Milde conserveringstechnieken waarborgen smaak, textuur en nutritionele waarde
De gewenste werking tegen microben, maar dan zonder hittebelasting
Milde conserveringstechnieken combineren een lange houdbaarheid met een geringe hittebelasting. Daardoor kunnen ze, in tegenstelling tot pasteurisatie en sterilisatie, voedsel veilig maken zonder dat dit ten koste gaat van smaak, textuur en nutriënten. Er zijn inmiddels uiteenlopende technieken ontwikkeld: een deel daarvan wordt al toegepast in de praktijk, een deel is nog in ontwikkeling. Zonder overdrijving kan echter nu al worden gesteld dat conserveren nooit meer hetzelfde zal zijn.
Vers
Milde conserveringstechnieken hebben het in zich de geur en smaak van 'vers' te combineren met een langere houdbaarheid, zonder daarbij gebruik te (hoeven) maken van conserveringsmiddelen. Dat is overigens niet in alle gevallen mogelijk. Milde conservering zorgt namelijk niet altijd voor een steriel product waardoor (natuurlijke) conservering nog steeds belangrijk kan zijn voor een langere houdbaarheid.
Een bijkomend en in tijden van energietransitie ook niet onbelangrijk argument voor milde conservering is de noodzaak energie-intensieve, bijvoorbeeld gasgestookte processen, te vervangen door alternatieven, bijvoorbeeld op basis van elektriciteit (elektrificatie). Doordat milde conservering de houdbaarheid van vers bewerkte producten verlengt, komen bovendien nieuwe exportmarkten binnen bereik. De belangrijkste technieken worden hier op een rijtje gezet.
ELEKTRONENSTRALING- OF E-BEAM-TECHNOLOGIE
Dit is een niet-thermische technologie waarbij een bundel hoogenergetisch geladen elektronen wordt opgewekt via een elektronenversneller. De radicalen die daarbij ontstaan, doden de aanwezige pathogene micro-organismen (bacteriën, gisten en schimmels, hierna: microben). Dat de benodigde energie ter plekke wordt gegenereerd maakt inline-behandeling mogelijk; de maximaal toelaatbare stralingsdosis daarbij is 10 kGy.
Een beperking van de techniek is de geringe indringdiepte. Hierdoor komen alleen producten met een dikte tot 7 cm in aanmerking. De e-beamtechnologie valt onder het Warenwetbesluit Doorstraalde Waren. Die bepaalt dat per producttype een ministeriële goedkeuring dient te worden verleend. In België is het doorstralen van rood vlees verboden.
GAMMADOORSTRALING
Doorstraling met ioniserende straling wordt onder meer veelvuldig gebruikt om producten als kruiden, specerijen, maar ook garnalen en vlees van pluimvee veilig te maken. Gammastralen met een stralingsdosis van 1 à 2 kGy – de door de FAO/WHO aanbevolen hoeveelheid – elimineren pathogene micro-organismen waaronder salmonella, campylobacter en listeria.
Milde conserveringstechnieken combineren een lange houdbaarheid met een geringe hittebelasting
De in 1999 in werking getreden EU-Richtlijn 1999/2 betreffende behandeling van voedsel met ioniserende straling bepaalt dat de doorstraling van onder meer kruiden, specerijen, garnalen en pluimveevlees is toegestaan. In West-Europa wordt gammadoorstraling het meest gebruikt voor het doden van insecten, insecteneieren of larven (geringe dosis).
ULTRAHOGE ISOSTATISCHE DRUK (UHD)
Bij UHD-conservering wordt het verpakte product – dat samendrukbaar dient te zijn – in een met een autoclaaf vergelijkbare drukkamer geplaatst die is gevuld met een hogedrukvloeistof. Vervolgens wordt de inhoud van de kamer onder hoge hydrostatische druk gebracht. Bij pasteurisatie varieert deze van 300 tot 600 MPa; bij sterilisatie kan deze oplopen tot meer dan 1.000 MPa.
De druk wordt gelijkmatig over het product verdeeld waardoor de structuren rondom de celkern stukgaan, wat de microben niet overleven. De (productafhankelijke) duur van de behandeling varieert van 1 tot 15 minuten. UHD werkt met name goed bij zure producten omdat een lage pH de uitgroei van sporen voorkomt. Een nadeel is dat producten waarin zich lucht bevindt vaak hun structuur verliezen doordat die lucht naar buiten wordt geperst.
Pressure Assisted Thermal Sterilisation (PATS)
Een aan UHD verwante techniek is Pressure Assisted Thermal Sterilisation (PATS), waarbij een starttemperatuur van 80 tot 90 °C bij een druk van 700 MPa uiteindelijk resulteert in een eindtemperatuur van rond de 120 °C; zodra de druk wegvalt, stopt de temperatuurstijging onmiddellijk. De opwarmtijd is bij PATS derhalve beduidend korter, en door snel te koelen kan de mate van hittebelasting aanzienlijk worden beperkt. De marktintroductie laat naar verwachting nog enige tijd op zich wachten, ook al omdat er ten aanzien van de industriële opschaling nog de nodige horden te nemen zijn.
LICHTGEBRUIK
Hoge intensiteit licht (HIL)
Bij het conserveren met Hoge Intensiteit Licht – de HIL-techniek – wordt het oppervlak van een product gedurende een pulsduur van 100 µs tot enkele microseconden blootgesteld aan lichtenergie die varieert tussen 0 en 12 J/cm2; het aantal lichtpulsen ligt daarbij tussen de 1 en de 20.
Deze conserveringstechniek is geschikt voor de behandeling van transparante vloeistoffen. Het effect van HIL op bijvoorbeeld karkassen is door de schaduweffecten daarin bijzonder gering: die maken dat de microben met deze methode niet worden 'geraakt'. In dat geval zijn er meerdere flitsen nodig om het DNA van het microben te beschadigen.
UV-licht
Uv-licht, niet-ioniserende straling, beschadigt het DNA van de voedselmicroben. Het gebruik ervan is vanwege de beperkte doordringbaarheid echter gelimiteerd. Uv-licht wordt uitsluitend gebruikt om op het voedseloppervlak aanwezige micro-organismen af te doden en voor onder meer de desinfectie van lucht, water en apparatuur.
Een alternatief is koude pasteurisatie met gebruik van uv-licht. Het uv-licht wordt opgewekt met lagedrukkwikdampontladingslampen (80% van de uv-straling bevindt zich op 254 nm) en gecombineerd met de werking van speciale spoelen die in het vloeibare product een turbulent stromingspatroon veroorzaken. Dit zorgt ervoor dat alle rondzwevende microben aan het buitenoppervlak terechtkomen, zodat ze volledig worden blootgesteld aan de afdodende werking van het uv-licht. Deze techniek is aanzienlijk duurzamer dan pasteurisatie (minder water en energie).
Pasteurisatie versus sterilisatie
Bij pasteurisatie wordt het product 15 tot 30 seconden verhit bij temperaturen tussen de 65 °C en de 95 °C waarna afkoeling plaatstvindt tot kamertemperatuur. Bacteriën worden op die manier onschadelijk gemaakt, sporen niet. De microbiële houdbaarheid is afhankelijk van het product en de initiële besmetting, ervan uitgaande dat er geen nabesmetting optreedt.
Bij sterilisatie wordt het product enkele minuten tot meer dan een uur blootgesteld aan temperaturen tussen de 110 tot 135 °C waardoor de sporen worden gedood. Een alternatief is microbiële afdoding met CO2 onder drukken tot 150 bar bij temperaturen variërend van 30 tot 60 °C. Hierbij treedt geen verandering van geur, smaak en/of kleur dan wel verlies van nutritionele waarden op; bij pasteurisatie en sterilisatie gebeurt dit wel.
MICRO- EN ULTRAFILTRATIE
Beide technieken berusten op fysische scheiding via een membraan. Hierbij wordt het vloeibare product, bijvoorbeeld melk, onder hoge druk door een membraan geleid, waarbij de poriegrootte van het membraan de mate van scheiding bepaalt:
- bij microfiltratie variëren de poriën van 0,1 tot 10 µm, klein genoeg om de aanwezige bacteriën volledig te verwijderen. Virussen worden slechts ten dele verwijderd;
- bij ultrafiltratie variëren de poriën van 0,001 tot 0,1 µm, en zullen zowel bacteriën als virussen volledig worden verwijderd.
Om verstopping en/of beschadiging van het membraan te voorkomen, dient daaraan voorafgaand een fijnmazige zeef te worden geplaatst; verdere voorzuivering is niet nodig.
MILDE STERILISATIE
Met behulp van een industriële magnetron
Om sporen van de ziekteverwekker clostridium botulinum te kunnen afdoden is drie minuten verhitten bij 121 °C – of het equivalent daarvan, bijvoorbeeld Ultra High Temperature (UHT) van dranken – onontkoombaar. De totale hittebelasting door sterilisatie in batch-verhittingen is vooral zo groot vanwege het noodzakelijke anderhalf uur opwarmen en het minimaal één uur afkoelen.
Doordat milde conservering de houdbaarheid van vers bewerkte producten verlengt, komen nieuwe exportmarkten binnen bereik
Het alternatief is het gebruik van een industriële magnetron die werkt met microgolven. Deze brengen de aanwezige vochtdeeltjes in trilling waardoor de producttemperatuur stijgt. Net als bij de magnetron thuis bestaat dan de kans op het ontstaan van cold- en hotspots doordat magnetronstralen onvoldoende homogeen in het product doordringen; de golflengte is daarbij bepalend. Voor deze toepassing dient de verpakking dan ook te worden aangepast.
Met behulp van radiogolven
Een tweede vorm van milde sterilisatie is het gebruik van radiogolven (Radio Frequencies, RF). Ook dit is, net als licht, een elektromagnetische golf. Deze technologie verkeert momenteel weliswaar nog in de onderzoeksfase, maar zal naar verwachting niet al te lang meer op zich laten wachten.
De hittebelasting zal daarbij ten minste de helft lager zijn dan die bij de klassieke sterilisatie. Dat levert al met al dus een flinke winst op, niet alleen wat betreft smaak en vitaminegehalte, ook wat betreft energieverbruik. Daar staat echter tegenover dat bacteriële sporen niet worden afgedood; daarvoor is toch echt sterilisatie noodzakelijk.
Met behulp van koud plasma
Ook dit is een technologie in ontwikkeling waarbij al wel duidelijk is dat de combinatie van koud plasma (zie kader) en een inert dragergas zorg draagt voor afdoende inactivatie van microben. Het (droge) proces vindt plaats bij een lage temperatuur, tast het product niet aan en doodt een brede range van microben.
Wel vergt elke toepassing maatwerk – het juiste plasma in de juiste dosis – omdat de snelheid waarmee de inactivatie plaatsvindt sterk varieert. Toepassing in de praktijk zal derhalve nog wel even op zich laten wachten, maar volgens insiders heeft de technologie het in zich de beheersing van de voedselveiligheid volledig en blijvend te veranderen.
Koud plasma
Koud plasma ontstaat doordat de gasmoleculen onder invloed van een wisselend elektrisch veld worden versneld, botsen met elektronen en daardoor in een hogere energietoestand terechtkomen: de aangeslagen toestand. Koud plasma bevat onder meer hydroxylradicalen bestaande uit één zuurstof- en één waterstofatoom. Ze hebben het vermogen de membranen en het DNA van microben te beschadigen zonder verdere chemische residuen.
Op de vraag of desinfecteren met plasma in de voedselindustrie is toegestaan, is nog geen eenduidig antwoord te geven. Welke wetgeving van toepassing is, wordt bepaald door de wijze waarop de techniek wordt gehanteerd: voor desinfectie dan wel processing, op materialen dan wel direct op voedsel, als middel dan wel als residu.
PULSED ELECTRIC FIELD (PEF)
Bij deze milde vorm van pasteurisatie wordt het product behandeld bij een temperatuur onder de 30 °C in aanwezigheid van pulserende elektrische velden. De microbiële inactivatie (5 log-reductie, zie de tabel) kan door middel van elektrische pulsen al binnen 1 seconde zijn gerealiseerd. De benodigde pulsen worden opgewekt door condensatoren parallel op te laden en deze in een fractie van een seconde (de pulsduur) in serie te ontladen. Dit kan tot 500 keer per seconde (frequentie in Hz).
De techniek is uitsluitend geschikt voor vloeibare, verpompbare producten met een geringe elektrische geleidbaarheid zonder gasbellen en/of ronddrijvende deeltjes; deeltjes tot 5 mm kunnen worden behandeld. Het gesorteerde effect is afhankelijk van de veldsterkte, de specifieke energie in kJ per liter en de pH-waarde van het product. Bij hoge veldsterkte (10 tot 30 kV/cm) kunnen microben geïnactiveerd worden; bij lage veldsterkte (0,5 tot 1,5 kV/cm) treedt enkel celdesintegratie op doordat het buitenmembraan doorlaatbaar wordt (het elektroporatie-effect).
Voordelen van PEF zijn onder meer dat het een continu proces is, slechts enkele seconden in beslag neemt, energiezuinig is (pulsed power) en zich leent voor grote(re) volumes. Nadelen zijn dat de elektroden direct met het product in aanraking komen en sporen alleen worden gedood in combinatie met hitte. Het product wordt dan eerst voorverwarmd tot > 85 °C, en dan met pulsen behandeld.
Met medewerking van FeyeCon Carbon Dioxide Technologies, Nizo en Pulsemaster.
