artikel

Pasteurisatie met hogedrukkoolstofdioxide

Algemeen

De vraag naar vers – of althans vers ogend – voedsel is aanleiding te zoeken naar minimale bewerkingstechnieken die de organoleptische en nutritionele eigenschappen van behandelde voedingsmiddelen minder beïnvloeden dan traditionele hittebehandelingen. Een veelbelovende niet-thermische conserveringsmethode is pasteurisatie met sub- en superkritisch koolstofdioxide, ofwel HPCD, High Pressure Carbon Dioxide.

Bij High Pressure Carbon Dioxide (HPCD)-pasteurisatie worden micro-organismen blootgesteld aan sub- of superkritisch CO2 (zie kader ‘Sub- en superkritisch CO2’) gedurende een bepaalde behandelingstijd. Dit gebeurt doorgaans batchgewijs, waarbij eerst met een pomp vloeibaar CO2 onder hoge druk in een verwarmde hogedrukautoclaaf wordt gebracht die het te conserveren (vaste of vloeibare) voedingsmiddel bevat.

Behandelingstijd
Nadat de gewenste CO2-druk is bereikt (bijvoorbeeld 100 bar), wordt de CO2-pomp uitgeschakeld en wordt het voedingsmiddel bij constante (CO2-)druk en temperatuur behandeld (al dan niet onder constant roeren). Na verloop van een bepaalde behandelingstijd wordt de CO2-druk vervolgens met een bepaalde snelheid afgebouwd tot atmosfeerdruk, waarna het behandelde voedingsmiddel op een steriele manier kan worden gerecupereerd. Er bestaan ook semi-batch en continue implementaties van het HPCD-pasteurisatieproces.

De tabel geeft een (representatief) overzicht van gepubliceerde resultaten omtrent het gebruik van HPCD om (vegetatieve) micro-organismen en enzymen te inactiveren in diverse voedingsmiddelen. Uit deze resultaten kan worden geconcludeerd dat HPCD de mogelijkheid geeft om microbiële contaminatie in verscheidene reële voedingsmiddelen in min of meerdere mate te reduceren. De efficiëntie van het bacteriedodend effect blijkt echter niet enkel afhankelijk te zijn van de HPCD-behandelingscondities, maar ook van het type micro-organisme en van de samenstelling (onder andere vochtgehalte en vetgehalte) van het voedingsmiddel.

Hypothetisch inactivatiemechanisme
Hoe het inactivatiemechanisme exact werkt is nog niet bekend. Vermoedt wordt dat blootstelling van micro-organismen aan HPCD tot gevolg heeft dat de CO2 in de bacteriecellen diffundeert en zo de intracellulaire pH verlaagt. Tengevolge van deze intracellulaire pH-daling zouden bepaalde intracellulaire en membraangebonden enzymen, die noodzakelijk zijn voor de goede werking van de cel, worden geïnactiveerd. Tevens kan de toegenomen membraanpermeabiliteit, veroorzaakt door het oplossen van CO2, een vrijstelling veroorzaken van vitaal cytoplasmatisch materiaal en zo interfereren met het actief en passief massatransport door het membraan heen [3].

Hoewel experimenteel bewijs voor dit hypothetisch inactivatiemechanisme zeer schaars is, is het momenteel duidelijk dat penetratie van HPCD in de bacteriecellen een zeer belangrijke rol speelt in het waarschijnlijk complexe inactivatiemechanisme. Roeren, cycleren in CO2-druk, en de aanwezigheid van water, versnellen de inactivatie omdat deze factoren de diffusie van HPCD in de cellen wellicht bevorderen.

Voordelen
De fundamentele voordelen van superkritische CO2-pasteurisatie hebben te maken met de milde condities waarmee wordt gewerkt. De techniek werkt immers bij lage temperatuur zodat het kwaliteitsverlies (structuur-, kleur-, smaak-, en vitamineverlies) dat voorkomt bij hittebehandelingen zou kunnen worden vermeden. Ook ten opzichte van een andere niet-thermische inactivatietechniek (High Hydrostatic Pressure [HHP; hoge hydrostatische druk] pasteurisatie) biedt superkritische CO2-pasteurisatie voordelen.

De gebruikte drukken zijn lager en dus gemakkelijker te controleren. Bovendien is CO2 onbrandbaar, (relatief) chemisch inert, goedkoop, en minder toxisch dan vele andere organische oplosmiddelen [1, 2]. Koolstofdioxide wordt bovendien beschouwd als een milieuvriendelijk (‘groen’) solvent, dat algemeen beschouwd wordt als veilig en daardoor zonder veel beperkingen kan en mag worden gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie [2].

Toepasbaarheid?
Ondanks het feit dat de afdoding van micro-organismen door middel van HPCD een veelbelovend alternatief lijkt te zijn voor thermische pasteurisatie van bepaalde voedingsmiddelen, heeft deze techniek nog niet echt geleid tot commerciële toepassingen. Recent onderzoek in België wil de optimale omstandigheden voor het HPCD-proces bepalen en toepassingen voor de techniek ontwikkelen. Tevens willen de onderzoekers dieper ingaan op een aantal fundamentele aspecten van de HPCD-techniek.

HPCD-screening
Zo is het allereerst noodzakelijk om een systematische HPCD-screening van een hele reeks micro-organismen uit te voeren. Een dergelijke screening is belangrijk omdat dit een uitstekend overzicht geeft van de gevoeligheid van de organismen voor de HPCD-techniek. Tevens dient te worden onderzocht of micro-organismen resistentie ontwikkelen tegen HPCD-behandelingen. Resistentie-ontwikkeling zal immers een serieuze bedreiging vormen voor de veiligheid en de stabiliteit van HPCD-behandelde voedingsmiddelen. Ook is (meer) kwantitatief onderzoek nodig naar de invloed van de verschillende voedingsmiddelencomponenten (zoals vetten, proteïnen, NaCl en zetmeel) en van de intrinsieke eigenschappen (pH en wateractiviteit) van het voedingsmiddel op de afdoding via HPCD.

Daarnaast blijkt uit de literatuur dat de producten die tot nu toe zijn onderzocht op HPCD-inactivatie, voornamelijk beperkt zijn gebleven tot melk, fruitsappen en eieren. Verder onderzoek is nodig om te zien of de techniek uitbreidbaar is naar andere voedingsmiddelen (zoals rund- en kippenvlees, schaaldieren en rauwe vis). Ook dient meer inzicht te worden verkregen in het exacte inactivatiemechanisme van HPCD. Tenslotte kan dan op basis van al deze informatie een predictief model voor HPCD-inactivatie worden opgesteld als functie van de belangrijkste procesparameters en voedingsmiddeleneigenschappen.

Alleen door een grondige kennis van al deze aspecten kunnen de beperkingen voor praktisch gebruik van HPCD overwonnen worden, en kan het werkelijk potentieel van deze innovatieve conserveringstechniek worden ingeschat.

Reageer op dit artikel