rates of 4 - 5 Log respectively, while the bacterial spores of B. subtilis and A. acidoterrestris could be inactivated in more than 4 Log only after 300-MPa UHPH and at least 70 ºC of InT.

UV-C treatments were effective in the inactivation of bacterial spores inoculated in matrices where turbidity and α254 values were closer to 0, and when the doses and number of passes increased, lethality rates also became higher, but it varied according to the type of microorganism, being the spores of A. niger who showed the highest resistance against those treatments.

A combination of UHPH and UV-C had an additive effect in the inactivation of microorganisms in most of the assayed combinations, except for the fungal spores of T. macrosporus and N. spinosa where a synergic effect between those technologies was observed.

The effect of these technologies in the physicochemical and quality aspects of cloudy apple juice were analysed as well. It was observed significant changes by the effect of the UHPH at 200 and 300 MPa in the parameters of ºBrix, colour, particle size, turbidity and in α254 of the product. The activity of the enzyme polyphenol oxidase was not detected after the treatment of 300 MPa, and the residual activity of pectin methylesterase was reduced in more than 70%. The antioxidant capacities of cloudy apple juice and clarified apple juice with chia extract processed by UHPH and UV-C were measured, as well as a quantitative analysis of the antioxidants profile in juice with chia extract.

A sensory analysis test was performed in order to know the preferences between juices treated by UHPH, UV-C and without treatment. Changes in their sensory attributes were detected mainly in odour and flavour of the treated juices.