Evaluation of hyperbaric storage effect on Bacillus subtilis and Alicyclobacillus acidoterrestris endosporesre

Abstract

Pretendeu-se, com este trabalho, avaliar o efeito de uma nova metodologia de conservação alimentar, designada armazenamento hiperbárico (AH), à temperatura ambiente variável (≈ 18-23 °C, AH/TA) como possível alternativa aos convencionais processos de refrigeração (RF), em estruturas de resistência bacteriana, nomeadamente endósporos de Bacillus subtilis e Alicyclobacillus acidoterrestris. Os endósporos de B. subtilis foram inoculados em sumo de cenoura (alimento perecível) enquanto os endósporos de A. acidoterrestris foram inoculados em sumo de maçã comercial. As amostras foram armazenadas à pressão atmosférica (PA) e TA variável (≈ 18-23 °C, PA/TA), RF (≈ 4 °C, PA/RF e sob AH/TA (25, 50 e 100 MPa), até 60 dias. Adicionalmente, inocularam-se esporos de B. subtilis em duas matrizes nutricionalmente distintas (tampão McIlvaine e meio de cultura líquido, BHI-broth, a pH 6.00) a fim de averiguar se a composição da matriz de inoculação poderia influenciar o comportamento dos esporos em condições de AH/TA (50 e 100 MPa). A composição da matriz de inoculação provou influenciar o comportamento dos endósporos de B. subtilis em condições de AH/TA. Em tampão McIlvaine, os endósporos não germinaram nem se desenvolveram em condições de PA/TA e PA/RF devido à carência de nutrientes, verificando-se o mesmo a AH/TA a 50 MPa. No entanto, uma pressão de armazenamento de 100 MPa resultou na redução da carga microbiana total e de esporos. O sumo de cenoura armazenado a 50 e 100 MPa, sofreu uma redução da carga microbiana total (vegetativos e esporos) de ≈ 5.4 unidades logarítmicas e abaixo do limite de quantificação (2.00 log CFU/mL), respetivamente, ao sexagésimo dia de AH/TA, permitindo aumentar o prazo de validade quando comparado com o armazenamento à AP/TA e AP/RF, em que os esporos germinaram e se desenvolveram ao final de 9 e 60 dias, respectivamente, enquanto o AH/TA a 25 MPa despoletou a germinação e desenvolvimento dos esporos logo no primeiro dia de armazenamento, resultando na deterioração do sumo. Quando inoculados em BHI-broth, os esporos germinaram e desenvolveram-se à PA/RT e PA/RF ao final de 1 e 9 dias, respetivamente, enquanto sob pressão (50 e 100 MPa) se verificou uma redução da carga microbiana total de ≈ 5.1 unidades logarítmicas e abaixo do limite de quantificação, respetivamente. Os esporos de A. acidoterrestris em sumo de maçã foram inativados em todas as condições de AH/TA, especialmente a 50 e a 100 MPa (em que e atingiu o limite de deteção, 1.00 log CFU/mL, ao fim de 2 e 30 dias de armazenamento, respetivamente). A 25 MPa, a carga microbiana total também diminuiu, contrariamente ao observado no sumo de cenoura, possivelmente devido à acidez da matriz. Estes resultados indicam que o AH/TA é uma alternativa potencial aos processos convencionais de PA/RF relativamente ao controlo da presença de esporos nos produtos alimentares.

This work aimed to evaluate the effect of a new preservation methodology, known as hyperbaric storage (HS) at variable/uncontrolled room temperature (≈ 18-23 ºC, HS/RT) as a possible alternative to the conventional refrigeration (RF), in bacterial resistance structures, namely endospores, of Bacillus subtilis and Alicyclobacillus acidoterrestris. The B. subtilis endospores were inoculated in carrot juice (highly perishable food product), while A. acidoterrestris endospores were inoculated in commercial apple juice. Then, samples were stored at atmospheric pressure (AP) at variable RT (≈ 18-23 ºC, AP/RT), RF (≈ 4 ºC, AP/RF) and under HS/RT (25, 50 and 100 MPa) up to 60 days. Moreover, B. subtilis endospores were also inoculated in two nutritionally distinct matrices (McIlvaine buffer and brain-heart infusion broth, BHI-broth, at pH 6.00) to ascertain if the composition of the inoculation matrix could influence the endospore behaviour at HS/RT conditions (50 and 100 MPa). The matrix composition has proved to influence the B. subtilis endospores behaviour under HS/RT conditions. In McIlvaine buffer, the endospores did not undergo germination and outgrowth at both AP/RT and AP/RF storage conditions, due to the absence of nutrients, similarly to HS/RT at 50 MPa. A storage pressure of 100 MPa yielded total microbial and endospore loads reductions. The carrot juice kept at 50 and 100 MPa underwent total microbial load (vegetatives and endospores) reductions along storage, being reduced ≈ 5.4 log units and to the quantification limit (2.00 log CFU/mL), respectively, at the 60th day of HS/RT, allowing a shelf-life extension when compared with AP/RT and AP/RF storage, wherein endospores germinated and outgrowth after 9 and 60 days of storage, respectively, while HS/RT at 25 MPa quickly triggered endospore germination and outgrowth right on the first day of storage, thus yielding juice spoilage. While inoculated in BHI-broth, the endospores germinated and outgrew at AP/RT and AP/RF conditions right after 1 and 9 days, respectively, while HS/RT at 50 and 100 MPa resulted in total microbial loads reductions of ≈ 5.1 log units and to the quantification limit, respectively. The A. acidoterrestris endospores in commercial apple juice faced a sharp total microbial load reduction at 100 MPa (below the detection limit, 1.00 log CFU/mL) after 2 days of storage, while at 50 MPa the detection limit was reached by the thirtieth day of HS/RT. A storage pressure of 25 MPa was also feasible to preserve apple juice, contrarily to the carrot juice, probably due to the acidity hurdle of the matrix. These results hint HS/RT as a possible preservation procedure, and a potential replacement of the conventional AP/RF processes, regarding the presence of endospores on food products.