luz ultravioleta

O crescente consumo de bebidas lácteas e sucos naturais de frutas e vegetais é atribuído aos benefícios à saúde. Muitos desses produtos são vendidos como “totalmente naturais”, “feitos com ingredientes orgânicos”, com poucas calorias e açúcar, ricos em nutrientes e constituintes bioativos. Para alcançar esses atributos, estes alimentos precisam ser minimamente processados em termos de temperatura de tratamento térmico e exposição ao oxigênio. Um exemplo é o crescimento da indústria e do consumo dos sucos tratados a frio. Estes sucos precisam de maior estabilidade, segurança e extensão do prazo de validade por pelo menos algumas semanas. A pasteurização é tratamento térmico utilizado na preservação eficaz, mas pode afetar negativamente os parâmetros nutricionais e de qualidade. Uma estratégia alternativa de processamento não térmico é o uso de processamento de alta pressão (HPP). No entanto, a HPP está associada a altos custos operacionais, além de exigir uma grande quantidade de espaço e uso de embalagens plásticas.

A luz ultravioleta-C (UV-C) é outra alternativa não térmica emergente que oferece tratamento contínuo e economia de energia e flexibilidade de embalagem. Além disso, o UV-C a 254 nm é eficaz contra todos os patógenos de origem alimentar, microbiota natural, fungos e leveduras, com impacto mínimo na qualidade e nos atributos nutricionais. Para alcançar a eficiência do tratamento com UV-C em produtos com baixa transmissão de UV (UVT), como a maioria dos sucos e produtos lácteos, foram desenvolvidas novas abordagens de aplicação do processo.

No caso da água, a UVT atinge valores de 90% ou mais; para sucos claros, o UVT normalmente é inferior a 30% e chega a zero para sucos turvos. Devido a isso, regimes de escoamento laminar ou turbulento, a utilização de misturadores estáticos ou escoamento secundário em tubos em espiral devem ser empregados para que os fótons de luz atinjam todo o volume do produto.

O primeiro sistema UV foi desenvolvido nos EUA em 2001 baseado em tubos em espiral onde o líquido era escoado em fluxo turbulento e lâmpadas de mercúrio de baixa pressão emitiam a luz UV-C uniformemente em sucos de frutas. O desafio atual permanece porque, como a dose de UV-C não foi estabelecida pelas agências reguladoras, o processo deve ser desenvolvido com base no cumprimento de requisitos de processamento do produto ou no efeito técnico pretendido.

Isso pode envolver uma redução do patógeno-alvo do produto para atender à Análise de Perigos e Pontos Críticos de Controle (HACCP) e extensão da vida útil, eliminando esporos ou organismos deteriorantes. Isso significa que a dose operacional real de UV-C pode variar para diferentes alimentos, como sucos, bebidas e ingredientes líquidos, e depende muito da composição do produto, coeficiente de absorção, características reológicas, carga microbiana inicial e requisitos de redução dessa carga. Além disso, a dose de UV-C deve ser otimizada para obter os melhores atributos nutricionais e sensoriais de qualidade. Depois que a dose operacional de UV-C é estabelecida, seus efeitos nas enzimas e na estabilidade da suspensão do produto devem ser considerados.

Usando um novo sistema comercial, diversos estudos foram realizados para estabelecer e validar a dose operacional de UV-C para várias categorias de bebidas, como sucos de frutas e vegetais, chás, produtos lácteos e xaropes de sacarose e frutose. A nova tecnologia UV-C emite fótons de luz para todo o volume do líquido quando ele é bombeado em um fluxo turbulento através de uma tubulação de polímero plástico. Outra característica dessa tecnologia é que a potência de saída UV-C e, consequentemente, as doses de UV-C podem ser ajustadas para cada produto de várias maneiras, com o uso de lâmpadas com potência diferente e o ajuste da corrente (amperagem) da lâmpada sem alterar a geometria da câmara do reator (por exemplo, diâmetro do tubo, diâmetro da bobina, número de lâmpadas UV, distância das lâmpadas da bobina).

Dois tipos de lâmpadas de mercúrio de baixa pressão (LPA e LPM) e com saídas de 320 e 75 W foram testadas para aplicações específicas. No sistema testado, a irradiação UV-C é medida e controlada com dois sensores. Os sensores UV-C são instalados na câmara considerando a geometria do tubo e a direção da luz UV-C incidente das lâmpadas circundantes. Isso permite não apenas monitorar a irradiação UV-C, mas também medir com precisão a potência de saída das lâmpadas e avaliar a dose absorvida pelo produto tratado. As formulações dos produtos podem ser salvas no programa do sistema e podem ser usadas para ajustar os níveis de dose de UV-C para cada produto. Os sensores de temperatura controlam as temperaturas do ar e do produto na câmara UV-C.

Condições de operação do processamento UV-C

O desenvolvimento de um novo processo baseado em UV-C exige primeiramente o estabelecimento de uma dose operacional adequada, uma etapa de validação para garantir que a dose de UV recomendada seja aplicada com segurança ao produto e avaliação da eficiência na redução da carga microbiana.

Aplicações

Sucos

Os sucos de frutas e vegetais tratados a frio compõem um crescente mercado de sucos premium devido ao seu alto valor nutricional e benefícios à saúde. Os sucos são tratados usando tecnologias não térmicas que são consideradas opções de processamento mais avançadas, sem produtos químicos e sem calor. A tecnologia UV-C é eficaz contra patógenos comuns presentes em sucos, microflora natural, fungos e leveduras e prolonga sua vida útil.

Uma variedade de sucos de frutas inoculados com diferentes tipos de bactérias (Escherichia coli ATCC 35208, leveduras e esporos de Bacillus atrophaeus) foram tratados com 100% da potência de luz UV-C. Os testes foram conduzidos usando 10 tipos de sucos ácidos (pH < 4,6), incluindo sucos de maçã (límpido e turvo), laranja (límpido e turvo), tropical, cereja, mirtilo, amora e uva. Também foram testados cinco tipos de sucos com baixo teor de ácido (pH > 4,6), como água de coco, suco de espinheiro marítimo, de cenoura, de grama de trigo e de aipo.

Os resultados dos testes na redução microbiana dos sucos inoculados com E. coli ATCC 35208 mostraram que o tratamento UV pode atingir uma faixa de redução logarítmica (LCR) de no mínimo, 5,0 em sucos tropicais e 8,1 em suco de maçã.

O tratamento com 100% de exposição a UV-C resultou em uma redução nas contagens totais da microflora natural em sucos de vegetais, de 3,7 e 3,9 logs, respectivamente, além de 2,1 logs para fungos e leveduras. E. coli, bactérias do ácido lático e coliformes não foram detectadas em nenhuma das amostras de suco verde tratadas com UV-C. Os tratamentos com reduziram de 1,0 a 3,0 log na contagem desses microrganismos em sucos de frutas. Além disso, o tratamento UV-C foi eficaz na redução dos esporos de B. atrophaeus no suco de espinheiro marítimo e na água de coco.

Leite

O tratamento UV-C também é uma tecnologia promissora para o processamento de laticínios, como um processo seguro, energeticamente eficiente e econômico. O tratamento com UV-C pode ser empregado como um método alternativo de pós-pasteurização para reduzir a contagem microbiana além da pasteurização normal e aumentar a vida útil do leite pasteurizado em pelo menos 30% sob refrigeração. O principal objetivo do processo combinado é alcançar uma vida útil prolongada sem expor o leite a altas temperaturas comuns no tratamento regular. Uma pesquisa mostrou que o tratamento UV-C do leite de vaca e cabra foi eficaz contra a microflora aeróbica, E. coli, Bacillus cereus e esporos de Bacillus subtilis. O efeito dessa combinação de tratamentos foi testado utilizando luz UV-C nos níveis de energia de 100 e 20%.

O maior nível de energia UV-C resultou em maiores reduções na contagem de todos os tipos de organismos testados. A inativação mais eficiente da microflora natural do leite ocorreu com E. coli ATCC 35208, B. cereus e esporos de Bacillus subtilis. A redução nas contagens de B. cereus e esporos de Bacillus subtilis foram menores no leite de cabra. Um teste triangular (painel de nove pessoas) foi usado para determinar se havia uma diferença perceptível nas qualidades sensoriais entre amostras de leite de vaca tratadas com níveis de energia de 100 e 20%. Verificou-se que o leite de vaca tratado com a maior energia resultou na formação de sabor estranho. Nenhuma mudança notável foi encontrada pela maioria dos provadores quando o leite de vaca pasteurizado foi tratado com luz UV a 20%.

Regulamentação

Outra vantagem da tecnologia UV-C para sucos e produtos lácteos é que ela foi aprovada pela Food and Drug Administration (FDA) dos EUA, Health Canada e a Autoridade Europeia para a Segurança Alimentar (EFSA).

• 2000: O FDA alterou os regulamentos de aditivos alimentares para garantir o uso seguro da radiação UV a 254 nm para reduzir patógenos e outros microrganismos em sucos. Foi determinado que a quantidade de irradiação UV necessária para a redução de patógenos dependeria do tipo de suco, da carga microbiana inicial e do design do sistema de irradiação. Portanto,  o FDA não especificou uma dose mínima ou máxima de UV, mas concluiu que isso deve ser definido para cada tipo de produto e de maneira consistente com as Boas Práticas de Fabricação.
• 2004: a Health Canada determinou que não há preocupações com a segurança e não há objeções em relação à venda de cidra e suco de maçã tratados com UV-C para a redução na carga microbiana.
• 2016: EFSA concluiu que o tratamento UV do leite pasteurizado para produzir produtos com maior vida de prateleira e aumentar o teor de vitamina D é seguro nas condições de uso especificadas, o que abriu novas oportunidades para a comercialização de tecnologia adicional para aplicações em produtos lácteos.
• 2017: A agência israelense de regulamentação de alimentos aprovou o uso de luz UV para reduzir a carga microbiana no leite pasteurizado. O comitê aprovou um pedido para tratar o leite pasteurizado com luz UV de 200 a 300 nm, usando um regime de fluxo turbulento. O leite tratado deve estar livre de contaminação microbiana e será rotulado de acordo com a regulamentação israelense como “tratado com UV”.
• 2018: A Health Canada concluiu que os sucos tratados com a tecnologia UV não são considerados novos alimentos e são seguros para o consumo, uma vez que não há grandes mudanças na composição nutricional e na segurança química.

Conclusão

O status regulatório do tratamento com luz UV-C para sucos e laticínios e o crescente mercado de bebidas premium abrem novas oportunidades para o desenvolvimento e a comercialização dessa tecnologia em escala industrial. As indústrias de alimentos que desejam investir e testar essa tecnologia devem entender as vantagens e limitações do processo. Ao monitorar os parâmetros do produto, as condições de tratamento UV podem ser adaptadas para evitar o excesso de processamento e o desenvolvimento de sabores estranhos. Os sistemas de processamento UV também devem ser integrados à linha de produção para evitar a contaminação cruzada e alcançar a vida útil máxima do produto.

Traduzido e adaptado de:  KOUTCHMA, Tatiana. Advances in UV-C Light Technology Improve Safety and Quality Attributes of Juices, Beverages, and Milk Products. Food Safety Magazine, fev./mar. 2019. Disponível em: https://www.foodsafetymagazine.com/magazine-archive1/februarymarch-2019/advances-in-uv-c-light-technology-improve-safety-and-quality-attributes-of-juices-beverages-and-milk-products/