Pekelverlies of winst? Ins & Outs van Pekelen - Voorjaarssymposium 2022

Op 7 april 2022 vond het voorjaarssymposium van het Genootschap ter bevordering van Melkkunde plaats bij de Remeker Kaas te Lunteren.

Ruben de Vries opende de bijeenkomst van het Genootschap in een stal van de familie Van der Voort in Lunteren. Er was voor een open ruimte gekozen omdat ten tijde van de keuze Covid nog roet in het eten dreigde te gooien. Helaas was het niet een warme, zonnige en windstille aprildag, maar een koude, natte dag met veel regen en wind. Het bestuur had dan ook maatregelen getroffen en ieder van een dekentje voorzien. De voorzitter meldde dat pekelen al jaren een uitdaging is voor kaasbedrijven en er zijn allerlei ontwikkelingen gaande en oplossingen gevonden.

Teksten: Tineke van der Haven, Fons Michielsen, Martin Warmerdam. Redactie: Yves De Groote

Gastheer - Peter van der Voort

Peter van der Voort runt samen met zijn vader een biologische melkveehouderij met 90 Jersey koeien. Het bedrijf zit al sinds 1650 op dezelfde locatie. Achter de boerderij loopt de Lunterse Beek en de doorwaadbare plaats aldaar werd vroeger een voorde genoemd. Vandaar de familienaam. Alle melk wordt verwerkt tot biologische kaas en dat kan niet op een koopje: de kaas gaat, afhankelijk van de leeftijd, voor € 25 – 50 per kg van de hand. De afzet is vooral in de Randstad.

In het stalseizoen krijgen de koeien 3 kg graan per koe per dag. Er wordt geen maïs en geen soja gevoerd. In het weideseizoen krijgen de koeien alleen gras, ze worden vrijwel niet bijgevoerd. Maar dat is geen regel van Meden en Perzen. Vanaf half april is het rantsoen vrijwel geheel gras, maar in de droge augustus van ’18 kregen ze 20 % gras en 80 % bijvoer. Het bijvoeren is niet gunstig: het is duur, er zit minder energie in dan in gras en de kaas is wat minder smakelijk. De koeien geven zelf ook de voorkeur aan gras boven krachtvoer: als er voldoende gras is laten ze het krachtvoer links liggen. De oudste koeien die nog worden gemolken zijn 13 jaar oud.

De grond zien ze als een zeer belangrijke productiebron: ze gaan er zo voorzichtig mogelijk mee om – ze hebben al 40 jaar niet geploegd en gebruiken alleen potstalmest - en dat merken ze ook. In 2016 hadden ze 7900 kg melk per hectare en dat is gestegen met 1130 kg per hectare in 2021.

De kaas die ze maken is biologisch en rauwmelks met verlaagd zoutgehalte. De kazen worden gecoat met zelfgemaakte ghee. Die ghee wordt gemaakt door wei te ontromen, de room te karnen en de boter te verhitten, in 4 uur tijd, tot 140 ⁰C. 

Pekelproces - Roel van der Vaart

Meer dan 50 % van de aangeleverde melk bij FrieslandCampina wordt op 8 locaties omgezet in kaas en dat zijn veel soorten: gewone Goudse, biologisch, geit, blok, rond enzovoort. In totaal zo’n 500 x 10⁶ kg kaas en daarvoor is 8.000 ton zout per jaar nodig. De laatste decennia zijn er toenemende maatschappelijke zorgen met betrekking tot de consumptie van zout, zei Roel van der Vaart van FrieslandCampina. Sinds 2016 is het zoutgehalte in de kaas van het zuivelbedrijf met 22 % verminderd. Voorheen bevatte kaas 3,5 % zout op de drogestof en dat is nu 3,0 %. Veel lager gaan, is om verschillende redenen wel een uitdaging. De vraag of de consument het zou accepteren, zegt Van der Vaart. De bescherming van de kaas tegen microbiële groei zou te laag worden en de vorm en consistentie zou wezenlijk verminderen.

Kaas maken is simpel gezegd een wrongelblok persen en pekelen. De kaas die de pekel in gaat is 30 ⁰C en koelt in de pekel in ca 10 uren tijd af van 13 ⁰C. Er trekt zout in de kaas wat een conserverende werking heeft, zorgt voor een zoute smaak en voor een gewenste textuur en stevigheid en er gaat water uit. Dat laatste zorgt voor een droge korst en een stevig model.

Al in 1972 vestigde Tom Geurts de aandacht op het pekelproces in zijn promotie-onderzoek getiteld: Diffusie van zout en water bij het zouten van kaas. Voor die diffusie werd een rekenmodel opgezet. Die diffusie is afhankelijk van de viscositeit van het kaasvocht, de temperatuur en het labyrint-effect. Het duurt ongeveer 35 dagen voordat de zoutconcentratie in een Goudse kaas met een dikte van 10 cm is genivelleerd, al is de zoutverdeling toch niet helemaal homogeen (de rand blijft altijd iets zouter).

De condities in een pekelbad zijn tamelijk constant: de temperatuur is 13 ⁰C en schommelt niet meer dan 0,5 ⁰C, het zoutgehalte is 18 – 20 ⁰Bé en de pH is 4,2 – 4,8. Het zoutgehalte wordt in de praktijk gestuurd met de pekelduur. Dat is meteen een logistieke uitdaging in de huidige grote pekelsystemen. Wanneer van de gewenste pekelduur wordt afgeweken kan dat resulteren in te hoog of te laag zoutgehalte, droge kaas, zoutrand met uitgezout eiwit en/of een kleffe korst. Eenvoudig gesteld: als het pekelverlies correct is dan is het pekelproces goed verlopen. Uitdagingen voor de toekomst zijn verlaging van het zoutgehalte met minimale spreiding en behoud van conservering, sterkere variatie in de pekelduur en goede korsthygiëne bij foliegerijpte kaas.

Microbiologie van het pekelbad - Fons Michielsen

Hoewel pekelen wordt gezien als microbiële conservering van de kaas ervaren kaasbedrijven nogal eens microbiële problemen als gevolg van het pekelen, verduidelijkte Fons Michielsen. Het is interessant om te zien welke bedreigingen er in een pekelbad kunnen vóórkomen. Er zijn verscheidene onderzoeken gepubliceerd over de microbiologie van een pekelbad. Onderscheid kan gemaakt worden tussen het kiemgetal (kwantitatief) en de microbiële populatie (kwalitatief). Micro-organismen die in een pekelbad zijn moeilijk op te kweken en dat wordt uitgedrukt als viable but not culturable.

Als het gaat om kwalitatief onderzoek (dus: welke micro-organismen komen er allemaal voor in een pekelbad) nemen de meeste onderzoekers hun toevlucht tot metagenomic sequencing en amplicon sequencing. Daarbij wordt een kenmerkend stukje DNA van microbiële plasmiden geïsoleerd, overgeschreven op RNA en dit RNA wordt vermenigvuldigd en afgelezen. Als het gaat om een microbiële populatie zullen niet bij één aflezing alle soorten of geslachten micro-organismen herkend worden. Sterker nog, het aantal aflezingen bij één monster gaat in de richting van 10.000 -30.000 voordat met zekerheid kan worden gezegd dat alles, wat er in het monster zat, wel herkend is. Het resultaat is een groot aantal micro-organismen die benoemd kunnen worden en het aantal keren dat ze bij een aflezing zijn gedetecteerd is een maat voor hun onderlinge verhouding. Een kiemgetal hiermee bepalen is volgen Michielsen niet mogelijk. En zelfs dan: gebruik van een databank om de aflezing te kunnen omzetten in specifieke micro-organismen is nodig en er zijn nogal wat databanken beschikbaar, elk met een eigen bibliotheek. Dat betekent dat het resultaat van sequencing mede afhankelijk is van de gebruikte databank.

Er komen ruwweg twee soorten micro-organismen voor in de pekel: micro-organismen uit het kaasproces (zuursel, stremsel) en micro-organismen uit de omgeving. Als microbiologen een monster nemen uit een pekelbad gebeurt dat meestal op “verantwoorde” wijze, bijvoorbeeld uit het midden van het pekelbad of 10 cm onder het oppervlak. Dan krijg je wel een representatief beeld van wat er in pekel zit, maar niet van die micro-organismen, die toch af en toe problemen veroorzaken: die zitten in biofilms en drijven op kaasstof op het oppervlak van het pekelbad.

Dat blijkt ook wel: via amplicon sequencing of metagenomic sequencing  komen veel micro-organismen aan het licht als Tetragenococcus, Halomonadaceae en Halanaerobium, maar niet per se micro-organismen waarbij alarmbellen gaan rinkelen. Wellicht zal een aantal van deze gevonden micro-organismen een kleine positieve invloed hebben op de kaaskwaliteit, maar grote problemen zullen deze niet veroorzaken.

Om nadelige invloed vanuit het pekelbad op de kaaskwaliteit te verminderen of uit te sluiten kun je micro-organismen doden of verwijderen. Doden zou kunnen door toepassing van ozon, chloorbleekloog of UV licht, elk met een eigen dynamiek en randvoorwaarden. Verwijderen zou kunnen door filtratie of microfiltratie en het reinigen van een leeg pekelbad. Waarschijnlijk is het filtreren van pekel (verwijderen kaasstof) meer zinvol dan het micro filtreren (verwijderen van micro-organismen). Het reinigen van een leeg pekelbad echter is waarschijnlijk een van de beste maatregelen, omdat daarmee ook biofilms worden verwijderd. Maar dat vereist een ander ontwerp van pekelsystemen en pekelprocedures.

Pekelen van kaas - Joeke van der Heide

De volgende inleiding komt van Joeke van der Heide van de firma De Klokslag uit Bolsward; het bedrijf dat sinds enige jaren weer zelfstandig is na hun afsplitsing van GEA. Onder de titel: Pekelen van kaas: een kwestie van tijd, benadert de inleider het pekeloperatie als een logistiek proces onder de subtitel: “de opslag van kaas in de pekel” en dit betreft de periode van de kaas ná het persen en vóór het verpakken, dan wel de oppervlaktebehandeling. Hierin wordt door de Klokslag onderscheid gemaakt tussen a) de aanvoer van de kaas uit de kaasmakerij, b) het verblijf in de pekel, en c) de afvoer naar de volgende fase.

In het flow-diagram uit de presentatie, wordt, naast het toedienen van zout, eveneens getoond dat 1) het pekelbad gekoeld moet worden om de warmte van de kazen af te voeren en dat er separaat 2) Ca-ionen worden bij gedoseerd, naast 3) HCl, om hiermee de pH en het Calcium-gehalte van de pekel op peil te houden.

Bij het aanbieden van hun activiteiten op het gebied van pekelsystemen hanteert de Klokslag de volgende verdeling, afgeleid van de omstandigheden: greenfield (“groene weide”) benadering, betreft het ombouw of uitbreiding of  gaat het om onderhoud of onderdelen. Hierin valt ook de serviceverlening. Het is de bedrijfscontext van de klant die bepalend is voor de mogelijkheden en vrijheidsgraden die in de ontwerp- en uitvoeringsfase van de pekelsystemen kunnen worden meegenomen.

Hierbij worden de volgende (RVS) pekel-kooi-systemen onderscheiden: allereerst de klassieke statische-kooi, die nog een zgn. ‘stokkenist’ in de operatie vereist. Ook presenteerde van der Heide de pekelkooien die een statisch-opgelijnd dan wel een dynamisch-opgelijnd proces mogelijk maken. In de laatste twee systemen verloopt het vullen en legen van de kooien automatisch maar in de dynamische versie kunnen de afzonderlijke kooien snel en flexibel in en uit het pekelbad gelift en getransporteerd worden. In de presentatie is een animatie van deze vorm getoond; niet als eerste bedoeld voor de zelfkazende boer.

De keuze voor het best geschikte proces worden ingegeven door de variabelen: pekelduur, aantal verschillende kaasmodellen en afmetingen, bakscheiding nodig ja/nee, FIFO, automatisch of handmatig proces en of je te maken hebt met bestaande - dan wel nieuwbouw.

Van der Heide noemde de ombouw van de klassieke betonnen bakken naar RVS-systemen als een van de huidige ontwikkelingen. Als voordelen worden de betere doorstroming en de betere reinigbaarheid genoemd. Vooral de coating in de oudere betonnen bakken zou vaker aangebracht moeten worden dan wel een risico tot vervuiling in zich hebben. Ook biedt het gebruik van RVS-bassins de mogelijkheid tot compartimentering hetgeen daarmee tot meer flexibiliteit zou leiden. Als afsluiting ging de inleider voort met de klantspecifieke variaties die geboden kunnen worden. In een voorbeeld wordt bij het automatisch in- en uitzwemmen van Euroblokken toch een minimale variatie in pekelduur bereikt, een resultante van een normaal FIFO principe, ondanks de bijzonder korte pekelduur van slechts 24 uur! Een en ander onderschrijft zeker het nut het pekelproces in dit geval als een logistieke operatie te beschouwen.

Pekeloverschot en behandeling - Jos van Dalfsen

Jos van Dalfsen van Wafilin Systems uit Dalfsen neemt het stokje over onder de titel: ‘Pekeloverschot en behandeling’ en zette zijn werkgever neer als de Masters in Membranes. Deze kwalificatie is onder meer te danken aan de samenwerking met Hogeschool Van Hall Larenstein in Leeuwarden. Op het Applicatie Lab van de hogeschool worden vele membraansystemen van diverse van de Wafilin-aanbieders in de praktijk getest en wordt met vele (potentiele) nieuwe medewerkers contact gelegd en kennis gemaakt.

Qua membraansystemen en –technieken noemde van Dalfsen

• Microfiltratie, met drukverschillen van 0,1-3 bar; voor de afscheiding van bacteriën en deeltjes.
• Ultrafiltratie (met 2-10 bar) voor de selectieve concentratie en ophoping van suikers en eiwitten.
• Nanofiltratie (gebruikmakend van 2-10 bar) voor de separatie van mono- en multivalente ionen.
• Omgekeerde osmose (drukverschil van 10 -100 bar) gericht op het onttrekken van water.

Genoemde membraantypes verschillen uiteraard in eigenschappen. Echter, zo meldde de inleider, door de uitvoering van vele procestesten op het applicatie-lab, beschikt Wafilin ook over de mogelijkheid om van de producten van de vele leveranciers ook de beste toepassing te vinden. Dit helpt potentiële gebruikers een betere route-keuze te maken in het membranendoolhof; vrij naar de inleider.

Als toepassingen in de food sector noemde van Dalfsen onder meer het concentreren van melk en wei, klaren van sappen, filtreren van bier, concentreren van tomatensap, extractie van erwten-eiwit, demineraliseren van zoete en zure wei en vindt Wafilin haar klanten verspreid over de sector. Dit was het opstapje om het Brinex-syteem in te leiden; het systeem waarmee het pekeloverschot wordt teruggedrongen.

Doordat de kaas bij het pekelen zout opneemt en water verliest, neemt de zout-water-plas toe naarmate het pekelen voortduurt; dit is het pekeloverschot. Dit moet worden afgevoerd voordat het zout in het bad wordt aangevuld. Dit gaat om substantiële hoeveelheden als je het over de nationale kaasproductie betrekt en rekent met >5 gewichtsverlies van kaas in de pekel, praat je over ruim 35.000 ton (red.!) aan pekeloverschot.

Het Brinex-systeem is een gecombineerde behandeling van het pekeloverschot met allereerst een microfiltratie; hiermee worden bacteriën, gisten, schimmels en kaasdeeltjes verwijderd, gevolgd door een vallende-filmverdamper.

De optredende voordelen worden specifiek benoemd:

• Door microfiltratie wordt de besmettingsdruk op de gepekelde kaas verlaagd, iets wat voor biologische kaasbereidingen interessant kan zijn;
• De geconcentreerd pekeloplossing kan worden hergebruikt; hiermee kan tot 40% aan nieuw zout worden bespaard;
• Het af te voeren pekeloverschot wordt gereduceerd met 90-98%;
• De lozing van Chloor-ionen wordt gereduceerd met 99%.

Over het prijskaartje en de kosteneffectiviteit werden geen mededelingen gedaan. Deze hangen ongetwijfeld samen met de kosten voor energie en transport.

Pekelen van kaas - Coen Akkerman

Dr. Ir. Coen Akkerman van de firma Food Process Support BV besprak onder de titel ‘Het Pekelen van Kaas’ diverse aspecten. Naast enige algemene zaken zoals het hoe en het waarom van het pekelen van kaas, werden enige alternatieve technieken besproken om kaas te zouten, met daarbij Cheddar en Feta als voorbeelden. Vervolgens bracht hij het publiek op het zoutspoor: van de zoutwinning in de buurt van Harlingen en via de pekelbassins van de kaasindustrie naar de zuivering en lozing in de Waddenzee (met vergunning) van de pekeloverschotten in de afvalwaterzuiveringscentrale van Farmsum.

Hoewel dit circulair oogt, liet Akkerman zien waarom dit niet klopt, met name vanwege het overvloedige transport en de lozing van biomassa en zout. En hij gaf daarbij een aantal suggesties om dit te verbeteren, hoewel sommige van die ideeën nog op de innovatie-tafel liggen zoals het winnen van K-, Na- en Chloorionen uit de kaasmelk om deze later in geconcentreerde vorm weer te gebruiken om de kaas te pekelen.

Wat ruimer wordt ingegaan op de route met de grootste impact: namelijk het recycleren van de pekel middels microfiltratie en de vallende-film verdamping zoals ook door de vorige spreker was behandeld. Dat dit een serieuze optie is, en een die meer overdenking verdient, werd gevoed door de suggestie dat de huidige lozingsoptie wellicht ooit haar vergunning verliest. En dat elke kaasfabriek hiervoor een what-if-scenario in de kast zou moeten hebben liggen.

Inleider refereerde ondertussen ook nog naar NIZO onderzoek (van Zoon, Straatsma en Allersma, 1991) waarin aangetoond werd dat langdurig hergebruik van gerecycleerde pekel geen noemenswaardige invloed heeft op de kwaliteit van natuurgerijpte kaas. Ook werd daarin aangegeven hoe te voorkomen dat neerslaand Ca-Fosfaat het pekelbad gaat vervuilen.

Terloops werd vervolgens nog de optie aangestipt om het Na-gehalte van kaas en pekel te verlagen door gebruik van Kaliumchloride als zout. Dat dit mogelijk een prijzige aangelegenheid is, werd niet onvermeld gelaten: K-zout is ca. 10x de prijs van NaCl.

De spanning tussen zout en Flavour - Hans Brandsma

Het zout in de kaas beïnvloedt de smaak. In een aantal proeven bestudeerde Hans Brandsma, werkzaam bij DSM voorheen CSK, het effect van zout op de smaakvorming door de melkzuurbacteriën. Daarbij maakt het verschil welke methode van zouten wordt gebruikt. Twee methoden zijn vergeleken namelijk het mengen van zout door de wrongel (toegepast bij cheddar) en het zouten van kaas door middel van pekelen. In het laatste geval duurt het enige tijd voordat het zout de verzuring hindert. Een gevolg daarvan is dat er in het laatste geval in de kazen meer lactose wordt omgezet en dat bij de eerste methode lactose langer aanwezig blijft.

Daardoor zou, aldus Brandsma, de reductie van het aantal melkzuurbacteriën bij de cheddarmethode langzamer gaan terwijl er gelijktijdig enige lactose en zout in de kaas aanwezig zijn. Dat zou tot gevolg hebben dat er relatief meer smaakstoffen gevormd worden in de kaas.

Brandsma deed experimenteel onderzoek met behulp van 3 methypbutanal, waarbij hij al dan geen zout (4%) en wel of geen lactose (1%) aan het medium toevoegde.

Bij een concentratie van 4% zout wordt de smaakvorming ernstig onderdrukt; aanwezigheid van lactose bevordert de vorming van methylbutanal.

Bij de experimenten werd caseïne vervangen door aminozuren, ook dit werkte stimulerend op de productie van smaakstoffen. Toevoeging van pyruvaat (een tussenproduct van het omzettingsproces van glucose in melkzuur, de glycolyse) leidt eveneens tot de vorming van meer smaakstoffen.

Uit deze experimenten concluderen Brandsma en zijn medewerkers dat de vorming van smaakstoffen in kaas wordt gestimuleerd tijdens het omlopen van de kaas in de periode voor het zouten) en wanneer een deel van de lactose nog aanwezig is.