Inactivation of foodborne pathogenic bacteria by combined pulsed light and acids in culture media and chicken breast

Abstract

A segurança microbiológica de produtos avícolas constitui um desafio relevante para a indústria de alimentos, especialmente diante da crescente demanda por tecnologias não térmicas capazes de reduzir patógenos sem comprometer os atributos sensoriais e nutricionais. Neste contexto, a luz pulsada (LP) e o ácido peracético (PAA) destacam-se como intervenções promissoras devido à sua rápida ação antimicrobiana, à baixa formação de resíduos e ao potencial de integração em linhas de processamento. Esta tese avaliou a eficácia da LP e de ácidos aplicados isoladamente e em combinação na inativação de patógenos de importância para alimentos, incluindo Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes, Escherichia coli O157:H7, Staphylococcus aureus e Salmonella Enteritidis, em superfícies de ágar e em peito de frango cru. Os experimentos foram conduzidos em duas matrizes experimentais. Em ágar nutritivo, os microrganismos foram expostos à LP, a soluções ácidas (PAA e HCl) e às suas combinações, com variações de fluência e número de pulsos. Foram avaliados as reduções populacionais imediatas, as respostas de recuperação celular e os índices de sinergismo (S). Em peito de frango inoculado com S. Typhimurium e L. monocytogenes, investigaram-se as reduções imediatas e as cinéticas de crescimento durante o armazenamento refrigerado a 7 °C, com modelagem matemática dos parâmetros de fase de latência, velocidade específica máxima de crescimento e densidade populacional final. A qualidade visual foi analisada por meio dos parâmetros instrumentais L*, a*, b* e ?E. Em ágar, a combinação LP + PAA apresentou maior eficácia antimicrobiana, com efeito sinérgico pronunciado para bactérias Gram-negativas, enquanto Gram-positivas não exibiram sinergismo significativo. A modelagem das curvas de crescimento indicou redução da taxa máxima e da densidade populacional final, o que evidencia comprometimento da recuperação celular. Em peito de frango, o tratamento combinado promoveu as maiores reduções imediatas e retardou significativamente o crescimento microbiano durante o armazenamento. A LP combinada com HCl apresentou efeito inferior, evidenciando o papel essencial da ação oxidativa do PAA. As análises de cor indicaram ausência de alterações relevantes nos parâmetros instrumentais, mantendo a aceitabilidade visual do produto. Conclui-se que a combinação de LP e PAA representa uma estratégia não térmica eficaz para o controle microbiológico em produtos avícolas, promovendo maior segurança sem comprometer a qualidade do alimento e apresentando potencial para aplicação industrial.

Abstract: industry, particularly amid the increasing demand for non-thermal technologies that can reduce pathogen loads without compromising product quality. Pulsed light (PL) and acid-based interventions, especially peracetic acid (PAA), have emerged as promising alternatives due to their rapid action, minimal residue formation, and potential synergistic effects when combined. Understanding how different bacterial species respond to these hurdles is essential for designing effective and tailored decontamination strategies. The objective of this thesis was to evaluate, comprehensively and comparatively, the efficacy of PL and acid treatments?applied individually and in combination?for inactivating major foodborne pathogens on agar media and chicken breast surfaces, while also assessing bacterial repair and growth responses and the impact of treatments on product color. The results demonstrated that the combination of PL with PAA consistently achieved the highest antimicrobial effectiveness across matrices, outperforming PL or acid applied alone. PL fluence and the mode of energy delivery significantly influenced bacterial inactivation, particularly under combined treatments. PAA proved more effective than HCl and represents a feasible alternative for industrial substitution. Clear differences between Gram-negative and Gram-positive bacteria were observed: Gramnegative species exhibited strong synergistic responses (S = 1.7?2.0), whereas Gram-positive species showed no synergism (S = 0.7?0.8) on the agar surface. Post-treatment analyses indicated that none of the pathogens resumed activity within 6 h at room temperature, and growth kinetics showed reduced growth rates and maximum population densities, especially under PL + PAA treatment. Studies on agar confirmed a pronounced synergistic effect for S. Typhimurium (S index up to 6.8), driven more by PL energy delivery than by the pH of the acid solution. In chicken breast, PL + PAA achieved the greatest reductions and suppressed regrowth during refrigerated storage (7 ºC). Color evaluations showed no significant changes in L*, a*, or b* values, and although ?E exceeded perceptibility thresholds, differences remained acceptable and did not compromise product quality. Overall, PL combined with PAA is a highly effective, non-thermal, and industrially viable approach for enhancing poultry safety.