gastles economie, 23 april 2001 Thermische conservering van levensmiddelen: principes van microbiologische veiligheid Gastles in het kader van het college ‘ ‘Technologie en Economische sectoren” Prof. Dr. Ir. Chris Michiels Departement Levensmiddelen- en Microbiële Technologie Faculteit L.T.B.W. 23 april 2001 gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 Thermische conservering van levensmiddelen: principes van microbiologische veiligheid Micro-organismen in levensmiddelen Pathogene micro-organismen in levensmiddelen Hitte-inactivatie van micro-organismen Microbiologische veiligheid van hittebehandelde levensmiddelen Optimalisatie van hittebehandeling gastles economie, 23 april 2001

1. Micro-organismen in levensmiddelen Voorkomen MO zijn organismen die gedurende het grootste deel van hun levenscyclus microscopisch klein zijn: bacteriën, gisten en schimmels, virussen, … MO zijn aanwezig in ALLE levensmiddelen (behalve na sterilizatie) Soms in heel hoge aantallen (zie tabel) Het effect van MO in LM verschilt naargelang de soort en het aantal: Geen effect Bederf (afwijking geur, smaak, kleur, textuur,…) Ziekte na consumptie Gewenst effect (fermentaties, bv. yoghurt, kaas, bier, brood) gastles economie, 23 april 2001

1. Micro-organismen in levensmiddelen Tabel: Toegelaten aantallen MO in enkele producten Gebotteld mineraalwater 100 / ml Gepasteuriseerde melk 30.000 / ml Rauwe melk 100.000 / ml Roomijs Koelverse maaltijden 1.000.000 / g Rauw vlees 1.000.000 – 10.000.000 / g Rauwe versneden groenten Gesneden gekookte hesp 50.000.000 / g gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 1. Micro-organismen in levensmiddelen Maatschappelijk belang van pathogene MO in levensmiddelen Frekwentie en ernst van microbiële voedsel-toxico-infecties in V.S. (extrapolatie op basis van gerapporteerde gevallen) 76.000.000 ziektegevallen per jaar, waarvan 325.000 met hospitalisatie, en 5000 met fatale afloop Economische kost Voor slachtoffers: medische kost, inkomensverlies,… Voor maatschappij: epidemiologisch onderzoek, ziekteverzekering,… Voor bedrijf: schadeclaims, omzetdaling, recall,… Voedselveiligheid is gevoelige materie gastles economie, 23 april 2001

2. Pathogene MO in levensmiddelen Sleuteleigenschappen Mechanisme van pathogeniciteit: Toxigeen: productie van toxine in het LM; toxine veroorzaakt ziekte, niet het levende MO; ziekte enkel bij hoge aantallen MO (> 106 / g) Infectief: levende MO gaan zich lokaal in het lichaam vermeerderen en schade veroorzaken aan het weefsel (bv. darmepitheel  diarree); infectieve dosis (aantal MO dat ziekte kan veroorzaken) afhankelijk van soort MO (<102 – >106) In zure LM (pH < 4,5), bv. meeste fruitproducten Pathogene bacteriën kunnen zich niet vermeerderen Kunnen wel overleven Minimale temperatuur die groei toelaat Mesofielen: > 4°C Psychrotrofen:  4°C (groeien zelfs in koelkast) Hitteweerstandigheid gastles economie, 23 april 2001

2. Pathogene MO in levensmiddelen Overzicht gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 3. Hitte-inactivatie van MO inactivatie bij cte T: de decimale reductietijd D Bij cte temperatuur T wordt per tijdseenheid (t) een constante fractie MO afgedood Decimale reductietijd = tijd waarin 90% van de populatie wordt afgedood bij temperatuur T bv. D60°C = 10 min in figuur Hoe groter D, hoe meer hitteweerstandig het MO Log (aantal MO) 60°C 62°C 64°C Verhittingstijd t (min) gastles economie, 23 april 2001

3. Hitte-inactivatie van MO T-afhankelijkheid van D logD daalt lineair met toenemende T z-waarde = temperatuursverandering die z met 90% doet toe- of afnemen vb: z = 5°C in figuur Log DT Temperatuur (°C) gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 3. Hitte-inactivatie van MO Equivalente thermische processen: voorbeeld Salmonella enteritidis D60°C = 1 min Z = 5°C Proces van 10 min / 60°C veroorzaakt 6-D reductie, d.w.z.: Indien beginaantal N0 = 106/g, dan nog 100/g na proces Indien N0 = 102/g, dan nog 10-4/g of 1/10 kg na proces Hoelang verhitten bij 65°C om ook 6D reductie te bekomen? D65°C = 1/10 van D60°C = 0,1 min (want z = 5°C) 6D reductie vereist dus 6 x 0,1 min = 0,6 min 60°C/10min en 65°C/0,6min zijn dus equivalente processen m.b.t. inactivatie van Salmonella enteritidis; niet noodzakelijk equivalent voor andere MO gastles economie, 23 april 2001

4. Microbiologische veiligheid van hittebehandelde LM basisprincipes Microbiologische veiligheid vereist dat het LM bij consumptie: Vrij is van infectieve pathogenen met lage infectieve dosis Hoogstens kleine aantallen bevat van infectieve pathogenen met hoge infectieve dosis Hoogstens kleine aantallen bevat van toxigene pathogenen Voor rauwe grondstoffen (dierlijk en plantaardig) houdt men steeds rekening met de mogelijke aanwezigheid van kleine aantallen pathogenen (bv. max. 102/g) Vereiste hittebehandeling voor microbiologische veiligheid hangt af van mogelijkheid van pathogenen om zich tot hoge aantallen te ontwikkelen na hittebehandeling: pH van product Bewaartemperatuur (gekoeld of niet) en bewaartijd (‘shelf-life’) gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 4. Microbiologische veiligheid van hittebehandelde LM zure levensmiddelen (pH < 4,5) Vb. fruitsappen Pathogenen kunnen niet groeien, dus Pathogenen die niet mogen aanwezig zijn na hittebehandeling: infectieve pathogenen met lage ID Doelwitpathogeen voor thermisch proces: Salmonella Beoogde reductie: 5-D enigszins arbitrair Mild criterium want één overlevende kiem zal nog geen ziekte veroorzaken (ID zelden < 100 cellen) Categorie 5 van hitteweerstandigheid = meest gevoelig Milde hittebehandeling volstaat voor microbiologische veiligheid, bv. 60°C/1min gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 4. Microbiologische veiligheid van hittebehandelde LM Niet-zure levensmiddelen, shelf-stable Vb: echte conserven zoals ingeblikte groenten, soepen etc. « shelf-stable »: stabiel gedurende meerdere maanden bij omgevingstemperatuur (zonder koeling) Pathogenen die niet mogen aanwezig zijn na hittebehandeling: alle pathogenen Doelwitpathogeen voor thermisch proces: meest hitteweerstandige pathogeen (cat 1), d.i. Clostridium botulinum (proteolytic) Beoogde reductie: 12-D Ook enigszins arbitrair, doch Streng criterium, want zelfs één enkele overlevende kiem zal zeker uitgroeien en ziekte veroorzaken Vereiste hittebehandeling: 121°C/3min of equivalent proces (appertisatie of ‘sterilisatie’) gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 4. Microbiologische veiligheid van hittebehandelde LM Niet-zure levensmiddelen, gekoelde bewaring, houdbaarheid > 10 d Vb.: vele koelverse maaltijden (houdbaarheid ~ 3 weken) Pathogenen die niet mogen aanwezig zijn na hittebehandeling: Infectieve pathogenen met lage ID Psychrotrofe pathogenen Te inactiveren pathogeen: meest hitteweerstandige van bovenstaande: Clostridium botulinum (non-proteolytic) (cat 3) Beoogde reductie: 6-D Enigszins arbitrair Milder criterium dan voorgaande omdat koeling en beperkte houdbaarheid groei sterk beperken Vereiste hittebehandeling: 90°C/10min of equivalent proces (laagpasteurisatie) gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 4. Microbiologische veiligheid van hittebehandelde LM Niet-zure levensmiddelen, gekoelde bewaring, houdbaarheid < 10 d Vb.: gepasteuriseerde melk Pathogenen die niet mogen aanwezig zijn na hittebehandeling: Infectieve pathogenen met lage ID Psychrotrofe pathogenen ( behalve Clostridium botulinum /non-proteolytic, omdat deze binnen de 10 d niet kan uitgroeien tot problematische aantallen) Te inactiveren pathogeen: meest hitteweerstandige van bovenstaande: Listeria monocytogenes (cat 4) Beoogde reductie: 6-D Enigszins arbitrair Milder criterium dan voorgaande omdat koeling en beperkte houdbaarheid groei sterk beperken Vereiste hittebehandeling: 70°C/2min of equivalent proces (hoogpasteurisatie) gastles economie, 23 april 2001

5. Optimalisatie van hittebehandeling Hittebehandeling en kwaliteit Kwaliteitsparameters van LM: voedingswaarde, smaak, kleur, textuur, geur Hittebehandeling veroorzaakt in het algemeen kwaliteitsverlies Inactivatie van kwaliteitsparameters kan beschreven worden volgens zelfde wetmatigheden als inactivatie van MO: D- en z-waarde Kwaliteitsparameters hebben doorgaans een grotere z-waarde dan MO voor hitte-inactivatie gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 5. Optimalisatie van hittebehandeling LTLT versus HTST: ‘sterilisatie’ van LM Objectief m.b.t. microbiologische veiligheid: 12-D reductie C. botulinum (proteolytic) (z = 10°C; D121°C = 0.2 min) Beschouw volgende twee equivalente processen: 121°C/2,4min 141°C/0,024min of 141°C/1,44s Stel bepaald vitamine als kwaliteitsparameter wordt gekenmerkt door z = 20°C; D121°C = 2,4 min Bovenstaande processen veroorzaken dan volgende reductie van het vitaminegehalte: 121°C/2,4min 1-D 141°C/0,024min of 141°C/1,44s <<1-D (want D141°C = 0,24 min) Conclusie: HTST proces (High Temperature Short Time) geeft beter kwaliteitsbehoud voor een zelfde microbiologische veiligheid als een LTLT proces (Low Temperature Long Time) gastles economie, 23 april 2001

gastles economie, 23 april 2001 Literatuur Michiels, C. Koken zonder vuur: een koud kunstje. Het Ingenieursblad, April 2000, p18-24. gastles economie, 23 april 2001