Avaliação dos efeitos do plasma frio nas propriedades físicoquímicas e microbiológicas do leite

Abstract

Métodos tradicionais de conservação do leite, como pasteurização e esterilização, são eficazes na segurança microbiológica, mas causam perdas nutricionais significativas. Na pasteurização, perdas de vitaminas C e do complexo B podem atingir até 25%, enquanto na esterilização podem chegar a 30%, além de provocar a desnaturação da ß-lactoglobulina, uma importante proteína do soro do leite. Assim, surge a necessidade de investigar técnicas alternativas, como o plasma frio atmosférico, uma tecnologia não térmica, para o tratamento do leite cru. Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito do plasma frio na conservação de leite fluido integral, analisando suas propriedades físico-químicas, composição lipídica e proteica, e capacidade de inativação microbiana. O tratamento foi realizado utilizando um sistema de descarga de barreira dielétrica (DBD) operando a 17 kV, frequência de 60 Hz e corrente de 30 mA, com tempos de exposição de 0; 1 minuto e 30 segundos; 3 minutos; 9 minutos; e 15 minutos. Os efeitos do plasma frio foram comparados ao leite cru e ao leite tratado termicamente. Após o tratamento com plasma frio, observou-se uma redução no pH do leite de 6,7 para 6,3 e um aumento na acidez de 17 ºD para 23,5 ºD. A temperatura do leite aumentou de 4 ºC para 39,5 ºC após 15 minutos de exposição, enquanto a densidade permaneceu estável em aproximadamente 1031 g/mL a 15 ºC. O teor de lipídios foi reduzido de 3,32 g/100 g para 1,54 g/100 g, sugerindo interações do plasma com os lipídios, embora a análise do perfil de ácidos graxos por cromatografia gasosa não tenha identificado mudanças significativas. O teor de proteínas aumentou de 3,15 g/100 g para 3,48 g/100 g, e o perfil proteico foi avaliado por MALDI-TOF. Quanto às enzimas, a fosfatase alcalina e a peroxidase não foram inativadas pelo tratamento. A análise de cor indicou escurecimento do leite após 9 minutos de tratamento, tornando-se mais evidente aos 15 minutos. O plasma frio também influenciou a coagulação enzimática do leite, reduzindo o tempo de coagulação e alterando a textura da coalhada. Após 15 minutos de tratamento, a coalhada apresentou maior elasticidade, maior liberação de soro e textura menos firme, facilitando o processo de dessoragem. A cor da coalhada tratada variou, apresentando tonalidade avermelhada em vez da tonalidade esverdeada observada no leite não tratado. O soro do leite também exibiu coloração mais escura com o aumento do tempo de tratamento. O índice de peróxido variou entre 2,5 e 5,0 mEq/k, enquanto a concentração de ozônio nas amostras tratadas aumentou de 0,186 para 0,890 após 15 minutos de tratamento. O teor de lactose permaneceu estável entre as amostras tratadas e não tratadas, com valores de 4,04 % e 4,05 %, respectivamente. Para avaliar a inativação microbiana, foi utilizada Listeria innocua como microrganismo modelo. Partindo de uma contagem inicial de 3,5 × 105 UFC/mL, o tratamento com plasma reduziu as contagens para 2,33 × 105 UFC/mL (2,5 minutos) e 2,50 × 105 UFC/mL (5 minutos), sem diferenças estatisticamente significativas. Esses resultados indicam que o plasma frio, nas condições testadas, não foi eficaz na inativação total de Listeria innocua, sugerindo a necessidade de ajustes nos parâmetros, como aumento da voltagem ou tempo de exposição. Em conclusão, o plasma frio atmosférico demonstrou potencial como uma tecnologia alternativa para o tratamento de leite desnatado, contribuindo para a sua conservação com efeitos relevantes nas propriedades físico-químicas e estruturais. No entanto, ajustes nos parâmetros de tratamento são necessários para aumentar a eficácia microbiológica, especialmente para microrganismos como Listeria spp., e garantir que o processo atenda aos padrões de segurança e qualidade exigidos.

Abstract: Traditional milk preservation methods, such as pasteurization and sterilization, are effective in terms of microbiological safety, but cause significant nutritional losses. During pasteurization, losses of vitamins C and B complex can reach up to 25%, while during sterilization they can reach 30%, in addition to causing the denaturation of ßlactoglobulin, an important whey protein. Thus, there is a need to investigate alternative techniques, such as atmospheric cold plasma, a non-thermal technology, for the treatment of raw milk. This study aimed to evaluate the effect of cold plasma on the preservation of whole fluid milk, analyzing its physicochemical properties, lipid and protein composition, and microbial inactivation capacity. The treatment was performed using a dielectric barrier discharge (DBD) system operating at 17 kV, frequency of 60 Hz and current of 30 mA, with exposure times of 0; 1 minute and 30 seconds; 3 minutes; 9 minutes; and 15 minutes. The effects of cold plasma were compared on raw milk and heat-treated milk. After cold plasma treatment, a reduction in milk pH from 6.7 to 6.3 and an increase in acidity from 17 °D to 23.5 °D were observed. Milk temperature increased from 4 °C to 39.5 °C after 15 min of exposure, while density remained stable at approximately 1031 g/mL at 15 °C. Lipid content was reduced from 3.32 g/100 g to 1.54 g/100 g, suggesting plasma-lipid interactions, although analysis of the fatty acid profile by gas chromatography did not identify significant changes. Protein content increased from 3.15 g/100 g to 3.48 g/100 g, and the protein profile was evaluated by MALDI-TOF. Regarding enzymes, alkaline phosphatase and peroxidase were not inactivated by the treatment. Color analysis indicated darkening of the milk after 9 minutes of treatment, becoming more evident at 15 minutes. Cold plasma also influenced the enzymatic coagulation of milk, reducing coagulation time and changing the texture of the curd. After 15 minutes of treatment, the curd showed greater elasticity, greater release of whey and a less firm texture, facilitating the desiccation process. The color of the treated curd varied, presenting a reddish hue instead of the greenish hue observed in untreated milk. Whey also exhibited darker coloration with increasing treatment time. The peroxide value varied between 2.5 and 5.0 mEq/k, while the ozone concentration in the treated samples increased from 0.186 to 0.890 after 15 minutes of treatment. The lactose content remained stable between the treated and untreated samples, with values of 4.04% and 4.05%, respectively. To evaluate microbial inactivation, Listeria innocua was used as a model microorganism. Starting from an initial count of 3.5 × 105 CFU/mL, plasma treatment reduced the counts to 2.33 × 105 CFU/mL (2.5 minutes) and 2.50 × 105 CFU/mL (5 minutes), with no statistically significant differences. These results indicate that cold plasma, under the conditions tested, was not effective in the total inactivation of Listeria innocua, suggesting the need for adjustments in the parameters, such as increasing the voltage or exposure time. In conclusion, atmospheric cold plasma has shown potential as an alternative technology for the treatment of skim milk, contributing to its preservation with significant effects on its physicochemical and structural properties. However, adjustments to treatment parameters are necessary to increase microbiological efficacy, especially for microorganisms such as Listeria spp., and to ensure that the process meets the required safety and quality standards.