Effects of high hydrostatic pressure on yogurt production

Abstract

Este trabalho teve como objetivo o estudo da aplicação da tecnologia de Alta Pressão ao processo de produção do iogurte. Para isso, a fermentação foi realizada sob diferentes condições de pressão, utilizando iogurte natural como inóculo. A monitorização deste processo foi realizada recorrendo à análise de diversos parâmetros físico-químicos (acidez titulável, pH, concentração de açúcares redutores e outros mais específicos, como concentração de D-glucose, ácidos L- e D-láctico, acetaldeído e etanol). Também foi realizada uma análise microbiológica a Streptococcus thermophilus e Lactobacillus bulgaricus (bactérias fermentativas do inóculo utilizado) de modo a inferir a sua viabilidade durante as fermentações testadas. Pela análise físico-química, conclui-se que o aumento da pressão influencia negativamente a velocidade fermentativa, sendo que sob 100 MPa o processo fermentativo é completamente inibido. Foi também realizada uma análise cinética, onde foi verificado que a acidez titulável era o parâmetro menos afetado pelo aumento da pressão. Adicionalmente, foram realizadas fermentações à pressão atmosférica com pré-tratamentos variáveis de pressão (50 MPa ou 100 MPa durante 90 ou 180 minutos). Em todos os pré-tratamentos testados não houve fermentação, mas depois, a fermentação começa à pressão atmosférica, sendo que a sua velocidade depende das condições do pré-tratamento utilizado (pressão/tempo). No pré-tratamento de 100 MPa durante 90 minutos houve um aumento considerável da velocidade fermentativa, sendo mais rápida que a fermentação sem pré-tratamento, enquanto que com um pré-tratamento mais longo, a velocidade fermentativa diminui. Pela análise da concentração de D-glucose, verifica-se que quando não há fermentação, há uma maior concentração de D-glucose no meio, o que pode ser explicado pela hidrólise da lactose presente no leite. A concentração dos dois isómeros de ácido láctico está de acordo com os resultados obtidos para a acidez titulável (aumenta com o tempo de fermentação), e adicionalmente verifica-se que no iogurte, o isómero L- está em maior quantidade do que o isómero D-. O acetaldeído está presente numa baixa concentração no iogurte e a sua produção também é inibida com o aumento da pressão, tal como acontece com outros produtos da fermentação. Quanto ao etanol, não foi possível quantificar pelo método utilizado. Com a análise microbiológica realizada verificou-se que o aumento da pressão inibe o crescimento das bactérias fermentativas. Para além disso, verificou-se que S. thermophilus é mais resistente à pressão do que L. bulgaricus e está presente em maiores quantidades no iogurte.

The purpose of this work was the study of high pressure technology application on set yogurt’s production process. For that, the fermentation process was performed under different pressure conditions, using set yogurt as inoculum. In order to monitor product formation and substrate consumption over the fermentation time, analyses were performed for several physicochemical parameters (titratable acidity, pH variation, reducing sugars concentration and parameters more specific as D-glucose, L- and D-lactic acids, acetaldehyde and ethanol concentrations). A microbiological analysis to Streptococcus thermophilus and Lactobacillus bulgaricus (starter cultures of set yogurt) was also performed in order to evaluate its viability during fermentation under the pressure conditions tested. By analyzing general physicochemical parameters, it was possible to conclude that increasing fermentation pressure influences negatively the fermentation rate and with pressures around 100 MPa, the fermentative process was totally inhibited. Through a kinetic analysis, it was verified that titratable acidity was the parameter lesser affected by increasing fermentation pressure. In addition, fermentation at atmospheric pressure with variable pressure pre-treatments (50 or 100 MPa for 90 or 180 minutes) was performed. In all pre-treatments tested in this work, there was no fermentation during pre-treatment, but at atmospheric pressure the fermentation occurs and its rate depends of pre-treatment conditions (pressure and time). With a pre-treatment of 100 MPa for 90 minutes there has a significant increase of fermentative rate, became faster than fermentation without pre-treatment, but when the pre-treatment time increases, the fermentation rate also increases. With D-glucose concentration analysis, it was verified that when fermentation stops, D-glucose concentration increases, which can be explained by milk’s lactose hydrolysis. Lactic acid isomers concentration are in accordance to titratable acidity results obtained (increasing over fermentation time) and it was verified that L-lactic acid is present in higher amount than D- isomer. Acetaldehyde was present in small amounts in yogurt and its production was inhibited with the increasing pressure, as the others fermentation products analyzed. In what regards to ethanol production, it was not possible to quantify by the analytical method applied. The microbiological analysis indicated that increasing pressure inhibits starters’ growth. S. thermophilus was more resistant to pressure than L. bulgaricus and the former one was present in a higher amount in yogurt.