Principalele mecanisme de inactivare microbiană a laptelui sunt de natură termică. Distrugerea microorganismelor prin efecte termice, precum electricitatea, nu este încă bine a înțeleasă și generează încă unele controverse (Vicente 2017). Mai mult, majoritatea studiilor publicate nu se referă la temperatura eșantionului sau nu pot elimina temperatura ca un parametru variabil. Iată că o cercetare efectuată de  Palaniappan și colab., în anul 2020, vine cu noi informații pe această temă.

Inactivarea ohmică

În studii precum cel al lui Cho et al. (1996), se oferă dovezi că inactivarea ohmică (OH) poate fi utilă în industria lactatelor, pentru a scurta timpul în producția de iaurt și brânză.

Recent, influența OH asupra rezistenței la căldură a Escherichia coli, care frecvent contaminează laptele, a fost studiată pentru produsele lactate din laptele de capră,  atunci când condițiile de fabricație au fost insalubre, comparativ cu cel al procesării convenționale.

Rezultatele au arătat că inactivarea microorganismelor a fost mai rapidă când s-a aplicat OH, indicând, în plus față de efectul termic, prezența unui câmp electric, care a oferit un aspect termic efect de ucidere a celulelor vegetative de E. coli (Pereira și colab. 2017b).

Soare and all (2008) au studiat efectele OH și tratamentul termic convențional (încălzire externă prin apă fierbinte), pe aerobi viabili și Streptococcus thermophilus, în lapte, în condiții istorice de temperatură identice. S-a constatat că în ambele situații, numărul microbian și timpul de reducere zecimal calculat (valoarea D), rezultat din OH, au fost semnificativ mai mici, decât cele rezultate din încălzirea convențională.

Implicațiile frecvenței

Motivul principal al efectului suplimentar de ucidere a microorganismelor, prin tratament ohmic, observat în diferite microorganisme, par a fi legate de curentul electric și a frecvenței lui, aplicate în timpul inactivării OH (Sastry și colab. 2012; Sun și colab. 2018).

Mai mulți autori sugerează că un mecanism ușor de electroporare poate contribui la inactivarea celulară, aducând un efect netermic la inactivare. Cu toate acestea, sunt necesare cercetări suplimentare pentru a înțelege mecanismele inactivării diferitelor microorganisme din diferite tipuri de alimente.

Cu toate acestea, este clar că, prin reducerea timpului necesar pentru inactivarea microorganismelor, utilizarea tratamentului ohmic ar putea diminua efectele termice negative ale pasteurizării, asupra laptelui fluid, deschizând o nouă perspectivă pentru prelucrarea aseptică mai scurtă și mai puțin agresivă.

Inactivarea enzimei

Există încă informații limitate despre efectele tehnologiei OH asupra activității de enzime, în special cele utilizate ca integratori de timp-temperatură în industria lactatelor. În ultimii ani, s-au efectuat teste de inactivare (Castro și colab. 2014a)

în condiții convenționale și OH, unde tratarea termică a probelor (în mod convențional și procesat ohmic), a fost făcută egal, pentru a determina dacă a existat o inactivare suplimentară, cauzată de prezența unui câmp electric.

Printre altele, au fost testate două enzime importante pentru industria laptelui: fosfataza alcalină (ALP) și b-galactozidază (b-GAL). Rezultatele au arătat că toate enzimele au urmat ordinul I cinetic de inactivare, atât pentru tratamentele convenționale, cât și pentru tratamentul cu OH și că prezența a unui câmp electric nu a provocat o inactivare sporită a b-GAL (în intervalul de la 55 până la 80 C).

Totodată, s-a observat o reducere a valorii D pentru ALP (în intervalul de la 52,  până la 78 C). În cazul primei enzime, acest rezultat pare a fi destul de interesant, o dată b-GAL permite producerea de produse lactate care pot fi consumate de intoleranța la lactoză indivizi. În cazul ALP, inactivarea îmbunătățită este obtined când un câmpul electric este prezent (Wilinska și colab. 2016), reducând astfel timpul de inactivare.

Efectul asupra proprietăților fizico-chimice

În ciuda cantității reduse de informații disponibile, tehnologia OH pare să fie promițătoare și extrem de eficientă, în ceea ce privește inactivarea unor microorganisme și enzime. Cu toate acestea, informațiile referitoare la efectele acestei tehnici asupra componentelor alimentare specifice, comparativ cu pasteurizarea convențională, sunt chiar mai rare.

Procesarea termică convențională implică întotdeauna pierderea nutrițională și organoleptică din calitățile produsului final, fie că este vorba de lapte sau, de exemplu, de brânza făcută din el. De exemplu, proteinele din zer, proteine ​​tipice globulare cu niveluri ridicate de structurile secundare și terțiare, sunt foarte susceptibile la denaturarea prin căldură (Fox și McSweeney 2008).

Un alt aspect negativ datorat tratamentului tehnologic de lapte este creșterea concentrației de acizi grași liberi (FFAs) (Antonelli și colab. 2012; Morgan și Gaborit 2011). În timpul procesării termice, modificări semnificative ale parametrilor fizici pot apărea în proprietățile lipidelor din lapte, în special la nivelul globulei de grăsime din lapte.

Membrana, care este o structură delicată, poate fi ușor ruptă, fie de către o acțiune fizică, fie din cauza unui șoc termic (Muir 1988), ducând la acumularea excesivă de FFA în lapte, fapt care este frecvent asociat cu apariția unor arome nedorite.

Recent, Pereira și colab. (2017a) au studiat efectele pasteurizării ohmice HTST,

privind calitatea laptelui de capră, prin evaluarea proprietăților fizice și chimice, cum ar fi pH-ul, solidele totale și acizii grași totali și au concluzionat că tehnologia bazată pe OH furnizează produse cu proprietăți fizico-chimice similare cu cele ale produselor obținute prin tratament convențional.

Aspectele tehnice ale laptelui și produselor lactate au fost studiate, dar nu s-au observat diferențe semnificative între cele două tipuri de tratamente, ceea ce i-a determinat pe autori să ajungă la concluzia că expunerea la curent electric nu va avea niciun efect suplimentar asupra denaturării proteinelor (Sun și colab. 2008).

Evaluarea electroîncălzirii

Pentru a evalua valoarea electroîncălzirii în procesarea produselor lactate, un sistem OH dezvoltat de Raztek Corporation din Sunnyvale, California, a fost folosit pentru supraîncălzirea laptelui pasteurizat timp de până la 4 secunde. Laptele încălzit ohmic a fost apoi comparat cu un disponibil comercial: Proba de lapte UHT.

Rezultatele indică faptul că aromele fierte și acre din probele electroîncălzite au fost mult mai mici, decât în ​​produsul comercial. Analiza lor a arătat, de asemenea, că denaturarea proteinelor, ca măsură a modificărilor chimice și aromatice cauzată de expunerea la căldură, a fost de cca. 67%, în eșantionul UHT comercial și dramatic mai mic în laptele tratat ohmic, de doar 30% (Dairy Management 2001).

Concomitent, profilurile acizilor grași liberi cu lanț scurt și mediu au fost caracterizate în laptele crud și laptele procesat prin pasteurizare convențională și ohmică HTST, la 72 C, timp de 15 secunde, pentru a determina influența fiecărui tratament asupra calității finale a laptelui.

În special, a fost posibil să se concluzioneze că pasteurizarea ohmică HTST nu a promovat o modificare extinsă a conținutului de acizi grași liberi în laptele de capră, în comparație cu cea a pasteurizării convenționale, indicând faptul că tehnologia OH poate fi introdusă în pasteurizarea fără a afecta negativ asupra calitatății aromei (Pereira et al. 2018).

Procesarea cu microunde (MW)

În procesele termice convenționale, conducerea lentă a căldurii din mediul de încălzire, la punctul rece, duce adesea la tratarea materialului la periferia containerului de procesare, fapt care este mult mai sever decât cel necesar, pentru a obține sterilitatea comercială (Meredith 1998). Însă, de la începutul anilor 1960, energia microundelor a fost folosită pentru gătit.

Hamid și colab. (1969) au fost primul grup care a folosit tehnologia pentru pasteurizarea laptelui. Încălzirea cu microunde implică în primul rând două mecanisme: dielectric și ionic.

Apa din alimente este adesea componenta principală responsabilă pentru mecanismul încălzirii dielectrice. Datorită naturii lor dipolare, moleculele de apă încearcă să urmeze câmpul electric asociat cu radiația electromagnetică, pe măsură ce oscilează la frecvențe foarte mari, iar astfel de oscilații produc căldură.

Al doilea mecanism major de încălzire cu microundele și frecvența radio se realizează prin migrația oscilatorie a ionilor în alimente care generează căldură, sub influența câmpului electric oscilant (Alimente și Drug Administration 2010).

MW au potențialul de a înlocui procesele convenționale, odată ce pot elimina încălzirea excesivă cu încălzirea rapidă și mai uniformă, dintr-o interacțiune directă

între energia microundelor și mâncare. Alte avantaje ale sistemelor de încălzire MW, unele în funcție de aplicație, sunt după cum urmează:

-Poate fi activat sau dezactivat instantaneu.

-Produsul poate fi pasteurizat după ambalare.

-Permite economisirea spațiului și niveluri reduse de zgomot la procesare.

-Încălzirea poate fi selectivă (microundele se cuplează selectiv în materiale care sunt mai absorbante ale energiei; deși se poate obține o eficiență mai mare, profilele de temperatură se pot dezvolta în sistemele alimentare multicomponente).

Aceste avantaje produc adesea o productivitate crescută sau un produs cu calități îmbunătățite (Food and Drug Administration 2000; Vicente 2017; Wang și colab. 2013).

Efecte potențiale

Lopez-Fandiño și colab. (2016), au studiat efectul microundelor cu flux continuu asupra calitatății laptelui, prin utilizarea indicatorilor intensității tratamentului termic și denaturarea lactoglobulinei, inactivarea fosfatazei alcaline și a lactoperoxidazei.

Rezultatele au fost analizate în comparație cu cele obținute utilizând un proces convențional și având aceeași încălzire, faze de menținere și de răcire. Tratamentul continuu cu microunde s-a dovedit a fi un eficient sistem de pasteurizare a laptelui, cu includerea unei faze de reținere, pentru menținerea condițiilor de timp și temperatură necesare.

La temperaturi ridicate de pasteurizare, gradul de denaturare termică observat la tratamentul cu microunde a fost mai mic decât cel obținut cu sistemul convențional. Aceste rezultate au fost atribuite la o mai bună distribuție a căldurii și la lipsa suprafețelor fierbinți care intră în contact cu laptele din carcasa unității cu microunde. Există, de asemenea, unele studii publicate având în vedere efectele MW asupra vitaminelor laptelui (Medrano și colab. 1994; Sieber și colab. 1993, 1996; Vidal-Valverde și Redondo 1993).

Cu toate acestea, literatura referitoare la efectul microundelor asupra tratamentului termic al laptelui pe vitamine nu este întotdeauna consistent, din cauza condițiilor diferite de tratament termic (combinație de timp și temperatură). În ciuda acestui fapt, Sierra și Vidal-Verde (2010) au observat că, atunci când laptele a fost încălzit într-un MW continuu la 90 C, fără o fază de menținere, nu au existat pierderi de vitamina B1 și vitamina B2.

Totodată, menținerea timpilor de 30 până la 60 de secunde, a scăzut conținutul de vitamina B1 (3% și respectiv 5%), iar conținutul de vitamina B2 nu a fost modificat. Rezultate similare au fost obținute atunci când laptele a fost supus unei încălziri similare, folosind un sistem convențional.

Autorii studiului citat au concluzionat că fluxul continuu de MW în lapte, la temperatură ridicată, nu oferă niciun avantaj în ceea ce privește retenția vitaminelor B1 și B2, în comparație cu un proces convențional de încălzire, având aceleași timpi de încălzire, menținere și răcire.