Effect of high pressure on probiotic yogurt production

Abstract

O principal objetivo deste trabalho incide na análise do efeito da alta pressão nas bactérias ácido láticas e probióticas, durante o processo fermentativo de produção de iogurte. Nesse sentido, diversas combinações de pressão/tempo foram testadas e vários parâmetros físico-químicos e microbiológicos foram avaliados. De modo a monitorizar a fermentação lática, mediu-se o pH, a acidez titulável e a concentração de açúcares redutores. Para além disso, efetuou-se ainda a quantificação de D-glucose, L- e D-ácido lático, acetaldeído e etanol na amostra. Por fim, os microrganismos relevantes neste produto (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus e Bifidobacterium lactis) foram também quantificados. Numa fase inicial, concluiu-se que os parâmetros de monitorização da fermentação eram claramente afetados pela pressão. Com o aumento da pressão, verificou-se uma menor variação do pH, da acidez titulável e da concentração de açúcares redutores ao longo do tempo, mostrando que a alta pressão reduz a velocidade da fermentação lática, aumentando o tempo de fermentação. A 5 MPa foi ainda possível atingir o pH requerido para que o produto seja classificado como iogurte; por outro lado, a 100 MPa o processo fermentativo não ocorreu. Adicionalmente, algumas amostras foram submetidas a um pré-tratamento sob alta pressão, previamente à fermentação a 0.1 MPa. Os resultados mostram que as bactérias starter não sofreram danos irreversíveis durante o pré-tratamento, uma vez que, posteriormente, estas recuperaram a sua atividade fermentativa. Observou-se que, nas amostras expostas a 100 MPa, a concentração de D-glucose aumentou ao longo do tempo, possivelmente indicando que nestas condições as células expelem D-glucose. Relativamente aos isómeros de ácido lático, verificou-se que, para todas as condições testadas, as amostras apresentavam uma concentração de L-ácido lático superior à do isómero D-. De um modo geral, a concentração de acetaldeído mostrou tendência para aumentar ao longo do tempo de fermentação, atingindo valores de concentração superiores no caso das amostras a 5 MPa. Verificou-se ainda que, quer à pressão atmosférica quer sobre alta pressão, não ocorreu produção significativa de etanol durante a fermentação do iogurte. No que diz respeito à análise microbiológica, concluiuse que a pressão inibiu o crescimento (e causou destruição celular, em alguns casos) dos três microrganismos estudados. Verificou-se que a S. thermophilus corresponde à bactéria com maior resistência à pressão, enquanto a L. bulgaricus é a mais sensível. A B. lactis mostrou capacidade para crescer a 5 MPa, mas sofreu 2 reduções logarítmicas quando exposta a 100 MPa.

The main goal of this work corresponds to the analysis of the effect of high pressure in lactic acid and probiotic bacteria, during yogurt production. To that purpose, different combinations of pressure/time were tested and several physicochemical and microbiological parameters were evaluated. To monitor lactic acid fermentation, pH, titratable acidity and concentration of reducing sugars were measured. In addition, the quantification of D-glucose, L- and Dlactic acid, acetaldehyde and ethanol was also performed, to better understand the implications of high pressure in some biochemical and nutritional yogurt properties. At last, it was also important to evaluate some microbiological parameters, in this case the microbial counts of Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus and Bifidobacterium lactis. Firstly, it was observed that the fermentation monitoring parameters were clearly affected by pressure. With the increasing pressure it was observed a lower variation in pH, titratable acidity and reducing sugars concentration over time, indicating that pressure reduces the lactic acid fermentation rate (and increases the fermentation time). At 5 MPa it was still possible to achieve the pH required to obtain yogurt, while at 100 MPa the fermentation process was ceased. Additionally, some samples were subjected to a high pressure pre-treatment (previously to fermentation at atmospheric pressure) and the results showed that the fermentative cells have not suffered severe damage during the pretreatment, since after that, at atmospheric pressure, its metabolic activity was recovered. It was observed that D-glucose concentration increased over time in samples subjected to 100 MPa, showing that cells are expelling D-glucose (formed by lactose hydrolysis, intracellularly) to the extracellular medium. Relatively to lactic acid isomers it was concluded that, to all different tested pressure conditions, the yogurt samples had a higher concentration of L-lactic acid relatively to the D-isomer. Acetaldehyde content tended to increase over the fermentation time in all evaluated samples, but with a higher rate at 5 MPa. Furthermore, it was verified that there was no ethanol production during yogurt fermentation, neither at atmospheric pressure, nor under high pressure. In the case of microbiological analysis, it was concluded that high pressure inhibited the growth (and caused destruction, in some cases) of all three evaluated microorganisms. It was observed that S. thermophilus corresponds to the most pressure resistant, while in contrast L. bulgaricus is the most pressure sensitive bacteria. B. lactis was capable to grow under 5 MPa, but it was observed a 2 logarithmic reduction at 100 MPa.