UM EXPERIMENTO RELATIVAMENTE SIMPLES E RÁPIDO DE CINÉTICA DA DESTRUIÇÃO DE LEVEDURAS PELO CALOR 1

Transcrição

1 UM EXPERIMENTO RELATIVAMENTE SIMPLES E RÁPIDO DE CINÉTICA DA DESTRUIÇÃO DE LEVEDURAS PELO CALOR 1 Walter BORZANI 2,*, Ana C.R.A. TROJANO 3, Rafael A. VILLEN2 RESUMO Descreve-se um experimento simples e rápido que permite calcular a constante de velocidade de destruição térmica de leveduras (fermento prensado) a uma temperatura na faixa de 55ºC a 60 C, e estudar a influência de fatores nessa constante. Palavras chave: Destruição térmica de leveduras. Constante de velocidade. Velocidade específica SUMMARY A RELATIVITY SIMPLE AND RAPID METHOD OF THERMAL DESTRUCTION OF YEATS CELLS. A simple and rapid method that permits to evaluate the rate constant of thermal destruction of yeast cells

2 (pressed yeast) at a temperature between 55ºC and 60ºC, and also to study the influence of experimental conditions on the above rate constant, is described. Keywords: Thermal destruction of yeasts. Rate constant. Specific rate. 1 INTRODUÇÃO O conhecimento da cinética da destruição de microrganismos pelo calor e, mais particularmente, a determinação da constante de velocidade (ou velocidade específica) de destruição térmica de células microbianas, é imprescindível quando se pretende dimensionar operações e equipamentos de esterilização [1]. A importância desse estudo, tanto no campo da Engenharia Bioquímica quanto no da Engenharia de Alimentos, é bem conhecida, dispensando qualquer comentário. A determinação da constante de velocidade de morte de microrganismos pelo calor implica na realização de experimentos relativamente demorados e bastante complexos [1;2], o que, quase sempre, inviabiliza sua execução em cursos de graduação. Conseqüentemente, os alunos, em sua grande maioria, passam pelo curso sem Ter a oportunidade de entrar em contato direto com o fenômeno, o que não é recomendável. A finalidade deste artigo é descrever um experimento relativamente simples que, em um período de 3 a 4 horas, permite verificar a aplicabilidade da equação representativa da cinética em apreço, com o conseqüente cálculo da constante

3 de velocidade, bem como estudar a influência de fatores nessa constante. 2 EQUAÇÃO FUNDAMENTAL Se em uma suspensão de um dado microrganismo em um certo meio, mantida a uma temperatura T constante e superior à temperatura mínima letal do microrganismo considerado, tivermos: X o = concentração de células vivas no instante zero; X = concentração de células vivas no instante t; a experiência mostra que: X = X 0. e -k.t (1) onde k é a constante de velocidade de destruição do microrganismo, naquele meio, à temperatura T. Sendo: C = concentração microbiana total (células vivas + células mortas); P 0 = percentagem de células vivas no instante zero; P = percentagem de células vivas no instante t; a equação (1) nos dará: P.C = P 0.C.e -kt P = P 0.e -kt (2) Esta última equação será utilizada no experimento considerado neste artigo. 3 DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO A metodologia, pormenorizadamente descrita por Stumbo [2], foi simplificada neste trabalho a fim de possibilitar a execução de experimentos em cursos de graduação. Um copo de 1000 ml, contendo 500 ml de água destilada, é mantido em um banho com temperatura controlada, de modo que a temperatura da água, no copo, permaneça constante

4 dentro da faixa de 55ºC a 60ºC. A água, no copo, deve ser cuidadosamente agitada (evitando-se a formação de respingos) a fim de assegurar a mesma temperatura em todos os pontos. Um termômetro nela mergulhado permite verificar a constância da temperatura durante o ensaio. Prepara-se, então, em frasco de Erlenmeyer de 250 ml munido de rolha, uma suspensão de fermento prensado (15 g) em água destilada (100 ml), agitando-se vigorosamente a suspensão por 10 min com o objetivo de desagregar aglomerados de células. A seguir, com auxílio de pipeta, 10 ml da suspensão de fermento são adicionados aos 500 ml de água mantida à temperatura constante previamente escolhida. Considerando os volumes da água aquecida (500 ml) e da suspensão de fermento adicionada (10 ml), a temperatura do sistema não é muito afetada, ao mesmo tempo em que se reduz consideravelmente o tempo necessário para que as células alcancem a temperatura do ensaio. Uma vez adicionada a suspensão de fermento à água aquecida, convém aguardar 10 min para assegurar mesma temperatura em todos os pontos e, com auxílio de pipeta, retira-se uma amostra de aproximadamente 2 ml que, rapidamente colocada em um tubo de ensaio, é imediatamente resfriada em banho de água e gelo. Amostras sucessivas são retiradas a intervalos de tempo de 3 a 5 min e tratadas como descrito. Cinco a oito amostras são, normalmente, suficientes. Se houver interesse em conhecer a percentagem de células vivas no fermento utilizado no ensaio, pode-se proceder do seguinte modo: 10 ml da suspensão de fermento ( 150 g.l - 1 ) são adicionados a 500 ml de água destilada, à temperatura ambiente; uma vez homogeneizada a mistura, colhe-se a amostra.

5 Determina-se, então, em cada amostra colhida, a percentagem de células vivas como descrito a seguir. Misturam-se, em um tubo de ensaio, 1,0 ml da amostra com 1,0 ml de solução de azul de metileno com a seguinte composição [3]: Azul de metileno 100 mg.l -1 KH 2 PO 4 18,2 g.l -1 Na 2 HPO 4 28,1 g.l -1 A mistura, mantida à temperatura ambiente por 20 min, é manualmente agitada algumas vezes durante esse tempo de espera. Uma gota da mistura é então levada ao microscópio (aumento de 400x) contando-se, em cinco campos escolhidos ao acaso, o número de células coloridas de azul (células mortas) e o número de células não coloridas de azul (células vivas). Essas contagens são repetidas em outras quatro gotas da mesma amostra, perfazendo assim um total de 25 campos examinados para cada amostra. Calcula-se, então, a percentagem de células vivas na amostra considerada. A Tabela 1 e a Figura 1 mostram, a título de exemplo, o resultado obtido em um experimento realizado à temperatura de 60ºC. Observa-se, na Figura 1, que, a partir de t = 10 min, a equação (3) ajusta-se bem aos pontos experimentais (r = coeficiente de correlação). ln P = 6,7497-0,2408.t P = 853,8.e -0,241.t (3) (r = -0,993) No exemplo aqui citado, k = 0,241 min -1. Tabela 1. Variação da percentagem de células vivas (P) com o tempo de ensaio (t). t (min) P(%)

6 0 98,0 5 93, , ,4 20 8,9 25 1,8 t = 0 corresponde ao instante em que a suspensão de fermento foi adicionada à água mantida a 60ºC. FIGURA 1. Variação da percentagem de células vivas de levedura (P) em função do tempo (t), a temperatura de 60ºC. O trecho pontilhado da curva da Figura 1 mostra a variação de P nos primeiros 10 min contados a partir do instante em

7 que a suspensão de fermento foi adicionada á água mantida a 60ºC. A mesma partida de fermento prensado, guardado em frasco hermeticamente fechado e em geladeira (5 a 6ºC), por períodos de 3 dias e 10 dias, conduziu aos resultados indicados pelas equações (4) e (5), respectivamente, a partir do instante t = 10 min de tratamento térmico. ln P = 6,0110-0,1486. t P = 407,9.e -0,149.t (4) (r = -0,979) ln P = 5,6577-0,1074. t P = 286,5.e -0,107 t (5) (r = -0,980) As equações (3) a (5) mostram, por exemplo, uma acentuada influência do tempo de armazenamento do fermento na constante de velocidade de destruição do microrganismo (ver Figura 2). FIGURA 2. Influência do tempo de armazenamento (t) do fermento prensado, em geladeira, na constante de velocidade de destruição térmica da levedura a 60ºC (k). Para fins didáticos, ensaios poderão ser realizados, por exemplo, ou a temperaturas diferentes, ou utilizando-se diferentes partidas de fermento prensado ou, ainda, substituindo-se a água destilada por soluções conhecidas.

8 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AIBA, S.; HUMPHREY, A.E.; MILLIS, N.F. Biochemical Engineering. University of Tokyo Press. Tokyo STUMBO, C.R. Thermobacteriology in Food Processing. Academic Press. New York VAIRO, M.L.R. Methylene Blue Solutions for Staining Dead Yeast Cells. Stain Technology, v. 36, n. 5, p , Recebido para publicação em 07/07/98. Aceito para publicação em 22/12/98. 2 Departamento de Engenharia Química e de Alimentos da Escola de Engenharia Mauá, Estrada das Lágrimas 2035, , São Caetano do Sul, SP. 3 Departamento de Engenharia Química e de Alimentos da Escola de Engenharia Mauá. * A quem a correspondência deve ser endereçada.