Technologie [wetenschap]

Floor Boon, Erik Hoornstra en Robert van den Berg
Dr Ir M.A. Boon, Ir E Hoornstra, Dr Ir R.W. van den Berg
TNO Kwaliteit van Leven, Zeist, 030-6944131
erik.hoornstra@tno.nl

Verantwoording
Dit onderzoek is uitgevoerd met financiële ondersteuning van de Commissie van de Europese Unie, Framework 6, Priority 5 ‘Food Quality and Safety’, Integrated Project NovelQ FP6-CT-2006-015710.

Literatuur
De lijst met gebruikte literatuur voor de modellen is op te vragen bij de auteurs van dit artikel.

Modelleren houdbaarheid sinaasappelsap verkort R&D-traject
Ten minste houdbaar tot …

Er zijn veel testen nodig om de gewenste houdbaarheid van een levensmiddel te bepalen. Door de bedervende processen te modelleren kan het aantal testen worden beperkt en het R&D traject worden verkort. TNO heeft daarom binnen het EU-project NovelQ een model ontwikkeld dat de houdbaarheid van sinaasappelsap behandeld met ultra hoge druk (UHD) voorspelt.

De houdbaarheid van een product is gedefinieerd als de tijd waarin een product nog acceptabel is voor menselijke consumptie. Producten bederven door microbiële, chemische en fysische processen. De grondstofkwaliteit, productsamenstelling, het conserveringsproces, verpakking en opslagcondities bepalen de houdbaarheid van levensmiddelen. Deze processen kunnen met wiskundige modellen worden beschreven. Samenvoegen van deze modellen tot één levert een model op waarmee de gewenste houdbaarheid en de daarbij behorende conserveringscondities kunnen worden bepaald. Het model voor sinaasappelsap maakt onderdeel uit van een toolbox waarmee de kwaliteit en houdbaarheid van levensmiddelen onder invloed van processing en bewaarcondities kan worden voorspeld.

Voorspellen microbiële houdbaarheid
Sinaasappelsap is een zuur product met een pH van ongeveer 3,5. Bij deze pH is pasteurisatie afdoende om een microbieel stabiel product te krijgen. Gisten zijn de belangrijkste micro-organismen die bederf veroorzaken en worden door UHD relatief snel geïnactiveerd. Daarnaast zijn ook pathogene micro-organismen van belang voor een microbieel veilig voedingsmiddel. Salmonella en E. coli worden gezien als belangrijkste doelorganismen voor dit product. Grampositieve bacteriën, zoals Listeria monocytogenes, zijn drukresistenter.
Er zijn slechts enkele wiskundige modellen voorhanden die de inactivatie van micro-organismen door het gecombineerde effect van druk en temperatuur beschrijven. Bijvoorbeeld Donsi et al. [2003] modelleert de inactivatie van Saccharomyces cerevisiae in een MRS bouillon bij 45-60°C en 50-250 MPa. Dogan en Erkmen [2004] beschrijven de inactivatie van Listeria monocytogenes in sinaasappelsap als gevolg van hoge druk (300-600 MPa) bij een constante temperatuur (25°C). TNO heeft een submodel ontwikkeld op basis van beschikbare literatuur die de inactivatie van micro-organismen beschrijft tussen de 300 en 600 MPa bij 25°C. Er is uitgegaan van een initiële besmetting van 5 log cfu/ml, een verdubbelingstijd van 24 uur (bij 4°C) en als bederfgrens (houdbaarheid) een populatieomvang van 6 log cfu/ml.

Voorspellen enzymatische houdbaarheid
Enzymactiviteit in een voedingsmiddel kan leiden tot een veranderende chemische samenstelling van het product, resulterend in smaak, geur, kleur en textuurveranderingen. De belangrijkste enzymatische bederfreacties zijn oxidatie, bruinkleuring, textuurverlies en rijping. Het enzym pectine methyl esterase (PME) is in het TNO-model gekozen als doelenzym in sinaasappelsap omdat het effect van PME-activiteit op cloudiness bekend is. Cloudiness is een maat voor de troebelheid van het sap. Een te hoge cloudiness betekent dat er te veel bestanddelen naar de bodem zijn gezonken en het sap te helder is.
In de literatuur zijn modellen gevonden die de inactivatie van PME in sinaasappelsap beschrijven door het gecombineerde effect van temperatuur en druk. Enzymactiviteit is sterk afhankelijk van de matrix en om die reden kunnen resultaten van gezuiverde enzymen in buffers [Van Den Broeck, 2000] niet worden gebruikt in een houdbaarheidsmodel. TNO heeft een submodel ontwikkeld op basis van beschikbare literatuur die de inactivatie van PME beschrijft tussen de 300 en 600 MPa met een temperatuur tussen de 25 en 60°C. Het model bestaat uit eerste-orde fractionele conversie met de Arrhenius- en Eyringvergelijking. UHD-conservering resulteert in een gedeeltelijke enzyminactivatie. De productsamenstelling en de bewaarcondities bepalen vervolgens de activiteit van het enzym en daarmee de snelheid van het bederf. Initiële enzymactiviteiten in fruitdranken zijn moeilijk onderling te vergelijken en proportioneel met de hoeveelheid pulp in het sap. Voor het houdbaarheidsmodel is de PME restactiviteit gekoppeld aan de cloudiness tijdens bewaren (zie kader).

Voorspellen houdbaarheid sinaasappelsap
De submodellen voor microbieel en enzymatisch bederf van sinaasappelsap zijn gecombineerd zodat voor verschillende hoge-druk-conserveringscondities (binnen de geldige range van de modellen) de houdbaarheid van sinaasappelsap kan worden voorspeld. Onder sommige conserveringscondities is microbieel bederf bepalend voor de houdbaarheid en voor andere conserveringscondities enzymatisch bederf. Figuur 1 illustreert dat voor hogere drukken (> 500 MPa) en korte procestijden ( 8 min). in alle andere gevallen wordt de houdbaarheid bepaald door enzymatisch bederf. figuur 1 geeft ook aan dat de houdbaarheid van vers sinaasappelsap (procestijd nihil) wordt bepaald door microbieel bederf.>