artikel

Niet-thermisch conserveren breekt door

Algemeen

Niet-thermische technieken bieden nieuwe mogelijkheden voor microbiële inactivering en voor gerichte veranderingen van productstructuren en functionaliteit.

Hoge druk processing en Pulsed Electric Fields zijn al redelijk gecommercialiseerde technologieën. Maar de ontwikkelingen gaan verder. Het Duitse Instituut voor Levensmiddelentechnologie (DIL) ontwikkelt deze nieuwe verwerkingstechnieken en maakt ze geschikt voor industriële toepassing.

Wereldwijd passen meer dan zeventig bedrijven een behandeling met hydrostatische druk toe. Ongeveer 30% van het behandelde voedsel bestaat uit vleesproducten. De rest betreft vis-, fruit-, groente- en zuivelproducten. De belangrijkste voordelen boven thermische behandeling zijn de korte verwerkingstijd, het efficiënte energiegebruik en het voorkomen van herbesmetting doordat het product in zijn uiteindelijke verpakking wordt bewerkt.

Microbiële inactivering
Na een behandeling bij een druk van 600 MPa (6000 bar) en een verblijftijd van enkele minuten, wordt een microbiële inactivering van factoren tien bereikt, dat de houdbaarheid vergroot. Hierbij blijven, in tegenstelling tot bij een thermische behandeling, vitaminen, mineralen en aroma’s behouden en blijft het product vers.

De mate van microbiële inactivering is zowel afhankelijk van productparameters (zoutgehalte, Aw-waarde en pH) als van druk en temperatuurverloop. Een veelvoorkomende waarde voor de inactivering is 105 tot 107. Voor verse vlees- en visproducten wordt de behandelingstemperatuur laag gehouden (bijvoorbeeld tussen 4 en 20°C) om kleurverandering of stolling van eiwitten te voorkomen. Soms kunnen de effecten van temperatuur en druk elkaar echter ook versterken. Een drukbehandeling bij een verhoogde temperatuur (tussen 80 en 100°C) kan bijvoorbeeld worden gebruikt om sporen te inactiveren en om vlees-, fruit- en groenteproducten te steriliseren.

Gelatineren van zetmeel
Momenteel richt het onderzoek zich op de effecten van hoge druk op de structuur van voedsel, via het denatureren van eiwitten en het gelatineren van zetmeel. De zetmeelgranules van tarwezetmeel zwellen bij een druk van 300 MPa bij kamertemperatuur. Andere vloei-eigenschappen en een hogere capaciteit om water vast te houden, in vergelijking met hittebehandeld zetmeel is het gevolg.

Druk kan behalve voor zetmeel ook voor eiwitproducten als processtap worden toegepast, bijvoorbeeld als alternatief voor het koken van vleesproducten of om het kookproces te ondersteunen. Zo blijkt worst-batter na een drukbehandeling te stollen, een vergelijkbaar effect als na een hittebehandeling. In tegenstelling tot bij conventioneel koken, treden bij een drukbehandeling echter geen kookverliezen op, met een hogere productopbrengst als gevolg.

Het DIL focust momenteel samen met de Duitse pluimvee-industrie op het verhogen van de houdbaarheid van gemarineerde preparaten van pluimveevlees. Bij een conventioneel proces gebruikt die industrie marinades met een lage pH om een barrière voor de micro-organismen op te werpen. Bij het gebruik van hoge druk is een hogere pH mogelijk, waardoor er lagere kookverliezen optreden. De houdbaarheid van gemarineerd pluimveevlees wordt door een behandeling met hoge druk, verlengd van 10 dagen tot wel 4 weken, met een significante verlaging van de distributiekosten tot gevolg.

Pulserende elektrische velden
Net als pulserende drukgolven hebben pulserende elektrische velden (Pulsed Electric Fields, PEF) een gericht effect op biologisch weefsel: biologische membranen worden doorlatend. De membranen worden door een spanningspuls ‘doorgeprikt’. Daardoor komt intracellulaire vloeistof vrij, die het transport van massa verbetert. In 2006 is voor het eerst industriële apparatuur geïnstalleerd voor het vergroten van de sapopbrengst bij de verwerking van appels.

De toepassing van pulserende elektrische velden maakt behalve structuurverandering ook een milde conservering van warmtegevoelige media mogelijk. De eerste commerciële toepassingen voor de conservering van fruitsappen, fruitpreparaten of smoothies zijn reeds ontwikkeld. Sinds 2009 wordt de techniek op de markt gebracht onder de merknaam Elcrack (electric cracking of het scheuren van membranen).

Proefopstelling
Bij het DIL is een proefopstelling beschikbaar voor testdoeleinden, productontwikkeling en houdbaarheidstests. Voor industrieel gebruik is er momenteel turn-key apparatuur beschikbaar. Het gemiddelde vermogen is tussen 5 en 30 kilowatt, genoeg voor een verwerkingscapaciteit van 2.000 liter per uur voor conserveren van vloeistoffen of 20.000 kilogram per uur voor desintegratie van cellen.

Er zijn inmiddels door het DIL grotere systemen ontwikkeld met een vermogen van 150 kW voor het conserveren tot maximaal 10.000 l/uur. Bederfveroorzakende en ziekteverwekkende microben nemen normaal gesproken met een factor 104 tot 106 af. Een lage thermische belasting, de houdbaarheid en het behoud van productkwaliteit en -versheid zijn belangrijke voordelen, naast de mogelijkheid tot continue verwerking en korte procestijden in de ordegrootte van seconden.

De techniek wordt in het algemeen toegepast om verpompbare vloeibare media te decontamineren. Daarnaast is PEF geschikt voor hittegevoelige, eiwitrijke media zoals emulsies, sauzen, vloeibaar ei of varkensbloed. In tegenstelling tot warmtebehandeling, die stolling van eiwitten veroorzaakt, heeft een behandeling met pulserende elektrische velden slechts een beperkt effect op eiwitten. Ook het effect op mineralen en vitaminen is beperkt.

Schokgolven
Bij schokgolven gaat het niet om het inactiveren van micro-organismen, maar om de verandering van mechanische effecten. Een toepassing is het vermalsen van vlees door schokgolven van enkele microseconden met drukpieken van 1 GPa. De werking is gebaseerd op het omzetten van energie en mechanische belasting op plaatsen waar materialen met verschillende geluidssnelheden en akoestische impedantie (geluidsweerstand) aan elkaar grenzen.

Op deze grens wordt biologisch weefsel of ander vast materiaal veranderd door de omzetting van de energie van de schokgolven. Schokgolven kunnen worden opgewekt met onder water tot ontploffing gebrachte explosieven, maar ook door onder water elektrische energie te ontladen.

Het DIL heeft een prototype ontwikkeld voor de toepassing van electrohydraulische schokgolven waarmee een eenvoudige, herhaalde toepassing mogelijk is zonder dat er gevaarlijke explosieven gebruikt hoeven te worden. Verpakt vers vlees wordt ondergedompeld in een vat en blootgesteld aan schokgolven. Deze mechanische belasting, gecombineerd met biochemische reacties, resulteert in een verbeterde rijping en een verkorting van de conserveringstijd van 14 tot 7 dagen. De scheurweerstand van het vermalst rundvlees was lager na de bereiding.

De totale energieopname blijft beperkt tot enkele kJ/kg, wat overeenkomt met een temperatuurstijging van minder dan 1 graad Celsius. Het openen van oesters is ook mogelijk met schokgolven. Door rauwe oesters onder te dompelen en bloot te stellen aan schokgolven wordt de sluitspier uitgeschakeld en gaat de oester open. Momenteel is deze techniek in batchvorm toepasbaar. Het DIL is bezig met de ontwikkeling van transportsystemen voor continue behandeling met schokgolven van bijvoorbeeld vers vlees.

Hydrolyse met superkritisch water
Superkritische CO2 wordt veel gebruikt bij het extraheren van hop, bij het cafeïnevrij maken van koffie en bij de productie van geur- en smaakstoffen. De laatste jaren krijgt sub- en superkritisch water als oplosmiddel steeds meer aandacht. Bij een temperatuur van 150 tot 300°C en een druk van 20 MPa wordt een snelle hydrolyse van biopolymeren waargenomen.

Door de afname van de diëlektrische constante en de toename van ionen, wordt de splijtbaarheid van eiwitten en koolhydraten verbeterd. Een behandeling van eiwitoplossingen leidt bijvoorbeeld tot een hydrolyse in peptiden en aminozuren.

Proceswater van de vleesverwerkende industrie, dat vaak veel eiwitten bevat, kan via deze technologie worden gebruikt om ingrediënten te produceren. In tegenstelling tot hydrolyse met zuur is geen neutralisatie nodig en wordt er daardoor geen grote hoeveelheid zout geproduceerd. Het DIL heeft een pilot-opstelling ontwikkeld waarmee kinetisch onderzoek mogelijk is.

Reageer op dit artikel