Review : High-pressure, microbial inactivation and food preservation

Abstract

High pressure (1 to 10 kbars, i.e. 100-1000 MPa) affects biological constituents and systems. Several physicochemical properties of water are modified, such as the density, the ionic dissociation (and pH), and the melting point of ice. Pressure-induced unfolding, aggregation, and gelation of food proteins mainly depend on the effects of pressure on various noncovalent bonds and interactions. Enzyme inactivation (e.g., of ATPases) also results from similar effects, but some enzymes, including oxidative enzymes from fruits and vegetables, are strongly baroresistant. Chemical reactions, macromolecular transconformations, changes in membrane structure, or changes in crystal form and melting point that are accompanied by a decrease in volume are enhanced under pressure (and vice versa). Several of these phenomena, still poorly identified, are involved in the high inactivation ratio (5–6 logarithmic cycles) of most vegetative microbial cells: gram-negative bacteria, yeasts, complex viruses, molds, and gram-positive bacteria, in this decreasing order of sensitivity to pressure. Much variability is noted in the baroresistance of microorganisms, even within one single species or genus. Other parameters influence this resistance: pressure level, holding time (a two-phase kinetics of inactivation is often observed that prevents the calculation of decimal reduction times), temperature of pressure processing (temperatures above 50°C or between –30 and +5°C enhancing inactivation), composition of the medium or of the food (the pH having apparently little influence, but high salt or sugar concentrations, and low water contents, exerting very strong baroprotective effects). Taking into account the baroprotective effects of some food constituents and the strong resistance of some microbial strains, recent research aims at combined processes in which high pressure is associated with moderate temperature, CO2, other bacteriostatic agents, or to nonthermal physical processes such as ultrasounds, alternative currents, high-voltage electric pulses, and so forth. The safety and refrigerated shelf life of pressurized foods could be maintained or extended, while the sensorial quality should improve due to the reduced severity of thermal processing. Further research is, however, needed for the regulatory authorities to assess and accept these novel foods and processes.

Efeito Da Alta Pressão Hidrostática Sobre a Inativação De Microrganismos

“…Pelo princípio isostático a pressão é transmitida de maneira uniforme e instantânea por todo o alimento, independente da sua forma, tamanho ou volume. Difere do tratamento térmico em que a penetração de calor depende do tempo de exposição e da geometria do produto (CHEFTEL, 1995 Os primeiros equipamentos desenvolvidos para a indústria de cerâmicas sofreram modificações a fim de se adequarem ao processamento de alimentos. O tempo de processamento foi aumentado, passando de 10 segundos a 1 minuto para 5 a 10 minutos em pressões superiores a 400 MPa (SANGRONIS et al, 1997).…”

Revisão: Modificações físico-químicas na carne in natura bovina decorrentes da alta pressão hidrostática

“…O primeiro corresponde àquele no qual qualquer fenômeno, transição de fase, mudança de conformação molecular ou reação química, acompanhado por uma redução de volume, é favorecido pelo aumento de pressão, e vice-versa. No caso de uma reação, a pressão alterará o equilíbrio na direção do sistema de menor volume (CHEFTEL, 1995). O segundo princípio indica que a pressão é transmitida de uma forma quase e praticamente uniforme e instantânea através de uma amostra biológica, contida no vaso de pressão (BARBOSA-CÁNOVAS e RODRÍGUEZ, 2002).…”

“…Bactérias Gram positivas são mais resistentes ao calor e à pressão do que as bactérias Gram negativas. Esporos de bactérias podem sobreviver em pressões acima de 1000 MPa (CHEFTEL, 1995). Segundo Paterson (2005), o tratamento à alta pressão não inativa completamente microrganismos e uma pequena proporção da população sofre injúria.…”

Efecto De Las Altas Presiones Hidrostáticas Sobre La Estructura Y Estabilidad De Tejidos Vegetales. Relación Con La Extractabilidad De Compuestos Bioactivos

“…La presión causa la formación de cristales densos y más estables que tienen un nivel de baja energía y alta temperatura de fusión. Esto puede explicar algunas de las causas de destrucción de los microorganismos por la presión debido a los cambios cristalinos en los fosfolípidos de la membrana celular (Cheftel, 1995). El aumento de la presión puede producir un aumento de la oxidación de los lípidos insaturados del alimento.…”

“…Algunas enzimas son resistentes a la presión y su función no se ve alterada por el tratamiento con APH. Enzimas como la pectinmetilesterasa (PME), la polifenoloxidasa (PPO) y la peroxidasa (POD), presentes en los vegetales y frutas, son muy resistentes a la presión, aunque pueden experimentar cambios en su actividad dependiendo de las condiciones del tratamiento (Cheftel, 1995). Las PME son enzimas responsables de la pérdida de nube de los zumos, de la gelificación de concentrados y de la pérdida de consistencia de productos derivados del tomate.…”