Evaluación del efecto de la luz UV-C y del antimicrobiano natural vainillina sobre la calidad microbiológica de bebidas proteicas

Abstract

En las últimas décadas, los consumidores han tomado conciencia sobre la importancia de la alimentación sobre la salud, lo que ha promovido el consumo de alimentos saludables como los jugos de frutas y hortalizas, y las bebidas proteicas. El suero de leche es un importante subproducto de la industria láctea resultante de la elaboración de queso y caseína, cuya producción mundial se calcula en más de 180 a 190 millones de toneladas por año. Debido a sus deseables propiedades funcionales y alto valor nutricional, las proteínas de suero se han utilizado como ingrediente funcional en alimentos y bebidas. La aplicación de tratamientos térmicos para la inactivación de microorganismos, sin embargo, desnaturaliza parte de las proteínas del suero, y causa pérdida nutricional y cambios organolépticos de los alimentos. Por lo tanto, tecnologías emergentes como la luz UV-C y los antimicrobianos naturales como vainillina surgen como una alternativa promisoria para lograr la inactivación microbiana en este tipo de bebidas. La luz UV se ha utilizado como una tecnología para la desinfección del agua y descontaminación de superficies, recientes hallazgos han demostrado que el tratamiento con luz UV-C permite la inactivación de bacterias patógenas como E. coli y L. monocytogenes en jugos de frutas y productos lácteos. Adicionalmente, se ha reportado que vainillina (4-hidroxi-3-metilbenzaldehído), compuesto extraído de las vainas de Vanilla planifolia, tiene propiedades antioxidantes y es eficaz en la inactivación de bacterias transmitidas por alimentos. El objetivo de esta tesis fue estudiar el efecto de la luz UV-C sólo y en combinación con vainillina sobre la inactivación de E. coli y L. innocua en 3 formulaciones de bebidas proteicas elaboradas con proteína de suero de leche y jugo de manzana. Para ello, se inoculó las bebidas proteicas con dichos microorganismos y se sometieron a tratamiento UV-C por sí solo (0 - 20 min) o en conjunto con vainillina (0,1% p/v). Posteriormente se analizó el número de sobrevivientes por recuento en placa. Las bebidas proteicas fueron caracterizadas física y químicamente, éstas exhiben pH ácido y diferentes coeficientes de absortividad que influyen en la transmisión de la luz UV-C y en el grado de inactivación microbiana alcanzado. La dosis UV-C entregada se calculó por reacción actinométrica resultando entre 0 y 47,72 kJ/m2 a los 20 min de tratamiento UV-C. El tratamiento UV-C provocó reducciones entre 3,95 – 4,31 log UFC/mL de E. coli y 4,45 – 4,69 log UFC/mL de L. innocua en las bebidas proteicas. El tratamiento combinado de luz UV-C y vainillina (0,1% p/v) en las bebidas proteicas consiguió mayores niveles de inactivación entre 4,63 – 5,03 log UFC/mL de E. coli y 5,03 – 5,17 log UFC/mL de L. innocua. Las curvas de inactivación se modelaron aplicando las ecuaciones de Weibull, observándose que el parámetro b fue mayor en la mayoría de los casos en la formulación C, que presenta el menor coeficiente de absortividad, que se relaciona a una mejor transmisión de la luz UV-C. Tanto las muestras procesadas con UV-C como las UV + vainillina obtuvieron valores de n < 1 que se vincula a una fuerte inactivación desde el comienzo del tratamiento y a una concavidad ascendente de la curva de supervivencia. La adición de vainillina en todas las formulaciones de bebidas proteicas provocó un aumento del valor de b respecto a las mismas bebidas tratadas solo con UV, indicando un mayor grado de inactivación microbiana y todas las formulaciones sometidas al tratamiento combinado presentaron n < 1. Además, el procesamiento de luz UV-C y vainillina en todas las bebidas produjo curvas más estrechas con mayor moda y con una marcada reducción en la dispersión (menor media y varianza), comparados con las bebidas tratadas sólo con UV-C. En el caso de L. innocua todas las curvas de inactivación, tanto las muestras procesadas con UV-C como los tratamientos combinados, exhibieron mayores valores de b y valores de n < 1 y, lo que indicaría una mayor sensibilidad de Listeria frente a los tratamientos en comparación con E. coli. Por lo tanto, la aplicación de tecnologías emergentes como luz UV-C en combinación con antimicrobianos naturales es una alternativa promisoria para el tratamiento de alimentos líquidos opacos como las bebidas proteicas, asegurando la inocuidad de este tipo de producto.

In recent decades, consumers have increased health awareness which has promoted the consumption of healthy foods, such as fruit and vegetable juices and protein beverages. Whey is an important by-product of the dairy industry resulting from the manufacture of cheese and casein, whose world production is estimated in more than 180 to 190 million tons per year. Due to its functional properties and high nutritional value, whey proteins have been used as a functional ingredient in foods and beverages. The application of heat treatments for the inactivation of microorganisms, however, denatures whey proteins, causing nutritional loss and organoleptic changes in foods. Therefore, emerging technologies such as UV-C light and natural antimicrobials such as vanillin emerge as a promising alternative to achieve microbial inactivation in this type of beverage. UV light has been used as a technology for water disinfection and surface decontamination, recent findings have shown that treatment with UV-C light allows the inactivation of pathogenic bacteria such as E. coli and L. monocytogenes in fruit juices and dairy products. Additionally, it has been reported that vanillin (4-hydroxy-3-methylbenzaldehyde), a compound extracted from Vanilla planifolia pods, has antioxidant properties and is effective in inactivating foodborne bacteria. The objective of this thesis was to study the effect of UV-C light alone and in combination with vanillin on E. coli and L. innocua inactivation in 3 formulations of protein beverages made with whey protein and apple juice. Protein beverages were inoculated with these microorganisms and subjected to UV-C treatment alone (0 - 20 min) or together with vanillin (0.1% w/v). Subsequently, the number of survivors was analyzed by plate count. Protein beverages were characterized physical and chemically, they exhibited acidic pH and different absorptivity coefficients that influence the transmission of UV-C light and the degree of microbial inactivation achieved. The UV-C dose delivered was calculated by actinometric reaction and was estimated between 0 and 47.72 kJ/m2 at 20 min of UV treatment. UV-C treatment caused reductions between 3.95 - 4.31 log CFU/mL of E. coli and 4.45 - 4.69 log CFU/mL of L. innocua in protein beverages. The combined treatment of UV-C light and vanillin (0.1% w/v) in protein beverages achieved higher levels of inactivation, between 4.63 - 5.03 log CFU/mL of E. coli and 5.03 - 5 .17 log CFU/mL of L. innocua. The inactivation curves were modeled by applying the Weibull equations, observing that the parameter b was higher in most cases in formulation C, which presented the lowest absorptivity coefficient, which is related to better transmission of UV-C light. Both the samples processed with UV-C and UV-C + vanillin obtained values of n < 1, which is associated with a strong inactivation from the beginning of the treatment and an upward concavity of the survival curve. The addition of vanillin in all the protein beverage formulations caused an increase in the value of b compared to the same beverages treated only with UV-C, indicating a higher degree of microbial inactivation and all the formulations subjected to the combined treatment presented n < 1. In addition, UV-C light and vanillin processing in all beverages produced narrower curves with higher mode and with a marked reduction in spread (lower mean and variance), compared to beverages treated with UV-C only. In the case of L. innocua, all the inactivation curves, both the samples processed with UV-C and the combined treatments, exhibited higher values of b and values of n < 1, which would indicate a greater sensitivity of Listeria compared to E. coli. Therefore, the application of emerging technologies such as UV-C light and natural antimicrobials is a promising alternative for the treatment of protein beverages, ensuring the safety of this type of product.