Inactivación microbiana en matrices cárnicas mediante fluidos supercríticos asistidos por ultrasonidos de potencia

Abstract

[EN] The main objective of this Doctoral Thesis was to study the influence of the HPU on microbial inactivation processes by different FSC-CO2 treatment systems in meat samples. For this purpose, chicken breast, turkey ham and cured ham cylinders were used and superficially inoculated (106 UFC/g product) with E. coli DH1. FSC-CO2 and FSC-CO2+HPU inactivation treatments were performed on meat samples, under different pressure (150-450 bar), temperature (36-51 °C) and treatment time (5-40 min) conditions with samples immersed or not in a saline dilution (DI, 0.9 % NaCl w/v). Mathematical models were applied to describe the behavior of inactivation kinetics obtained. Afterwards, the pressure, temperature and treatment time conditions that on average allowed a reduction in E. coli population, of at least 3 log-cycles, were selected for each sample type, and used to assess the changes in the physico-chemical and microbiological properties of samples after the different treatments and during refrigerated storage (30 days at 4 °C). Using only FSC-CO2, temperature was a key factor to significantly accelerate E. coli inactivation speed in meat samples, while pressure showed only a significant (p<0.05) effect on turkey ham. FSC-CO2 and HPU simultaneous application significantly increased E. coli inactivation speed; by using chicken breast, a reduction of 1.2 log-cycles was reached after 20 min of FSC-CO2 treatment, compared to 1.9 and 3 log-cycles obtained using FSC-CO2+HPU and FSC-CO2+HPU+DI, respectively. The inactivation level obtained in turkey ham samples was significantly (p<0.05) higher, obtaining a reduction of 5.7, 6.6 and 6.9 log-cycles after 20 min of FSC-CO2, FSC-CO2+HPU and FSC-CO2+HPU+DI treatments, respectively. FSC-CO2+HPU lethal effect was higher when the meat samples were soaked into DI. This resulted from the cavitation phenomenon produced by the HPU, which eases the contact of CO2 with microorganisms found in meat sample and in the DI, as well as the alteration of their membrane due to a mechanical effect. In cured ham samples, the inactivation level (3.5 log-cycles) obtained by FSC-CO2+HPU+DI is similar to that obtained in non-soaked samples, but using less severe treatment conditions (250 bar, 46 °C, 10 min). Generalized mathematical models properly (R2>0.94) described E. coli inactivation kinetics obtained under different FSC-CO2 treatments. Color variation (&#916;E) obtained in chicken samples after treatments was attributed to muscle protein denaturation. Textural values (Fmax) showed that hardness of chicken breast and cured ham samples significantly decreased after FSC-CO2+HPU+DI treatment. Microstructural results in both samples justified textural changes observed. Moisture in chicken breast and cured ham decreased after FSC-CO2 treatment and increased in turkey ham using FSC-CO2+HPU+DI. Fat % decreased only in chicken breast and cured ham samples. Changes in color, texture and moisture parameters were minimal during storage. The recovery of microbiota after the treatment varied from 10 to 30 days for chicken breast and cured ham, respectively, showing the effect of matrix nature on microbial growth under refrigeration. The combination of HPU and FSC-CO2 showed to be an effective tool to inactivate microorganisms in meat matrices, by accelerating inactivation mechanisms associated to FSC-CO2.

[ES] El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral, fue estudiar la influencia de los HPU en procesos de inactivación microbiana mediante distintos sistemas de tratamiento con FSC-CO2 sobre matrices cárnicas. Para ello, se emplearon cilindros de pechuga de pollo, jamón de pavo y jamón curado que se inocularon superficialmente (106 UFC/g producto) con E. coli DH1. Se llevaron a cabo tratamientos de inactivación sobre las muestras cárnicas usando FSC-CO2 y FSC-CO2+HPU, bajo diferentes condiciones de presión (150-450 bar), temperatura (36-51 °C) y tiempo de tratamiento (5-40 min) con las muestras sumergidas o sin sumergir en una solución salina (DI, 0.9 % NaCl w/v). Se usaron modelos matemáticos para describir el comportamiento de las cinéticas de inactivación obtenidas. Posteriormente, se seleccionaron las condiciones de presión, temperatura y tiempo de tratamiento, que en promedio, permitieron obtener una reducción en la población de E. coli de al menos 3 ciclos-log, para cada tipo de muestra y fueron empleadas para evaluar los cambios en las propiedades físico-químicas y microbiológicas de las muestras tras los diferentes tratamientos y durante su almacenamiento en refrigeración (30 días a 4 °C). Usando sólo FSC-CO2, la temperatura fue un factor clave para acelerar significativamente la velocidad de inactivación de E. coli en las muestras cárnicas, mientras que la presión, sólo mostró un efectivo significativo empleando jamón de pavo. La aplicación simultánea de FSC-CO2 y HPU, incrementó significativamente la velocidad de inactivación de E. coli; empleando pechuga de pollo, se alcanzó una reducción de 1.2 ciclos-log tras 20 min de tratamiento mediante FSC-CO2, comparado con 1.9 y 3 ciclos-log obtenidos mediante FSC-CO2+HPU y FSC-CO2+HPU+DI, respectivamente. El nivel de inactivación obtenido en muestras de jamón de pavo, fue significativamente (p<0.05) mayor, obteniendo una reducción de 5.7, 6.6 y 6.9 ciclos-log tras 20 min de tratamiento mediante FSC-CO2, FSC-CO2+HPU y FSC-CO2+HPU+DI, respectivamente. El efecto letal del FSC-CO2+HPU fue mayor cuando las muestras de carne fueron sumergidas en la DI. Esto se debió al fenómeno de cavitación generado por los HPU, el cual facilita el contacto del CO2 con los microorganismos presentes en la muestra cárnica y en la DI y la alteración de su membrana por efecto mecánico. En muestras de jamón curado, se alcanzó un nivel de inactivación (3.5 ciclos-log) mediante FSC-CO2+HPU+DI, similar al obtenido en muestras sin sumergir, pero bajo condiciones de tratamiento menos severas (250 bar, 46 °C, 10 min). Los modelos matemáticos generalizados describieron adecuadamente (R2>0.94) las cinéticas de inactivación de E. coli obtenidas tras los distintos tratamientos mediante FSC-CO2. La variación de color (&#916;E) obtenida en las muestras de pollo tras su tratamiento, fue atribuida a la desnaturalización de las proteínas musculares. Los valores de textura (F.max) revelaron que la dureza de las muestras de pechuga de pollo y jamón curado disminuyó significativamente tras el tratamiento con FSC-CO2+HPU+DI. Los resultados de microestructura en ambas muestras, justificó los cambios texturales observados. La humedad en las muestras de pechuga de pollo y jamón curado disminuyó tras el tratamiento mediante FSC-CO2 y aumentó en jamón de pavo empleando FSC-CO2+HPU+DI. El % grasa se redujo sólo en muestras de pechuga de pollo y jamón curado. Los cambios en los parámetros de color, textura y humedad fueron mínimos durante el almacenamiento. El periodo de recuperación de la microbiota tras el tratamiento varió entre 10 y 30 días para pechuga de pollo y jamón curado, respectivamente, demostrando el efecto de la naturaleza de la matriz sobre el crecimiento microbiano en refrigeración. La combinación de HPU y FSC-CO2, mostró ser una herramienta eficaz para inactivar microorganismos en matrices cárnicas, acelerando los mecanismos de inactivaci

[CA] L'objectiu principal de la present Tesi Doctoral, va ser estudiar la influència dels HPU en processos d'inactivació microbiana per mitjà de distints sistemes de tractament amb FSC-CO2 sobre matrius càrnies. Es van emprar cilindres de pit de pollastre, pernil de titot i pernil curat que es van inocular superficialment (106 UFC/g producte) amb E. coli DH1. Es van dur a terme tractaments d'inactivació sobre les mostres càrnies usant FSC-CO2 i FSC-CO2+HPU, a diferents condicions de pressió (150-450 bar), temperatura (36-51 °C) i temps de tractament (5-40 min) amb les mostres submergides o sense submergir en una solució salina (DI, 0.9 % NaCl w/v). Es van usar models matemàtics per a descriure el comportament de les cinètiques d'inactivació obtingudes. Posteriorment, es van seleccionar les condicions de pressió, temperatura i temps de tractament, que com a mitjana, van permetre obtindre una reducció en la població de E. coli de al menys 3 cicles-log, per a cada tipus de mostra i van ser empleades per a avaluar els canvis en les propietats fisicoquímiques i microbiològiques de les mostres després dels diferents tractaments i durant el seu emmagatzemament en refrigeració (30 dies a 4 °C). Usant només FSC-CO2, la temperatura va ser un factor clau per a accelerar significativament la velocitat d'inactivació de E. coli en les mostres càrnies, mentres que la pressió, només va mostrar un efecte significatiu emprant pernil de titot. L'aplicació simultània de FSC-CO2 i HPU, va incrementar significativament la velocitat d'inactivació de E. coli; emprant pit de pollastre, es va aconseguir una reducció de 1.2 cicles-log després de 20 min de tractament per mitjà de FSC-CO2, comparat amb 1.9 i 3 cicles-log obtinguts per mitjà de FSC-CO2+HPU i FSC-CO2+HPU+DI, respectivament. El nivell d'inactivació obtingut en mostres de pernil de titot, va ser significativament (p<0.05) major, obtenint una reducció de 5.7, 6.6 i 6.9 ciclos-log després de 20 min de tractament per mitjà de FSC-CO2, FSC-CO2+HPU i FSC-CO2+HPU+DI, respectivament. L'efecte letal del FSC-CO2+HPU va ser major quan les mostres de carn van ser submergides en la DI. Açò es va deure al fenomen de cavitació generat pels HPU, el qual facilita el contacte del CO2 amb els microorganismes presents en la mostra càrnia i en la DI i l'alteració de la seua membrana per efecte mecànic. En mostres de pernil curat, es va aconseguir un nivell d'inactivació (3.5 ciclos-log) per mitjà de FSC-CO2+HPU+DI, semblant a l'obtingut en mostres sense submergir, però baix condicions de tractament menys severes (250 bar, 46 °C, 10 min). Els models matemàtics generalitzats van descriure adequadament (R2>0.94) les cinètiques d'inactivació de E. coli obtingudes després dels distints tractaments per mitjà de FSC-CO2. La variació de color (&#916;E) obtinguda en les mostres de pollastre després del seu tractament, va ser atribuïda a la desnaturalització de les proteïnes musculars. Els valors de textura (Fmax) van revelar que la duresa de les mostres de pit de pollastre i pernil curat va disminuir significativament després del tractament amb FSC-CO2+HPU+DI. Els resultats de microestructura en ambdós mostres, justifica els canvis texturals observats. La humitat en les mostres de pit de pollastre i pernil curat va disminuir després del tractament per mitjà de FSC-CO2 i va augmentar en pernil de titot emprant FSC-CO2+HPU+DI. El % greix es va reduir només en mostres de pit de pollastre i pernil curat. Els canvis en els paràmetres de color, textura i humitat van ser mínims durant l'emmagatzemament. El període de recuperació de la microbiota després del tractament va variar entre 10 i 30 dies per a pit de pollastre i pernil curat, respectivament, demostrant l'efecte de la naturalesa de la matriu sobre el creixement microbià en refrigeració. La combinació de HPU i FSC-CO2, va mostrar ser una ferramenta eficaç per a inactivar microorganismes en matrius càrnies,