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Aug 30, 2023

Estudio piloto sobre el uso de plasma atmosférico frío para la conservación del pan

Informes científicos volumen 12,

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 22003 (2022) Citar este artículo

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El plasma atmosférico frío (CAP) se utiliza como una tecnología emergente para la conservación de alimentos. En este estudio, el tratamiento CAP se ha aplicado a productos de panadería por primera vez. El objetivo del trabajo fue investigar el efecto del uso de CAP sobre la cantidad de microorganismos durante el almacenamiento del pan. Las propiedades fisicoquímicas básicas y la textura del pan se determinaron durante el almacenamiento de 0, 3 y 6 días. El material de estudio incluyó pan sin gluten y mixto de trigo y centeno tratados con CAP durante 2 y 10 min. Los resultados mostraron que no se encontraron bacterias mesófilas u hongos después de diez minutos de exposición del pan a CAP. Además, solo 2 minutos de esterilización no térmica dieron como resultado una inhibición completa del crecimiento de levaduras y mohos en el pan sin gluten y de trigo y centeno. Se notó una disminución en el crecimiento microbiano en el pan; sin embargo, se observó una disminución simultánea en el contenido de humedad del pan. Tras la aplicación de plasma durante 2 o 10 min, tanto el pan sin gluten como el mixto de trigo y centeno se caracterizaron por una reducción de la humedad, lo que también se tradujo en un aumento significativo de la dureza y un ligero aumento de la elasticidad del pan. El uso de CAP en el almacenamiento de pan es prometedor; sin embargo, es necesario seguir estudiando el efecto de este tratamiento en pan con mejoradores, especialmente con hidrocoloides y fibras.

La tecnología emergente de plasma frío (CP) se utiliza cada vez más en la industria alimentaria, por ejemplo, como una herramienta alternativa para la descontaminación de alimentos y la prolongación de la vida útil1,2,3,4. El plasma frío se genera como resultado de la ionización no térmica del gas en electrones libres, iones, formas atómicas y moleculares reactivas y radiación ultravioleta (UV). Puede usarse para alterar la superficie de productos alimenticios sólidos y líquidos y tiene muchas ventajas sobre el tratamiento térmico tradicional. Parece que el plasma frío tiene un efecto limitado sobre las propiedades sensoriales y de color a menor potencia y tiempo de procesamiento. A una mayor intensidad y un tiempo de tratamiento de plasma frío más prolongado, pueden ocurrir cambios en la estructura de los carbohidratos, es decir, entrecruzamiento y glicosilación, cambios en la estructura secundaria de las proteínas y oxidación de los lípidos5. Por lo tanto, es necesaria la investigación sobre la selección de parámetros para diversos productos alimenticios.

Se han realizado algunos intentos utilizando diferentes productos alimenticios, pero el pan nunca se ha tratado con CP antes del almacenamiento. El pan es uno de los alimentos más básicos del mundo; por lo tanto, los científicos están muy interesados ​​en mejorar su calidad. La mejora de los parámetros tecnológicos debe estar dirigida a la extensión de su vida útil. Muchos científicos se centran en retrasar el envejecimiento del pan mediante diversos aditivos. El rancio del pan es causado por la retrogradación de la amilopectina y la redistribución del agua entre diferentes polímeros. Las proteínas no amiláceas y los polisacáridos también juegan un papel en este proceso6. Además de la ranciedad, los productos de panadería pierden calidad debido al crecimiento de moho y otros microorganismos7.

Todos estos cambios que se producen durante el almacenamiento repercuten en el aumento de la cantidad de residuos a nivel mundial6; por lo tanto, se debe prestar más atención a extender la vida útil del pan. Se han realizado estudios para inhibir el crecimiento de moho con el uso de envases de atmósfera modificada que involucran aceite esencial de mostaza volátil. Esta tecnología se basa en el uso de CO2 balanceado con N2 y O28 residual. Otros estudios han probado un material de embalaje activo, es decir, una película multicapa que contiene aceite esencial de anís estrellado y una capa de tiol con propiedades repelentes de insectos y antimicrobianas. La película inhibió eficazmente el crecimiento de microorganismos en la superficie del pan9. Otros autores han indicado que el etanol se puede utilizar para ralentizar o evitar el deterioro por hongos. Las técnicas que utilizaron esta sustancia fueron efectivas para retrasar el crecimiento de C. sitophila y H. burtonia10.

Constantemente se buscan métodos más eficientes en términos de prolongar la vida útil del pan. Nuestra propuesta innovadora es el uso de plasma frío. Es una tecnología emergente en la conservación no térmica de alimentos. El plasma frío es una materia energizada eléctricamente que consta de especies altamente reactivas, que contiene moléculas cargadas y gas con partículas diminutas en forma de iones negativos y positivos, electrones de fotones y radicales libres a temperatura ambiente. En los últimos años se ha observado un aumento en el tratamiento de alimentos a base de plasma utilizado para la inactivación de patógenos transmitidos por los alimentos. El presente estudio muestra la actividad de los agentes plasmáticos sobre la población microbiana, el saneamiento superficial de las materias primas en el procesamiento de alimentos y las futuras novedades en la tecnología alimentaria11,12,13. Existen reportes sobre la aplicación de plasma no térmico para bebidas como jugos frescos y vino13,14,15,16,17,18,19,20.

El tratamiento con plasma frío se ha estudiado como un método no térmico para inhibir Penicillium italicum y mejorar el almacenamiento de las mandarinas. Estos resultados demostraron el potencial del uso del tratamiento con plasma frío como tecnología poscosecha para conservar las mandarinas y aumentar el contenido fenólico total y los efectos antioxidantes de las cáscaras de mandarina21. Otros autores han estudiado los efectos de un sistema de higienización microbiana que integra el lavado con soluciones antibacterianas y el tratamiento con plasma frío de descarga de barrera dieléctrica atmosférica (ADCP) en la conservación de mandarinas. Los resultados del estudio demostraron el potencial de este tratamiento para mejorar la capacidad de almacenamiento de las mandarinas en envases de plástico al inhibir el crecimiento de P. digitatum en la fruta y minimizar los cambios en la calidad de la fruta durante el almacenamiento22. El tratamiento con plasma frío se ha aplicado para inhibir los patógenos transmitidos por los alimentos y prolongar la vida útil de las hojas de rúcula23 y la lechuga fresca24. En este último caso, los autores confirmaron el efecto bacteriostático contra el crecimiento de E. coli y demostraron el potencial para mejorar la seguridad microbiológica de los vegetales sin pérdida de propiedades fisicoquímicas o sensoriales25. En otros estudios, los autores determinaron26,27 la eficacia del plasma frío atmosférico en la reducción de posibles contaminantes microbiológicos de los granos de trigo. El objetivo de otros estudios fue determinar el efecto del uso de plasma frío sobre las propiedades funcionales de las materias primas de cereales, incluida la harina de trigo28,29,30 o el almidón de arroz31.

La industria de la panadería genera grandes cantidades de desperdicios de alimentos debido al tiempo de caducidad relativamente corto de los productos de panadería, especialmente aquellos sin agentes químicos artificiales agregados. Hasta donde sabemos, el impacto del plasma frío a presión atmosférica en el pan no ha sido bien investigado hasta el momento. Por lo tanto, este es un estudio pionero en el campo de los productos de panadería y el primer intento de determinar el efecto del uso de plasma frío en los microbios presentes en el pan almacenado. Además, se determinaron las propiedades fisicoquímicas básicas, la estructura morfológica y la textura del pan durante el almacenamiento después del tratamiento con plasma. Se seleccionó pan mixto de trigo y centeno y pan sin gluten con diferentes propiedades físicas y sensoriales para confirmar la posible aplicación de tecnologías basadas en plasma en la industria de la panadería a mayor escala.

El pan sin gluten se preparó a partir de harinas de maíz y arroz. La harina de maíz (Melvit, Varsovia, Polonia) se caracterizó por los siguientes contenidos de nutrientes: 83,8 ± 3,1 % de carbohidratos, 7,1 ± 0,2 % de proteínas, 0,49 ± 0,03 % de cenizas y 2,1 ± 0,1 % de grasas. La harina de arroz (Melvit, Varsovia, Polonia) contenía 78,9 ± 2,7 % de carbohidratos, 7,2 ± 0,3 % de proteínas, 0,31 ± 0,01 % de cenizas y 0,8 ± 0,03 % de grasas.

Las materias primas básicas para la elaboración del pan mixto de trigo y centeno fueron harina de trigo blanco (Polskie Młyny, Varsovia, Polonia) con 72,4 ± 3,1 % de carbohidratos, 11,5 ± 0,5 % de proteínas, 0,69 ± 0,01 % de cenizas y 2,3 ± 0,1% de grasa. Además de los ingredientes básicos, se añadieron a la receta levadura seca instantánea (Instaferm, Lallemand Iberia) y sal.

El proceso de laboratorio de horneado de pan sin gluten se realizó según Zdybel et al.32 y Ziemichód et al.33 utilizando un método de una sola fase. La receta consistía en partes iguales de arroz y harina de maíz (50:50%). La harina y todos los demás ingredientes, es decir, levadura (1 %) y sal (2 %), se mezclaron (5 min) con agua (100 %) y la masa se transfirió a moldes para la fermentación (30 °C, 40 min) en un gabinete de fermentación (Sadkiewicz Instruments, Bydgoszcz, Polonia). El pan se horneó (230 °C, 40 min) en el horno de laboratorio (Sadkiewicz Instruments, Bydgoszcz, Polonia).

El horneado de pan mixto de trigo y centeno se realizó de acuerdo con un método de masa simple descrito por Różyło et al.34 y Zdybel et al.32. La receta consistía en partes iguales de harina de trigo y centeno (50:50 %), levadura (1 %), sal (2 %) y agua (55 %). Todos los ingredientes se mezclaron (5 min) y se fermentaron (30 °C, 60 min) con un amasado de 1 min a la mitad del tiempo. Después del proceso de fermentación, la masa fue moldeada, probada (30 °C, 60 min) y horneada (230 °C, 30 min). El horneado se realizó por triplicado. Después de hornear, el pan se enfrió durante 1 h, se trató con plasma atmosférico frío y se almacenó.

Se aplicó un reactor de descarga de arco deslizante (GAD) de dos electrodos que opera a presión atmosférica para el tratamiento de las muestras de pan. Los electrodos estaban hechos de alambres de cobre perfilados, de 1,5 mm de diámetro y 100 mm de largo, con un ángulo de 12 grados entre ellos. La descarga apareció en la distancia más corta entre los electrodos (3 mm), y luego se movió a lo largo de los electrodos como resultado del flujo de gas forzado. El caudal del gas nitrógeno (pureza 6,0, Linde Gas Polonia) se ajustó mediante un controlador de flujo de gas (Automation Factory "ROTAMETR", Gliwice, Polonia) a 440 l/h. Para evitar la dispersión del gas, se utilizó un tubo de vidrio de 50 mm de diámetro (Fig. 1A). La fuente de alimentación se basó en un transformador electrónico de alto voltaje con la frecuencia principal de 50 Hz. El convertidor de la fuente de alimentación proporcionó una serie de micropulsos irregulares de alta tensión con una frecuencia de 20 kHz durante 10 ms, gracias a los cuales el transformador trabajó en estado de corte durante otros 10 ms. Durante el tratamiento, el reactor fue alimentado con una tensión RMS (root-mean-square) de 680 V (tensión de pico de 3,7 kV) y una potencia aparente de 40 VA. Las muestras de pan se cortaron en cubos de 15 × 15 × 15 mm y se colocaron en el recipiente de vidrio de lote abierto poco profundo ubicado debajo de la salida de gas del reactor GAD a una distancia vertical de 1 cm entre la superficie de la muestra y la punta del electrodo. La fotografía y el esquema de la configuración se presentan en la Fig. 1. Después de una exposición al plasma de 2 min y 10 min, se midió la temperatura de las muestras utilizando un medidor de temperatura DT-847U con termopar tipo K (Yu Ching Technology Co. , Ltd., Taipéi, Taiwán).

Montaje experimental (A esquema, B fotografía).

Los resultados de estudios previos realizados con el uso de espectroscopía de emisión óptica integrada en el tiempo confirmaron la naturaleza de no equilibrio de la descarga, donde la temperatura vibratoria (de 3500 a 5500 K dependiendo de la posición del arco) era mucho más alta que la temperatura rotacional (de 1200 a 2200 K)35. Debido al efecto de posluminiscencia, la temperatura media del gas a la distancia de tratamiento fue relativamente baja y no superó los 38 °C. Cuando se opera en un entorno de aire ambiente, el reactor permite generar compuestos de oxígeno y nitrógeno con relativa rapidez, con una concentración mucho mayor de compuestos de nitrógeno36.

En el caso del tratamiento con plasma del pan, las concentraciones máximas de especies seleccionadas alcanzadas después del tratamiento de 10 min fueron las siguientes: NO—390 ppm, NO2—20 ppm, CO—68 ppm y O3—0.04 ppm. Las especies de nitrógeno y el monóxido de carbono se midieron con MX6 iBrid (Industrial Scientific Corporation. Pittsburgh, PA, EE. UU.) y la concentración de ozono se controló con Eco Sensors A-21ZX (Eco Sensors, Newark, CA, EE. UU.).

Todos los análisis fisicoquímicos del pan se realizaron después de 0, 3 y 6 días de almacenamiento. El contenido de proteínas se determinó usando un aparato Kjeltec (TM8400, Foss, Victoria, AUS) y el software ASN 3100. La destilación se realizó en un analizador automático Kjeltec Auto (Tecator). En el procedimiento Kjeldahl37, después de la digestión en ácido sulfúrico concentrado, el nitrógeno orgánico total se convierte en sulfato de amonio. El amoníaco se forma y se destila en una solución de ácido bórico en condiciones alcalinas. Los aniones de borato formados se valoraron con ácido clorhídrico estandarizado, a partir del cual se calculó el contenido de nitrógeno. El contenido de proteína se calculó a partir del contenido de nitrógeno utilizando el factor de conversión N × 5,7.

La grasa total se determinó utilizando un aparato Soxtec (Foss Analytical Solutions Pty. Ltd., Victoria, AUS). La muestra se colocó en un dedal poroso y se extrajo en éter de petróleo durante 60 min dentro de latas de extracción individuales (AN 310 Soxtec TM 8000 de Grasa Cruda usando Sistema de Extracción). Luego, se colocó en un secador de laboratorio durante 30 min a 105 °C para eliminar (vaporizar) cualquier solvente residual. La variación en el peso de la muestra antes y después de la extracción se utilizó para calcular el contenido de grasa cruda expresado como porcentaje del peso seco. El contenido de humedad del pan se determinó con el análisis ICC del método del contenido de proteínas (1996).

Todos los análisis fisicoquímicos se realizaron por triplicado.

Los parámetros de textura de la miga de pan se determinaron mediante la prueba TPA, con doble compresión de la muestra de pan a una distancia del 50% y una velocidad de 1 mm s−1 (ZWICK Z020/TN2S)32. La dureza y la elasticidad38 se evaluaron durante las mediciones. Las medidas de textura de la parte central de las muestras de miga de pan se realizaron en 6 repeticiones.

Las muestras de pan sin gluten y de pan de trigo y centeno tratadas con plasma atmosférico frío y de control se analizaron para determinar el número total de bacterias mesófilas y el recuento total de levaduras y mohos. Todos los análisis microbiológicos de los materiales ensayados se realizaron los días de almacenamiento 0, 3 y 6 (18 a 20 °C, 75 % de humedad). Las muestras de pan se prepararon agitando en solución salina durante 15 min. en INFORS HT Minitron (INFORS AG CH-4103, Bottmingen, Suiza) a 30 °C y 200 rpm. A continuación, se prepararon asépticamente diluciones en serie de diez veces transfiriendo 1 ml de cada muestra de solución obtenida a un tubo de 9 ml con solución salina. La evaluación de la pureza microbiológica de los materiales ensayados se realizó mediante el método de vertido en placa. Se colocaron en placas diluciones decimales adecuadas de las muestras, se cubrieron con medio de agar nutritivo esterilizado (BTL, Łódź, Polonia) y se incubaron durante 72 h a 30 °C para bacterias mesófilas totales. Se utilizó agar Sabouraud (BTL, Łódź, Polonia) con cloranfenicol e incubación durante 5 días a 25 °C para la determinación de los recuentos totales de levaduras y mohos. Después de la incubación, se contaron las colonias y se determinó el número de células viables como una media logarítmica de unidades formadoras de colonias (ufc) por ml de muestra ± desviación estándar39.

Las muestras de pan de control y tratadas con plasma se observaron con un microscopio óptico KEYENCE VHX 950F (Japón) acoplado con una cámara digital para evaluar el efecto del tratamiento con plasma en la morfología del pan.

El análisis estadístico de los resultados se realizó mediante Statistica 12.0 (α = 0,05). Se realizó análisis de varianza (ANOVA) y se utilizó la prueba de Tukey para comparar los valores medios.

Después de la exposición al plasma, la temperatura de las muestras aumentó un máximo de 14 °C en comparación con el control. Curiosamente, debido a las diferencias en la estructura morfológica del material a granel, se observaron diferencias en la acumulación de calor entre el pan sin gluten y el mixto de trigo y centeno (Cuadro 1).

Posteriormente, se demostró que el tratamiento con CAP tanto del pan sin gluten como mixto de trigo y centeno redujo gradualmente el contenido de humedad (Fig. 2) en estos panes. El aumento en el tiempo de exposición al plasma frío de 2 a 10 min resultó en un menor contenido de humedad del pan. No hubo diferencias significativas en el contenido de humedad del pan durante el almacenamiento de 0, 3 y 6 días. Esto probablemente se debió al hecho de que las hogazas de pan se almacenaban en bolsas de aluminio cerradas. No hay investigaciones sobre el uso de CAP para conservar el pan, pero otros investigadores40 utilizaron plasma para extender el tiempo de almacenamiento de la pasta fresca. En su investigación, notaron que el plasma permitió una rápida eliminación de la humedad y, por lo tanto, mejoró la vida útil de la pasta. Los autores explican que la rápida migración de las moléculas de humedad se produce debido a la sinergia entre la fuerza impulsora de la estructura y la fuerza impulsora del secado provocada por el plasma frío. En las muestras de carne (producto de vacuno curado en seco)41, la CAP provocó una disminución del contenido de humedad debido a la evaporación del agua de la superficie de la muestra.

Contenido de humedad del pan, (a) pan sin gluten, (b) pan mixto de trigo y centeno; los valores medios en la misma figura marcados con letras diferentes son significativamente (α = 0.05) diferentes.

Nuestra investigación mostró que la aplicación de plasma durante 2 o 10 min indujo cambios en la textura tanto del pan sin gluten como del mixto de trigo y centeno (Tabla 2). Cuanto mayor sea el tiempo de aplicación del plasma, mayor será el aumento de la dureza del pan. El uso de plasma durante 2 min resultó en un aumento significativo de la dureza del pan después de tres días de almacenamiento, pero solo en un 12 %, mientras que el uso de plasma durante 10 min aumentó la dureza del pan sin gluten en un 28 %. Se observaron cambios mucho mayores en la dureza en el caso del pan mixto de trigo y centeno. Sin embargo, este pan se caracterizó por una dureza significativamente menor que el pan sin gluten. Además de la dureza, también aumentó la elasticidad tanto del pan sin gluten como del pan mixto de trigo y centeno. También cabe mencionar que, luego de 6 días de almacenamiento del pan control, el pan se cubrió de moho y no fue posible realizar análisis de textura y comparar sus resultados con los panes tratados con plasma. No hay resultados disponibles sobre los parámetros de textura del pan porque aún no se han realizado dichas pruebas. Los estudios sobre la influencia del tratamiento con plasma en las propiedades funcionales de los alimentos son aún escasos. Otros estudios sobre las propiedades funcionales de la harina de trigo demostraron que el tratamiento con plasma aumentaba las propiedades de hidratación de la harina de trigo. Los resultados rápidos del viscoanalizador mostraron un aumento en la pegajosidad y las viscosidades finales de la harina de trigo. Los autores explicaron que la disminución tanto de las entalpías endotérmicas como de la cristalinidad se atribuyó a la despolimerización del almidón y a los cambios inducidos por el plasma28.

También se obtuvieron resultados interesantes para el contenido de proteínas y grasas (Fig. 3). En la mayoría de los casos, no se detectaron diferencias significativas en el contenido de proteínas después de la aplicación de plasma frío tanto al pan sin gluten como al de trigo y centeno. En otro trabajo presentado por Bahrami1, las proteínas totales en la harina de trigo tampoco se vieron significativamente influenciadas por el tratamiento con plasma frío, aunque hubo una tendencia hacia fracciones de mayor peso molecular, lo que indica oxidación de proteínas, y la harina tratada produjo una masa más espesa. Otros autores30 sugirieron que los tratamientos CAP de la harina de trigo podrían cambiar la estructura de la proteína, lo que se manifestó como diferencias en las propiedades reológicas. En ese estudio, el tiempo de tratamiento con CAP, el voltaje aplicado y su interacción, independientemente del tipo de harina, ejercieron un efecto significativo en la estructura secundaria de las proteínas de la harina. En otros estudios28, el tratamiento con plasma aumentó las propiedades de hidratación de la harina de trigo. Como explican los autores, el plasma frío puede generar especies reactivas como el oxígeno molecular y el ozono, que también son los agentes oxidantes más comunes y universales utilizados para el acondicionamiento de la harina de trigo. Otros investigadores42 demostraron que la exposición al plasma no tuvo ningún efecto adverso sobre las proteínas almacenadas en el arroz, aunque los autores mencionan estudios anteriores que informaron que la oxidación de las proteínas y la formación de enlaces disulfuro pueden deberse a la ozonización.

Contenido de proteínas (a, b) y grasas (c, d) del pan, (a, c) pan sin gluten, (b, d) pan mixto de trigo y centeno; los valores medios en la misma figura marcados con letras diferentes son significativamente (α = 0.05) diferentes.

En nuestro estudio, el tratamiento CAP del pan redujo ligeramente el contenido de grasa (Fig. 3c, d) del pan después del tratamiento de 2 minutos (alrededor del 28 % para ambos productos horneados). La extensión del tiempo de procesamiento a 10 min no afectó significativamente este parámetro, en comparación con la exposición al plasma de 2 min. En un estudio realizado por Bahrami et al.1, el tratamiento con plasma frío de la harina de trigo no afectó la concentración de lípidos y glicolípidos totales no amiláceos. Este tratamiento, sin embargo, redujo los ácidos grasos libres totales y los fosfolípidos. Los marcadores de oxidación (índice de hidroperóxido y espacio de cabeza n-hexanal) aumentaron con el tiempo de tratamiento y el voltaje de descarga, lo que confirmó la aceleración de la oxidación lipídica.

La contaminación microbiológica es un problema grave en la industria alimentaria, que los científicos intentan solucionar mediante una búsqueda constante de nuevos métodos de conservación de alimentos. El constante crecimiento de la población humana hace más evidente el problema del hambre. Por lo tanto, es extremadamente importante extender la vida útil de los productos alimenticios para reducir el desperdicio de alimentos. En este trabajo se realizó el análisis cuantitativo de la contaminación microbiológica de muestras de pan de trigo y centeno y sin gluten sometidas a tratamiento con plasma atmosférico frío (CAP) y luego almacenadas durante 0, 3 y 6 días. Como se muestra en la Fig. 4, se registró contaminación microbiológica a un nivel detectable en las muestras de control de cada tipo de pan después de 3 días de almacenamiento. El número total de bacterias mesófilas en el pan sin gluten y de trigo y centeno fue de 6,04 ± 0,23 log10 y 6,36 ± 0,31 log10 UFC/ml, respectivamente, y el número total de levaduras y mohos fue de 3,2 ± 0,24 y 1 ± 0,37 log10 UFC /ml, respectivamente. Sin embargo, después de la exposición CAP de 10 minutos de todas las muestras de pan almacenadas durante el mismo tiempo, no se encontraron bacterias mesófilas u hongos. Además, solo la esterilización no térmica de 2 minutos dio como resultado una inhibición completa del crecimiento de levaduras y mohos en el pan sin gluten y de trigo y centeno. Además, el recuento total de bacterias mesófilas fue inferior en 1,1 log en el pan sin gluten, en comparación con el control. Estos resultados sugieren que la exposición de 10 minutos de las muestras de pan al plasma frío puede extender efectivamente la vida útil, mientras que la exposición de 2 minutos tiene un efecto positivo al limitar el desarrollo de la microflora desfavorable. En el caso de muestras de pan almacenadas durante 6 días, se observó el desarrollo de microflora en cada variante. Sin embargo, todavía se observó un crecimiento microbiano reducido en las muestras expuestas a plasma frío, en comparación con el pan de control. Sin embargo, el grado de inhibición del crecimiento dependía de la duración de la exposición. La exposición de 2 min de las muestras a CAP dio como resultado una disminución en el crecimiento del número total de bacterias de 1,3 log y 1,02 log en el pan sin gluten y el de trigo y centeno, respectivamente. La extensión del tiempo de proceso a 10 min contribuyó a una reducción del número de bacterias de 2,57 log en la muestra de pan sin gluten y de 1,71 log en la muestra de pan de trigo y centeno, en comparación con los controles. A su vez, la mayor inhibición del crecimiento de células indeseables de levaduras y mohos se obtuvo después de la exposición de 10 min de las muestras de pan sin gluten, donde el número total de células viables fue 2,71 log menor que en la muestra de control. Ningún estudio ha utilizado plasma frío para prolongar la vida útil del pan, pero se demostró que el tratamiento con CAP de un producto de carne seca reduce el total de bacterias aeróbicas mesófilas y el recuento de levaduras y mohos41. Además, las muestras de carne de res se inocularon con Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes y se sometieron a CAP. El estudio demostró que CAP también se puede utilizar para reducir los recuentos de S. aureus y L. monocytogenes. Se realizaron otros estudios43 para evaluar el mecanismo bactericida de la PAC frente a Escherichia coli (E. coli). Los resultados mostraron que la morfología de las células de E. coli se vio alterada por las partículas cargadas y los ingredientes activos producidos por CAP. La pared celular y la membrana de E. coli se rompieron, el contenido de las células se filtró, las células perdieron su capacidad de reproducirse y autorreplicarse, y la función del metabolismo celular se vio directamente afectada y condujo a la inactivación de las bacterias.

Efecto del tratamiento con CAP durante 0, 2 y 10 min y almacenamiento a 20 °C durante 0–6 días sobre el recuento total de bacterias mesófilas y el crecimiento total de levaduras y mohos en pan sin gluten y pan de trigo y centeno. Las barras verticales representan el error estándar (PT_2: tratamiento con plasma de 2 min, PT_10: tratamiento con plasma de 10 min).

Las observaciones microscópicas revelaron que el tratamiento con plasma mejoró ligeramente la porosidad y adelgazó las paredes de los poros debido al proceso de secado. Las moléculas de agua que estaban presentes en las paredes de los poros se evaporaron gradualmente y fueron reemplazadas por aire. Sin embargo, incluso el tratamiento con plasma de 10 minutos no provocó un deterioro morfológico distintivo de la estructura, como se puede observar en las Figs. 5 y 6. Después del tratamiento con plasma, se observaron zonas reflectantes de la luz, que pueden haber estado asociadas con un mayor desarrollo de una red cristalina de amilosa y amilopectina, que tiende a desarrollarse principalmente durante el proceso de horneado44,45.

Imágenes de muestras de pan sin gluten tomadas con un microscopio óptico: (a) control; (b) tratamiento de 2 min; (c) − Tratamiento de 10 min.

Imágenes de muestras de pan de trigo y centeno tomadas con un microscopio óptico: (a) control; (b) tratamiento de 2 min; (c) − Tratamiento de 10 min.

En comparación con otras tecnologías, el plasma ha sido ampliamente considerado como una tecnología verde, segura y prometedora. Nuestra investigación mostró que tanto el pan sin gluten como el mixto de trigo y centeno, después de la aplicación de plasma durante 2 o 10 min, se caracterizaron por una reducción de la humedad, lo que también indujo cambios en la textura del pan durante el almacenamiento. La dureza y la elasticidad del pan aumentaron. Estos parámetros aumentaron con la extensión del tiempo de tratamiento con plasma de 2 a 10 min. Luego de la aplicación de plasma, el contenido de proteína aumentó en la masa fresca de pan, mientras que no hubo cambios significativos en la materia seca. El uso de la tecnología de plasma frío en el proceso de almacenamiento del pan es prometedor, ya que contribuye a la disminución del crecimiento de microorganismos. No se encontraron bacterias mesófilas u hongos después de la exposición CAP de 10 minutos de todas las muestras de pan almacenadas durante el mismo tiempo. Además, solo los 2 minutos de esterilización no térmica dieron como resultado una inhibición completa del crecimiento de levadura y moho en el pan sin gluten y de trigo y centeno. En este estudio probamos panes naturales sin potenciadores tecnológicos. Se pueden obtener otros resultados en análisis de panes con hidrocoloides u otros mejoradores; por lo tanto, es necesario realizar más investigaciones.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles de los autores correspondientes a pedido razonable.

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Publicación cofinanciada por el presupuesto estatal en el marco del programa del Ministerio de Educación y Ciencia (República de Polonia) bajo el nombre Ciencia Excelente - Apoyo a las Conferencias Científicas titulada "XXIII Conferencia Científica Nacional Polaca "PROGRESO EN LA INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN" 2023" número de proyecto DNK/SP/546290/2022 monto de la financiación 162650,00 PLN valor total del proyecto 238 650,00 PLN. (Polonia).

Departamento de Bases Biológicas de Tecnologías de Alimentos y Piensos, Universidad de Ciencias de la Vida en Lublin, 28 Głęboka St., 20-612, Lublin, Polonia

Agnieszka Starek-Wójcicka

Departamento de Ingeniería y Máquinas de Alimentos, Universidad de Ciencias de la Vida en Lublin, 28 Głęboka St., 20-612, Lublin, Polonia

renata rosa

Departamento de Microbiología, Biotecnología y Nutrición Humana, Universidad de Ciencias de la Vida en Lublin, 8 Skromna St., 20-704, Lublin, Polonia

Iwona Niedzwiedz y Magdalena Polak-Berecka

Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrotecnologías, Universidad Tecnológica de Lublin, 38a Nadbystrzycka St., 20-618, Lublin, Polonia

Michał Kwiatkowski, Piotr Terebun y Joanna Pawełt

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AS-W. trabajo conceptual, participación en el trabajo experimental (trabajo sobre la influencia del plasma en las propiedades fisicoquímicas), participación en la redacción y corrección del manuscrito; RR trabajo conceptual, participación en la medición de propiedades fisicoquímicas participación en la redacción del manuscrito y formateo del manuscrito, recopilación de comentarios fundacionales, de asesoramiento; IN participación en trabajos experimentales (elaboración de muestras microbiológicas); Participación de MK en trabajos experimentales (montaje de plasma y acción del plasma sobre muestras de pan), toma y descripción de imágenes microscópicas; Participación de PT en trabajos experimentales (montaje de plasma y acción del plasma sobre muestras de pan), toma y descripción de imágenes microscópicas; MP-B. participación en trabajos experimentales (elaboración de muestras microbiológicas); JP trabajo conceptual, participación en trabajos experimentales (montaje de plasma y reacción con muestras), toma y descripción de imágenes microscópicas, participación en redacción y corrección de manuscritos.

Correspondencia a Renata Różyło o Joanna Pawełt.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Starek-Wójcicka, A., Rozyło, R., Niedzwiedz, I. et al. Estudio piloto sobre el uso de plasma atmosférico frío para la conservación del pan. Sci Rep. 12, 22003 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-26701-1

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Recibido: 13 Septiembre 2022

Aceptado: 19 de diciembre de 2022

Publicado: 20 diciembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-26701-1

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