Aplicación combinada de sonicación y aceites esenciales en la conservación de zumos naturales de fruta

Abstract

Objetivos: Estudiar el efecto de la sonicación combinada con temperaturas moderadas y con antimicrobianos naturales sobre la inactivación de Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli O157:H7 5297 y Listeria monocytogenes LM82, en zumos naturales (ZNs) y su posterior supervivencia en condiciones de refrigeración. Estudiar el efecto de estos tratamientos sobre las propiedades físico-químicas, el contenido en compuestos bioactivos, la actividad antioxidante y la microflora natural de ZNs y la posterior estabilidad de algunos parámetros de calidad y compuestos bioactivos en condiciones de refrigeración. Metodología: Se ha determinado la concentración mínima inhibitoria (CMI) de S. cerevisiae frente al aceite esencial de hoja de canela (AEC) mediante el seguimiento en el tiempo de la densidad óptica (DO) del cultivo en placa de microtitulación (microtiter). Se ha estudiado la inactivación de S. cerevisiae en caldo de Tristona-Soja (TSB) tratado por termosonicación (24 kHz; 105 m; 33,31 W/mL; 30 minutos; 30º, 40º, 50ºC) combinado con AEC para optimizar los parámetros y se ha comparado con la supervivencia de S. cerevisiae en zumo natural de naranja (ZnN). Los tratamientos de termosonicación se aplicaron con un procesador de ultrasonidos UP200H (Hielscher Ultrasound Technology) usando una sonda S3. Se ha modelado matemáticamente la supervivencia de S. cerevisiae en TSB y en ZnN ajustando los datos experimentales usando los modelos "Shoulder+log-linear" y “Weibull” (GInaFiT). Se ha determinado por análisis sensorial la concentración máxima de AEC aceptada por los consumidores en ZnN y zumo natural de granada (ZnG). Se ha estudiado la inactivación de S. cerevisiae en los ZNs con termosonicación (24 KHz; 33,31 W/mL; 30 minutos; 50ºC) y la concentración de AEC aceptada por los panelistas así como su supervivencia bajo condiciones de refrigeración (5ºC, 28 días). Se sometió a sonicación (24 kHz; 105 m; 33,31 W/mL; 1, 10, 20 y 30 minutos; <46ºC) ZnN recién exprimido para evaluar su impacto sobre las propiedades físico-químicas, los compuestos bioactivos, la actividad antioxidante y la microflora natural, así como sobre los atributos sensoriales y la vida útil. Se utilizó la metodología de superficie de respuesta (MSR), en base a un diseño experimental de Box-Behnken de tres factores y tres niveles, para estudiar el efecto de la termosonicación y el AEC sobre los parámetros de calidad del ZnN y del ZnG. Se midieron los parámetros de color, pH, ºBrix, se determinó el contenido en fenoles totales, flavonoides totales, carotenoides totales y antocianinas monoméricas totales (FT, FvT, CT, AMT, respectivamente), además de la actividad antioxidante después de los tratamientos. También se determinaron los parámetros de color de ambos zumos, los FT de ambos zumos, los CT del ZnN y las AMT del ZnG de las muestras conservadas a 5ºC durante 30 días. Se determinó la CMI de varios antimicrobianos naturales contra E. coli O157:H7 5297 y L. monocytogenes LM82 mediante el seguimiento en el tiempo de la DO del cultivo en placa de microtitulación (microtiter). Se estudió la inactivación de E. coli O157:H7 5297 y L. monocytogenes LM82 en zumo natural de manzana (ZnM) tratado por termosonicación (24 KHz; 33,31 W/mL; 5 minutos; 40ºC) y AEC (20 mg/L), y su posterior supervivencia bajo condiciones de refrigeración (8ºC, 28 días). Conclusiones: Los resultados muestran que la sonicación combinada con temperatura moderada y AEC puede emplearse como una técnica adecuada para el procesamiento de ZNs, y se pueden aplicar para mejorar su seguridad microbiológica y su calidad nutricional. El diseño Box-Behnken y la MSR han demostrado ser una técnica eficaz para modelar el efecto de la termosonicación en la calidad de los zumos naturales de fruta y en reducir al mínimo el número de experimentos requeridos.

ABSTRACT Objectives: To study the effect of sonication combined with moderate temperatures and natural antimicrobials on the inactivation of Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli O157: H7 5297 and Listeria monocytogenes LM82, in natural juices and their survival under refrigeration conditions. To study the effect of these treatments on the physical-chemical properties, the content of bioactive compounds, the antioxidant activity and the natural microflora of natural juices and the stability of some quality parameters and bioactive compounds under refrigeration conditions. Methodology: Minimal inhibitory concentration of cinnamon leaf essential oil against S. cerevisiae was determined using absorbance measurements based on the microtiter plate assay. It has been evaluated and modelled the survival of S. cerevisiae in Trypticase Soy Broth (TSB) and natural orange juice processed by combined use of thermo-ultrasound (24 kHz; 105 mm; 33,31 W/mL; 30 minutos; 30º, 40º, 50ºC) and cinnamon leaf essential oil. Thermo-ultrasound treatments were applied with a UP200H ultrasonic processor (Hielscher Ultrasound Technology) using a S3 probe. It were selected the best conditions of inactivation in TSB to study the inactivation of S. cerevisiae in natural orange juice. Experimental data were fitted by using the “Shoulder+log-linear” and “Weibull” models (GInaFiT). The maximum concentration of cinnamon leaf essential oil accepted by consumers in natural orange and pomegranate juices was determined by sensory analysis. The inactivation of S. cerevisiae in natural orange and pomegranate juices untreated (control) and treated with mild temperature (50ºC), cinnamon leaf essential oil, thermo-ultrasound (24 KHz; 33.31 W/mL; 30 minutes; 50ºC), or thermo-ultrasound plus cinnamon leaf essential oil and its survival under refrigerated conditions (5ºC, 28 days) were studied. Freshly squeezed orange juice was sonicated (for 1, 10, 20 and 30 minutes at 24 kHz frequency) to evaluate its impact on selected physico-chemical characteristics and bioactive compounds, such as total phenols, flavonoids, DPPH radical scavenging activity, total carotenoids, ascorbic acid, pH, °Brix and color parameters. Additionally, the effects of sonication treatments on the microbial load were also evaluated. It has been used response surface methodology to study the effect of thermo-sonication and essential oil on orange and pomegranate juice quality parameters. Natural fresh orange and pomegranate juice samples were continuously sonicated at a constant frequency of 24 kHz for a range of processing temperatures (50–60°C), amplitude levels (0–100%) and CLEO (0–320 mg/L). Color parameters (CI, TINT, %YE, %BLUE, %RED), pH, ºBrix, total phenols, flavonoids, carotenoides, anthocyanins content were measured. Response surface methodology (RSM) based upon a three-factor, three-level Box–Behnken experimental design was used to determine the effect of independent variables. Minimal inhibitory concentration of essential oils against L. monocytogenes LM82 and E. coli O157:H7 5297 was determined using absorbance measurements based on the microtiter plate assay. It has been evaluated the survival of L. monocytogenes LM82 and E. coli O157:H7 5297 in natural apple juice processed by combined use of thermo-ultrasound and essential oils. The resistance of L. monocytogenes LM82 and E. coli O157:H7 5297 cells to the combined action of thermal treatment and ultrasound, was analyzed in natural apple juice with cinnamon leaf essential oil at 40ºC. Conclusions: Results of the present study indicate that sonication coupled with mild temperatures and natural antimicrobial may be employed as a suitable technique for fruit juice processing, and may be applied to improve their safety and nutritional quality. Box–Behnken design and RSM was demonstrated to be an effective technique to model the effect of sonication on juice quality while minimising the number of experiments required.