Nieuwe conserveringstechnieken

Verslag: Willem van Middendorp

Na een aantal jaren waar de omgeving van de Zuivelaar (zuivelregelgeving, zuivelonderwijs, gezonde koeien) centraal stond, had het Genootschapsbestuur dit keer een zuiveltechnologisch onderwerp in petto. Conventionele en geavanceerde conserveringstechnieken zouden aan bod komen.

Voor een juist gevulde zaal van de Wageningse Berg met ca. 100 deelnemers konden wetenschappers en praktische technologen hun kennis spuien.

Bad guys

Dr. Beumer van het laboratorium voor Levensmiddelenmicrobiologie van de WUR beet het spits af, door een overzicht te geven van de ziekte- en bederfverwekkende micro-organismen in de zuivel.

Bij het melken op de boerderij is de melk meest steriel. Daarna kan ze besmet worden met micro-organismen afkomstig uit de omgeving of/en van de apparatuur. Dit is niet altijd nadelig, want micro-organismen nodig voor fermentatie (de 'good guys') kunnen zo ook in de melk komen. De bederfveroorzakende of ziekteverwekkende micro-organismen ('bad guys') zijn echter de aanleiding om - na ontvangst op de fabriek - te beginnen met een conserveringsbehandeling.

De belangrijkste pathogene bacteriën zijn Campylobacter, Salmonella, Listeria Monocytogenes, E. coli O157, Bacillus Cereus en Staphylococcus Aureus, daarnaast gelden virussen en parasieten als pathogenen.

In veel gevallen is een eenvoudige pasteurisatie (20 sec. 72°C) voldoende om de besmetting kwijt te raken. S. aureus heeft echter als bijkomend probleem dat het enterotoxinen produceert. Het is heel nuttig om deze bacteriesoort aan te willen tonen. Lage aantallen duiden op een slechte hygiëne of het zijn 'overblijvers' van grote aantallen, die (misschien) toxine produceerden. Hoge aantallen duiden op onmiddellijk gevaar.

Wat de zuivel betreft, vormt Lysteria monocytogenes een probleem in de zachte en de rauwmelkse kaas.

Escherichia Coli O157 is een bacterie die afkomstig is van de faeces. Het veroorzaakt diarree (waarvan 85% met bloed). In kaas en in kaasapparatuur kan deze bacterie weken tot maanden overleven.

Salmonella typhimurium DT104 is een lastige bacterie geworden, omdat die multi-antibiotica resistent is vanwege het veelvuldig gebruik van antibiotica bij dieren om infecties te bestrijden. Salmonella veroorzaakt gastro-enteritis. De bekende preventiemaatregelen zijn hier meer dan noodzakelijk.

Beumer weidde nog even specifiek uit over het begrip 'stress-response'. Stress is elke afwijking van optimale omstandigheden voor de groei van een microorganisme, die resulteert in verlaging van de groeisnelheid. Het kan gaan om een lage pH, hoge temperatuur, lage wateractiviteitwaarde, antibiotica etc.. Toch kan het uiteindelijke effect zijn dat er een beschermend effect van uitgaat. Hierbij Nietsche citerend: 'Was mich nicht umbringt, macht mich stärker'. Als voorbeeld noemt spreker een bacteriecultuur die groeit bij 30°C en op een temperatuur van 50°C wordt gebracht. Dit leidt in twintig minuten tot een aanmerkelijke reductie van het aantal bacteriën per ml. Wordt deze cultuur eerst gedurende 30 minuten op 42°C gebracht, dan vindt de decimale reductie niet plaats.

Beumer heeft een eenvoudig antwoord op de vraag: 'Krijgen we ooit alles onder controle?'. Hij zegt: "Waneer je niet zeker van je zaak bent: 'cook it, peel it, boil it or.....forget it'."

Op een wat benauwde vraag van Fons Michielsen: 'Is de gepasteuriseerde melk, die ik in de winkel koop nog wel veilig?' antwoordt de spreker zonder terughoudendheid: 'Zeer zeker wel!'.

Effectief verhitten

Dr. P. de Jong van NIZO Food Research leidde de toehoorders binnen in de wondere wereld van de alternatieve technieken om bacteriën onschadelijk te maken. Er kunnen namelijk goede redenen zijn om de meest toegepaste, de goedkoopste, de meest robuuste en de meest betrouwbare conserveringsmethode: verhitten niet toe te willen passen. Afbraak van vitamines en eiwitten of het ontstaan van een kooksmaak kunnen redenen zijn om een alternatieve methode te wensen.

Nieuwe concepten zijn zoal: membraanfiltratie, 'pulsed electric fields', ultrageluid, hoge druk en geïnnoveerde stoominjectie. De laatste is met name interessant om Bacillus Thermodurans te bestrijden. Sporenvormers zijn bij de normale hittebehandelingen namelijk zeer hittebestendig (hun sporen althans). De geïnnoveerde stoominjectie (temperatuur hoger dan 150°C gedurende minder dan 0,1 seconde) is echter nog niet praktijkrijp.

Het NIZO heeft voorspellende modellen ontwikkeld om met bestaande technieken effectiever te werken. Op deze wijze kan - in plaats van confectie - maatwerk geleverd worden.

Het model kan zich richten op de grondstofkwaliteit, op de producteigenschappen, op de productkwaliteit, op het proces en tenslotte ook op de consument.

Met procesoptimalisatie (bijv. het 'in line' aanpassen van de tijd/temperatuurcombinatie afhankelijk van de vloeistofstroomfluctuatie, calamiteiten of variaties in de grondstofsamenstelling) kan meer dan 10% kostenreductie worden bereikt.

Microfiltratie

Het verschil in afmetingen tussen de micro-organismen en caseine-micellen maakt het mogelijk de micro-organismen door filtratie af te scheiden. Ir. Janneke Kromkamp van FCDF Corporate Research in Deventer lichtte het werkingsprincipe van microfiltratie toe en gaf de mogelijkheden van deze techniek voor de zuivel aan.

Het effect van microfiltratie van melk wordt bepaald door de druk, de verdeling van de deeltjes en de grootte van de poriën (varierend van 0,1 tot 10 μm). Het membraan bestaat uit gesinterde keramische deeltjes met een laagdikte van 10 tot enkele tientallen μm. Bepalend voor de flux die tijdens de microfiltratie valt te bereiken, zijn de deeltjesgrootte, de afschuifsnelheid en de volumefractie.

De langsstroomsnelheid van de vloeistof ('cross-flow') wordt beïnvloed door een Brownse diffusie, een afschuifkrachtdiffusie (met name in melk voorkomend) en een 'inertial lift' (volgens het vliegtuigvleugelmodel).

Microfiltratie is interessant voor consumptiemelk, die in het gekoelde circuit een langere weg nodig heeft van producent naar consument, omdat B. cereus verwijderd kan worden. Het feit dat sporen uit de kaasmelk verwijderd kunnen worden (Clostridium tyrobutyricum) maakt microfiltratie interessant voor de kaasbereiding. Speciaal de rauwmelkse kaas zou hiervan kunnen profiteren, omdat door de aanwezigheid van de juiste enzymen de typische boerenkaassmaak verkregen kan worden zonder gevaar van 'laat los'. Het nadeel ten opzichte van bactofugeren is wel dat het deel van de melk dat nog een verhitting moet ondergaan groter is.

Tenslotte is met microfiltratie de productie van duurzame 'low heat' melkpoeder mogelijk.

Microfiltratie levert geen gesteriliseerde melk op. Er zal dus altijd een combinatie gezocht moeten worden met een andere conserveringsmethode.

Nieuwe microfiltratieconcepten worden gevonden in de zgn. vibrerende membraanmodule (oscillerende beweging van het membraan) en de zgn. dynamische membraanmodule (bewegende schijven tussen de membraanlagen).

Membranen gemaakt met technieken uit de microchipindustrie lijken perspectieven te bieden om een betere schoonwaterflux te krijgen.

Eén van deelnemers vraagt in hoeverre de cakelaagvorming een positieve rol speelt? Kromkamp antwoordt dat het doel is de cakelaagvorming te minimaliseren om een redelijke doorstroomsnelheid te handhaven. Er is inderdaad een hogere bacterieverwijdering mogelijk bij meer cakelaagvorming. Er moet echter een balans gezocht worden met de eiwitretentie.

Fons Michielsen vraagt of een microzeef sneller vervuilt? Het antwoord luidt: ja, maar de vervuiling is ook weer sneller te verwijderen. 

Hoge druk

Bij de Vakgroep Levensmiddelentechnologie en Voeding van de Universiteit van Gent is ervaring opgedaan met onderzoek naar hogedruk als conserveringstechniek. Prof. K. Dewettinck deed daarvan verslag. Ondanks de vele studies die zijn uitgevoerd aan zuivelproducten is het tot nu toe nog niet gelukt om een hoge druk-behandeld zuivelproduct op de markt te zetten.

Dit is wel gelukt bij halffabricaten van vruchten, vruchtensappen, guacamole, rijst cake en inktvis.

Het principe van hogedrukbehandeling is vrij simpel. Ten eerste voldoet het aan de stelling van Le Chetalier: 'in het geval van een verkleining van het volume wordt de druk vergroot en omgekeerd'. Ten tweede is er sprake van isostatische druk, d.w.z. de druk is momentaan en uniform verdeeld onafhankelijk van de grootte en de vorm van het levensmiddel.

De techniek kan ingepast worden in semi-continue en continue processen, maar ook in een 'batch-gewijze' aanpak.

Specifiek met betrekking tot de kwaliteit van melk presenteerde Prof. Dewettinck enkele resultaten uit literatuuronderzoek. Hij concludeert dat er een effect zou kunnen zijn op Maillard verkleuring in melk.

Hoge druk kan de verteerbaarheid van melkeiwitten in bepaalde gevallen beïnvloeden. De vitamines in melk worden niet significant beïnvloed.

Bacterieafdoding kan tot op een zeer bevredigend niveau worden bereikt. Voor het uitschakelen van bacteriesporen is echter een extra hoge druk nodig. Het effect van de hoge druk behandeling kan vergroot worden door een systeem van opeenvolgende korte hoge druk behandelingen (Dynamic High Pressure: DHP). Het ziet er naar uit dat er drukresistente vegetatieve bacteriën kunnen ontstaan. Er zijn al E. coli-mutanten bekend die tot 800 MPa kunnen weerstaan.

Het effect van Hoge Druk op de in de melk aanwezige enzymen is niet gesignaleerd.

In de literatuur is nadrukkelijk gerapporteerd, dat caseine-micellen gedesintegreerd worden door hoge druk. Wei-eiwitten worden door hoge druk gedenatureerd, met name β-lactoglobuline.

Voor de kaas- en de yoghurtbereiding zijn in de literatuur wel wijzigingen in de samenstelling ten gevolge van hoge druk behandeling van de grondstof melk gerapporteerd, maar met een aangepaste receptuur is wel degelijk een volwaardig eindproduct te maken. Zelfs zou er een hogere kaasopbrengst mogelijk kunnen zijn. De vetarme kaas zou een betere textuur kunnen krijgen.

Interessant is dat ook kaas (als zodanig) met hoge druk kan worden behandeld. Het blijkt dat eliminatie van micro-organismen tot de mogelijkheden behoort. In Cheddarkaas en enkele zachte kazen kon na de hoge druk behandeling een versnelde rijping worden aangetoond. In Goudse kaas kon dit niet worden gesignaleerd. 

Jaap de Wit zegt dat wanneer de wrongelopbrengst hoger is, dit komt door de insluiting van meer weieiwitten. Zijn vraag is of dat is toegestaan? Dewettinck zegt dat dit kan, maar dat voor dit product de 'novel technology'-toestemmingsprocedure nog wel doorlopen moet worden.

Van de Berg constateert dat er ook effect is op de destructie van caseine micellen. Hij weet dat kleinere micellen een betere stremming geven. Wat zijn de perspectieven?

Dewettinck antwoordt daarop, dat er een bepaald optimum is. Te hoge druk brengt weer andere problemen met zich mee. 

Pulserend electrisch veld

Met een 'Pulsed electric field (PEF)'-behandeling zijn micro-organismen te inactiveren en ontstaat er weinig tot geen schade aan de productkarakteristieken zoals kleur, geur en smaak, struktuur, voedingswaarde en nutrientenbeschikbaarheid.

Met deze constatering startte Huub Lelieveld van Unilever Research zijn referaat.

PEF kan pasteurisatie vervangen, maar niet de sterilisatie. Het is daarmee geschikt voor zure producten, producten met een lage wateractiviteit en gekoelde producten met een korte bewaarduur.

Sporevormende bacteriën zoals Bacillus subtilus ondervinden nauwelijks last van een PEF- behandeling.

Het effect van PEF hangt onder andere af van de electrische veldsterkte, de pulslengte en het aantal pulsen, zo doceert Lelieveld.

Het soort product speelt een grote rol. Water heeft een hele lage geleidbaarheid. Tomatensap daarentegen de hoogste. Melk zit daartussenin.

De dimensionering van een PEF-kamer waarin de behandeling plaats is zodanig, dat een overbehandeling van 20% nodig is om in het midden voldoende effect te krijgen. De meest aantrekkelijke temperatuur bij een PEF-behandeling is 37°C.

Er is in de literatuur geen invloed van een PEF-behandeling op geur, kleur en smaak van melk en melkproducten geconstateerd. Invloed op de voedingswaarde is eveneens niet gerapporteerd. Het zou kunnen dat de nutriëntendichtheid toeneemt.

Uit energetisch oogpunt is PEF zeer interessant. Voor de meeste producten is 150 kJ/kg product voldoende.

Spreker verwacht dat met dit proces goedkoper gewerkt kan worden dan volgens de traditionele methoden.

Dhr. Lelieveld schetste vervolgens de weg die gegaan moet worden om het voedingsmiddel dat met PEF is behandeld door de procedure van de EU Novel Foods richtlijn te loodsen.

Dit is bijvoorbeeld mogelijk voor een product als yoghurt met aardbeien, maar niet voor gewone zuivelproducten. 

Prof. Pieter Walstra zegt dat bij 150 kJ/kg een temperatuurstijging optreedt van 35°C. Wanneer deze warmte niet wordt teruggewonnen sta je in het nadeel bij de gewone pasteurisatie waar wel een warmteterugwinning plaatsvindt. Lelieveld moet dat erkennen, maar hij stelt dat het bij melk iets genuanceerder ligt, omdat de temperatuurstijging minder dan 10°C zal zijn. 

Ultrasoon geluid

Dhr. R. Breeuwer van TNO TPD demonstreerde met prachtige bewegende beelden wat 'power ultrasonic systems' in vloeistoffen teweeg kan brengen.

Met ultrasoon geluid kan een hele reeks van toepassingen in gang gezet worden. Dat varieert van verdampen, reinigen, coaguleren, ontgassen, filtreren tot steriliseren.

Van praktijktests is echter nog weinig bekend. Industriële toepassing ligt nog niet in het verschiet, omdat de investeringskosten hoog zijn, evenals de energiekosten. Alleen kleine reactoren die in de lijn geplaatst worden, zouden haalbaar kunnen zijn.

Het reproduceren van de bereikte effecten is tot nu toe in de meeste gevallen bijna onmogelijk.

Prof. Pieter Walstra vraagt wat er bekend is ten aanzien van de werking op bacteriën?

Dhr. Breeuwer antwoordt dat hem experimenten bekend zijn met afvalwater, waar een redelijke zuivering bereikt kon worden samen met UV-licht.

Tenslotte

Het geheel overziende constateert de voorzitter Rini Bouwman, dat het gelukt is om in dit najaarssymposium een goed overzicht te krijgen van de nieuwe conserveringstechnieken. Hij bedankt sprekers en deelnemers voor hun inbreng en wenst eenieder wel thuis.