Tesis
Desenvolvimento de um sistema de radiação pulsada com leds UV-C para redução de patógenos pós-colheitas e manutenção da qualidade de produtos agrícolas
A radiation system development with pulsed UV-C led to reducing pathogens post harvest and maintenance of agricultural products quality
Registro en:
Autor
Barbosa, Francile Dias, 1984-
Institución
Resumen
Orientadores: Sylvio Luis Honório, David Mendez Soares Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: De acordo com a Food and Agriculture Organization (FAO) e a Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) estimam que o Brasil será, na próxima década, o maior produtor agrícola e o maior consumidor de agrotóxicos do mundo (FAO e OECD , 2014). No entanto, os consumidores estão cada vez mais interessados com a redução do uso de agrotóxicos, exigindo frutas com qualidade e produzidas com a substituição de insumos poluentes e não renováveis. A necessidade da adequação e desenvolvimento de tecnologias alternativas para o controle de doenças em pós-colheita, vem estimulando os métodos de natureza física (vapor, raios gama, radiação ultravioleta (UV), ozônio, luz pulsante, etc.), que em maior ou menor extensão, também preservam a qualidade dos alimentos. A exposição de vegetais à luz ultravioleta C (UV-C) vem sendo utilizada como uma técnica segura e eficiente no tratamento e conservação de produtos vegetais. Esse tipo de radiação compreende a faixa de comprimentos de onda de 200-280 nm, e sua utilização constitui-se em um tratamento que não produz compostos orgânicos clorados ou tóxicos, resultantes da utilização de sanitizante comuns a base de cloro; é uma técnica de baixo custo se comparada à radiação gama, alta pressão ou atmosferas modificadas; é ambientalmente segura; apresenta boa eficiência na descontaminação, pois reduz a multiplicação de bactérias psicrotróficas, coliformes, bolores e leveduras; não produz odores e sabores desagradáveis ao produto; e aumenta a capacidade antioxidante dos vegetais (LÓPEZ-RUBIRA et al., 2005; MANZOCCO; DRI; QUARTA, 2009; LEMOINE; CHAVES; MARTÍNEZ, 2010; MANZOCCO; DA PIEVE; MAIFRENI, 2011b; SCHENK et al., 2011; ZHAN et al., 2012). Dentre as técnicas de irradiação, está a luz pulsada que é um método que vem sendo estudado como alternativa aos processos convencionais (OMS-OLIU et al., 2008; RAJKOVIC et al., 2010; WAMBURA & VERGHESE, 2011), pois é uma versão modificada dos sistemas de tratamentos por luz UV-C em onda contínua. A luz pulsada é uma técnica não termal que utiliza pulsos de alta intensidade, curta duração (1 ?seg¿0,1 seg) com um espectro de ondas de luz capaz de assegurar a descontaminação microbiológica (200¿1100 nm). Sua utilização foi aprovada pelo FDA (1996) para a descontaminação das superfícies de alimentos. O efeito antimicrobiano letal causado pela LP pode ser explicado pelo mesmo mecanismo do UV-C contínuo, onde a inativação é fotoquímica. Em bactérias, a luz UV-C induz a formação de dimeros de pirimidinas (GIESE; DARBY, 2000) que inibem a formação de um novo DNA no processo de replicação das células, inativando o micro-organismo afetado (BOLTON; LINDEN, 2003).Neste contexto o objetivo deste trabalho foi construir e adequar através de novas abordagens fisicas e parametros de interesse para desinfecção em produtos agrícolas um equipamento para aplicação de radiação pulsada de UV-C gerada por Leds para fins de controle microbiano, bem como com potencial para utilização agroindustrial sendo alternativa aos processos de sanitizações convencionais. As principais etapas fora as seguintes: (1)Desenvolvimento e construção do sistema de radiação pulsada; (2) Avaliação a eficiência do equipamento de radiação pulsada e as potencialidades dos leds de UV-C no controle do desenvolvimento microbiano in vitro dos fungos Rhizopus stolonifer, Fusarium solani e Phomopsis sp expostos a radiação pulsada uv-C de 0,00 J.m-2 ( 0,00 h); 0,1411 J.m-2( 1 hora); 0,4233 J.m-2 ( 3 horas); 0,7055 J.m-2 (5 horas); 0,9877 J.m-2 (7 horas), (3) Avaliar o efeito da RP UV-C na qualidade pós-colheita de produtos agrícolas ( figo, semente de soja e batata semente), avaliada pela manutenção da qualidade e diminuição da carga microbiana. Os resultados dos ensaios demonstraram que o algoritmo desenvolvido para controlar o sistema de RP UV-C mostrou-se eficiente e estável, no entanto as leds UV-C utilizadas apresentam baixa potência, limitando assim a quantidade de energia emitida pelo equipamento. Sobretudo quando aplicada a RP UV-C nas colônias do Fusarium solani, Rhizopus stolonifer e Phomopsis sp. os mesmos apresentaram sensibilidade quanto a radiação pulsada UV-C, e a redução na viabilidade dos conídios foi maior do que a observada para o crescimento micelial, sendo que as energias de radiação superiores a 0,7055 J.m-2 apresentaram melhores resultados. Nos teste in vitro os Figos e as sementes de soja apresentam sensibilidade à exposição de radiação UV-C, evidenciando perdas qualitativas e fisiológicas nos mesmos. Apesar da dose 0,9877 J.m -2 se mostrar eficiente in vitro contra os patógenos estudados, a mesma não se mostrou eficiente na análise in vivo, pois não suprimiu a infecção nos frutos e sementes inoculadas antes da irradiação Abstract: According to the Food and Agriculture Organization (FAO) and the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) estimates that Brazil will be in the next decade, the largest agricultural producer and the largest consumer of pesticides in the world (FAO and OECD, 2014 ). However, consumers are increasingly concerned with the reduction of pesticide use, requiring fruit with quality and produced with the replacement of polluting and non-renewable inputs. The need for adaptation and development of alternative technologies for the control of diseases in post-harvest, has been encouraging the methods of physical nature (steam, gamma rays, ultraviolet (UV), ozone, pulsating light, etc.), which in most or lesser extent, also preserve the quality of food. Exposure of plants to ultraviolet C (UV-C) has been used as a safe and effective technique in the treatment and conservation of plant products. This type of radiation includes the range of 200-280 nm wavelengths, and constitutes its use in a treatment that does not produce toxic or chlorinated organic compounds, resulting from the use of common chlorine based sanitizer; It is a low cost technique compared to gamma radiation, high blood pressure or modified atmospheres; It is environmentally safe; It has good efficiency in decontamination because it reduces the proliferation of psychotropic bacteria, coliforms, molds and yeasts; does not produce odors and flavors to the product; and increases the antioxidant capacity of vegetables (LOPEZ-RUBIRA et al., 2005; MANZOCCO; DRI; FOURTH, 2009; LEMOINE; KEYS; MARTÍNEZ, 2010; MANZOCCO; DA PIEVE; MAIFRENI, 2011b;. SCHENK et al, 2011; ZHAN et al., 2012). Among the irradiation techniques is the pulsed light which is a method that has been studied as an alternative to conventional processes (WHO-Oliu et al, 2008;. Rajkovic et al, 2010;. WAMBURA & Verghese, 2011) as it is a modified version of the treatment systems by UV-C light in continuous wave. The pulsed light is a non-thermal technique that uses high intensity pulses, short (1 ?seg-0.1 sec) with a spectrum of light waves capable of ensuring the microbiological decontamination (200-1100 nm). Its use was approved by the FDA (1996) for decontamination of surfaces of food. The lethal caused by LP antimicrobial effect can be explained by the same mechanism of the continuous UV-C, which is photochemical inactivation. In bacteria, the UV-C light induces the formation of dimers pyrimidines (GIESE; Darby, 2000) which inhibit the formation of new DNA into the cell replication process, inactivating the affected micro-organism (Bolton; Linden, 2003). In this context the aim of this study was to construct and adapt through new approaches and physical parameters of interest for disinfection in agricultural equipment for pulsed radiation application of UV-C generated by leds for microbial control purposes as well as with potential for use agro industrial being sanitization alternative to conventional processes. The main out the following steps: (1) the development and construction of the pulsed radiation system; (2) review the effectiveness of pulsed radiation equipment and the potential of led UV-C in controlling microbial growth in vitro of the fungus Rhizopus stolonifer, Fusarium solani and Phomopsis sp exposed to UV-C radiation pulsed 0.00 J. m-2 (0.00 h); 0.1411 J. m-2 (1 hour); 0.4233 J. m-2 (3 hours); 0.7055 J. m-2 (5 hours); 0.9877 J. m-2 (7 hours), (3) evaluate the effect of RP UV-C in postharvest quality agricultural products (figs, soy and seed potato seed), as assessed by maintaining the quality and decrease the load Microbial. The test results showed that the algorithm developed to control the PR UV-C was efficient and stable, however the UV-C leds used have low power, thus limiting the amount of energy emitted by the equipment. Especially when applied to RP UV-C in the colonies of Fusarium solani, Rhizopus stolonifer and Phomopsis sp. They showed the same sensitivity as pulsed UV-C radiation and the reduction in the viability of the conidia was greater than that observed for mycelial growth, wherein the radiation energies exceeding 0.7055 J. m-2 showed the best results. In the in vitro test the figs and soybeans have sensitivity to radiation exposure UV-C, showing qualitative and physiological losses in them. Despite 0.9877 J. m-2 dose prove effective in vitro against the tested pathogens, it was not efficient in vivo analysis because not suppressed the infection in fruit and inoculated seeds before irradiation Doutorado Tecnologia Pós-Colheita Doutora em Engenharia Agrícola