Pasteurization of whey by pulsed electric fields and ultrasound technologies

Mestrado em Engenharia Alimentar / Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa.

In recent years the importance of sustainability has increased, and as such the food industry decided to leverage byproducts in a manner that produces more sustainable products. Whey is a nutrient filled byproduct of the dairy industry, and for years it has been used as animal feed or disposed as waste. Whey is quickly degraded by lactic acid bacteria, leading to the necessity of whey preservation or rapid transformation in stable products. Heat is the most commonly used treatment to inactivate microorganisms, however, this procedure reduces the nutritional quality of whey. Alternative non-thermal technologies, such as pulse electric fields (PEF) and ultrasound (US), are a potential alternative that can reduce input cost and improve nutritional quality. The objective of this research was to evaluate the effectiveness of PEF and US technologies for the conservation of whey. For this effect, whey samples were processed at different conditions of PEF and US to evaluate microbial inactivation. The PEF conditions comprised of 5 passages with 16 kV/cm electric field intensity and 55 kJ/kg of specific energy. Between each passage the whey was cooled to 3-4 °C. The US conditions were conducted at constant temperature (thermosonication) with a power output of 70 W, corresponding to an acoustic power density of 8.75 W/mL. Using PEF system no significant reductions in microorganism were detected, proving that the stand-alone PEF treatment applied is ineffective to inactivate Lactococcus lactis in whey. On the contrary, utilizing PEF as a pre-treatment it was possible to detect a reduction in D-value compared with thermal treatment, implying a possible use of PEF to improve whey pasteurization. The thermosonication treatment studied in this work also demonstrated a significant decrease in inactivation time, however this technology has a limitation of 3.5 to 4 log reductions, afterwards the inactivation kinetics follow a normal thermal inactivation.

Nos últimos anos, a importância da sustentabilidade aumentou e, como tal, a indústria alimentar decidiu utilizar subprodutos de forma a produzir produtos mais sustentáveis. O soro de leite é um subproduto rico em nutrientes da indústria dos lacticínios e há anos que é utilizado como alimento para animais ou descartado como resíduo. O soro é rapidamente degradado por bactérias lácticas, levando à necessidade de conservar o soro ou rapidamente transformá-lo em um produto estável. O calor é o tratamento mais utilizado para inativar microrganismos, no entanto no soro este procedimento pode causar coagulação e reduzir a sua qualidade nutricional. Tecnologias alternativas não térmicas, como campos elétricos pulsados (PEF) e ultrassons (US), são uma possível alternativa para a pasteurização com potencial redução do custo energético e benefícios em termos da qualidade nutricional. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência das tecnologias de PEF e US em termos de inativação microbiana e subsequente conservação do soro. Para este efeito, as amostras de soro foram processadas com diferentes condições de PEF e US para avaliar a inativação microbiana, avaliada com o Lactococcus lactis. As condições do PEF compreenderam 5 passagens com intensidade de campo elétrico de 16 kV/cm e 55 kJ/kg de energia específica. Entre cada passagem, o soro foi arrefecido a uma temperatura entre 3-4 °C. Os ultrassons foram aplicados em combinação com temperaturas moderadas (termossonicação) consumindo uma potência de 70 W, que corresponde a uma densidade de potência acústica de 8.75 W/mL. Relativamente ao sistema PEF, não foram detetadas reduções significativas no microrganismo, provando que o tratamento de PEF sem calor não é eficaz para inativar Lactococcus lactis no soro. No entanto, utilizando o PEF como pré-tratamento registou-se uma redução ligeira no D-value de inativação térmico. O tratamento de termossonicação também demonstrou uma diminuição significativa no tempo de inativação, apesar da observação de um patamar constante de 3.5 a 4 reduções logarítmicas ao fim de algum tempo.

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