Effect of high pressure processing to extend the shelf life of a functional acorn beverage

Abstract

The consumption of plant-based beverages can be an excellent way to increase the intake of bioactive compounds promoting consumers’ health. However, unprocessed plant-based beverages have a short shelf life and thermal treatments are usually required, affecting the overall quality of the beverages. High pressure processing (HPP) may be a solution since it has been recognized for retaining nutritional and sensorial quality of fresh foods. The acorn is very abundant in Portugal but still is sub-valorised to the point of staying in the field without any use, despite its high nutritional value, phytochemical compounds, antioxidant, anticarcinogenic, and cardioprotective properties. This work aimed to develop a functional acorn beverage, free of gluten and lactose. Thereafter, the impact of HPP (450 and 600 MPa for 5, 12.5, and 20 min) and conventional thermal processing (85 ºC for 30 min) on the microbiological safety (Enterobacteriaceae, mesophiles, psychrophiles, molds and yeasts, Staphylococcus and lactic bacteria) and physical-chemical characteristics (pH, colour, antioxidant activity, and food compounds) was assessed. The initial acorn leaching reduces in 42.5 % the content of hydrolysable tannins, which are responsible for the undesirable astringency. The pressurized samples maintained microbiological stability over ten weeks of analysis, which was not verified for untreated samples. Moreover, HPP at 450 MPa/5 min was enough to inactivate B. cereus, E. coli and P. aeruginosa. The HPP better preserved the colour (lower ΔE*), but the pH increased after both treatments (from 5.1 to 5.9 and 6.2, for thermal processed and pressurized samples). The degree brix is very low in all samples (0.1 – 1.6 %), with higher values in the thermal processed samples. Total phenolics as well as antioxidant activity (ABTS, DPPH, and ORAC) were similar among the different treatments being gallic acid the main phenolic compound found in this beverage. The total carbohydrates, lipids, and protein contents were similar between the different treatments, as well as the lipid fraction, that shows elevated values of both MUFA and PUFA, namely nutritionally relevant fatty acids like oleic, linoleic, and linolenic. The lipid fraction also reveals low thrombogenicity and atherogenicity indices. This beverage is source of amino acids once it contains all the essential amino acids determinate. Regarding mineral content, potassium was the principal compound quantified but other minerals were found in minor amounts. The absence of 5-hydroxymethylfurfural was confirmed in both treatments. In the sensory analysis performed, the consumers preferred the pressurized treated sample. With this study some tests were performed in order to proceed with the development of a functional beverage with this fruit that is a surplus in Portugal and around the world.

O consumo de bebidas vegetais pode ser uma excelente forma de aumentar a ingestão de compostos bioativos que promovem a saúde. No entanto, as bebidas vegetais não processadas têm um tempo de prateleira curto e geralmente são necessários tratamentos térmicos, afetando a sua qualidade. O processamento por alta pressão (HPP) pode ser uma solução, pois tem sido reconhecido por manter a qualidade nutricional e sensorial de alimentos frescos. A bolota é muito abundante em Portugal, mas ainda é subvalorizada, a ponto de permanecer no campo sem utilidade, apesar de seu elevado valor nutricional, compostos fitoquímicos, propriedades antioxidantes, anticarcinogénicas, e cardioprotetoras. Assim, este trabalho teve como objetivo desenvolver uma bebida funcional de bolota, isenta de glúten e lactose. O impacto do HPP (450 e 600 MPa por 5, 12.5, e 20 min) e do processamento térmico convencional (85 ºC por 30 min) na segurança microbiológica (mesófilos, psicrófilos, bolores e leveduras, Enterobacteriaceae, Staphylococcus, e bactérias lácticas) e características físico-químicas (pH, cor, atividade antioxidante, e compostos antioxidantes) foi avaliado. A lixiviação inicial da bolota reduziu em 42.5 % o teor de taninos hidrolisáveis, responsáveis pela adstringência indesejável. As amostras pressurizadas mantiveram a estabilidade microbiológica ao longo de dez semanas de análise, o que não se verificou para amostras não tratadas. Além disso, o HPP a 450 MPa por 5 min foi suficiente para inativar B. cereus, E. coli, e P. aeruginosa. O HPP preservou melhor a cor (ΔE* menor), mas o pH aumentou após ambos os tratamentos (de 5.1 para 5.9 e 6.2, em amostras processadas termicamente e pressurizadas, respetivamente). O grau brix foi muito baixo em todas as amostras (0,1 – 1,6 %), mas com valores mais altos nas processadas termicamente. Os fenólicos totais e a atividade antioxidante (ABTS, DPPH, e ORAC) foram semelhantes entre os diferentes tratamentos, sendo o ácido gálico o principal composto fenólico detetado. O conteúdo total em hidratos de carbono, lípidos, e proteínas foi semelhante, bem como a fração lipídica, que mostrou elevados valores de MUFA e PUFA, ácidos gordos nutricionalmente relevantes, como oleico, linoleico e linolénico. A fração lipídica revelou também baixos índices de trombogenicidade e aterogenicidade. Esta bebida é fonte de aminoácidos, uma vez que contém todos os aminoácidos essenciais determinados. Em relação ao conteúdo em minerais, o potássio foi o principal composto quantificado, mas outros foram encontrados em menores quantidades. A ausência de 5-hidroximetilfurfural foi confirmada em ambos os tratamentos. Na análise sensorial realizada, os consumidores preferiram a amostra pressurizada. Com este estudo foram realizados alguns ensaios a fim de prosseguir com o desenvolvimento de uma bebida funcional com este fruto que é um excedente em Portugal e no mundo.