Inactivarea celulelor microbiene cu ajutorul tratamentului cu CEP - câmpuri electrice pulsatorii

1. MODELELE PROPUSE PENTRU A DESCRIE INACTIVAREA MICROBIANĂ

Au fost propuse cîteva dintre cele mai practice şi fenomenologice modele pentru a descrie relaţia dintre inactivarea microbiană şi intensitatea cîmpului electric. Numărul prea mare al procesărilor şi al parametrilor rezultaţi, diferenţele dintre sistemele de tratament, codiţiile experimentale şi datele teoretice limitează generalitatea relaţiilor găsite. Prea puţine sau chiar lipsa cunoştinţelor privind mecanismele de acţiune şi modul de procesare împiedică o bună cunoaştere a modelelor de inactivare. Modelele propuse sunt bazate pe observaţii practice, dar trebuiesc luate măsuri de precauţie pentru a evita limitarea echipamentului PEF folosit. Deşi se pare că se preferă camerele statice pentru studierea inactivării cinetice, în subcapitolele 4.2.1, 4.2.2 şi 4.2.3 se evidenţiază că eficienţa inactivării cu PEF este diferită în camerele de tratament continue sau discontinue.

Varianta descrisă de Hülsheger (1981) se bazează pe ipoteza existenţei unei relaţii liniare dintre fracţia logaritmică şi intensitatea cîmpului electric precum şi existenţa unei relaţii liniare dintre fracţia celulelor supravieţuitoare şi durata tratamentului (Ecuaţia nr.3):

Ecuaţia 3

Unde: S= numărul celulelor supravieţuitoare

t = durata tratamentului

E= intensitatea cîmpului electric

Ec, tc= arată pragul de pornire al valorilor lui E şi t

k = factor independent, specific fiecărui tip de microorganism

În ceea ce priveşte propriile noastre rezultate, acest model supraapreciază impactul intensităţii cîmpului electric, în comparaţie cu durata tratamentului. Am constatat că din momentul în care depăşim un anumit nivel al intensităţii cîmpului, eficienţa rămîne aceeaşi ca atunci cînd alimentarea cu energie este menţinută constantă (vezi 4.2.2, 4.2.1 şi 4.1.1). Din punct de vedere tehnologic, folosirea curentului electric pentru descrierea intensităţii procesului este mult mai adecvată decît folosirea duratei tratamentului.

Modelul propus de Peleg (1995) se bazează pe ecuaţia lui Fermi (ecuaţia 4), ce reprezintă procentajul celulelor supravieţuitoare ca o funcţie a intensităţii curentului electric şi numărul pulsurilor aplicate:

Ecuaţia 4

Unde: E, Ec = intensitatea cîmpului electric, respectiv a cîmpului

electric critic

n = numărul pulsurilor

a = factor ce caracterizează gradientul pantelor curbei de

inactivare

Inactivarea microbiană a fost descrisă din punct de vedere cinetic (Martin Belloso 1997; Reina 1998) dar şi ca o curbă non – liniară (Peleg 1995; Peleg şi Cole 1998; Barbosa – Canovas 1999; Rodrigo 2003). Inactivarea neliniară a fost relaţionată cu distribuţia sensibilităţii împotriva electroporozităţii, cu efectele protectoare ale constituenţilor produselor alimentare, prezenţa bulelor de aer, particulele izolatoare sau distribuţia neomogenă în cîmpul electric dar şi distribuţia celulelor după mărime, formă geometrică şi orientarea aleatorie în cîmpul electric.

Rănirea letală a bacteriei expuse la tratamentul PEF a fost descrisă de către Garcia (2005), avînd în vedere că folosirea colorărilor fluorescente nu are efecte letale (de Yaqub 2004). De asemenea Wuytack (2003) a observat că nu au loc modificări semnificative în ceea ce priveşte investigarea dezvoltării lui Salmonella enterica dupa tratamentul PEF. Inactivarea microorganismelor prin intermediul PEF a fost considerat ca fiind un proces “totul sau nimic”.

2. PARAMETRII DE PRELUCRARE

2.1. INTENSITATEA CAMPULUI ELECTRIC

Aplicîndu-se un curent electric extern de o intensitate mare, celulelor suspendate într-un mediu conductibil din punct de vedere electric, se va induce o acumulare de sarcini electrice la membranele microbiene neconductibile.(Zimmermann 1996).

S-a demonstrat că intensitatea cîmpului extern critic este influenţată de mărimea celulei, ca de asemenea şi de orientarea celulei în cîmp (Heinz 2002). Astfel, intensitatea cîmpului creşte brusc o dată cu descreşterea mărimii celulelor, iar variaţiile din interiorul celulei pot cauza creşteri considerabile a E ( intensităţii curentului electric). S-a demonstrat că odată cu creşterea intensităţii cîmpului electric, creşte considerabil şi eficienţa tratamentului (Hülsheger 1983, Boyko 1998, Heinz 1999, Heinz şi Knorr 2000, McDonald 2000, Alvarez 2003, Heinz 2003), dar care este însă limitată de capacitatea dielectrică a produsului alimentar (Ho şi Mittal 2000), care este în proporţie de 60 – 80 kV/cm. Apariţia scînteilor va provoca curenţi ce vor trece printr-un canal îngust şi vor contribui la reacţii electrochimice nedorite, la formarea bulelor şi la eroziunea electrodului. Aceste lucruri pot fi prevenite prin optimizarea distribuţiei cîmpului în cameră, evitînd zonele periculoase, ca de asemenea şi prezenţa bulelor de aer provenite prin procese de degazificare sau operaţii sub contrapresiune.