Efeitos e mecanismos da pressão ultraalta (HPP) sobre os micróbios alimentares
Ciência da bactericida multialvo da membrana celular às proteínas

Características básicas da HPP

| Parâmetros | Escala típica | Efeito bactericida |
Pressão 300-600 MPa (3000-6000 bar) > 6 log de nutrientes bacterianos, 3 log de bactérias
| Temperatura | Temperatura normal ou ligeiramente fria (<45 °C) | Evite danos térmicos e mantenha a qualidade dos alimentos frescos |
Tempo de pressão | 1-5 min | Não instantâneo, tempo de ação suficiente |
| Atividade hídrica | aw>0.90 | Efeito de alta pressão em alimentos com baixa umidade |

*** Características principais ***: alta pressão para *** bactérias nutrientes *** altamente eficaz para matar *** bactérias *** efeito limitado; Uma combinação de temperatura (> 60 °C) ou pressão de pulso múltipla é necessária para desativar os bactérios.

Três principais mecanismos do HPP sobre as bactérias

Destruição da membrana celular (mecanismo principal)

*** Princípios Científicos ***
- A camada bimolecular de fosfolípidos da membrana celular ocorre ** mudança de fase ** (do estado de cristal líquido → estado de gel), perda de fluidez da membrana;
- alteração da configuração das proteínas de membrana (proteínas de canal, proteínas de bomba), vazamento de íons (K -  -  - Na - Ca 2 );
- Escalagem de conteúdo celular, desequilíbrio de pressão penetrante, morte celular.

** Parâmetros principais *:
*** pressão crítica ***: 200-300 MPa começa a afetar a fluidez da membrana;
** Destruição completa **: 400-600 MPa estrutura de membrana irreversível colapso;
*** Gram-negativos são mais sensíveis ***: o polisacar lipídico perimembranar (LPS) é mais fácil de dissolver sob alta pressão.

| Tipos de bactérias | Bactérias representativas | Sensibilidade ao HPP | Diferenças mecânicas |
| Gram negativo | E. coli, Salmonella | Alto (300-400 MPa) | Desisolamento de LPS da membrana externa, danos simultaneos da membrana endoscópica |
| Positivo para Grant | Listeria, Staphylococcus aureus | Médio (400-500 MPa) | Proteção parcial com uma camada de poliaçúcar peptídica espessa |
| Bactérias resistentes à pressão | Bactérias pressófilas nas profundezas | Extremamente baixa (> 1000 MPa) | Insaturação lipídica da membrana baixa, mobilidade da membrana adaptada à alta pressão |

2. Proteína degenerada e enzimas desativadas

*** Princípios Científicos ***
- Destruição de proteínas de alta pressão ** Estrutura de grau 4 → grau 3 → estrutura secundária **, ligações de hidrogênio, hidrofobia, ruptura de ligações iónicas;
- alteração da configuração do centro de atividade enzimática, desativação de enzimas metabólicas críticas (por exemplo, ATP, DNA polimerase);
Isolação das subunidades 30S/50S do ribosoma e cessação da síntese de proteínas.

Janelas de pressão críticas:
*** 200-400 MPa ***: enzima reversivelmente desativada, parcialmente recuperada após a despressão;
***> 400 MPa ***: irreversível, objetivo-chave de sterilização.

Enzimas-alvo típicas:
| enzimas | função | desativação da pressão | consequências |
| ATP | Metabolismo energético | 300 MPa | Esgotamento energético |
| DNA polimerase | Reparação de cópia | 400 MPa | Instabilidade genômica |
| Fator de transcrição | Expressão genética | 350 MPa | Falha da resposta ao estresse |
| Transferência de membrana | Troca de matérias | 250 MPa | Bloqueio da ingestão de nutrientes |

Danos genéticos e inibição da replicação

*** Princípios Científicos ***
- A dupla hélice do DNA é comprimida *** sob alta pressão, tipo B → transformação de configuração tipo A, estagnação do garfo de cópia;
- Desespiral do DNA superespiral (plasmídio), a isomerase topológica desativada e não pode ser recuperada;
Estrutura secundária do RNA (rRNA, tRNA) é destruída e a máquina de tradução cai.

** Efeito sinérgico **: dano da membrana → vazamento de íons → inativação enzimática → inibição da replicação do DNA, sobreposição de múltiplos alvos resulta em ** morte irreversível **.


Efeitos do HPP sobre os diferentes tipos de micróbios

Células Vegetativas (Vegetative Cells)
*** Sensibilidade ***: extremamente alta, 300-600 MPa / 1-3 min > 6 log;
** Bactérias típicas *:
- Bactérias patogênicas: Salmonella, E. coli O157: H7, Listeria, Bendobacteria;
- Bactérias corruptas: falsos monocitos, Shiva, ácido láctico;
*** Aplicações ***: Os principais alvos de esterilização de sucos pressados a frio, carnes prontas para comer, frutos do mar e molhos.

Esporos bacterianos (bacterial spores)
*** Mecanismo de resistência ***: corteza bactérica (peptidoglicano) + desidratação do núcleo + proteína de ligação de DNA solúvel em pequenos ácidos (SASP), a pressão alta é difícil de penetrar;
** Dificuldade de destruição **: requer >1000 MPa ou temperatura combinada (>60 °C) + múltiplos pulsos;
- **Estratégia**: HPP é usado para "pasteurização" (matar nutrientes), não "esterilização comercial" (matar bactérios); ou combinação de outros fatores de cerca.

| Tipos de bactérias | Bactérias representativas | Condições de morte | Limitações de aplicação |
| Bacteria Termófila | Bacteria Seca | 600 MPa+60 °C+10 min | Alimentos com baixo teor de ácido requerem bactericida secundária |
| Bactérios Termófilos | Bactérios Gordurosos Termófilos | > 800 MPa ou 121 °C Sterilização convencional | HPP não pode ser ativado sozinho |
| Bacteria anaeróbica | Botox saliva | Resistência extremamente alta | Riscos de alimentos embalados a vácuo |

3. Levedura e mofo
*** Levedura ***: 300-400 MPa pode ser ativado, a estrutura de esteróides da membrana celular é sensível à alta pressão;
*** Mofo ***: o corpo nutricional é sensível, mas *** esporos biológicos *** são resistentes e exigem > 500 MPa;
*** Aplicação ***: controle de mofo em sucos, mermeladas e assados.

4. Vírus
- **Vírus sem envelope**: 300-400 MPa, degeneração da proteína da casca;
** Vírus da envelope ** (por exemplo, norovirus, vírus da hepatite A): 400-600 MPa, lípidos da envelope + dupla destruição da casca;
*** Aplicação ***: controle de vírus de mariscos e produtos aquáticos crus.

5. Parasitas
*** Sacos de próteos *** (por exemplo, Jardinosaurus, Cryptosporus): 200-300 MPa pode ser ativado, mais fácil de matar do que as bactérias;
*** Aplicação ***: controle de parasitas de água potável, frutas frescas e hortaliças.

Modelo dinâmico da bactericida HPP

Modelo Weibull (mais utilizado):
$$ \log\left(\frac{N}{N_0}\right) = -b \cdot P^n \cdot t $$

- $N/N_0$: taxa de sobrevivência;
- P$: pressão (MPa);
$t$: tempo de pressão (min);
$b, n$: parâmetros específicos da espécie.

Principais conclusões**:
Efeito de pressão ** não linear **: o efeito de bactericida de 400 → 500 MPa é muito maior que 300 → 400 MPa;
- Efeito de tempo ** Extensão linear **: o tempo de retenção de pressão dobra, o efeito de sterilização quase dobra;
** Sinergia pressão-temperatura **: para cada aumento de temperatura de 10 ° C, a pressão necessária diminui de 50 a 100 MPa.

Fatores-chave que afetam o efeito da HPP

| Fatores | Promover a bactericida | Inhibir a bactericida | Contramedidas de processo |
| **Atividade de umidade (aw)** | aw>0,95 | aw<0,90 (alimentos secos) | Limitar HPP para alimentos com alta umidade |
**pH** | Ácido (pH<4,6) | Neutro/alcalino | Sinergia de acidificação para redução da pressão |
| **Temperatura** | Aquecimento moderado (40-60 °C) | Temperatura baixa (<0 °C) | Utilização de aquecimento isolado ou pré-aquecimento externo |
| **Ingredientes alimentares** | baixo teor de açúcar, baixo teor de sal | alto teor de açúcar, alto teor de sal (protetor) | Otimização da fórmula para reduzir os solúvidos protetores |
| **Fase de crescimento microbiano** | Período de crescimento logarithmico | Período estável / bactérios | Controle da carga inicial microbiana de matéria-prima |
**Impulso de pressão** | Multiple elevação-descarga de pressão | Alta pressão estática única | Destruição de membrana reforçada HPP por pulso |

Comparação entre HPP e esterilização térmica convencional

| Dimensões | HPP (400 MPa/3 min) | Sterilização térmica (85 °C/30 min) |
| Bactericida | Nutrição bacteriana, levedura, mofo, vírus | Nutrição bacteriana + bactérios (estéril comercial) |
| Temperatura | <45 °C | 85-121 °C |
| Retenção nutricional | VC, anthocyanins > 95% | Perda de VC 30-50%, marroneamento evidente |
| sabor cor | perto de fresco | sabor a vapor, cor escura |
| Consumo de energia | 0,15 kWh/L | 0,25 kWh/L + água de resfriamento |
| Investimento em equipamentos | Alto (US$ 2-5 milhões) | Baixo (US$ 50-1 milhão) |
| Alimentos aplicáveis | Etiquetas frescas e limpas de alta qualidade | Temperatura normal em massa, prazo de validade longo |

VII. Resumo

A esterilização ultra-alta pressão através do colapso da membrana celular, a degeneração da proteína e a danificação da matéria genética são os três principais mecanismos para alcançar a eliminação eficiente de nutrientes bacterianos, levedura, mofo e vírus, mantendo ao mesmo tempo a qualidade dos alimentos frescos. Sua principal vantagem é a sinergia multi-alvo, operação a baixa temperatura, sem resíduos químicos, mas o efeito bactérico é limitado, a temperatura de combinação é necessária. pH、 Sinergia de fatores de cerca. No futuro, com o desenvolvimento de HPP de pulso e tecnologia de sinergia térmica moderada, a pressão ultra-alta se tornará o processo de referência de esterilização não térmica "mais próximo de fresco", ajudando os clientes da BENYU Mechanical a criar marcas de etiquetas limpas de alta gama.