Microbiologische veiligheid moet en kan duurzamer

Traditionele methoden krijgen energetisch gezonde concurrentie

De voedingsmiddelenindustrie staat onder druk vanwege stijgende energieprijzen en de door de klimaatverandering noodzakelijk geworden energietransitie. In het beklaagdenbankje zitten onder meer pasteurisatie en sterilisatie die vanwege hun energieverbruik feitelijk niet langer binnen het duurzaamheidsbeleid passen. Wie wordt uitgedaagd komt met oplossingen, en op dat punt stelt de voedingsindustrie wederom niet teleur.

Voedingsmiddelen moeten microbiologisch veilig zijn, maar dit mag niet ten koste gaan van smaak, structuur en/of voedingswaarde. Klassieke methoden als stoom en hitte voldoen doorgaans, maar staan onder druk vanwege de hoge energiekosten. De vraag naar schaalbare, duurzame oplossingen is daardoor groot en gelukkig laten de antwoorden niet op zich wachten.

Bestrijding

Voedselbederf en voedselinfecties vormen een groot risico voor de volksgezondheid en de economie. Het bestrijden ervan is met name belangrijk voor het waarborgen van de voedselveiligheid en helpt bovendien voedselverspilling tegen te gaan.

Hygiënisch werken

Omdat voorkomen nu eenmaal beter is dan genezen, vormt hygiënisch werken te allen tijde de basis. Daaronder vallen persoonlijke hygiëne (veelvuldig handen wassen, gepaste kleding), de juiste omgang met grondstoffen en producten (passende opslagcondities, bescherming tegen verontreiniging), schone werkoppervlakken en materialen (tijdige reiniging en desinfectie) en het hanteren van de juiste werkmethoden (voorkomt kruisbesmetting).

Chemische methoden

Deze remmen micro-organismen, verlagen de wateractiviteit en beschermen tegen chemische veranderingen, toxinen en sporen. Voorbeelden hiervan zijn:

• conserveermiddelen als zouten, suikers, zuren, sulfieten en sorbaten;
• fenolen (in rook) en fenolverbindingen;
• behandeling met gassen als kooldioxide, stikstof en ethyleenoxide.

Omdat dergelijke methoden niet altijd toereikend zijn, wordt hurdle-technologie ingezet.

Hurdle-technologie
Hierbij worden diverse barrières (hordes) toegepast om micro-organismen te remmen of te doden. In Nederland en België wordt deze technologie al op grote schaal toegepast, met name in de vlees- en visindustrie. Enkele voorbeelden:
• hoge temperatuur + lage pH: de thermische behandeling doodt een range van microben, de toevoeging van azijn- of citroenzuur remt overleving en groei van resterende bacteriën;
• lage temperatuur + lage wateractiviteit (aw): koeling vertraagt het microbiële metabolisme, de lage wateractiviteit voorkomt dat bacteriën zich vermenigvuldigen;
• lage pH + nitrieten + koeling: de diverse barrières voorkomen zowel bacteriële groei als toxinevorming.

Pasteurisatie

Hierbij wordt het voedingsproduct gedurende korte tijd verhit, waardoor een groot deel van de ziekteverwekkers, zoals Salmonella, Listeria en E. coli, wordt gedood. Aansluitend wordt het product snel afgekoeld tot enkele graden Celsius om de groei van resterende micro-organismen te beperken. Mits het koel bewaard wordt, zijn gepasteuriseerde producten enkele dagen tot weken houdbaar.

Stoomsterilisatie/drukstoombehandeling

Het product wordt in een autoclaaf gebracht waarna stoom onder druk wordt aangevoerd. Bij 2 bar kookt water op 121 °C wat zorgt voor snelle en homogene verhitting. De microgolven zorgen voor volumetrische verwarming terwijl de stoom onder druk de warmte gelijkmatiger verdeelt en koude plekken voorkomt.

Balans

Microbiële veiligheid vergt de juiste balans tussen voedselveiligheid en schaalbaarheid en behoud van de kwaliteitskenmerken.

Voedselveiligheid en schaalbaarheid

Voedselveiligheid en schaalbaarheid zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden omdat het opschalen van een proces direct van invloed is op de risicobeheersing en op de consistentie van de kwaliteit.

Voedselveiligheid is een randvoorwaarde om in het werkveld te kunnen acteren. Van belang zijn:

• bescherming van de consument: microbiologische contaminatie kan leiden tot voedselinfecties of zelfs -vergiftigingen;
• voldoen aan de wettelijke vereisten, waaronder HACCP-systemen en Europese hygiëneverordeningen.

Schaalbaarheid is het vermogen zodanig op te schalen dat microbiologische risico’s beheersbaar blijven en veiligheid en kwaliteit gewaarborgd zijn. Van belang zijn:

• procesconsistentie: de diverse procesparameters dienen consistent en reproduceerbaar te zijn;
• besmettingsgevaar: elke opslag- en transportschakel is een potentiële besmettingsbron.

Behoud van kwaliteitskenmerken

Veiligheid is zoals gezegd een basisvoorwaarde, maar de voedselkwaliteit mag daar niet onder lijden aangezien het product dan onverkoopbaar wordt.

Voedingsmiddelen moeten microbiologisch veilig zijn, zonder dat dit ten koste gaat van smaak, structuur of voedingswaarde

Chemische toevoegingen kunnen in bepaalde producten een onaangenaam effect hebben op de beleving van smaak, geur, textuur of uiterlijk. Zo kan kaliumsorbaat bij een hoge(re) dosering een lichte bittere bijsmaak geven en kunnen sulfieten wijn en gedroogd fruit een scherpe, chemische geur geven.

Pasteurisatie kan onder meer leiden tot:

• smaakveranderingen, door de afbraak van hittegevoelige smaakstoffen (kruiden, specerijen, essentiële oliën);
• geurveranderingen door de afbraak van vluchtige aromastoffen (esters, aldehyden, pyrazines);
• structuurveranderingen als gevolg van eiwitdenaturatie en een gedeeltelijk verlies van enzymen. 

Bij sterilisatie zijn dat:

• kleur- en smaakverandering, bijvoorbeeld door de maillardreactie en karamellisatie;
• versofting van groenten en fruit door de afbraak van celwanden;
• eiwitdenaturatie waardoor vlees en vis steviger/droger worden;
• de oxidatie van lipiden met ‘ranzigheid’ tot gevolg;
• afname van hittegevoelige vitaminen als de B-vitaminen en vitamine C.

Duurzame conservering

Als gezegd staat de voedingsmiddelenindustrie onder druk vanwege stijgende energieprijzen en de energietransitie. Daarom is er een zoektocht gaande naar mildere conserveringstechnieken die zowel de microbiële veiligheid als de productkwaliteit garanderen.

MW-technologie

Deze techniek − MW staat voor MicroWave − is een milde, snelle en energie-efficiënte methode die in beide hiervoor genoemde criteria voorziet. Voorwaarde daarbij is dat parameters als vermogen en frequentie van de microgolfstraling, verdeling van het elektromagnetisch veld en verwarmingsduur goed gekozen en afgestemd worden, en onder controle staan.

Werking
Microgolven worden geabsorbeerd door dipolaire moleculen (met een positieve en een negatieve kant) die daardoor snel gaan roteren. Door de temperatuurstijging vindt irreversibele inactivatie van eiwitten/enzymen plaats waardoor de micro-organismen afsterven. Thermische degradatie van het product en/of afbraak van vitaminen en/of oxidanten blijft echter uit; daarvoor is de behandeling te kort.

Door ongelijkmatige verwarming met microgolven is micro-organismeninactivatie niet gegarandeerd; de hurdle-technologie is dan aangewezen.

In Nederland en België wordt de hurdle-technologie al op grote schaal toegepast, en dan met name in de vlees- en visindustrie

Geschiktheid
MW is geschikt voor producten met een relatief hoge wateractiviteit of vloeibare consistentie, zoals soepen, sauzen, baby- en dieetvoeding. Voor matigviskeuze producten geldt als voorwaarde dat ook de koudste zones de gewenste temperatuur bereiken. Bij hoogviskeuze producten wordt de microwavetechniek gecombineerd met druk- of stoombehandeling om de effectiviteit en uniformiteit te verbeteren. Droge grondstoffen en vetrijke producten zijn minder geschikt omdat microgolven dan ongelijkmatig werken, onder meer door de geringe hoeveelheid aanwezig water en de harde structuur.

RF-technologie

Deze technologie − RF staat voor Radio Frequency − is een fysische methode om voedselproducten te verwarmen. Daartoe wordt het voedsel binnen een elektromagnetisch veld gebracht waarvan de sterkte regelbaar is (frequentie veelal 27,12 Mhz).

Werking
Dankzij RF gaan dipolaire moleculen roteren. De wrijving die daarvan het gevolg is, zorgt voor een snelle uniforme opwarming, ook in de kern van het product. Bij conventionele methoden verloopt die van buiten naar binnen. De penetratiediepte van RF is bovendien veel groter dan die van MW. RF zorgt – al naargelang de toepassing − voor homogeen opwarmen, ontsmetten, pasteuriseren, steriliseren of drogen.

Mits koel bewaard zijn gepasteuriseerde producten enkele dagen tot weken houdbaar. De uiteindelijke houdbaarheid wordt in sterke mate bepaald door de verpakkingswijze en het voorkomen van herbesmetting na de pasteurisatie.

Geschiktheid
De vooralsnog meest gebruikte toepassing is het deels ontdooien van bevroren product (tempereren). RF is echter ook geschikt voor:

• opwarmen/pasteuriseren van brood-, bakkerij- en graanproducten, noten en gedroogd fruit;
• de behandeling van (hoog)viskeuze) producten op voorwaarde dat ze voldoende water bevatten;
• droge ontsmetting van onder meer graan, rijst, noten, koffiebonen en zaden, dat wil zeggen zonder gebruik van water of vloeibare chemicaliën (dry commodity-ontsmetting).

Om de energie-efficiëntie verder te verhogen worden soms hybride systemen gebruikt, bijvoorbeeld RF met een warmtepomp.

Pulsed electric fields

PEF-technologie − PEF staat voor Pulsed Electric Fields − is een relatief nieuwe loot aan de stam. Het is een zogeheten non-thermische techniek waarbij zeer korte, sterke elektrische pulsen door een product worden gestuurd.

Werking
Het voedsel (bijvoorbeeld sap) stroomt door een behandelingskamer met daarin elektroden. Deze zorgen gedurende enkele micro- tot milliseconden voor krachtige spanningspulsen (tot enkele tientallen kV per cm). Door de hoge intensiteit vindt perforatie van de membranen plaats waardoor eerst de cellen en daarna de micro-organismen afsterven. De prestatiekenmerken zijn daarbij onder meer afhankelijk van parameters als elektrische veldsterkte, pulsduur, pulsfrequentie en van producteigenschappen als samenstelling, geleidbaarheid en watergehalte.

Geschiktheid
PEF is geschikt voor voedingsmiddelen die vloeibaar/verpompbaar zijn, dit omdat de elektrische stroom door het product moet kunnen lopen. Verlies van smaak, aroma en kleur komt hierbij veel minder voor dan bij thermische behandelingen. Bij viskeuze producten neemt de effectiviteit af naarmate de viscositeit toeneemt; hoogviskeuze producten vergen aanpassingen van de apparatuur en/of de productformulering. PEF is minder geschikt voor droge grondstoffen. Die moeten worden gehydrateerd of er moeten ter maximalisatie van het effect andere technologieën worden ingeschakeld.

Innovatieve conservering

Er is momenteel een range aan duurzame conserveringstechnieken in ontwikkeling die niet alleen bijdragen aan het verlagen van de ecologische voetafdruk, maar ook nog eens voedselverspilling helpen verminderen.

Bioconservering

Deze ecologische benadering is gebaseerd op recente inzichten op het gebied van microbiologie en voedselveiligheid. De methode maakt gebruik van natuurlijke of gecontroleerde microbiota (micro-organismen die op of in bepaalde organismen leven) en/of van antimicrobiële stoffen (stoffen die de groei van micro-organismen remmen of ze doden).

Hogedrukverwerking

Hierbij worden producten in een afgesloten kamer onderworpen aan hydrostatische druk variërend van 400 tot 600 MPa, doorgaans met water als medium. Als gevolg hiervan worden celstructuren afgebroken en micro-organismen en enzymen geïnactiveerd. Doordat er sprake is van isotrope druk neemt bovendien de uniformiteit toe.

Koudeplasmatechnologie

Bij deze niet-thermische methode wordt een gedeeltelijk geïoniseerde gasfase (plasma) gebruikt op voedseloppervlakken. Doorgaans wordt daarvoor lucht gebruikt soms verrijkt met extra zuurstof of met een inert gas als argon. Het feit dat geen chemische toevoegingen zijn vereist maakt deze methode aantrekkelijk voor duurzame toepassingen.

Slimme verpakkingen

Deze (batterijloze) verpakkingen zijn in staat de versheid van voedsel realtime te monitoren en indien nodig actieve stoffen vrij te geven die de houdbaarheid verlengen. Deze technologie maakt gebruik van sensoren en van Near Field Communication (NFC), een systeem voor draadloze informatie-uitwisseling binnen een straal van tien centimeter.

Met medewerking van Food Assist en Medtradex