Supercritical carbon dioxide pasteurization on fresh-cut potatoes: process optimization and study of an innovative packaging

The University of Padua has recently patented an innovative food pasteurization process that employs moderate hydrostatic pressures and low temperatures combined with a CO2 Modified Atmosphere Packaging (MAP). The main benefits of this method are that by pre-packaging the food product the risk of cross-contaminations is significantly reduced and that a lower amount of CO2 is consumed compared to the conventional HPCD treatments. In this thesis, the objective is to validate and optimize this process. The food sample under examination is fresh-cut potatoes. Microbial inactivation analyses are conducted, supported by the inoculation of two bacteria on the sample, namely Escherichia coli and Listeria innocua. Physical-chemical analyses are also performed and compared with those on untreated samples. The operational conditions are planned according to a Design of Experiments, and statistical analysis is employed to identify the optimized parameters. These parameters are ultimately used to conduct a shelf life study. Results show that temperature has a significant impact on the inactivation, particularly in the case of Listeria innocua: it is observed that the inactivation is greater at 40°C compared to 35°C. Regarding color variation analyses, the method seems to be promising: the reported ∆E values do not exceed 3 units, demonstrating that treated samples maintain an appearance close to the untreated ones. The optimized process conditions (40°C, 120 bar, and 25 minutes), determined through statistical analysis, ensure high levels of inactivation while keeping color variations minimal. During the shelf life study, microbiological analyses yielded positive results: after 21 days, mesophilic bacteria concentration is of 2 log CFU/gr. No significant concentrations of psychrophilic bacteria or Pseudomonas is detected. However, the color variation analysis did not produce positive outcomes: starting from the fourteenth day, the samples begin to brown.

L'Università di Padova ha recentemente brevettato un processo di pastorizzazione alimentare innovativo, che utilizza pressioni idrostatiche moderate e temperature basse congiunte ad una “Modified Atmosphere Packaging” (MAP) con CO2. Il principale vantaggio di questo metodo è che, preconfezionando il prodotto alimentare, il rischio di contaminazioni incrociate viene notevolmente ridotto, oltre ad avere un consumo inferiore di CO2 rispetto ai trattamenti HPCD convenzionali. In questo lavoro di tesi viene posto l’obiettivo di validare ed ottimizzare tale processo. Il campione alimentare in esame è la patata tagliata a cubetti. Vengono condotte analisi di inattivazione microbica, utilizzando due batteri inoculati sul campione, cioè l’Escherichia coli e la Listeria innocua. Vengono effettuate anche analisi chimico-fisiche dopo il trattamento e confrontate con quelle svolte sul campione non trattato. Le condizioni operative sono pianificate secondo un Design of Experiment, e tramite un’analisi statistica sono ottimizzati i parametri di processo. Questi parametri sono infine utilizzati per condurre uno studio di shelf life. I risultati hanno evidenziato che la temperatura ha un'influenza significativa nell'inattivazione, soprattutto nel caso della Listeria innocua: si osserva che l’inattivazione è maggiore a 40°C rispetto a 35°C. Riguardo le analisi di variazione del colore, il metodo si dimostra molto promettente: i valori di ∆E riportati non superano le 3 unità, dimostrando come il campione mantenga un aspetto vicino a quello del non trattato. Le condizioni di processo ottimizzate (40°C, 120 bar e 25 minuti) tramite l’analisi statistica assicurano quindi elevati gradi di inattivazione, mantenendo al contempo le variazioni di colore contenute. Nella shelf life le analisi microbiologiche hanno dato buoni risultati: dopo 21 giorni le concentrazioni di batteri mesofili sono di 2 log CFU/gr. Non sono state rilevate concentrazioni significative di batteri psicrofili e di Pseudomonas. Tuttavia, le analisi di variazione del colore non hanno dato esiti positivi: a partire dal quattordicesimo giorno, i campioni hanno cominciato ad imbrunirsi.