Bestrijding micro-organismen in levensmiddelen
| Inhoud |
| Verhitten |
| F-waarde |
| Z-waarde |
| Steriliseren |
| Appertiseren |
| UHT |
| Pasteuriseren |
| Afkoelen na verhitting |
| Halfconserven |
| Doorstralen |
| High pressure processing |
Verhitten
Wanneer een product wordt verhit zullen de aanwezige micro-organismen afsterven. Zie ook eerdere lesstof : bestrijding micro-organismen die hier gedeeltelijk herhaald wordt.
In welke mate dit gebeurt en met welke snelheid kan men aflezen in een afstervingscurve.
Hieronder zo'n curve .
Let op het betreft hier een halflogaritmische grafiek.
Het aantal micro-organismen op de verticale as is logaritmisch weergegeven!! De tijd op de horizontale as normaal.
We zien dat er op deze wijze een rechte lijn ontstaat.
Grafiek 1. Afstervingscurve van Clostridium sporogenes bij 121ºC.
Op deze grafiek kunnen we zien hoe lang er verhit moet worden om het aantal sporen van 105 tot 104 te laten dalen.
Verder zien we dat het vervolgens net zo lang duurt om van 105 naar 104 te gaan.
Opgave Vul onderstaande tabel in met behulp van de gegevens uit bovenstaande grafiek: 1 minuut 2 minuten 3 minuten 4 minuten 5 minuten
| Tijdstip (minuten) | Aantal sporen per ml |
| 0 | |
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 | |
| 5 | |
| 6 |
Opgave:Vul nu de volgende tabel in:
| tijdvak | aantal micro-organismen aan het begin van het tijdvak | aantal micro-organismen aan het eind van het tijdvak | aantal micro-organismen dat afsterft in het tijdvak |
| 1e minuut | |||
| 2e minuut | |||
| 3e minuut | |||
| 4e minuut | |||
| 5e minuut |
De decimale reductietijd D-waarde
De decimale reductietijd is de tijd nodig om bij een verhitting 90% van de bacteriesporen te laten afsterven.
Opgave:
Wat is in bovenstaand voorbeeld de decimale reductietijd?
De decimale reductietijd verschilt per verhittingstemperatuur.
Hoe hoger de temperatuur, hoe korter de decimale reductietijd.
Hieronder staat een grafiek met daarin twee afstervingscurven van hetzelfde micro-organisme maar bij verschillende temperaturen.
Opgave:
Hoeveel micro-organismen zijn er na 3
minuten bij 121ºC? en hoeveel na 3 minuten bij 115ºC ?
Opgave:
Wat is de decimale reductietijd bij 115ºC?
(antwoorden op rekenopgaven staan op deze pagina)
De hitteresistentie van de bacteriespore verschilt sterk per bacteriesoort. In onderstaande tabel is dat te zien.
| hitteresistentie: decimale reductietijd in minuten bij: | |||
| sporen van | 121ºC | 131ºC | 141ºC |
| Clostridium botulinum | 0,2 | 0,02 | 0.002 |
| Clostridium sporogenes | 1,0 | 0,10 | 0,01 |
| Bacillusstearothermophilus | 4,0 | 0,4 | 0,04 |
Omdat de afsterving van Clostridium botulinum van groot belang is in de levensmiddelenindustrie stelt men als eis dat er minimaal 12 decimale reducties van de sporen van C.botulinum moeten hebben plaatsgevonden.
Als we met zo'n sterke afsterving te maken hebben en zulke (relatief) gevoelige micro-organismen dan komen we op zeer lage aantallen uit.
Zie dit voorbeeld :Bij het begin zijn er 100.000 sporen van Clostridium botulinum
Opgave:
Wat is de decimale reductietijd van Clostridium botulinum bij 121ºC?
Opgave:
In hoeveel tijd hebben er twaalf decimale reducties plaatsgevonden?
Opgave:
Hoeveel micro-organismen zijn er dan nog over per ml?
In het laatste antwoord krijgen we toch een wat raar getal, waarbij je je niet zoveel bij kunt voorstellen.
Want wat is nou 1/10.000.000 spore per ml?
Je kunt het ook anders uitdrukken:
nl. 1 spore op 10.000.000 ml.
En als het verpakkingseenheden van een liter zijn, dan kun je zeggen 1 spore op 10.000. blikken.
Of nog anders de kans dat er nog een spore in een blik zit is 1 op 10.000 !
Met zulke kansen wordt gewerkt en niet met een gewenst eindresultaat als bijvoorbeeld alle sporen moeten dood zijn.
Behalve de hitteresistentie is voor een goed eindresultaat de beginconcentratie van groot belang.
Opgave:
Als je niet met 10.000 sporen van C.botulinum begint maar met 100 sporen per ml, welk eindresultaat bereikt men dan bij dezelfde temperatuur?
Druk dit resultaat eens uit in een kans waarbij je uitgaat van 1000 ml blikken. Wat wordt de kans bij 100 ml blikjes
Er zijn nog andere thermoresistentiewaarden:
F-waarde.
De F-waarde is de verhittingstijd nodig om een bepaald gewenst(=zelf geformuleerd) eindresultaat te bereiken. Dit eindresultaat wordt in een kans uitgedrukt, d.w.z. in de kans dat een product kan bederven doordat er nog één(1) overlevend micro-organismen aanwezig is?
Deze F-waarde hoort ook voorzien te zijn van een temperatuurwaarde.
Deze F-waarde hangt van dezelfde factoren af als de D-waarde en van de beginconcentratie (thermoresistente) micro-organismen.
Weet men van een bepaald product de D-waarde, de beginconcentratie van de meest thermoresistente sporen en de gewenste eindsituatie dan kan de F-waarde worden berekend.
Z-waarde
Dit is het aantal graden waarmee de temperatuur van de hittebehandeling verhoogd (resp.verlaagd) moet worden om een decimale reductietijd te bereiken die 10 keer korter (resp.langer) is.
Weet men een(1) D-waarde en de Z-waarde dan kan men een grafiek(lijn) maken waarop alle andere D-waarden zijn af te lezen. Omgekeerd is het mogelijk om m.b.v. twee D-waarden een grafiek(lijn) te maken waaruit de Z-waarde is af te lezen.
Vervolgens maakt men dan een grafiek door het punt 1 minuut en 121ºC een lijn te trekken evenwijdig aan de eerder gemaakte lijn. Uit deze laatste lijn de zogenaamde Fo referentielijn kan men in een oogopslag nagaan hoeveel keer langer men bij een andere temperatuur als 121 C moet verhitten.
Oefenopgaven:
Een en ander zal met onderstaande opgaven worden geoefend:
Opgave 1.a. Champignonsoep
GEGEVENS:
Een partij blikken champignonsoep bevat 1000 thermoresistente sporen per blik van mesofiele bederf veroorzakende micro-organismen.
De volgende thermoresistentiewaarden voor dit product zijn:
D 121=0,9 minuut, z=10 ºC.
Men streeft naar een maximale uitval t.g.v. bederf van 1 op 100.000 blikken.
OPDRACHTEN:
Hoelang dient men hiertoe bij 121 ºC te verhitten?
Zet in een grafiek het verband uit tussen D-waarde en temperatuur. (semilogpapier)
Zet op hetzelfde papier de Fo referentielijn.
Als blijkt dat 121 ºC een te hoge temperatuur is voor dit product wil men bij 115 ºC verhitten, hoelang dient men dan te verhitten?
Geef redeneringen, berekeningen en de hulpgrafiek.
Na het maken en bespreken van bovenstaand voorbeeld is hopelijk duidelijk dat met behulp van enkele gegevens (*welke?) voor elke temperatuur het steriliserend effect vastgesteld kan worden. Dus ook het dodend effect tijdens het opwarmen en afkoelen(boven de 100 C) kan bepaald worden zodat de verhitting bij 121 C korter kan zijn dan wanneer men alleen rekening zou houden met het steriliserend effect van 121 C.
Opgave 1b. Vervolg Champignonsoep
GEGEVENS:
Bij het verhitten van de bovengenoemde champignonsoep zijn de volgende temperaturen en bijbehorende tijdstippen gevonden:
| tijdstip (minuut) | temperatuur |
| 1 (na 1 minuut) | 102 ºC |
| 6 | 106 ºC |
| 11 | 111 ºC |
| 16 | 114 ºC |
| 21 | 121 ºC |
| 26 | 121 ºC |
| 31 | 121 ºC |
| 36 | 114 ºC |
| 41 | 111 ºC |
| 46 | 106 ºC |
| 47 | 102 ºC |
| daarna | 100 ºC en lager |
OPDRACHT:
Ga met de bij opgave 1 gemaakte grafiek eens na wat het effect is van de opwarmtijd bij de verschillende temperaturen(in bovenstaande tabel) en vergelijk het effect van 1 minuut verhitten bij bijv.102 C met het effect van 1 minuut bij 121 C.
dus 1 minuut 102 ºC =. .. minuten 121 ºC
1 minuut 106 ºC =..... .... minuten 121 ºC
1 minuut 111 ºC =.......... minuten 121 ºC
1 minuut 114 ºC =...........minuten 121 ºC
Als je dit weet kun je van de opwarm- en afkoeltijd gaan uitrekenen met hoeveel minuten sterilisatietijd deze te vergelijken zijn. De eerder berekende sterilisatietijd kan dan bekort worden door dit effect ervan af te trekken.
OPDRACHT:
Wat wordt de sterilisatietijd in de praktijk?
Opgave 2 Tomatensoep
GEGEVEN:
Een partij litersblikken tomatensoep met gehaktballetjes bevat 106 micro-organismen (thermoresistente sporenvormers) per ml. Men wil deze blikken zodanig verhitten dat de kans op een bedorven blik na afloop maximaal 1 op 106 is.
De bekende thermoresistentiewaarden zijn:
D 121 C= 0,05 minuut
D 120 C= 0,08 minuut
GEVRAAGD:
Hoelang moet je verhitten bij 110 C?
Geef redeneringen, berekeningen en grafieken.
Wat is de Z-waarde?
GEGEVEN:
Er mag niet langer dan 30 minuten verhit worden anders vallen de gehaktballetjes uit elkaar terwijl de smaak en kleur door een te hoge temperatuur achteruit gaan.
GEVRAAGD:
Welke temperatuur is de optimaal voor tomatensoep met gehaktballetjes?
Hoeveel keer langer moet je nu verhitten vergeleken met soep die bij 121 C verhit mag worden?
Haal dit uit de Fo referentielijn!!
Opgave 3. Sperzieboontjes
GEGEVEN:
Een partij 100ml sperzieboontjes bevat 105 thermoresistente sporen per ml.
Men streeft naar een maximale kans op bederf van 1 op 106.
D 125 = 0,1 minuut
D 110 = 1,7 minuut
GEVRAAGD:
Wat is de Z-waarde?
Hoelang moet je bij 121 verhitten?
Hoelang moet je bij 116 verhitten? Gebruik de Fo referentielijn.
Hoelang mag je bij 121 verhitten als je ook het dodend effect van de voorverwarming en afkoeling meetelt?
100 C 1 minuut
105 C 1 minuut
110 C 1 minuut
115 C 1 minuut
121 C ... minuten
115 C 1 minuut
110 C 1 minuut
105 C 1 minuut
100 C 1 minuut
Het te verhitten product zelf heeft een grote invloed op het eindresultaat van de verhitting:
De waarden die D, F en Z hebben, de zogenaamde thermoresistentiewaarden, zijn niet alleen afhankelijk van de aanwezige (ultraresistente) sporen maar ook van het milieu waarin deze zich bevinden(het levensmiddel). Hierbij spelen de intrinsieke factoren een grote rol.
Op deze site staan van WFC staan voor een aantal micro-organismen de hitteresistentie-eigenschappen en wel onder verschillende omstandigheden.
Ook zit er per micro-organismen een rekenprogramma bij, Leuk om eens te proberen. Je ziet ook dat de D-waarde varieert met de omstandigheden (product) waarin het micro-organisme zich bevindt.
Opdracht: Welke intrinsieke factoren zullen de D verlengen?
Het fungeert als warmteoverdrachtmedium, elk deel van het product moet uiteraard aan de vereiste tijd-temperatuur-combinatie worden blootgesteld. Bij verpakte producten wordt het centrum vaak korter en minder sterk verhit dan de rest. Om ongelijkmatige verhitting in producten te voorkomen moet er tijdens verhitting geschud worden. Bij vaste producten is het moeilijker om een gelijkmatige verhitting te bereiken als bij vloeistoffen. De vorm en grootte van het product spelen ook een rol.
Als recoverymedium na verhitten, ook hier zijn de intrinsieke factoren van groot belang. Een spore ontkiemt slechts onder gunstige groeiomstandigheden.
De verschillende verhittingsmethoden
Om producten microbiologisch veiliger te maken onderscheidt men in de industrie allerlei verschillende methoden die zich onderscheiden in het doel: welke micro-organismen moeten worden gedood, Hieruit volgt dan de toegepaste verhittingstemperatuur en verhittingstijd.
Steriliseren
Bij steriliseren is het de bedoeling om alle kweekbare micro-organismen volledig te doden. Dit gebeurt bij temperaturen van 115(C tot 120(C of hoger, doden betekent hier dat slechts als zeer grote uitzondering een kiem in een verpakkingseenheid wordt geaccepteerd, bijvoorbeeld in een op de 10,000 blikken, zie ook de eerder gemaakte opgaven.
Voor de sterilisatie moet men de D-waarden van de meest thermoresistente micro-organismen kennen. Dit zijn de sporenvormende micro-organismen die een hogere thermoresistentie bezitten als Clostridium botulinum. Deze zogenaamde ultra-resistente micro-organismen overleven het verhittingsproces het langst en moeten bij sterilisatie wel gedood worden. De meeste ultra-resistente sporenvormers zijn thermofiel. Voorbeelden van producten die gesteriliseerd worden zijn de tropenconserven, die dus onder alle klimatologische omstandigheden onbeperkt houdbaar zijn. Een ander voorbeeld is babyvoeding waarbij men geen enkel risico wil lopen.
Opdracht:
Waarom is het belangrijk dat juist babyvoeding (in poedervorm) steriel is?
Noem twee redenen.
Appertiseren
Appertiseren is het zodanig verhitten dat de producten in een hermetisch gesloten verpakking onder normale omstandigheden d.w.z. beneden de 35(C a 40(C enkele jaren houdbaar zijn. De verhittingstijden en bijbehorende temperaturen liggen bij 115(C a120(C. Ze zijn gebaseerd op het volledig doden van de sporen van Clostridium botulinum (in de praktijk 12 decimale reducties). De overlevende ultra-resistente sporen kunnen zich bij de normale opslagtemperaturen niet ontwikkelen. Bij vleesconserven die niet bij bovengenoemde hoge temperaturen kunnen worden verhitis het mogelijk dat sporen van Clostridium botulinum het proces wel overleven. Het is in deze gevallen noodzakelijk om zout en/ of een conserveermiddel toe te voegen om ontkieming en groei te voorkomen.
Kort-hoog-verhitting (UHT)
Bij stijgende temperatuur is het (gewenste) effect op het doden van micro-organismen sterker als het (ongewenste) effect van smaakveranderingen. Reden om een UHT-behandeling toe te passen bij sterilisatie en appertisatieprocessen. Dit proces kan bij verpakte eenheden plaatsvinden maar ook door de vloeistof langs een zeer hete plaat te geleiden en het daarna op te vangen in steriele verpakkingen. Enkele seconden bij 140(C zijn dan voldoende om bijvoorbeeld melk te steriliseren.
Pasteuriseren
Pasteuriseren wordt toegepast om eventueel aanwezige ziektekiemen te doden (met uitzondering van de sporevormende ziekteverwekkers). Tegelijkertijd worden bederfveroorzakende micro-organismen gedood zodat het product langer houdbaar wordt. Het bekendste voorbeeld van pasteuriseren is dat van melk. In de jaren 50 is dit geïntroduceerd om de toen door melk veroorzaakte gastro-enteritisgevallen te voorkomen. Melk wordt in stromende toestand langs of door verhittingstemperatuur geleid, de zogenaamde pasteur, die uit platen of buizen kan bestaan. De melk verblijft hierbij 15-20 seconden bij 72°C. Omdat na de verhitting een aantal micro-organismen overblijven, namelijk de endosporen, de ascosporen van sommige gisten, en bacteriën van het geslacht Micrococcus en Streptococcus, is het van belang de producten snel af te koelen en niet al te lang (koel) te bewaren. Lees hier meer over de gevaren van rauwe melk.
Het afkoelen van verhitte producten
Tijdens het afkoelen van geappertiseerde producten passeren deze het temperatuurgebied tussen 30(C en 60(C. In dit gebied kunnen de ultraresistente sporevormers tot ontwikkeling komen, reden om dit gebied zo snel mogelijk te doorlopen en dus snel af te koelen met behulp van koelwater. Hierbij bestaat gevaar van besmetting via het koelwater, waarbij micro-organismen door microlekken in het blik kunnen binnendringen ( wat onder droge omstandigheden vrijwel nooit gebeurt). Ook tijdens het opwarmen moet vermeerdering van ultraresistente micro-organismen worden voorkomen.
Hier een overzicht van verhittingsmethoden:
Halfconserven
Gepasteuriseerde producten die slechts een beperkte tijd houdbaar zijn worden ook wel half-conserven genoemd. Behalve dat deze producten gepasteuriseerd zijn, is er vaak een andere omstandigheid die meehelpt de houdbaarheid te verbeteren, zoals het toevoegen van een conserveermiddel of hoge concentraties zout of suiker of een lage pH.
Voorbeelden zijn:
* Gepasteuriseerde ham in blik
* Vacuümverpakt gekookte vleeswaren
Doorstralen
Ioniserende straling doodt micro-organismen door het DNA te beschadigen. In de levensmiddelenindustrie maakt men gebruik van gammastralen omdat deze een goed doordringend vermogen hebben. Zo kunnen producten in gesloten verpakking behandeld worden. Deze straling is afkomstig van een radioactieve stralingsbron het isotoop kobalt 60. Deze techniek is aan strenge regels onderworpen en wordt in Nederland niet door elk bedrijf afzonderlijk toegepast maar bij een(!) gespecialiseerd bedrijf die bestralingen uitvoert voor andere opdrachtgevers (plastic disposables zoals petrischalen). In Nederland worden gammastralen weinig gebruikt, er zijn grote bezwaren tegen: de consument blieft geen bestraald voedsel.
Naast gammastraling zijn ook UV-stralen dodelijk voor micro-organismen. Nadeel hierbij is het geringe doordringend vermogen. Alleen dunne lagen lucht of vloeistof en oppervlakken kunnen zo ontsmet worden.
High Pressure Processing of HPP
Verpakte voedingsmiddelen worden aan een zeer hoge druk ( 6000 bar) blootgesteld. Bacteriën en schimmels worden beschadigd / gaan dood, ook grote moleculen zoals enzymen worden geinactiveerd, kleinere moleculen zoals smaakstoffen en vitaminen, blijven onveranderd.HPP is ontwikkeld om rauwe gekoelde producten langer houdbaar te maken zonder gebruik van verhitting of chemische toevoegingen. Het wordt door de consument als vers ervaren.Het product moet wel koel bewaard worden en is enkele weken houdbaar.De techniek wordt veel gebruikt om fruit- en groentesappen te conserveren.Lees meer
Het verwijderen van micro-organismen
Naast het doden van micro-organismen is het ook mogelijk om de micro-organismen kwijt te raken of in aantal te verminderen. Er zijn twee methoden:
* Filtratie, vloeibare producten zoals wijn, bier en azijn worden zo na fermentatie van de aanwezige micro-organismen ontdaan.
* Centrifugeren, wordt veel toegepast om micro-organismen (met name sporen) uit kaasmelk te verwijderen.