processamento de alimentos por radiação ultravioleta
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Trabalho sobre utilização de radiação UV no processamento de alimentos.TRANSCRIPT
ÍNDICE
INDICE DE FIGURAS.............................................................................................................21. INTRODUÇÃO..................................................................................................................32. OBJETIVOS......................................................................................................................4
2.1. Objetivo geral............................................................................................................42.2. Objetivos específicos...............................................................................................4
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...........................................................................................43.1. Radiação Eletromagnética......................................................................................43.2. Radiação ultravioleta...............................................................................................6
3.2.1. Mecanismo de ação.........................................................................................73.2.2. Resistência à radiação....................................................................................83.2.3. Lâmpadas germicidas...................................................................................113.2.4. Aplicações da radiação UV..........................................................................11
3.2.4.1. Aplicação em frutas e vegetais............................................................123.2.4.2. Indução de efeito de hormese..............................................................173.2.4.3. Aplicação a nível industrial...................................................................183.2.4.4. Radiação UV no processamento de sucos........................................193.2.4.5. Radiação UV no tratamento de efluentes e água potável...............20
3.2.5. Riscos associados à exposição humana à radiação ultravioleta...........214. CONCLUSÃO.................................................................................................................225. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................23
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Espectro eletromagnético.............................................................................5Figura 2: Espectro ultravioleta – Comprimentos de ondas..........................................7Figura 3: Conversão de monômero para dímeros de timina sob radiação UV............8Figura 4: Dose de UV necessária para a destruição de 99,9% de vários microorganismos (mJ/cm2)........................................................................................10
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1. INTRODUÇÃO
Com o início da agricultura, e conseqüente diminuição da dependência da caça, a
necessidade de preservação dos alimentos excedentes tornou-se essencial à sobrevivência.
O uso de sal como um conservante da carne e a produção de queijo foram introduzidos no
próximo oriente em 3000 A.C.; a preservação de peixe e carne por fumeiro também era
comum a esta data.
Contudo, somente no século XIX é que o estudo da degradação dos produtos
alimentares por agentes microbianos se tornou rigoroso. Louis Pasteur estabeleceu a era
moderna da microbiologia alimentar em 1857, quando demonstrou que havia
microrganismos responsáveis pela decomposição do leite. Em 1860, Pasteur provou que o
calor podia ser usado para controlar a presença de microrganismos contaminantes em
vinhos e cervejas.
Há uma grande variedade de fatores intrínsecos e extrínsecos que determinam se o
crescimento microbiano irá preservar ou degradar os alimentos.
A tecnologia de alimentos é definida pela Sociedade Brasileira de Ciência e
Tecnologia como a aplicação de métodos e técnicas para o preparo, armazenamento,
processamento, controle, embalagem, distribuição e utilização dos alimentos. Através da
tecnologia empregada, pretende-se que os alimentos se conservem pelo maior tempo
possível, evitando as perdas decorrentes de um sistema de abastecimento deficiente e da
sazonalidade. Em vista disso, o setor que mais se desenvolveu nesta área da ciência
moderna foi o de métodos de conservação de alimentos.
Os consumidores estão a exigir cada vez mais alimentos sem processamentos
severos ou sem aditivos sintetizados quimicamente e associam alimentos saudáveis e
seguros com alimentos frescos ou minimamente processados.
A luz UV é hoje uma alternativa estabelecida e de popularidade crescente para o uso
de produtos químicos para desinfecção de água, águas residuais e águas industriais de
vários graus. Os efeitos germicidas da energia radiante do sol foram primeiramente
relatados por Downs e Blunt, em 1878. A aplicação prática da UV, porém, iniciou a partir do
desenvolvimento da lâmpada de vapor de mercúrio como fonte de luz UV artificial em 1901
e do reconhecimento do quartzo como o envoltório ideal da lâmpada no ano 1905.
A aplicação dos efeitos germicidas da radiação UV abrange a inativação dos
microrganismos em frutos e vegetais, a destruição de microorganismos no ar e esterilização
de fluidos claros e translúcidos.
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo geral
Estudar o processo de preservação de alimentos por aplicação de radiação
Ultravioleta
2.2. Objetivos específicos
Estudar os princípios e métodos de ação
Apresentar as vantagens e desvantagens do método
Conhecer as aplicações da radiação UV na preservação de alimentos
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. Radiação Eletromagnética
Segundo o INDUSTRIAL HYGIENE ENGINEERING (1988), radiação é a emissão de
partículas ou energia em forma de ondas. Consistem da interação, de campos elétrico e
magnético que se propagam no vácuo com uma velocidade de 299.792 km por segundo.
São gerados por meio de excitação termal, processos nucleares (fusão ou fissão) ou por
bombardeamento através de outra radiação. A radiação eletro magnética não necessita de
um meio para se propagar e varia em comprimento e freqüência.
O espectro eletromagnético é dividido em regiões em função do comprimento de
onda e freqüência da radiação (Figura 1).
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Figura 1: Espectro eletromagnético
O comprimento de onda é a distância de pico a pico de uma onda e usualmente é
expresso em centímetros ou nanômetros. A freqüência refere-se ao número de oscilações
por segundo, geralmente expressa em Hertz (Hz) ou ciclos por segundo.
A energia da radiação eletromagnética é expressa em termos de Joules ou Eletro
volts. A força eletromagnética refere-se a energia em função do tempo e é expressa em
Watts (W).
A radiação pode ser dividida em 2 tipos: radiação ionizante e não ionizante. A
diferença entre os dois tipos é baseada no nível de energia de cada radiação.
A radiação não ionizante é definida como uma radiação com suficiente energia para
causar excitação dos elétrons dos átomos, ou das moléculas, mas insuficiente energia para
causar a formação de íons (ionização), ou seja a energia torna-se disponível em quantidade
suficiente para excitar átomos e moléculas, mas não é suficiente para remover elétrons de
seus orbitais.
A ionização é definida como sendo a remoção de elétrons de um átomo formando
íons positivos ou negativos. A radiação ionizante possui uma quantidade de energia muito
superior a energia da radiação não ionizante.
No espectro eletromagnético a radiação não ionizante, encontra-se na região da luz
visível, ultravioleta, infravermelha e freqüência de rádio.
Cada faixa do espectro eletromagnético possui um comprimento de onda, freqüência
e foto-energia característico. Estas características podem ser correlacionadas usando a
seguinte fórmula:
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C = velocidade da luz (3,0 E+10 cm/s)
f = freqüência de oscilação por segundos
λ = comprimento de onda em centímetros
ou pela equação
E = fóton de energia (Joules)
h = constante de Plank (6,624 E-34 Joules/s)
f = freqüência de oscilação por segundos (Hz).
As radiações ionizantes, como a radiação gama, e não-ionizantes são empregadas
no controle de microrganismos aderidos a superfícies (ANDRADE E MACÊDO, 1996).
3.2. Radiação ultravioleta
A fonte primária de radiação ultravioleta é o sol, mas também pode ser emitida por
lâmpadas incandescentes e fluorescentes, solda elétrica, maçarico de plasma e
equipamentos a laser. A absorção da radiação de comprimento de onda UV menores pelo
ozônio da atmosfera protege a vida na terra. Mesmo assim os raios ultravioletas que
atingem a superfície da terra têm energia suficiente para inativar os microorganismos menos
resistentes (DANIEL, 1993).
A radiação UV constitui a parte do espectro eletromagnético situado entre a luz
visível e raios-X. Esta é formalmente considerada como incluindo todos os comprimentos de
onda de aproximadamente 100 a 400 nm. Além disso, todos os comprimentos de onda UV
são não-ionizantes. O espectro UV foi subdividido em parte em função das características
da radiação, e em parte por aqueles que empregam UV quer na indústria, medicina ou
academia. Os comprimentos de onda UV mais curtos normalmente são referidos como "UV
vácuo", pois eles são fortemente absorvidos pelo ar. As outras divisões importantes são UV-
A: 315-400 nm, UV-B: 280-315nm, e UV-C: 100-280nm (Figura 2). Este último também tem
sido referido como “UV germicida”. Os comprimentos de onda mais curtos do espectro UV
são também os mais enérgeticos (SHAMA, 2006).
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A UV-B é responsável pela queima da pele e eventualmente câncer de pele. O
UV-A é responsável por alterações na pele que conduzem a tostação. A UV-C na
faixa de 250 a 280 nm (para efeito máximo = 254 nm) é letal para a maioria dos
microrganismos, incluindo bactérias, vírus, protozoários, fungos filamentosos, leveduras e
algas. A intensidade da radiação UV é expressa como a luz ou fluxo de intensidade (W m -2)
e a dose, que é uma função da intensidade e duração da exposição, é expressa como
exposição radiante (J m-2) (LÓPEZ-MALO, 2005).
A aplicação dos efeitos germicidas da UV-C abrange a inativação dos
microrganismos em superfícies de embalagens e alimentos, a destruição de
microorganismos no ar e esterilização de fluidos claros e translúcidos.
Figura 2: Espectro ultravioleta – Comprimentos de ondas
As propriedades físicas da radiação UV podem ser representadas ou descritas em
forma de onda ou também como partículas de energia (fótons). Aqui valem igualmente as
regularidades óticas fundamentais (reflexão, absorção, transmissão, dispersão) (FIGAWA,
1998).
Na indústria de alimentos, a utilização de radiação UV apresenta várias vantagens,
quando comparada aos desinfetantes químicos: i) não deixa resíduos nas superfícies
(BACHMANN, 1975; Wong et al., 1998), ii) é um processo a seco, que não necessita de
aquecimento, iii) de simples emprego e iv) de pequeno custo efetivo para a redução da
microbiota de pequenas áreas, não apresentando restrição legal, como é o caso de alguns
agentes químicos e de radiação de alta energia (BACHMANN, 1975).
3.2.1. Mecanismo de ação
As reações mais significativas que afetam a sobrevivência da célula são as que
ocorrem entre radiações UV-C e ácidos nucléicos. Os raios ultravioletas (fótons) atingem os
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centros de informação e replicação de um microorganismo, o ácido Desoxyribonucleico
(DNA). A interação entre a UV-C e DNA resulta na formação de fótoprodutos, entre eles, de
dímeros de pirimidina (citosina e timina), adutos de pirimidina e cruzamentos de DNA -
proteínas. Os dímeros de pirimidina se formam entre duas bases adjacentes no mesmo
ramo de DNA impedindo o pareamento normal de bases e impedindo a reprodução (FDA,
2000).
Os três dímeros possíveis de serem formados da timina (T) e citosina (C) são T<>T,
C<>T e C<>C, em ordem prevalente.
Figura 3: Conversão de monômero para dímeros de timina sob radiação UV
A morte do microrganismo não ocorre instantaneamente após receber a irradiação.
VILLARINO et. al, (2000), observaram que em células de E. coli mesmo após receber doses
letais de UV, havia atividade metabólica. Nas bactérias irradiadas foram detectados os
ácidos nucléicos, atividade respiratória e a integridade da membrana celular. Também nos
primeiros 30 minutos as bactérias irradiadas podiam incorporar glicose na mesma taxa que
bactérias não irradiadas e cessando a atividade metabólica após 1 ou 2 horas. Devendo-se
este comportamento ao residual de energia da célula.
3.2.2. Resistência à radiação
Quase todos os seres vivos têm a capacidade para reparar os danos ao DNA
por um ou vários mecanismos de reparação, que são três tipos principais. Na reparação foto
enzimática os dímeros são monomerizados enzimaticamente, na presença de luz. No
segundo tipo, reparo por excisão e resíntese, são removidas seções de DNA danificado e
essas são resintetizadas. Na reparação por replicação, as seções não danificadas do DNA
são replicadas e se combinam de modo a formar uma molécula idêntica a original. À medida
que a intensidade da UV-C aumenta a velocidade de dano excede a capacidade dos
sistemas de reparação (FDA, 2000).
A resistência dos microrganismos aos tratamentos UV-C é determinada
principalmente pela sua capacidade de reparo do DNA danificado. Em geral a resistência à
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radiação UV-C segue a ordem de Gram-negativas <Gram-positivas <levedura < esporos
bacterianos <fungos <vírus. As curvas de sobrevivência são geralmente sigmóide, com
"ombros" ou "fundo", e sua forma depende, entre outros fatores, da dose necessária de UV-
C para a formação de um número suficiente de entrelaçamentos e da capacidade dos
microorganismos de curar o DNA danificado ("fotoreativação"). A eficácia da radiação é uma
função direta da dose que é absorvida pelo organismo; comprimentos de onda de cerca de
260 nm são aqueles que são especificamente absorvidas pelo DNA celular (FDA, 2000).
Uma vez que a composição do DNA varia entre as espécies, os picos de absorção
da UV-C está dentro do intervalo de 253 a 265 nm. A figura 4 resume alguns dados de
inativação pela UV-C utilizando lâmpadas de mercúrio de baixa pressão para agentes
patogênicos virais, bactérias e protozoários, bem como grupos de indicadores microbianos.
Esses dados, porém, são apenas indicativos, uma vez que esses valores possam ser
afetados pela alteração na sensibilidade das espécies a UV-C, a idade do organismo, as
condições de irradiação, o meio em que o microrganismo se encontra e a fonte de luz UV-C.
A dose a ser administrada varia dependendo se os microrganismos estão presentes como
células individuais ou se estão dentro de meios particulados. Estes últimos são mais
resistentes à radiação UV-C (FDA, 2000).
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Figura 4: Dose de UV necessária para a destruição de 99,9% de vários microorganismos (mJ/cm2)
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3.2.3. Lâmpadas germicidas
O método mais prático de se gerar radiação UV é por meio da passagem de
descarga elétrica por vapores de mercúrio em baixa pressão acomodados dentro de um
tubo de vidro especial (SHECHMEISTER, 1991; FLÜCKIGER, 1995; STERMER et al.,
1987), que é conhecido comercialmente por lâmpada germicida. O princípio de toda
lâmpada germicida é o mesmo das lâmpadas fluorescentes: um fluxo de elétrons entre os
eletrodos que ionizam os vapores de mercúrio e um gás inerte (geralmente o argônio). A
diferença entre os dois tipos de lâmpadas é que o bulbo de lâmpadas fluorescentes é
revestido com compostos fosforados, que convertem a radiação UV em luz visível. O vidro
empregado na confecção do bulbo das lâmpadas fluorescentes filtra a saída de toda luz UV.
Já nas lâmpadas germicidas não se tem a presença de compostos fosforados no bulbo, e
este é constituído de um vidro especial que permite a transmissão da radiação UV gerada
pelo mercúrio mais a energia visível (SHECHMEISTER, 1991). A intensidade da radiação
emitida dissipa-se à medida que a distância aumenta.
Nas lâmpadas de baixa pressão a emissão é essencialmente de luz monocromática
com comprimento de onda de 253,7 nm e trabalham com temperaturas que variam de 40 a
110 °C e são muito usadas como fonte de radiação UV (KÖNIG 2001, USEPA 1999). A
quantidade de energia emitida depende da temperatura, idade da lâmpada e da tensão da
rede de alimentação e tem um tempo de duração de aproximadamente 5000 h
(COETELYOU et al, apud DANIEL, 1993; PARROTTA & BEKDASH, 1998).
Segundo BOLTON (1999) e KÖNIG (2001), as lâmpadas de média pressão são de
potência mais elevada (1 a 5 KW), emitem radiação em uma escala larga de comprimento
de onda na faixa germicida de 200 a 300 nm. Estas trabalham com a temperatura entre 600
a 1000 °C. Por esta razão sua vida útil é menor que as de baixa pressão e consomem uma
quantidade maior de energia para gerar a mesma quantidade de radiação UV que as
lâmpadas de baixa pressão, mas apresentam como vantagem a possibilidade de tornarem
os sistemas de desinfecção mais compactos.
3.2.4. Aplicações da radiação UV
O maior volume de estudos utilizando a luz UV-C data do início dos anos 90 e
provavelmente perdeu impulso devido ao surgimento de substâncias químicas com
capacidade indutora, o que tornou mais fácil a manipulação e a condução dos trabalhos
(SOBRINHO, FERREIRA, CAVALCANTI, 2005).
A luz ultravioleta mostrou-se eficiente na indução de resistência em alguns produtos
vegetais como uva, citros, maçã, pêssego, morango e pimentões (CAMILI et al., 2005).
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Existem evidências que suportam a possibilidade de controle de doenças já instaladas em
profundidade nos tecidos dos frutos (quiescentes), através do emprego da radiação UV-C na
pós-colheita (STEVENS et al., 1998).
A resistência induzida, especialmente a 254 nm, tem sido relacionada com a
biossíntese de substâncias, principalmente de natureza fenólica e pelo aumento da atividade
biossintética da fenilalanina amônia-liase (GONZALES-AGUILAR et al., 2001).
Além de atuar como um indutor de resistência em frutos a doenças e como agente
sanitizante, pode prolongar o período de armazenamento dos frutos através do atraso do
amadurecimento. Pode também ser utilizada para eliminar patógenos e outros
microrganismos em sucos e na esterilização de embalagens.
A UV pode ser inserida na linha de processamento pós-colheita de alguns produtos a
também ser combinada com controle biológico e com emprego de produtos naturais
(WILSON, et al., 1994).
Outros estudos demonstram a capacidade da radiação UV em causar efeitos de
hormese em frutos e vegetais. Segundo FRANCO et al. (2002) hormese é definida como
sendo a estimulação positiva de um sistema biológico por quantidades sub-danosas de
qualquer agente físico, químico ou biológico.
Outra aplicação não tão usual da aplicação de UV é na produção de alimentos com
propriedades funcionais.
3.2.4.1. Aplicação em frutas e vegetais
Uma grande variedade de estudos foi encontrada utilizando a aplicação de radiação
UV em frutas e vegetais, principalmente para tratamentos pós-colheita.
Maharaj et al em 1998 estudaram a aplicação de radiação UV-C para avaliar a
qualidade de tomates frescos irradiados através da medição de determinados parâmetros de
senescência, tais como perda de peso, cor e textura periodicamente durante todo
armazenamento, quando os frutos são armazenados a 16° C, sob alta umidade relativa
(95%) e por um período máximo de 35 dias.
Foram utilizados frutos de formas e tamanhos uniformes e livres de infecção fúngica.
Foram irradiados no mesmo dia em que foram colhidos e sobre condições ambiente. A dose
de radiação variou de acordo com a intensidade que foi de 20,3 W.m-2. Os tomates foram
colocados a aproximadamente 30 cm da lâmpada UV e rotacionados a fim de receberem a
radiação uniformemente em sua superfície. Após a irradiação os frutos foram
acondicionados em embalagens plásticas umidificadas e armazenados no escuro até o
tempo máximo de 35 dias.
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Foram realizados três experimentos separadamente, um para estabelecer os
parâmetros gerais de senescência (perda de peso, cor e textura) que foram medidos em
intervalos de 1 semana até 35 dias, um para medir a taxa de respiração dos frutos através
da medição de dióxido de carbono (CO2) e etileno (C2H4) que foram realizados diariamente
até 30 dias e o outro para medir os níveis de putrescina, medidos em intervalos de 1
semana até 21 dias. As doses de radiação utilizadas foram de 0, UV – 3,7 x 103 e UV – 24,4
x 103 J.m-2.
Através da análise dos resultados observou-se que tanto os frutos irradiados como
os de controle perdiam peso linearmente no tempo, e que era uma função da dose de
radiação utilizada. Constatou-se que quem apresentou menor perda de peso foram os frutos
de controle e a maior perda os irradiados com 24,4 x 103 J.m – 2. Para a cor observou-se que
a aplicação de radiação atrasa o aparecimento da cor vermelha, mas que a dose mais alta
de radiação apresentou o aparecimento de uma cor marrom escura na superfície do tomate.
A radiação ótima foi a de 3,7 x 103 J.m – 2 que apresentou atraso no aparecimento da cor
sem apresentar danos precoces ao fruto. A firmeza dos frutos também foi diretamente
afetada pelos níveis de radiação. Os frutos de controle perderam sua firmeza mais
rapidamente quando comparados aos frutos com tratamento UV-C.
Para ganhar algum conhecimento sobre os motivos da redução de senescência
causada pela radiação UV, os pesquisadores mediram a taxa de respiração, de produção de
etileno e os níveis de putrescina no pericarpo dos frutos.
O tomate controle exibiu uma diminuição significativa na atividade climatérica
respiratória e de produção de etileno. Houve, no entanto, aumentos transitórios iniciais na
produção de CO2 e C2H4 após a irradiação que foi proporcional à dose utilizada. Isto foi
presumidamente relacionado à resposta ao stress causado pela radiação. Os frutos tratados
com UV apresentaram níveis de putrescina mais elevados em comparação com os dos
frutos de controle durante todo o período de armazenagem. Em ambos os casos os níveis
de putrescina decaíram após a fase climatérica, mas o declínio nos frutos sem tratamento foi
mais acentuado. Os autores compararam esse resultado com Rastogi e Davies (1991) que
relataram que os elevados níveis de putrescina no tomate Alcobaca foram relacionados com
a lenta maturação e, portanto, uma boa conservação prolongada.
A partir destes resultados os autores concluíram que o tratamento fotoquímico
(irradiação UV-C) parece ser uma nova e promissora técnica para melhorar a durabilidade
pós-colheita de tomate climatérico e, possivelmente, outras frutas e vegetais.
Em outro trabalho Vicente et al. em 2004 objetivou a escolha de um adequado
tratamento UV-C para pimentão páprica e para estudar o efeito deste tratamento pós-
colheita nos atributos de qualidade dos frutos. Também avaliou o efeito da luz UV-C na
incidência de lesões por refrigeração severa
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Foram utilizados pimentões páprica cultivadas em estufas, com 90% de coloração
vermelha e escolhidas as que estavam livres de danos. A fim de determinar as mais
adequadas condições experimentais, diferentes doses de luz UV-C (pico de emissão em
254 nm) foram aplicadas. Sessenta frutos foram cuidadosamente colocados em bandejas
plásticas sob um banco de quatro lâmpadas germicidas UV (TUV G30T8, 30W, Philips), e
foram irradiados a uma distância de 30 cm para a obtenção de doses de 1, 3, 7 e 14 kJ.m - 2
Cada fruto foi rodado manualmente três vezes para garantir a uniformidade na exposição da
superfície aos raios ultravioleta. Após o tratamento os frutos foram levemente cobertos com
filme PVC e armazenados a 20º C durante 18 dias. O efeito destes tratamentos foi avaliado
pelo acompanhamento do desenvolvimento de infecções fúngicas. Uma fruta controle sem
tratamento UV-C foi diretamente armazenado à temperatura de 20 ° C. Três experimentos
completos foram realizados.
Com a análise dos resultados, observou-se que o tratamento simples com radiação
UV reduz o apodrecimento dos frutos armazenados durante 12 dias, a partir de onde todos
os frutos apresentam redução no decaimento. A dose ótima de radiação aplicada foi de 7
kJ.m – 2 que apresentou valores um pouco melhores que a dose de 14 kJ.m – 2.
Com a melhor dose estabelecida estudou-se a combinação da radiação com
armazenamento refrigerado. Para isto sessenta frutos foram irradiados com a dose de 7
kJ.m – 2 e após foram levemente cobertos com filme PVC e armazenados a 10ºC. Vinte frutos
foram coletados em 0,12 e 18 dias e foram imediatamente processado ou congelados em
nitrogênio líquido e armazenado a -20º C até a análise. Nesses frutos foram analisados
crescimento fúngico, perda de massa, cor e carotenóides, firmeza, capacidade antioxidante
e pH.
Para analise dos danos causados por refrigeração severa, os frutos foram
desinfetados com hipoclorito de sódio 200 mg.L -1 , tratados com doses de 7 kJ.m – 2 de luz
UV-C, como descrito anteriormente, armazenados em 0º C por 15 ou 22 dias, e depois
transferidos para 20º C por 4 dias. Os frutos de controle foram desinfetados com
200 mg.L -1 de hipoclorito de sódio e diretamente levados a 0 º C. Foram também utilizadas
metodologias para avaliar a perda de eletrólitos, a taxa de respiração e o total de compostos
fenólicos.
Na análise da combinação da radiação com armazenamento refrigerado observou-se
que após 12 dias, 40% dos frutos de controle apresentaram crescimento fúngico, enquanto
nos frutos irradiados não foi detectado nenhum crescimento, e após 18 dias a 10ºC
verificou-se que 90% dos frutos de controle apresentaram algum tipo de crescimento
enquanto apenas 20% dos frutos irradiados apresentaram o mesmo, comprovando o que
outros estudos relataram que a radiação UV pode prevenir crescimento de microrganismos
em frutos. Para a perda de massa, após 12 dias os frutos tratados apresentaram menor
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perda em relação aos de controle, mas aos 18 dias não se observou nenhuma diferença
significativa entre eles. Para a cor observou-se que os frutos tratados apresentaram menor
desenvolvimento da cor vermelha durante o armazenamento e também um menor nível de
carotenóides. A firmeza dos frutos de controle caiu consideravelmente enquanto nos
tratados com UV esta permaneceu praticamente inalterada nos 12 primeiros dias e
apresentou uma pequena queda após 18 dias. Isto foi explicado pelos autores comparando
com Barka et al. (200) que constatou que a radiação UV-C reduz a atividade das enzimas
que degradam as paredes do fruto. A capacidade anti-oxidante caiu em proporções iguais
entre os frutos controle e tratados nos 12 primeiros dias, mas após 18 dias constatou-se que
a quantidade de anti-oxidantes nos frutos tratados era maior do que nos controles. O pH em
ambos os casos não se alterou nos 12 dias, mas aos 18 constatou-se que os frutos controle
apresentaram queda no pH, sugerindo maior dano ao fruto.
No caso de danos causados pela refrigeração observou-se que os frutos tratados
com UV-C apresentaram uma menor incidência de injúrias na superfície do fruto. Tanto os
frutos tratados como os não tratados apresentaram perda de eletrólitos, mas esta foi muito
maior nos frutos de controle. Aumentos na taxa de respiração e nos níveis de compostos
fenólicos são sintomas habituais de ferimentos causados por refrigeração em várias frutas
(Wang, 1994). Depois de 15 dias ou 22 dias a 0 º C acrescido de 4 dias a 20ºC, os frutos
tratados com UV-C exibiram menor taxa de respiração e conteúdo de compostos fenólicos
do que os frutos controle.
Este estudo concluiu que os pimentões tratadas com radiação UV-C apresentaram
menor taxa de apodrecimento. Constatou-se que após 12 dias de armazenamento a 10ºC os
efeitos benéficos sobre a redução de contaminação fúngica foram mais evidentes.
Percebeu-se também que o tratamento reduz a perda de qualidade dos frutos e inibe os
danos causados pela refrigeração severa. A UV-C também reduz o aparecimento de
compostos fenólicos, a taxa de respiração e a queda na quantidade de eletrólitos. Eles
apontam também que são necessários mais estudos para entender os mecanismos de
atuação da proteção causada pela UV-C.
Costa et al. (2005) objetivaram selecionar um adequado tratamento UV-C para
atrasar a senescência pós-colheita de brócolis e de avaliar os efeitos desses tratamentos na
degradação da clorofila e nos níveis de antioxidantes durante a armazenagem a 20º C.
Foram utilizadas cabeças de brócolis cultivadas por produtores locais, colhidas e
imediatamente enviadas para o laboratório. A fim de determinar as mais adequadas
condições experimentais, diferentes doses de luz UV-C (pico de emissão em 254 nm) foram
aplicadas. 30 cabeças de brócolis foram cuidadosamente colocadas em posição vertical
(para garantir homogeneidade na irradiação) em bandejas plásticas sob um banco de quatro
lâmpadas germicidas UV (TUV G30T8, 30W, Philips), e foram irradiados a uma distância de
15
30 cm para a obtenção de doses de 4, 7, 10 e 14 kJ.m - 2. Após o tratamento os frutos foram
levemente cobertos com filme PVC para reduzir as perdas de água e armazenados a 20º C
durante 5 dias no escuro. As cabeças foram pesadas todos os dias, e foi determinada a
perda de peso. Quinze amostras das cabeças foram colhidas imediatamente após o
tratamento, e após 5 dias de armazenamento. A cor superficial foi medida usando cabeças
de brócolis intactas. Em seguida, de 15 cabeças de brócolis foram removidos floretes, tendo
o cuidado de retirar o máximo do pedicelo possível. Floretes foram aleatoriamente
agrupados em dois conjuntos replicados, congelados em nitrogênio líquido, e armazenados
a -80º C até a análise. Foram avaliados também o conteúdo total de clorofila e de feofitina.
Para todas as doses de radiação observou-se redução no amarelamento e menor
clareamento das cabeças após os 5 dias dos que nos sem radiação. Para a degradação da
clorofila os que apresentaram melhor resposta foram as doses de 10 e 14 kJ.m – 2 e para o
acumulo de feofitina as melhores foram 4, 7 e 10 kJ.m – 2. Através desses dados selecionou-
se como dose ótima de radiação UV-C a de 10 kJ.m – 2.
Com a dose ótima escolhida foram irradiados 80 brócolis seguindo o mesmo
procedimento descrito e armazenados nas mesmas condições durante 6 dias com coletas
em 2, 4 e 6 dias e foram utilizados 80 como controle. Foi analisada a cor e a taxa de
respiração usando a cabeça dos brócolis intacta e as análises de clorofila, feofitina,
capacidade anti-oxidante, fenóis e flavonóides e atividade enzimática foram realizadas nos
floretes adequadamente removidos e armazenados até sua utilização.
O tratamento com UV-C com uma dose de 10 kJ.m - 2 atrasou não só a degradação
da clorofila a e b, mas também o aumento de chlorophyllase e clorofila-peroxidase. Esta
faixa também reduziu a formação de feofitina. No caso do MDS (Mg-dequelatase), maior
atividade foi encontrada imediatamente após os tratamentos, mas, após 4 e 6 dias a 20º C
os brócolis tratados com UV-C haviam o mantido o nível de MDS mais baixo do que os
controles. O tratamento com UV-C também reduziu o dano tecidual e perturbação de acordo
com dados obtidos a partir da taxa de respiração e de conteúdo de compostos fenólicos. A
capacidade antioxidante foi aumentada em com o tratamento UV-C e isto pode ser útil a
partir do ponto de vista nutricional. Os resultados sugerem que tratamentos a curto tempo
com UV-C poderiam ser um útil método não-químico para atraso na senescência dos
brócolis.
A redução de podridões pela UV-C pode ser devida ao efeito germicida e/ou a
indução de resistência a patógenos (STEVENS et al. 1998), sendo a ação germicida devida
à interferência no DNA dos microrganismos. Porém, em trabalhos com pomelos, Droby et al.
(1993) afirmaram que o efeito da UV-C em reduzir o bolor verde é devido a respostas do
hospedeiro mais do que pela ação germicida da radiação.
16
O aumento de resistência de pomelos contra o desenvolvimento de P. digitatum foi
atribuído à indução de quitinase e ß-1, 3-glucanase na casca dos frutos (PORAT et al.,
1999).
Doses de radiação empregadas apresentaram algum nível de controle de B. cinerea
em uva ‘Itália’ na pós-colheita, exercendo também efeito germicida in vitro, retardando a
germinação de conídios, bem como o crescimento micelial (CAMILI, 2004; CAMILI et al.,
2004).
A atividade de fenilalanina amônia-liase em pomelos aumentou em 24 h após o
tratamento com UV e permaneceu elevada por 72 h, enquanto peroxidase atingiu máxima
atividade 72 h depois do tratamento (DROBY et al., 1993).
3.2.4.2. Indução de efeito de hormese
Efeitos de hormese manifestam-se em tecidos que foram submetidos a tratamentos
fitossanitários através da ação de uma variedade de espécies químicas induzidas. Em
certos casos, estes efeitos foram identificados. Eles incluem fitoalexinas tais como
scoparone em laranjas (DHALLEWIN et al., 1999), 6-metoximelleina em cenouras
(MERCIER et al., 2000) e resveratrol em uvas (CANTOS et al., 2002). Também são
induzidas enzimas como quitinases e glucanases em pêssegos (EL GHAOUTH e tal., 2003)
e laranjas (PORAT et al., 2001) e fenilalanina amônia-liase em pêssegos (EL GHAOUTH et
al., 2003) e tomates (BARKA, 2001). Também tem sido alegado que o tratamento com
doses de efeito de hormese de UV resulta em um aumento nos níveis de antocianinas nos
morangos (BAKA et al., 1999) e maçãs (DONG et al., 1995).
Efeitos de hormese induzidos por UV-C diferem dos efeitos germicidas de uma
maneira fundamental: os efeitos germicidas ocorrem em escalas de tempo relativamente
curto que são essencialmente limitados ao tempo de exposição do organismo a fonte UV,
esta dependerá obviamente da aplicação, mas geralmente a exposição varia de frações de
um segundo para talvez dezenas de segundos. Em outras palavras, os efeitos germicidas
podem ser considerados como 'diretos', em que uma vez que o organismo não está mais
exposto à fonte de fótons UV-C, a formação de lesões potencialmente letais no DNA cessa.
Em contrapartida, os fenômenos da hormese se manifestam após a exposição a UV-C em
períodos de tempo variando de horas ou dias (SHAMA, 2006).
A principal exigência de um tratamento comercial com UV para causar efeito de
hormese seria um processo para garantir a entrega de uma pré-determinada quantidade de
energia sob a forma de UV para cada item dos produtos apresentados para tratamento. O
montante total da energia entregue deriva do conhecimento da energia incidente sobre toda
a superfície do item (a chamada “energia fluente“), e o tempo durante o qual a energia é
17
aplicada - em outras palavras, o período de tempo que o item ou objeto permanece no
espectro UV. Este rendimento é normalmente referido como a "dose UV" (SHAMA, 2006).
3.2.4.3. Aplicação a nível industrial
Todos os trabalhos anteriormente publicados sobre a entrega de baixas doses de UV
em produtos frescos se preocuparam apenas com números relativamente reduzidos de
frutas tratadas em laboratório, e pouca consideração tem sido dada a forma como podem
ser tratados em larga escala industrial sob condições de produção. Qualquer processo de
irradiação deve preencher determinados requisitos essenciais. (1) Os produtos não devem
ser sujeitos a qualquer forma de tratamento mecânico que possam danificá-los durante a
irradiação. (2) Deve ser prevista ambas as variáveis a dose de UV entregue e o controle da
dose. (3) O tratamento UV-C não deve aumentar indevidamente os custos. (4) A concepção
do equipamento deverá permitir elevadas cargas de produto a ser tratado. (5)
Preferencialmente, uma ampla variedade de diferentes tipos de frutas e legumes deve ser
tratável (SHAMA, 2006).
Produtos que são facilmente danificados pelo manuseio exigem tratamentos
especiais, uma solução possível seria a colocação dos mesmos dentro de recipientes ou
embalagens próprias. Neste caso deve-se ter um cuidado com o material da embalagem,
pois muitos tipos de materiais absorvem a radiação UV, entretanto alguns estudos
comprovam que é possível substituir os materiais das embalagens utilizados atualmente por
outros que não absorvam drasticamente a radiação UV (SHAMA, 2006).
Assim como em escala laboratorial, um aspecto de extrema relevância a ser
controlado é a dose de radiação UV a ser fornecida ao produto, já que doses insuficientes
não causarão o efeito desejado e doses excessivas podem danificar irreversivelmente o
produto. Dhallewin et al. (2000) demonstrou que o tempo de colheita do produto é um fator a
ser considerado. Neste estudo foi demonstrado que uvas colhidas antes da maturação são
mais suscetíveis a danos pela radiação do que as colhidas em meia ou pós-maturação.
Alguns tipos de produto apresentam claros problemas de processamento, no caso
das uvas, a aplicação de radiação sobre cachos de uva seria inviável, já que as uvas no
meio não receberiam os efeitos da radiação (SHAMA, 2006).
Equipamentos para fornecer pequenas doses de radiação UV não são
necessariamente complexos. Uma esteira inclinada com fontes de UV suspensas é um
método de obtenção de uma ampla superfície de irradiação. Para homogeneizar a aplicação
no produto poderia ainda ser implementado um sistema de vibração a fim de fazer os
produtos rotacionarem.
18
SHAMA (2006) afirma que a aplicação de radiação UV não precisa ser somente em
produtos pós-colheita, ele opina que poderia ser vantajoso aplicar radiação antes da
colheita, como em morangos, por exemplo, já que se trata de um fruto frágil ao manuseio e
no qual, devido ao sistema de colheita, seria complicado adicionar uma etapa de aplicação
de radiação.
3.2.4.4. Radiação UV no processamento de sucos
No ano 2000 a FDA aprovou o uso de radiação UV para reduzir patógenos e outros
microrganismos em sucos claros, a pedido da empresa Califórnia Day, Fresh Fruits Inc.
Mesmo este processo não sendo 100% eficiente, ele efetua uma redução considerável na
quantidade de m.o. A probabilidade de permanecer microorganismos viáveis dependerá do
microorganismo, da carga microbiana inicial e da dose aplicada. Por isso, a agência
salientou que é necessário estabelecer com a indústria utilizadora que o tratamento está em
conformidade com o exigido nível de redução de patógenos. De acordo com o regulamento
21 CFR 179.39, as fontes de UV para este processo devem lâmpadas de mercúrio de baixa
pressão que emitam 90% da sua emissão a um comprimento de onda de 253,7 nm. O fluxo
de suco através dos tubos deve ser turbulento com um número mínimo de Reynolds 2.200.
São fatores críticos no processo: a transmissividade do produto, a configuração geométrica
do reator, a potência, comprimento de onda e ângulo físico da(s) fonte (s) de UV, o tempo
de exposição e a distância que atravessa a radiação e a capacidade de absorção de
radiação UV- C do fluido. Para obter uma redução de 4 ciclos log em sucos frescos turvos, o
FDA recomenda doses adicionais no valor de pelo menos 400 J.m – 2 (ALZAMORA, 2007).
A empresa Califórnia Day, Fresh Fruits Inc. junto com a Salcor Inc., desenvolveu um
equipamento de UV-C onde o suco é bombeado através de uma bobina de teflon, que é
cercada por lâmpadas ultravioletas germicidas. A partir da aprovação pela FDA, Califórnia
Day, Fresh Fruits Inc. comercializa quatro sucos de vegetais tratados com UV-C: cenoura,
cenoura orgânica e duas misturas de vegetais dentro da linha Naked Foods de sucos
frescos refrigerados. O tratamento UV-C é feito à temperatura ambiente e, portanto,
minimiza a degradação do sabor. O produto final é muito semelhante ao fresco, com o
mínimo risco de ocorrência de agentes patógenos. O sucesso deste empreendimento levou
a expandir as aplicações a outras bebidas tais como chá. Este produto é comercializado em
garrafas para a distribuição em supermercados e outras lojas, com ou sem açúcar
adicionado (ALZAMORA, 2007).
A aplicação da UV-C também está sendo estudada para pasteurizar líquidos
marinados destinados ao processamento de carne. Além disso, pesquisadores mexicanos
constataram que o suco de cenoura e beterraba tratadas por UV-C não mostram diferenças
19
significativas em termos de cor e da aceitabilidade global, comparada com os seus
homólogos frescos. Outros autores relataram que o efeito germicida da UV-C no suco de
maçã pode ser aumentada significativamente pela aplicação simultânea de ultra-som de alta
intensidade, para produzir um produto de excelentes características sensoriais. O consumo
de cidra de maçã não pasteurizada tem sido responsável ao longo da ultima década por
doenças causadas por infecção de E. coli O157: H7, salmonelas e criptosporidiose no
Canadá e EUA (ALZAMORA, 2007).
O Departamento de Ciência e Tecnologia de Alimentos da Universidade de Cornell,
desenvolveu uma unidade de tratamento com UV-C (CiderSure UV), onde um filme fino de
cidra de maçã é exposta à luz UV- C.A velocidade de fluxo é controlado por uma interface
em um computador que lê penetração da UV-C a cada 20 milissegundos usando sensores.
UV (ALZAMORA, 2007).
Dependendo da intensidade da UV-C em um determinado ponto no tempo, o
computador automaticamente controla a bomba para aumentar ou diminuir o fluxo de suco
para conseguir uma redução de 5-log na cidra passando através da unidade neste ponto.
Isto permite tratar cidras de maça de diferentes variedade, conteúdo sólido e opacidade. A
eficácia deste modelo CiderSure, foi comprovado em estabelecimentos produtores
comerciais (ALZAMORA, 2007).
O custo energético para processar a cidra de maçã é comparável ao custo da
energia de pasteurização térmica, concluindo-se que o processamento UV-C tem o potencial
de melhorar a segurança e aumentar a vida útil da cidra de maçã, mantendo ao mesmo
tempo praticamente todos os seus atributos de frescor (ALZAMORA, 2007).
3.2.4.5. Radiação UV no tratamento de efluentes e água potável
A maior aplicação de radiação UV no mundo, principalmente na Europa e nos EUA,
se dá em tratamento de efluentes e de água potável.
As lâmpadas de média pressão de vapor de mercúrio possuem alta potência, são
utilizadas principalmente quando se trata de grandes vazões. Este tipo de lâmpada emite
radiação de todo o espectro germicida. As suas vantagens são: seu custo relativo,
simplicidade de implantação e operação, baixo tempo de contato e não produz residual
tóxico. Essa técnica; tem se tornado uma eficiente alternativa de desinfecção frente ao cloro,
pois apresenta comparável e freqüentemente melhor eficiência na remoção de vírus e
bactérias (USEPA apud LAZAROVA 1999). Na desinfecção de efluentes tem-se a vantagem
de não deixar residual e não tem a potencialidade de gerar subprodutos prejudiciais à
saúde. Como desvantagens apresenta a possibilidade de reativação dos microrganismos se
expostos a doses sub-letais, e alguns fatores podem interferir na eficiência da desinfecção,
20
tais como: matéria dissolvida e em suspensão, que podem reduzir a intensidade da radiação
tornando o processo oneroso.
A utilização de radiação ultravioleta na desinfecção de efluentes no Brasil começou a
ser estudada no final da década de 70, mas com maior interesse apenas há alguns anos. Na
Universidade Federal de Santa Catarina, mais especificamente no Departamento de
Engenharia Sanitária e Ambiental a desinfecção de efluentes vem se tornando uma
importante linha de pesquisa. Os trabalhos voltados a melhoria da qualidade microbiológica
dos efluentes foram iniciados com microfiltração por membranas pelo Prof. Flávio Rubens
Lapolli, seguido por estudos com dióxido de cloro em efluentes domésticos tratados por
lagoas de estabilização, posteriormente no ano de 2001 projetos financiados pelo PROSAB
(Programa de Saneamento Básico) passaram a abranger a desinfecção por ozônio, dióxido
de cloro e ultravioleta, resultando na publicação de diversos trabalhos e na formação de
mestres em engenharia ambiental.
3.2.5. Riscos associados à exposição humana à radiação ultravioleta
Lesão por exposição à radiação UV: o contato direto de olhos e pele com a emissão
proveniente da lâmpada ultravioleta acesa pode provocar lesão na retina ocular e/ou pele.
As lâmpadas emitem radiação nos comprimentos de onda UVA, UVB, UVC, UV-VIS, IR e
luz visível, sendo que a maior parte da emissão se dá no intervalo UVA, IR e luz visível no
caso de lâmpadas de vapor de mercúrio. A dosagem emitida em UVC é extremamente
baixa. Os locais onde estas lâmpadas são instaladas devem possuir barreiras mecânicas
que bloqueiem a passagem da luz emitida para que o operador não tenha contato visual
direto.
O operador deve proteger sempre os olhos com óculos que possui filtro para UVA,
UVB, UVC e UVV e proteger também a pele da exposição aos raios UV utilizando
vestimenta apropriada e luvas protetoras. A radiação ultravioleta pode causar lesões
oculares (HÖKERBERG et al., 2006). A exposição direta dos olhos ou pele de pessoas e
animais aos raios da lâmpada ultravioleta pode provocar conjuntivite e eritemas (SBRT).
21
4. CONCLUSÃO
A aplicação de radiação UV é um método já bastante utilizado para o tratamento de
águas e efluentes, principalmente na Europa e em algumas partes dos EUA. No Brasil esta
é uma prática em evolução, que está sendo lentamente implementada nas regiões Sul e
Sudeste, por apresentar inúmeras vantagens em relação aos tratamentos químicos.
Outra aplicação já estabelecida, da radiação UV-C mais especificamente, é no
tratamento de sucos, em indústrias nos EUA e em estudos bastante avançados no México,
tendo inclusive sua implementação aceita pela FDA (Food and Drug Administration), a
agência norte-americana que regula produtos alimentícios e farmacêuticos.
Através da analise de pesquisas realizadas em escalas laboratoriais, observou-se
que a aplicação da radiação UV-C como método de preservação de alimentos vegetais
apresenta algumas vantagens, tais como menor perda das qualidades sensoriais dos
produtos, inativação eficaz de microrganismos patogênicos e em alguns casos estímulos
nos sistemas de defesa do produto. No entanto a aplicação destes conhecimentos no nível
de produção industrial é mínima, e pode ser atribuída a falta de conhecimento dos
produtores sobre as vantagens do método e ao temor dos mesmos aos riscos que envolvem
a utilização de um método de radiação assim como o preconceito dos consumidores em
adquirir produtos irradiados.
Os custos de implantação de um processo de esterilização por radiação UV não são
muito mais elevados que os custos dos processos atuais, mas exigem um rigoroso controle
de variáveis e treinamento de pessoal.
A aplicação de radiação UV é um método que apresenta grandes potencialidades
tanto para ser usado individualmente como para ser utilizado em conjunto com outros
metodos de preservação. Para ampliar sua utilização minha sugestão seria aumentar a
conscientização dos produtores e consumidores de que a radiação UV utilizada
adequadamente não apresenta risco a saúde e nem se trata de uma tecnologia de custo
elevado.
22
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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