Onderzoeksproject NO/B/010 (Onderzoeksactie NO)
Context
De groeiende vraag van de hedendaagse consument naar hoog-kwalitatieve levensmiddelen met een goede houdbaarheid en een vers karakter, heeft in de voorbije tien jaar het onderzoek naar niet-thermische conserveringsmethoden gestimuleerd. Hoge druk wordt beschouwd als een mogelijke alternatieve conserveringstechniek, omdat het toelaat vegetatieve micro-organismen en bederfenzymen te inactiveren, zonder de kwaliteit wezenlijk aan te tasten. Anderzijds biedt hoge druk mogelijkheden als nieuwe procestechniek omdat het toelaat functionele eigenschappen van levensmiddelen te wijzigen of te induceren en zo nieuwe producten te ontwikkelen.
Het project
De globale doelstelling van het project was om methoden te ontwikkelen en te valideren die toelaten de impact van gecombineerde hoge druk/temperatuur processen op veiligheid en kwaliteit van levensmiddelen te kwantificeren. Hiertoe werden, naar analogie met thermische processen, twee methoden geëvalueerd. In een eerste fysisch-mathematische methode werden de procescondities (temperatuur, druk, tijd) opgemeten en in combinatie met kennis over het kinetisch gedrag van een veiligheids- of kwaliteitsparameter (doelparameter) geïnterpreteerd in termen van procesimpact. In de tweede methode werd getracht procesindicatoren te ontwikkelen en te gebruiken voor het bepalen van de procesimpact. Procesindicatoren zijn systemen die een temperatuur-druk-tijd afhankelijke verandering vertonen die eenvoudig en accuraat te meten is en de verandering van een doelparameter die hetzelfde temperatuur-druk-tijd profiel ondergaat, nabootst. De belangrijkste vereiste is de kinetische equivalentie tussen de procesindicator en de doelparameter. Als basis voor deze beide methoden was het project voornamelijk gericht op het bestuderen en interpreteren van de kinetiek voor inactivatie van micro-organismen en enzymen die bruikbaar kunnen zijn als indicator voor veiligheid en kwaliteit van levensmiddelen.
Om de vooropgestelde objectieven te bereiken, werden vier taken in het project uitgevoerd. In een eerste taak werd een screening uitgevoerd naar de temperatuur-drukstabliteit van verschillende micro-organismen relevant voor veiligheid of bederf van levensmiddelen (melkzuurbacteriën, ascosporen en gisten) in eenvoudige buffersystemen. Op basis van deze preliminaire experimenten werd één referentie-micro-organisme geselecteerd, nl. Zygosaccharomyces bailii, waarvoor de isobare-isotherme inactivatiekinetiek zeer uitgebreid bestudeerd werd.
In taak 2 werden gedetailleerde kinetische studies uitgevoerd naar de isobare-isotherme inactivatiekinetiek van voedings-kwaliteitgerelateerde enzymen (lipoxygenase, polyphenoloxidase, pectinmethylesterase, myrosinase).
Zowel voor micro-organismen als voor enzymen werden eerst eenvoudige buffersystemen bestudeerd, alvorens naar meer complexere systemen werd overgegaan (invloed van pH en additieven zoals suikers). De experimenten werden uitgevoerd in een gethermostatiseerd multivaten hogedrukapparaat dat toelaat drukken tussen 0.1 en 1000 MPa te combineren met temperaturen tussen 0 en 100°C.
In taak 3 werden, op basis van de data voor de isobare-isotherme inactivatie van micro-organismen of enzymen, mathematische modellen geformuleerd om het inactivatieverloop in functie van de tijd bij constante druk en temperatuur te beschrijven. Vervolgens werden globale modellen opgesteld die de gecombineerde temperatuur-drukafhankelijkheid van de betreffende parameters uitdrukken.
In taak 4 werd zowel de fysisch-mathematische methode als het gebruik van procesindicatoren om de impact van hogedrukprocessen te bepalen, geëvalueerd. In het geval van de fysisch-mathematische methode werden de vooropgestelde modellen gevalideerd onder variabele temperatuur-drukcondities. Hiertoe werd de impact berekend op basis van het doorlopen temperatuur-druk-tijd-profiel in combinatie met de modellen en bijbehorende parameters voor inactivatie en vergeleken met de experimenteel bepaalde impact. Vervolgens werd de mogelijkheid om kinetisch-gekarakteriseerde microbiële of enzymatische systemen te gebruiken als procesindicator nagegaan.
De partners
Hogedrukonderzoek aan het laboratorium voor Levensmiddelentechnologie is hoofdzakelijk gericht op de inactivatiekinetiek van kwaliteitsgerelateerde enzymen tijdens hoge druk/temperatuur processen en procesberekening. Het laboratorium voor Levensmiddelenmicrobiologie bestudeert kinetische en fundamenteel mechanistische aspecten van microbiële inactivatie tijdens hoge druk/temperatuur processen evenals resistentie geïnduceerd door drukbehandeling.
Verwachte eind-bijproducten en resultaten
Een belangrijk aspect voor een succesvolle industriële doorbraak van hogedruktechnologie voor de productie/conservering van levensmiddelen is de wettelijke goedkeuring, waarbij de microbiële veiligheid centraal staat. In vergelijking met bestaande conserveringsmethoden, moeten de ‘nieuwe’ processen eenzelfde reductie van de microbiële belasting kunnen induceren (principe van equivalentie). Daarom zijn, in het kader van de HACCP richtlijnen en de EG ‘Novel Food’ wetgeving, kwantitatieve, kinetische gegevens over de microbiële inactivatie vereist om normen en kritische punten voor hogedrukprocessen te definiëren. Daarnaast spelen ook bezorgdheden van de consument qua kwaliteit van de drukbehandelde producten en technologische aspecten een grote rol. Een uitgebreide kinetische studie van enzyminactivatie (naast kinetische gegevens over het effect op nutritionele en sensorische eigenschappen) draagt bij tot het optimaliseren van de kwaliteit, hetgeen tegemoet komt aan de groeiende vraag van de consument naar minimaal bewerkte, hoog-kwalitatieve, additief-vrije levensmiddelen met een hoge versheidsgraad. Op basis van de kinetische gegevens van dit project werd vastgesteld dat in tegenstelling tot thermische inactivatie, enzymen veelal meer resistent zijn tegen drukbehandeling dan micro-organismen, waardoor het dus niet toegelaten is de stabiliteitsranking bij atmosfeerdruk te extrapoleren naar hogere druk. Voor hogedrukprocessen is dus niet de microbiële inactivatie maar wel de enzym inactivatie de meest kritische factor voor conservering.
Tenslotte zijn kwantitatieve gegevens over het verband tussen procescondities en omzettingen die plaatsvinden in het product nodig om een concept te definiëren dat toelaat de impact van gecombineerde hoge druk/temperatuur processen op veiligheid en kwaliteit van levensmiddelen te bepalen. Dergelijk concept kan vervolgens gebruikt worden om de performantie van de gebruikte hogedrukapparatuur na te gaan.
Wetenschappelijke samenwerking
Door een nauwe samenwerking hebben beide laboratoria zich kunnen onderscheiden als een belangrijke onderzoekseenheid in het domein van hoge druk, hetgeen tot uiting komt in hun deelname aan nationale en internationale onderzoeksprojecten.
New evaluation methods for safety and quality of pressure treated foods : final report
Brussels : Federal science Policy Office, 2003 (SP1171)
[Om te downloaden]
