Nos processos industriais, podemos nos deparar com situações nas quais o alimento está suscetível a diferentes contaminações, que podem ser provenientes de superfícies ou utensílios mal higienizados, da matéria prima ou da manipulação. Assim, as doenças transmitidas por alimentos podem se propagar, produzindo diversos surtos alimentares em várias partes do mundo. Os tratamentos tradicionais para o controle do crescimento microbiológico usam o calor (ex: pasteurização e esterilização comercial) como forma de inativar os microrganismos. Contudo, estes processos podem resultar na depreciação da qualidade dos produtos. Neste aspecto, as tecnologias emergentes não térmicas, como luz UV, PEF e aerossolização apresentam grande vantagem frente aos processos térmicos, reduzindo os danos ocasionados pelo aquecimento, sendo uma tendência no processamento de alimentos. Entre esses processos, o tratamento fotodinâmico com Led tem sido bastante estudado, apresentando resultados promissores na inativação microbiana em alimentos.
O mecanismo baseia-se na fotoativação do fotossensibilizador irradiado em um comprimento de onda na faixa visível do espectro eletromagnético da luz. Após esta interação, inicia-se uma série de reações oxidativas citotóxicas na célula microbiana, causando a morte do microrganismo. Os principais elementos para o uso do método são: a presença de uma substância fotossensibilizadora, uma fonte de luz e a presença de oxigênio atmosférico. Assim, o mecanismo só ocorre mediante a presença desses elementos, sendo impraticável na ausência de algum deles.
Os fotossensibilizadores mais estudados em alimentos são os naturais como: a clorofila, a curcumina e a riboflavina. Na técnica do tratamento fotodinâmico os fotossensibilizadores são os compostos sensíveis à luz que desencadeiam as reações, sendo responsáveis pela eficácia do tratamento aumentando o alcance, seletividade, a segurança e o sucesso dos resultados. A luz é um importante componente da técnica, pois a escolha do diodo emissor de luz, comumente chamado de LED, determina o comprimento de onda que irá interagir com o fotossensibilizador. Para a escolha da melhor fonte de luz existem seis subdivisões de comprimento de onda na região do visível e entre elas as luzes azul (450–500 nm), verde (500–570 nm) e vermelha (610–760 nm) são habitualmente usadas na pesquisa e na indústria da área de alimentos.
O mecanismo de ação inicia-se com a absorção da luz pelo fotossensibilizador, provocando a excitação dos elétrons nas moléculas, promovendo-os para um estado singlete de energia. Com o estado singlete ativado há um processo de cruzamento intersistemas (CI) passando para estado triplete excitado. A ação do fotossensibilizante no estado triplete pode seguir por 2 tipos de reações, a do tipo I e a do tipo II. A reação tipo I é responsável pela formação de radicais livres e interação destes radicais com oxigênio intracelular. No tipo II, o fotossensibilizante no estado triplete excitado transfere energia para o oxigênio molecular, provocando a formação de oxigênio molecular singlete (1O2). O 1O2 formado no mecanismo de reação do Tipo II é altamente reativo e citotóxico e, juntamente aos componentes gerados no mecanismo de reação do Tipo I, reage com as biomoléculas promovendo oxidação celular. Ambas reações do Tipo I e II ocorrem de forma simultânea e são dependentes da concentração do fotossensibilizante, da intensidade da luz, do comprimento de onda característico do fotossensibilizador e da concentração de oxigênio presente. É importante mencionar que cada fotossensibilizador possui um rendimento quântico de produção de 1O2 determinado.
A tecnologia apresenta um amplo espectro de atuação, podendo ser utilizada contra bactérias Gram positivas e negativas, além de fungos superficiais. Na literatura podemos encontrar os relatos da eficácia da aplicação do método em diferentes alimentos e contra diferentes microrganismos. Uma pesquisa realizada em 2011 relatou que a aplicação do pigmento esverdeado de clorofilina sódica de cobre utilizando 1 mM por 5 min e irradiação por LED de 400 nm e 12 mW/cm² de potência, com uma dose de 14 J/cm² por 30 min, foram capazes de reduzir 1,8 log de L. monocytogenes em morangos, aumentando a vida de prateleira em 2 dias. Em outra pesquisa publicada no Journal of Food Process Engineering, os autores observaram que a aplicação de curcumina utilizando 16 mM por 60 min utilizando o LED de 465 – 470 nm e 30,2 mW/cm², com uma dose de 36 J/cm² por 20 min, foram capazes de reduzir 2,4 log de E.coli em uvas. Recentemente, um estudo publicado na revista Food Chemistry observou uma redução de 0,95 log de E.coli em cortes frescos de maçã, utilizando solução de curcumina de 2 µM por 5 min e irradiando com LED de 420 nm e 298 mW/cm², com uma dose de 152 J/cm² (510 s). Em março de 2020, um artigo publicado na Food Control demonstrou que a aplicação de 300 ppm de curcumina e LED de 430 nm e 7,2 W, com uma dose de 64,200 J/cm², foram capazes de reduzir 2 log de L. monocytogenes em 5 min de tratamento em pés de galinha.
Apesar dos efeitos na inativação de microrganismos, existem alguns fatores limitantes dentro da técnica que devem ser observados, como: baixa penetração de luz em sólidos e líquidos opacos, efeito apenas na descontaminação superficial dos alimentos e possibilidades de alteração em atributos sensoriais, como cor e sabor. Apesar dos atributos sensoriais serem extremamente importantes para determinar o sucesso de um tratamento, ainda há poucos estudos realizados para verificação desses atributos. Contudo, os estudos existentes apontam que o alimento não sofre uma alteração extrema, como observado em uma pesquisa envolvendo o tratamento em morangos, na qual não se observou diferença no sabor. Em contrapartida, pesquisadores publicaram um artigo na Food Control relatando uma alteração indesejável na cor do salmão defumado, quando aplicaram 100 µM de riboflavina por 160s irradiado com um LED de 15-58 mW/cm² de 460 nm e uma dose de 2400 J/cm² (160 s), que resultou na redução de 1,2 log de L. monocytogenes. Isso aponta que o tratamento deve ser explorado a fim de indicar combinações eficientes de fotossensibilizadores e condições da aplicação dos LEDs que podem ser usados para melhorar o método.
O uso do tratamento fotodinâmico com LED apresenta-se como uma tecnologia promissora para inativação superficial de microrganismo em alimentos, podendo ser aplicado, principalmente, em ambientes de armazenamento de frutas, vegetais e laticínios. Contudo, mais pesquisas devem ser realizadas para otimizar as condições do processamento e para divulgar esta tecnologia inovadora, a fim de aperfeiçoar a técnica para sua plena aplicação industrial.
Autores convidados: Jordana dos Santos Alves, Marilene Silva Oliveira e Leandro Pereira Cappato, todos do IF Goiano – Campus Rio Verde
Referências
D’SOUZA, C., YUK, HG, KHOO, GH, & ZHOU, W. Application of light?emitting diodes in food production, postharvest preservation, and microbiological food safety. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, v. 14, n. 6, p. 719-740, 2015.
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HYUN, J. E., & LEE, S. Y. Blue light-emitting diodes as eco-friendly non-thermal technology in food preservation. Trends in Food Science & Technology, v. 105, p. 284-295, 2020.
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