Pasteurização

Leite pasteurizado em Japão

Um cartaz do Departamento de Saúde de Chicago explica a pasteurização do domicílio para as mães

Pasteurização ou pasteurização é um processo de preservação de alimentos no qual alimentos embalados e não embalados (como leite e sucos de frutas) são tratados com calor moderado, geralmente para inferior a 100 °C (212 °F), para eliminar patógenos e prolongar a vida útil. O processo destina-se a destruir ou desativar microorganismos e enzimas que contribuem para a deterioração dos alimentos ou risco de doenças, incluindo bactérias vegetativas, mas a maioria dos esporos bacterianos sobrevive ao processo.

O processo recebeu o nome do microbiologista francês Louis Pasteur, cuja pesquisa na década de 1860 demonstrou que o processamento térmico desativava microorganismos indesejados no vinho. As enzimas de deterioração também são inativadas durante a pasteurização. Hoje, a pasteurização é amplamente utilizada na indústria de laticínios e outras indústrias de processamento de alimentos para alcançar a preservação e segurança alimentar.

No ano de 1999, a maioria dos produtos líquidos eram tratados termicamente em um sistema contínuo onde o calor pode ser aplicado usando um trocador de calor ou o uso direto ou indireto de água quente e vapor. Devido ao calor ameno, ocorrem pequenas alterações na qualidade nutricional e nas características sensoriais dos alimentos tratados. Pascalização ou processamento de alta pressão (HPP) e campo elétrico pulsado (PEF) são processos não térmicos que também são usados para pasteurizar alimentos.

História

O experimento de pasteurização de Louis Pasteur ilustra o fato de que a deterioração do líquido foi causada por partículas no ar em vez do próprio ar. Estes experimentos foram importantes peças de evidências que apoiam a ideia da teoria germinativa da doença.

O processo de aquecer o vinho para fins de preservação é conhecido na China desde 1117 dC e foi documentado no Japão no diário Tamonin-nikki, escrito por uma série de monges entre 1478 e 1618.

Muito mais tarde, em 1768, uma pesquisa realizada pelo padre e cientista italiano Lazzaro Spallanzani provou que um produto poderia ser feito "estéril" após o processamento térmico. Spallanzani ferveu o caldo de carne por uma hora, lacrou o recipiente imediatamente após a fervura e notou que o caldo não estragava e estava livre de microorganismos. Em 1795, um chef e confeiteiro parisiense chamado Nicolas Appert começou a experimentar maneiras de conservar alimentos, obtendo sucesso com sopas, vegetais, sucos, laticínios, geléias, compotas e xaropes. Colocou a comida em potes de vidro, selou-os com rolha e lacre e colocou-os em água fervente. Nesse mesmo ano, os militares franceses ofereceram um prêmio em dinheiro de 12.000 francos para um novo método de conservação de alimentos. Após cerca de 14 ou 15 anos de experimentos, Appert apresentou sua invenção e ganhou o prêmio em janeiro de 1810. Mais tarde naquele ano, Appert publicou L'Art de conserver les substâncias animales et végétales ("A Arte de Conservar Substâncias Animais e Vegetais"). Este foi o primeiro livro de receitas desse tipo sobre métodos modernos de preservação de alimentos.

La Maison Appert (Inglês: A Casa de Appert), na cidade de Massy, perto de Paris, tornou-se a primeira fábrica de engarrafamento de alimentos do mundo, preservando uma variedade de alimentos em garrafas lacradas. O método de Appert era encher garrafas de vidro grossas e de boca larga com produtos de todos os tipos, variando de carne bovina e aves a ovos, leite e pratos preparados. Ele deixou um espaço de ar no topo da garrafa e a rolha seria então selada firmemente no frasco usando um torno. A garrafa foi então embrulhada em lona para protegê-la enquanto era mergulhada em água fervente e então fervida por tanto tempo quanto Appert considerou apropriado para cozinhar bem o conteúdo. Appert patenteou seu método, às vezes chamado de apertização em sua homenagem.

O método de Appert era tão simples e funcional que rapidamente se espalhou. Em 1810, o inventor e comerciante britânico Peter Durand, também de origem francesa, patenteou seu próprio método, mas desta vez em uma lata, criando assim o processo moderno de enlatar alimentos. Em 1812, os ingleses Bryan Donkin e John Hall compraram ambas as patentes e começaram a produzir conservas. Apenas uma década depois, o método de enlatamento de Appert chegou à América. A produção de latas não era comum até o início do século 20, em parte porque um martelo e um cinzel eram necessários para abrir latas até a invenção de um abridor de latas por Robert Yeates em 1855.

Um método menos agressivo foi desenvolvido pelo químico francês Louis Pasteur durante as férias de verão de 1864 em Arbois. Para remediar a frequente acidez dos vinhos envelhecidos locais, ele descobriu experimentalmente que é suficiente aquecer um vinho jovem a apenas cerca de 50–60 °C (122–140 °F) por um curto período de tempo para matar os micróbios e que o vinho poderia posteriormente ser envelhecido sem sacrificar a qualidade final. Em homenagem a Pasteur, esse processo é conhecido como "pasteurização". A pasteurização foi originalmente usada como uma forma de evitar que o vinho e a cerveja azedassem, e levaria muitos anos até que o leite fosse pasteurizado. Nos Estados Unidos na década de 1870, antes da regulamentação do leite, era comum que o leite contivesse substâncias destinadas a mascarar a deterioração.

Leite

180 quilogramas (400 lb) de leite em uma cuba de queijo

O leite é um excelente meio para o crescimento microbiano e, quando armazenado à temperatura ambiente, bactérias e outros patógenos logo se proliferam. Os Centros de Controle de Doenças (CDC) dos EUA dizem que o leite cru mal manuseado é responsável por quase três vezes mais hospitalizações do que qualquer outra fonte de doenças transmitidas por alimentos, tornando-o um dos produtos alimentícios mais perigosos do mundo. As doenças prevenidas pela pasteurização podem incluir tuberculose, brucelose, difteria, escarlatina e febre Q; também mata as bactérias nocivas Salmonella, Listeria, Yersinia, Campylobacter, Staphylococcus aureus, e Escherichia coli O157:H7, entre outros.

Antes da industrialização, as vacas leiteiras eram mantidas em áreas urbanas para limitar o tempo entre a produção e o consumo do leite, reduzindo assim o risco de transmissão de doenças através do leite cru. À medida que as densidades urbanas aumentaram e as cadeias de abastecimento se estenderam até a distância entre o campo e a cidade, o leite cru (geralmente com dias de uso) tornou-se reconhecido como uma fonte de doença. Por exemplo, entre 1912 e 1937, cerca de 65.000 pessoas morreram de tuberculose contraída pelo consumo de leite somente na Inglaterra e no País de Gales. Como a tuberculose tem um longo período de incubação em humanos, era difícil vincular o consumo de leite não pasteurizado à doença. Em 1892, o químico Ernst Lederle inoculou experimentalmente leite de vacas com tuberculose em porquinhos-da-índia, o que os levou a desenvolver a doença. Em 1910, Lederle, então no cargo de Comissário de Saúde, introduziu a pasteurização obrigatória do leite na cidade de Nova York.

Os países desenvolvidos adotaram a pasteurização do leite para prevenir tais doenças e perda de vidas, e como resultado o leite agora é considerado um alimento mais seguro. Uma forma tradicional de pasteurização por escaldamento e coagem de creme para aumentar as qualidades de conservação da manteiga foi praticada na Grã-Bretanha no século 18 e foi introduzida em Boston nas colônias britânicas em 1773, embora não fosse amplamente praticada nos Estados Unidos para os próximos 20 anos. A pasteurização do leite foi sugerida por Franz von Soxhlet em 1886. No início do século 20, Milton Joseph Rosenau estabeleceu os padrões - ou seja, baixa temperatura, aquecimento lento a 60 °C (140 °F) por 20 minutos - para a pasteurização do leite enquanto estava no United States Marine Hospital Service, notavelmente em sua publicação de The Milk Question (1912). Os estados nos EUA logo começaram a promulgar leis obrigatórias de pasteurização de laticínios, com a primeira em 1947, e em 1973 o governo federal dos EUA exigia a pasteurização do leite usado em qualquer comércio interestadual.

O prazo de validade do leite pasteurizado refrigerado é maior do que o do leite cru. Por exemplo, o leite pasteurizado de alta temperatura e curto prazo (HTST) geralmente tem uma vida útil refrigerada de duas a três semanas, enquanto o leite ultrapasteurizado pode durar muito mais, às vezes de dois a três meses. Quando o tratamento ultratérmico (UHT) é combinado com manuseio estéril e tecnologia de recipiente (como embalagem asséptica), ele pode até ser armazenado sem refrigeração por até 9 meses.

De acordo com os Centros de Controle de Doenças, entre 1998 e 2011, 79% dos surtos de doenças relacionadas a laticínios nos Estados Unidos foram causados por leite cru ou queijo. Eles relatam 148 surtos e 2.384 doenças (com 284 necessitando de hospitalização), bem como duas mortes devido ao leite cru ou produtos à base de queijo durante o mesmo período.

Equipamento médico

Os equipamentos médicos, nomeadamente os equipamentos respiratórios e de anestesia, são frequentemente desinfetados com água quente, como alternativa à desinfeção química. A temperatura é aumentada para 70 °C (158 °F) por 30 minutos.

Processo de pasteurização

Visão geral do processo de pasteurização. O leite começa à esquerda e entra na tubulação com enzimas funcionais que, quando tratada termicamente, se tornam desnaturadas e param de funcionar. Isso impede o crescimento patogénico ao parar a funcionalidade da célula. O processo de resfriamento ajuda a impedir o leite de passar pela reação e caramelização do Maillard.

A pasteurização é um tratamento térmico suave de alimentos líquidos (embalados e não embalados), em que os produtos são normalmente aquecidos abaixo de 100°C. O tratamento térmico e o processo de resfriamento são projetados para inibir uma mudança de fase do produto. A acidez do alimento determina os parâmetros (tempo e temperatura) do tratamento térmico, bem como a duração do prazo de validade. Os parâmetros também levam em consideração as qualidades nutricionais e sensoriais sensíveis ao calor.

Em alimentos ácidos (pH <4,6), como suco de frutas e cerveja, os tratamentos térmicos são projetados para inativar enzimas (pectina metilesterase e poligalacturonase em sucos de frutas) e destruir micróbios deteriorantes (leveduras e lactobacilos). Devido ao baixo pH dos alimentos ácidos, os patógenos são incapazes de crescer. O prazo de validade é assim prolongado várias semanas. Em alimentos menos ácidos (pH >4,6), como leite e ovos líquidos, os tratamentos térmicos são projetados para destruir patógenos e organismos deteriorantes (leveduras e bolores). Nem todos os organismos deteriorantes são destruídos sob os parâmetros de pasteurização, portanto, a refrigeração subsequente é necessária.

A pasteurização de curto prazo em alta temperatura (HTST), como a usada para leite (71,5 °C (160,7 °F) por 15 segundos), garante a segurança do leite e fornece uma vida útil refrigerada de aproximadamente duas semanas. Na pasteurização em ultra-alta temperatura (UHT), o leite é pasteurizado a 135 °C (275 °F) por 1 a 2 segundos, o que fornece o mesmo nível de segurança, mas junto com a embalagem, estende a vida útil para três meses sob refrigeração.

Equipamento

Os alimentos podem ser pasteurizados antes ou depois de serem embalados em recipientes. A pasteurização de alimentos em recipientes geralmente usa vapor ou água quente. Quando os alimentos são embalados em vidro, utiliza-se água quente para evitar que o vidro quebre devido ao choque térmico. Quando são utilizadas embalagens plásticas ou metálicas, o risco de choque térmico é baixo, por isso utiliza-se vapor ou água quente.

A maioria dos alimentos líquidos é pasteurizada usando um processo contínuo que passa o alimento por uma zona de aquecimento, um tubo de retenção para mantê-lo na temperatura de pasteurização pelo tempo desejado e uma zona de resfriamento, após a qual o produto é colocado no pacote. Os trocadores de calor de placas são frequentemente usados para produtos de baixa viscosidade, como leites animais, leites de nozes e sucos. Um trocador de calor de placas é composto por muitas placas verticais finas de aço inoxidável que separam o líquido do meio de aquecimento ou resfriamento.

Os trocadores de calor de casco e tubo são frequentemente usados para a pasteurização de alimentos que são fluidos não newtonianos, como laticínios, ketchup de tomate e alimentos para bebês. Um trocador de calor de tubo é feito de tubos concêntricos de aço inoxidável. A comida passa pelo tubo ou tubos internos, enquanto o meio de aquecimento/resfriamento circula pelo tubo externo.

Os trocadores de calor de superfície raspada são um tipo de casco e tubo que contém um eixo rotativo interno com lâminas acionadas por mola que servem para raspar qualquer material altamente viscoso que se acumule na parede do tubo.

Os benefícios de usar um trocador de calor para pasteurizar alimentos antes de embalá-los, em comparação com a pasteurização de alimentos em recipientes, são:

• Maior uniformidade do tratamento
• Maior flexibilidade em relação aos produtos que podem ser pasteurizados
• Maior eficiência de transferência de calor
• Maior produtividade

Após ser aquecido em um trocador de calor, o produto flui por um tubo de retenção por um período de tempo definido para obter o tratamento necessário. Se a temperatura ou o tempo de pasteurização não for atingido, uma válvula de desvio de fluxo é usada para desviar o produto subprocessado de volta ao tanque de produto cru. Se o produto for adequadamente processado, ele é resfriado em um trocador de calor e depois envasado.

Verificação

As técnicas microbiológicas diretas são a medida definitiva da contaminação por patógenos, mas são caras e demoradas, o que significa que os produtos têm uma vida útil reduzida no momento em que a pasteurização é verificada.

Como resultado da inadequação das técnicas microbiológicas, a eficácia da pasteurização do leite é normalmente monitorada pela verificação da presença de fosfatase alcalina, que é desnaturada pela pasteurização. A destruição da fosfatase alcalina garante a destruição de patógenos comuns do leite. Portanto, a presença de fosfatase alcalina é um indicador ideal da eficácia da pasteurização. Para ovos líquidos, a eficácia do tratamento térmico é medida pela atividade residual da α-amilase.

Eficácia contra bactérias patogênicas

Durante o início do século 20, não havia nenhum conhecimento robusto de quais combinações de tempo e temperatura inativariam as bactérias patogênicas no leite e, portanto, vários padrões de pasteurização diferentes estavam em uso. Em 1943, ambas as condições de pasteurização HTST de 72 °C (162 °F) por 15 segundos, bem como as condições de pasteurização em lote de 63 °C (145 °F) por 30 minutos, foram confirmadas por estudos da morte térmica completa (como melhor que poderia ser medido naquele momento) para uma variedade de bactérias patogênicas no leite. A inativação completa de Coxiella burnetii (que se pensava na época causar febre Q por ingestão oral de leite infectado), bem como de Mycobacterium tuberculosis (que causa tuberculose) foram posteriormente demonstrado. Para todos os propósitos práticos, essas condições eram adequadas para destruir quase todas as leveduras, bolores e bactérias deteriorantes comuns e também para garantir a destruição adequada de organismos patogênicos comuns e resistentes ao calor. Entretanto, as técnicas microbiológicas utilizadas até a década de 1960 não permitiam enumerar a real redução de bactérias. A demonstração da extensão da inativação de bactérias patogênicas pela pasteurização do leite veio de um estudo de bactérias sobreviventes no leite que foi tratado termicamente após ser deliberadamente enriquecido com altos níveis das cepas mais resistentes ao calor dos patógenos mais significativos transmitidos pelo leite.

As reduções médias de log₁₀ e as temperaturas de inativação dos principais patógenos transmitidos pelo leite durante um tratamento de 15 segundos são:

• Estatísticas > 6.7 a 66.5 °C (151.7 °F)
• Yersinia enterocolitica > 6.8 a 62.5 °C (144,5 °F)
• Patogênico Escherichia coli > 6.8 a 65 °C (149 °F)
• Cronobacter sakazakii > 6.7 a 67.5 °C (153.5 °F)
• Listeria monocytogenes > 6.9 a 65.5 °C (149.9 °F)
• Salmonella ser. Typhimurium > 6.9 a 61.5 °C (142.7 °F)

(Uma redução de log₁₀ entre 6 e 7 significa que 1 bactéria em 1 milhão (10⁶) para 10 milhões (10⁷) as bactérias sobrevivem ao tratamento.)

O Codex Alimentarius Código de Prática Higiênica para Leite observa que a pasteurização do leite é projetada para alcançar uma redução de pelo menos 5 log₁₀ de Coxiella burnetii. O Código também observa que: "As condições mínimas de pasteurização são aquelas com efeitos bactericidas equivalentes ao aquecimento de cada partícula do leite a 72°C por 15 segundos (pasteurização de fluxo contínuo) ou 63°C por 30 minutos (pasteurização em lote) ” e que "Para garantir que cada partícula seja suficientemente aquecida, o fluxo de leite nos trocadores de calor deve ser turbulento, ou seja. o número de Reynolds deve ser suficientemente alto". O ponto sobre fluxo turbulento é importante porque estudos de laboratório simplistas de inativação por calor que usam tubos de ensaio, sem fluxo, terão menos inativação bacteriana do que experimentos em larga escala que buscam replicar condições de pasteurização comercial.

Como precaução, os modernos processos de pasteurização HTST devem ser projetados com restrição de vazão, bem como válvulas de desvio que garantem que o leite seja aquecido uniformemente e que nenhuma parte do leite seja submetida a um tempo menor ou a uma temperatura mais baixa. É comum que as temperaturas ultrapassem 72 °C em 1,5 °C ou 2 °C.

Dupla pasteurização

A pasteurização não é esterilização e não mata os esporos. "Duplo" a pasteurização, que envolve um processo de aquecimento secundário, pode prolongar a vida útil matando os esporos que germinaram.

A aceitação da pasteurização dupla varia de acordo com a jurisdição. Em locais onde é permitido, o leite é inicialmente pasteurizado quando é retirado da fazenda para que não estrague antes do processamento. Muitos países proíbem a rotulagem desse leite como "pasteurizado" mas permita que seja marcado como "termizado", que se refere a um processo de temperatura mais baixa.

Efeitos nas características nutricionais e sensoriais dos alimentos

Devido ao tratamento térmico suave, a pasteurização aumenta o prazo de validade em alguns dias ou semanas. No entanto, esse calor moderado também significa que há apenas pequenas alterações nas vitaminas termolábeis dos alimentos.

Leite

De acordo com uma revisão sistemática e meta-análise, descobriu-se que a pasteurização parece reduzir as concentrações de vitaminas B12 e E, mas também aumenta as concentrações de vitamina A. Além da meta-análise, não é possível tirar conclusões sobre o efeito da pasteurização nas vitaminas A, B12 e E com base apenas na consulta da vasta literatura disponível. O leite não é uma fonte importante de vitaminas B12 ou E na dieta norte-americana, de modo que os efeitos da pasteurização na ingestão diária dessas vitaminas pelos adultos são insignificantes. No entanto, o leite é considerado uma fonte importante de vitamina A e, como a pasteurização parece aumentar as concentrações de vitamina A no leite, o efeito do tratamento térmico do leite sobre essa vitamina não é um grande problema de saúde pública. Os resultados das meta-análises revelam que a pasteurização do leite leva a uma diminuição significativa da vitamina C e do folato, mas o leite também não é uma fonte importante dessas vitaminas. Uma diminuição significativa nas concentrações de vitamina B2 foi encontrada após a pasteurização. A vitamina B2 é normalmente encontrada no leite bovino em concentrações de 1,83 mg/litro. Como a ingestão diária recomendada para adultos é de 1,1 mg/dia, o consumo de leite contribui muito para a ingestão diária recomendada dessa vitamina. Com exceção do B2, a pasteurização não parece ser uma preocupação em diminuir o valor nutritivo do leite porque o leite muitas vezes não é uma fonte primária dessas vitaminas estudadas na dieta norte-americana.

Efeitos sensoriais

A pasteurização também tem um efeito pequeno, mas mensurável, nos atributos sensoriais dos alimentos processados. Em sucos de frutas, a pasteurização pode resultar na perda de compostos voláteis de aroma. Os sucos de frutas passam por um processo de desaeração antes da pasteurização que pode ser responsável por essa perda. A desaeração também minimiza a perda de nutrientes como vitamina C e caroteno. Para evitar a diminuição da qualidade resultante da perda de compostos voláteis, a recuperação volátil, embora dispendiosa, pode ser utilizada para produzir sucos de qualidade superior.

Em relação à cor, o processo de pasteurização não tem muito efeito sobre pigmentos como clorofilas, antocianinas e carotenóides em tecidos vegetais e animais. Em sucos de frutas, a polifenol oxidase (PPO) é a principal enzima responsável por causar escurecimento e alterações de cor. No entanto, esta enzima é desativada na etapa de desaeração antes da pasteurização com a remoção do oxigênio.

No leite, a diferença de cor entre o leite pasteurizado e o leite cru está relacionada à etapa de homogeneização que ocorre antes da pasteurização. Antes da pasteurização, o leite é homogeneizado para emulsionar seus componentes solúveis em água e gordura, o que resulta em uma aparência mais branca do leite pasteurizado em comparação com o leite cru. Para produtos vegetais, a degradação da cor depende das condições de temperatura e da duração do aquecimento.

A pasteurização pode resultar em alguma perda de textura como resultado de transformações enzimáticas e não enzimáticas na estrutura da pectina se as temperaturas de processamento forem muito altas como resultado. No entanto, com a pasteurização por tratamento térmico moderado, o amolecimento do tecido nos vegetais que causa perda de textura não é motivo de preocupação, desde que a temperatura não ultrapasse 80 °C (176 °F).

Novos métodos de pasteurização

Outros processos térmicos e não térmicos foram desenvolvidos para pasteurizar alimentos como forma de reduzir os efeitos nas características nutricionais e sensoriais dos alimentos e prevenir a degradação de nutrientes termolábeis. Pascalização ou processamento de alta pressão (HPP), campo elétrico pulsado (PEF), radiação ionizante, homogeneização de alta pressão, descontaminação UV, luz pulsada de alta intensidade, laser de alta intensidade, luz branca pulsada, ultrassom de alta potência, campos magnéticos oscilantes, arco de alta tensão descarga e streamer plasma são exemplos desses métodos de pasteurização não térmica que são atualmente utilizados comercialmente.

O aquecimento volumétrico por micro-ondas (MVH) é a mais nova tecnologia de pasteurização disponível. Ele usa microondas para aquecer líquidos, suspensões ou semi-sólidos em um fluxo contínuo. Como o MVH fornece energia de maneira uniforme e profunda em todo o corpo de um produto que flui, ele permite um aquecimento mais suave e mais curto, de modo que quase todas as substâncias sensíveis ao calor no leite sejam preservadas.

Produtos comumente pasteurizados

• Cerveja.
• Comida enlatada
• Produtos lácteos
• Ovos
• Leite
• Sucos
• Baixo teor alcoólico
• Xaropes
• Vinegar
• Água
• Vinhos