AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DA RADIAÇÃO ?· radiação ultravioleta (UV) na esterilização de superfícies…

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  • ALEXANDRE, F. A. et al.1524

    Cinc. agrotec., Lavras, v. 32, n. 5, p. 1524-1530, set./out., 2008

    AVALIAO DA EFICINCIA DA RADIAO ULTRAVIOLETA NAESTERILIZAO DE EMBALAGENS PLSTICAS

    Evaluation of ultraviolet radiation in the sterilization of plastic packaging

    Fernanda Antunes Alexandre1, Jos de Assis Fonseca Faria2, Claudio Fernandes Cardoso3

    RESUMOO uso da radiao ultravioleta um dos vrios processos fsicos que podem ser utilizados para a esterilizao ou na

    higienizao de superfcies que iro entrar em contato com alimentos. Objetivou-se, nesta pesquisa a avaliao da eficincia daradiao ultravioleta (UV) na esterilizao de superfcies de embalagens para alimentos visando a reduo da contaminao microbiolgica.Tampas e filmes plsticos foram irradiados em uma fonte de ultravioleta emitindo comprimentos de ondas a 254 nm, no interior deuma cmara especialmente projetada para este estudo, atravs de um delineamento fatorial para testar as variveis: tempo deexposio e intensidade de irradiao (distncia da fonte). Avaliou-se o nmero de redues decimais de esporos de Bacillus subtilisinoculados na superfcie das embalagens. As redues decimais obtidas no foram altas, variaram de 0,21 a 2,47, mas o uso da lmpadaUV foi altamente eficiente para tempo de exposio superior a 30 s e distncia mnima de 20 cm da fonte, causando a reduo total dacarga microbiana inoculada.

    Termos para indexao: Radiao UV, esterilizao, embalagens plsticas.

    ABSTRACTUltraviolet radiation is one of the major physical processes used to sterilize or to clean surfaces that will be in contact of

    foods. This research evaluated the efficiency of ultraviolet (UV) radiation to sterilize surfaces of plastic packaging materials based onthe reduction of microbial counts. Plastic closures and films were irradiated by exposing them to lamps emitting UV radiation at 254nm in an apparatus specially constructed for this study. Using an experimental design in order to investigate the effect of exposuretime and distance from the source, the reduction number of Bacillus subtilis spores inoculated to the package surfaces were evaluated.The UV radiation efficiency was not high for short exposition time, presenting reduction number ranged from 0.21 to 2.47, but it wasvery efficient when exposed to more than 30 s at a distance of 20 cm.

    Index terms: UV radiation, sterilization, plastic packaging.

    (Recebido em 23 de outubro de 2006 e aprovado em 27 de maio de 2008)

    1Engenheira de Alimentos Departamento de Tecnologia de Alimentos/DTA Faculdade de Engenharia de Alimentos Universidade Estadual de Campinas/UNICAMP Cx. P. 6121 13083-970 Campinas, SP fernandaantunes@hotmail.com

    2Engenheiro Agrnomo, Doutor em Cincia dos Alimentos, Professor Titular Departamento de Tecnologia de Alimentos/DTA Faculdade de Engenharia de Alimentos Universidade Estadual de Campinas/UNICAMP Cx. P. 6121 13083-970 Campinas, SP assis@fea.unicamp.br

    3Engenheiro de Alimentos, Mestre Departamento de Tecnologia de Alimentos/DTA Faculdade de Engenharia de Alimentos Universidade Estadual de Campinas/UNICAMP Cx. P. 6121 13083-970 Campinas, SP cardocos@gmail.com

    INTRODUO

    As inovaes tecnolgicas no setor de alimentostm evoludo bastante nas ltimas dcadas e, dentre elas,destacam-se os sistemas de processamento eacondicionamento asspticos. Em geral, os sistemasasspticos envolvem as etapas de esterilizao do materialde embalagem; esterilizao comercial do produto;acondicionamento do produto assepticamente;fechamento e manuteno da integridade da embalagem(FARIA, 1993).

    Certas embalagens podem apresentar-se estreislogo aps sua fabricao, como as garrafas e tampasplsticas devido s altas temperaturas alcanadas noprocesso de extruso termoplstica, mas podem serfacilmente recontaminadas durante o manuseio eestocagem, por causa da deposio de partculas e

    microrganismos do ar. Em geral, os nveis de contaminaovariam entre 1-10 UFC/cm2 de superfcie do material queno tenha sido manuseado, apresentando alta contagemde bactrias gram negativas (JOYCE, 1993).

    Basicamente, a esterilizao da superfcie internada embalagem, que entrar em contato com o alimento noacondicionamento assptico, obtida pela ao deagentes qumicos e fsicos ou pela combinao deles.Pesquisas tm comprovado que o grau de esterilizaoobtido depende do nvel de contaminao inicial, rea daembalagem e eficincia do processo de esterilizao(ABREU & FARIA, 2004; FARIA, 2001).

    Denomina-se irradiao ao processo de aplicaode energia radiante a um alvo qualquer, como porexemplo, um alimento ou uma embalagem (INGRAM &ROBERTS, 1980). Tal tratamento tem sido utilizado em

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    processos asspticos, tanto para a esterilizao do arquanto para a esterilizao do material da embalagem(WILLHOFT, 1993).

    O tratamento por radiao ultravioleta tem um longoe eficiente histrico no controle microbiolgico do ar. Emaplicaes como tratamento de bebidas e superfcies eletem se destacado, embora para superfcies de alimentos oseu uso vise a extenso da vida til do produto(KONINKLIJKE PHILIPS ELETRONICS, 2007).

    A irradiao ultravioleta tem efeito microbiocida sefor utilizada com intensidade e tempo de exposiosuficiente, encontrando aplicaes diversas como naesterilizao do ar, superfcies de equipamentos e emembalagens de alimentos. Fontes com comprimentos deondas inferiores a 200 nm so ineficientes, visto que asondas so rapidamente absorvidas pelo oxignio e pelagua. As irradiaes ultravioletas na faixa de 210 e 330 nmso mais eficientes como germicidas por serem absorvidaspelas protenas e cidos nuclicos, provocando orompimento de cromossomo, mutaes genticas einativao de enzimas e, conseqentemente, a morte daclula (CARDOSO, 2007).

    Em geral, a radiao ultravioleta tem se mostradocomo a forma mais rpida, confivel, efetiva, econmica eambientalmente segura no tratamento de superfcies elquidos. Alm disso, o uso combinado da radiaoultravioleta e dos desinfetantes qumicos tm apresentadoum efeito sinrgico no controle de microrganismos,especialmente em casos onde o residual do agente qumicodeve ser controlado em taxas mnimas ou estar ausente(ABREU & FARIA, 2004; SIEMENS WATERTECHNOLOGIES, 2007).

    O mtodo mais prtico de gerar radiao UV pelapassagem de descargas eltricas atravs de vapor demercrio a baixa presso dentro de tubos de vidroespeciais, conhecidos comercialmente como lmpadasgermicidas. Segundo ICMSF (1980), uma lmpada germicidade 50 W, posicionada a 1m de distncia de um alvo, temuma intensidade de 100 mW/cm2. As doses de irradiaoabsorvidas so medidas em energia, expressas em ergs oumW.s/cm2

    .

    O sucesso da esterilizao de embalagens pelaradiao UV depende de uma srie de fatores, sendo quea superfcie a ser esterilizada deve estar extremamentelimpa. Como os raios UV tm um poder pequeno depenetrao, podem ser facilmente absorvidos porpartculas slidas na superfcie da embalagem. Sendoassim, os microrganismos podem ser protegidos porpoeira, provocando o chamado efeito sombra (REUTER,1993). Alm disso, tanto a distncia como o ngulo de

    incidncia da fonte superfcie a ser tratada devem sercuidadosamente considerados (CHAMBERS & NELSON,1993; WAITES et al., 1988).

    Os resultados desta pesquisa podero teis para odesenvolvimento de sistemas asspticos, bem como paraoutras aplicaes no setor de industrializao de alimentosvisando a reduo da carga microbiana de matria-prima,produtos e materiais de embalagem. Portanto, o objetivodeste estudo foi avaliar a esterilizao de filme plstico depolietileno de baixa densidade, utilizando um prottipoequipado com lmpadas germicidas.

    MATERIAL E MTODOS

    Inicialmente, foram testadas 10 amostras de filmede polietileno de baixa densidade, usualmenteempregados por indstrias de alimentos, a fim de verificarse eles apresentavam alguma contaminao inicial aoserem expostos ao ar ambiente. Para testar a radiaoultravioleta, o filme foi contaminado inicialmente por umasuspenso de esporos de Bacillus subtilis (ABREU &FARIA, 2004).

    Aps esses ensaios, testaram-se vriasintensidades e tempos diferentes a fim de obter o melhorplanejamento experimental e a carga do inculo inicial aser utilizado.

    Finalmente, com as variveis independentes doplanejamento experimental definida, foram realizados osensaios definitivos a fim de comprovar a eficincia domtodo.

    Planejamento fatorial

    Objetivando-se avaliar a eficincia da radiao UV,foi utilizada uma seqncia de experimentos, determinadasegundo metodologia de superfcie de resposta (BOX etal., 1978). Executou-se um planejamento fatorial completo22 com 2 nveis (-1, +1), 3 pontos centrais (0) e 4 pontosaxiais (-a, +a), totalizando 11 ensaios. O planejamentoconsiderou duas variveis independentes: tempo decontato (s), distncia da fonte (cm), como observa-se naFigura 1. A resposta mensurvel (varivel dependente), foia contagem de unidades formadoras de colnia de esporossobreviventes (UFC)/cm2, expressa em termos de reduesdecimais (g):

    = logN0/N, onde:

    = Nmero de redues decimais atingido pelo tratamento;N

    0 = Nmero inicial (UFC/cm2 da embalagem);

    N = Nmero de sobreviventes (UFC/cm2 da embalagem).

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    Figura 1 Ilustrao interna da cmara de irradiao ultravioleta.

    Foram feitos testes preliminares com o objetivo depadronizao da metodologia e definio dos pontos deanlises, a fim de obter-se o melhor planejamentoexperimental e a carga ideal do inculo inicial. Atravs dessestestes preliminares, foram determinados os valores davarivel independente e a carga do inculo inicial que foiutilizado nos ensaios cujo valor foi aproximadamente 1,5x105

    UFC/mL. O delineamento e a matriz do planejamento fatorialcompleto esto indicados nas Tabelas 1 e 2, respectivamente.

    Preparo da suspenso de esporos

    A contagem do nmero de esporos de Bacillussubtilis foi feita em meio Agar Triptona Glicose Extrato deCarne (TGE), preparando-se uma suspenso at a cargainicial de 109 UFC/mL.

    Inoculao dos esporos

    Do filme plstico na forma de bobina, obtido da DixieToga Ltda, So Paulo SP, foram retiradas amostras de 20 15cm. Para aplicao dos esporos sob a superfcie do filme,utilizou-se o procedimento descrito por Sizer et al. (1998) cujomtodo de contaminao foi denominado de swab out .

    Foram confeccionados moldes de ao inox compolimentos sanitrios e esterilizveis em autoclave(Figura 2), para delimitar a rea de aplicao dos esporose para a contagem.

    Tabela 1 Delineamento do planejamento fatorial completo 22.

    Nveis -1,44 -1 0 1 1,44

    Tempo (s) 2,95 5 10 15 17,05 d (cm) 21,00 19,30 15,15 11,00 9,30

    Quantificao dos esporos

    Amostras de 5 10 cm foram retiradas do filme eavaliadas quanto a carga inicial e para os testes deinoculao e posterior exposio radiao UV. Apssemear as placas, essas foram incubadas a 35C por 48 h.Atravs do procedimento descrito, determinou-se a cargamicrobiolgica inicial em 50 cm2.

    Irradiao das amostras

    Para a irradiao dos filmes com ultravioleta, foiconfeccionada uma cmara contendo lmpadas emissorasde irradiao UV (254 nm), marca Light Electronics,referncia LE F30T10/GL. O aparelho desenvolvido para airradiao das embalagens, contendo a cmara, as lmpadasgermicidas e a esteira, est ilustrado pela Figura 3.

    O filme plstico foi posicionado sobre a esteira develocidade varivel. A velocidade e a distncia do filmedas lmpadas foram de acordo com o planejamentoexperimental descrito anteriormente.

    Imediatamente aps a irradiao, as amostras,obtidas com o auxlio do molde de ao inox de 5x10 cm,foram submetidas contagem da carga microbiana. Oprocedimento para essa contagem foi o mesmo empregadona quantificao inicial de esporos na superfcie delimitadapelo molde (50 cm2).

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    Tabela 2 Matriz do planejamento fatorial completo 22.

    Figura 2 Moldes utilizados na contagem inicial e final de esporos.

    Figura 3 Aparelho desenvolvido para a irradiao das embalagens.

    RESULTADOS E DISCUSSO

    Os resultados dos ensaios, com base noplanejamento experimental, encontram-se transcritos naTabela 3. Nessa tabela, verifica-se que a reduo decimalvariou de 0,21 a 2,47, dependendo do binmio tempo edistncia utilizados.

    Stannnard et al. (1983) verificaram que, para o tempode 10 s e a distncia de 4 cm da fonte, o nmero de reduesdecimais dos esporos de Bacillus subtilis foi de 1,9, inoculadoinicialmente com 107 UFC. Stannard et al. (1985) tambmverificaram reduo decimal de 2,63 em embalagens depolietileno expostas a 10 cm da lmpada germicida, utilizandoesporo de Bacillus subtilis como microrganismo teste.

    Bayliss & Waites (1979) demonstraram que, para otempo de 30 s e a distncia da fonte de 5,5 cm, a porcentagemde sobreviventes de Bacillus subtilis foi de 1,44.

    Segundo a Tabela 4, obtida atravs do programaSTATISTICA 5.0, o valor do efeito linear do tempo foipositivo, enquanto o valor do efeito linear da distncia foinegativo. Isso comprova o fato de que, quanto maior otempo de exposio radiao UV, maior a reduo decimale quanto maior a distncia da embalagem da fonte UV,menor a reduo decimal. J os valores quadrticos, tantoda distncia quanto do tempo so negativos, ou seja,ambos quando aumentados provocam menor reduodecimal.

    Ensaio Tempo (s) d (cm) 1 -1 -1 2 -1 +1 3 +1 -1 4 +1 +1 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 -1,44 0 9 +1,44 0

    10 0 -1,44 11 0 +1,44

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    Tabela 4 Clculo do efeito e dos coeficientes referentes aos tratamentos.

    Tabela 3 Resultados das redues decimais causadas pela irradiao UV.

    Ensaio Tempo (s) d (cm)

    1 -1 -1 0,21 2 -1 1 0,63 3 1 -1 2,32 4 1 1 2,47 5 0 0 2,02 6 0 0 2,05 7 0 0 1,99 8 -1,44 0 0,77 9 1,44 0 2,10

    10 0 -1,44 0,60 11 0 1,44 2,20

    Efeito Efeito percentual Efeito absoluto Coeficientes

    Principal interao 2,02 116,6276 0,000074 2,02 Tempo Linear 1,46 68,7542 0,000211 0,73 Tempo Quadrtico -0,59 -23,3424 0,001830 -0,30 Distncia Linear -0,71 -33,3544 0,000898 -0,35 Distncia Quadrtico -0,63 -24,7313 0,001631 -0,31

    Na Tabela 4 tambm quantificam-se os valores doefeito da irradiao de forma absoluta e quantificam-seporcentual. Atravs desses resultados, verifica-se quetanto o tempo quanto a distncia tem grande influncianos resultados, apresentando efeito linear e quadrtico.

    A partir dos dados da Tabela 4, calcularam-se osvalores dos coeficientes da curva cuja equao foi:

    Y = 2,02 + 0,730

    t 0,30 t2 0,35 d 0,31 d2 + 0,068 t d

    Onde:Y = nmero de redues decimais;t = tempo de exposio da embalagem radiao UV (s);d = distncia da embalagem fonte (cm).

    A Tabela 5 ilustra os resultados obtidos dostestes preliminares. Nos experimentos 2, 3, 4 e 5 houveuma reduo total de microrganismos. Por esse motivono foi possvel determinar de forma precisa o nmerode redues decimais j que, nesse tipo demetodologia, o valor que realmente importava era adiferena entre a contagem de microrganismos finais einiciais.

    A partir dos dados da Tabela 4 foi possvel tambm avisualizao global do efeito da irradiao e das variveis, aoconstruir-se a superfcie de resposta e curvas de contorno dosresultados experimentais (Figuras 4 e 5). Observou-se que,quanto menor a distncia da fonte e maior o tempo de exposio irradiao UV, maior foi o nmero de redues decimais.

    A dose normalmente aplicada na esterilizao estem torno de 105 mW.s/cm2, valor esses to baixos, que nochegam a provocar aumento de temperatura da amostrairradiada. Sabe-se que o efeito potencialmente de maiorletalidade ocorre no cido desoxirribonuclico da clula,principalmente em conseqncia da formao de dmerosde nucleotdeos que so os mais abundantes e estveisprodutos resultantes da irradiao. As irradiaes inibema sntese de cido desoxirribonuclico e, em menor extenso,a de cido ribonuclico e a sntese de protenas (INGRAM& ROBERTS, 1980).

    Cardoso (2007) obteve 1 reduo decimal na cargainicial em esporos de Bacillus subtilis, inoculados emembalagens de polietileno de baixa densidade, aps exposio radiao UV. Quando o mesmo tratamento foi repetido, pormcom prvia imerso em soluo de perxido de hidrognio(18%), atingiu-se 7 redues decimais, demonstrando nessecaso o efeito sinrgico da radiao UV.

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    Tabela 5 Efeito do tempo de exposio sobre as redues decimais de Bacillus subtilis.

    Experimentos Tempo d (cm) Redues decimais

    1 15 21,00 2,40 2 30 21,00 5,33 3 20 21,00 4,00 4 15 9,50 2,00 5 15 10,50 4,62

    Figura 5 Curvas de contorno das redues decimais em funo do tempo de exposio e distncia da fonte.

    Figura 4 Superfcie de resposta das redues decimais de Bacillus subtilis, sob efeito da fonte de UV.

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    CONCLUSO

    As redues decimais dos esporos de Bacillussubtilis inoculados sobre a superfcie de filmes variaramde 0,21 a 2,47, dependendo do binmio tempo e distnciautilizados. Quanto maior o tempo de exposio, maior oefeito e, neste experimento, quando o tempo foi superior a30 s houve uma reduo total da carga microbiana. Portanto,atravs do trabalho foi possvel concluir que esse sistemade esterilizao de superfcie de embalagens eficaz,principalmente quando o tempo de exposio do material irradiao UV 254 nm for superior a 30 s. Concluiu-se,tambm, que a distncia da superfcie a ser irradiada deveser a mnima possvel para aumentar o efeito germicida dasfontes de ultravioleta.

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