Aplicações da água ativada por plasma atmosférico não térmico na indústria alimentar

O plasma atmosférico não térmico (PANT) é gerado à temperatura e pressão atmosférica ambiente, através da aplicação de uma descarga elétrica num gás, o que provoca fenómenos de ionização, dissociação e excitação dos seus átomos e moléculas. Consequentemente, o PANT é constituído por eletrões e iões positivos e negativos, radicais livres, átomos e moléculas em estado de excitação ou não, e fotões ultravioleta, estando presentes espécies reativas de oxigénio (ROS) e de nitrogénio (RNS), tais como ozono, superóxido, peróxido de hidrogénio, radicais hidroxilo e peroxilo, oxigénio singlete, oxigénio atómico, óxido nítrico ou dióxido de nitrogénio, que, ao interagir com os microrganismos, provocam a sua inativação. Em comparação com outras tecnologias não térmicas de inativação microbiana, o PANT apresenta uma série de vantagens muito importantes, tais como, o baixo custo de aplicação, a utilização de tempos curtos de tratamento, a possibilidade de tratar uma ampla variedade de alimentos, inclusive embalados previamente, e o facto de ser uma técnica sustentável em termos ambientais. Por tudo isto, é considerada uma tecnologia extremamente promissora para melhorar a qualidade microbiológica dos alimentos e descontaminar o material de embalamento e as superfícies de contacto (López et al., 2019).

Por outro lado, foi observado recentemente que a exposição direta da água à ação do PANT leva à obtenção de uma água conhecida como 'água ativada por plasma' (PAW, Plasma-Activated Water), com novas propriedades, que persistem durante longos períodos de tempo, inclusivamente de um mês. Isto deve-se à capacidade que as espécies químicas geradas no PANT revelam de difundir e de interagir entre si ou com a água, dando lugar à formação de novas espécies químicas (Figura 1). A presença de ROS e RNS, incluindo radicais hidroxilo, oxigénio singlete, anião superóxido, peróxido de hidrogénio, assim como óxido nítrico e seus derivados formados com água, tais como nitratos, nitritos e peroxinitritos, foi evidenciada em diversos estudos (Choi et al., 2019; Khan e Kim, 2019; Xiang et al., 2019; Zhao et al., 2019, 2020). Além disso, o tratamento de água e outras soluções aquosas por PANT induz um aumento na sua condutividade elétrica e potencial de oxidorredução e uma redução no seu valor de pH, até valores próximos de 3 (Ma et al., 2015, 2016; Joshi et al., 2018; Xiang et al., 2020; Zhao et al., 2019, 2020; Machado-Moreira et al., 2021). Este interessante fenómeno implica uma abordagem completamente inovadora na aplicação do PANT, que consistirá em 'ativar' primeiramente a água e posteriormente utilizar a mesma para o tratamento ou processamento dos alimentos. É de destacar que a PAW proporciona uma série de vantagens adicionais face ao tratamento direto com PANT, tais como a facilidade de produção e aplicação, assim como a sua capacidade para ser armazenada, o que levou a que diversos grupos de investigação estejam a explorar as suas aplicações na indústria alimentar. Neste sentido, foi demonstrado que a PAW apresenta um grande potencial como estratégia para melhorar a qualidade microbiológica dos alimentos, descontaminar superfícies de contacto, conseguir os atributos característicos dos produtos cárneos curados sem a necessidade de adicionar nitritos, estimular a germinação de sementes, degradar pesticidas e modificar a estrutura do amido.

Descontaminação de alimentos

Foi evidenciado que a PAW permite melhorar a qualidade microbiológica dos alimentos, tanto de origem vegetal como de origem animal, crus e processados, sem exercer efeitos adversos nos seus atributos de qualidade. Foi descrito que é capaz de inativar eficazmente bactérias, fungos e leveduras em frutos (morangos, peras, kiwis, maçãs, mirtilos, uvas, lima), hortaliças (tomate, repolho, abóbora, folhas de espinafre e de alface), sementes, rebentos e cogumelos comestíveis, como champignons, melhorando a sua qualidade microbiológica e aumentando a sua vida útil (Ma et al., 2015, 2016; Guo et al., 2017; Joshi et al., 2018; Chen et al., 2019; Choi et al., 2019; Khan e Kim, 2019; Vaka et al., 2019; Xiang et al., 2019; Zhao et al., 2019; Liu et al., 2020; Xiang et al., 2020; Machado-Moreira et al., 2021). Por exemplo, o tratamento de sementes de "mung bean (Vigna radiata)" germinadas, durante 30 minutos, com PAW (água destilada estéril tratada por PANT durante 30 segundos) permitiu reduzir a população de bactérias aeróbias totais, assim como a de fungos e leveduras, em 2,3 e 2,8 unidades logarítmicas, respetivamente, não se detetando, além do mais, alterações significativas nem nas características sensoriais nem no teor de flavonóides e polifenóis totais dos produtos tratados (Xiang et al., 2019).

De igual modo, foi demonstrada a capacidade da PAW para a inativação de microrganismos alterantes e patogénicos, incluindo Salmonella Enteritidis e Staphylococcus aureus, em carne (Zhao et al., 2018; Kang et al., 2019; Qian et al., 2019; Royintarat et al., 2020), produtos cárneos (Wang et al., 2021) e ovos (Lin et al., 2019). Por exemplo, observou-se que a pulverização de PAW sobre carne de vaca reduzia a população bacteriana superficial em 3,1 unidades logarítmicas, o que permitia aumentar entre 4 e 6 dias a vida útil da carne armazenada em refrigeração, sem comprometer a qualidade da mesma após a cozedura (Zhao et al., 2018).

Além disso, foi comprovado que a eficácia antimicrobiana da PAW na descontaminação dos alimentos pode ser potenciada através da sua combinação com tratamentos térmicos moderados (Choi et al., 2019; Xiang et al., 2020) e ultrassons (Royintarat et al., 2020), assim como através da adição de ácido lático à água previamente ao seu tratamento por PANT (Qian et al., 2019).

Descontaminação de equipamentos e superfícies

Os microrganismos, tanto alterantes como patogénicos, têm a capacidade de aderir às superfícies dos equipamentos, o que pode provocar problemas de contaminação cruzada nos alimentos em contacto com as mesmas, com repercussões importantes para a saúde e grandes perdas económicas para os operadores industriais. São vários os estudos nos quais foi evidenciado o potencial que a PAW apresenta para a inativação de bactérias, tanto gram-positivas como gram-negativas, e leveduras, inclusivamente quando se encontram na formação de biofilmes, em materiais amplamente utilizados na indústria alimentar, como aço inoxidável, polietileno de alta densidade e poliestireno. Por exemplo, no trabalho realizado por Fernández-Gómez et al. (2020) foi avaliada a influência exercida pelo tempo de exposição à PAW sobre a eficácia desta estratégia para inativar as células de uma mistura de três estirpes de L. monocytogenes aderidas a aço inoxidável e poliestireno (106-107 ufc/cm²), comprovando-se que tempos de tratamento de 30 e 60 minutos, respetivamente, reduziam as contagens a valores inferiores a 102 ufc/cm².

A PAW, como já foi comentado, contém ROS e RNS, entre as quais se encontram os nitratos e nitritos. Com base neste fenómeno, Jung et al. (2015) elaboraram salsichas tipo Frankfurt pelo método tradicional, assim como substituindo os nitritos dos sais da cura pela PAW (água com 1% de pirofosfato de sódio tratada por PANT, que apresentou um teor de 782 e 358 ppm de nitritos e nitratos, respetivamente), não detetando diferenças entre ambos os tipos de produtos no final de 28 dias de armazenamento em refrigeração, nem nas contagens de bactérias aeróbias totais, nem em diferentes parâmetros de qualidade (cor, aroma, sabor, suculência, elasticidade) que determinam a sua aceitabilidade, com a vantagem adicional de que o teor de nitritos residuais era 30% mais baixo nas salsichas elaboradas com PAW. Posteriormente, também foi demonstrado o potencial que apresentam as salmouras tratadas por PANT para a cura de lombo (Yong et al., 2017) e 'beef jerky' (Inguglia et al., 2020).

Vários autores comprovaram que a rega das sementes com PAW estimula tanto a germinação das mesmas como o seu crescimento posterior, encurtando, assim, o processo produtivo (Zhang et al., 2017; Zhou et al., 2019). Neste sentido, foi descrito que a utilização da PAW como água de rega era capaz de encurtar para metade o tempo necessário para a germinação de sementes de 'mung bean', de 72 para 36 horas, e aumentar em 6% a percentagem final de germinação (Zhou et al., 2019). De igual modo, verificou-se que quando a germinação de sementes de lentilhas era realizada em PAW se obtinham quer rebentos com um caule mais desenvolvido, quer maiores percentagens de sementes germinadas, 80% comparativamente aos 30% conseguidos ao utilizar água da rede de fornecimento (Zhang et al., 2017). Além disso, foi evidenciado que a utilização de PAW na produção de rebentos permite também reduzir a carga microbiana nos produtos finais (Zhou et al., 2019). Assim, as contagens de mesófilos totais nos rebentos produzidos com água alcançaram valores tão altos como 6,21 log ufc/g, ao passo que as dos rebentos com PAW eram aproximadamente de 1,04 log ufc/g.

De igual modo, verificou-se que a PAW é eficaz para reduzir o teor de pesticidas, tendo sido descrito que a imersão de uvas (Zheng et al., 2019) e tomates (Gracy et al., 2019) em PAW durante 10 e 15 minutos, respetivamente, conseguia diminuir significativamente a concentração de foxima (em 73,60%) e de clorpirifos (em 51,97%), sem afetar significativamente os atributos de qualidade da fruta. Embora se considere que são as ROS e RNS presentes na PAW, incluindo o ozono e o radical hidroxilo, as responsáveis pela degradação dos pesticidas, parece que a coexistência de condições ácidas (pH <3) e de oxidantes (potencial de oxidorredução > 500 mV) se torna fundamental no processo degradativo (Zheng et al., 2019).

O amido é amplamente utilizado na indústria alimentar. No entanto, a utilização do hidrato de carbono em determinadas aplicações exige uma modificação da sua estrutura nativa, o que permite melhorar as suas propriedades funcionais. Uma técnica de modificação utilizada é o tratamento do amido nativo em condições de calor e humidade. Recentemente, foi demonstrado que a substituição da água destilada por PAW durante este procedimento conduz à obtenção de um amido de milho que apresenta uma maior solubilidade e um teor mais elevado de amido resistente (Yan et al., 2020).

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