Thermische conservering van levensmiddelen: principes van microbiologische veiligheid

1
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

2
Thermische conservering van levensmiddelen
principes van microbiologische veiligheid

1. Micro-organismen in levensmiddelen
2. Pathogene micro-organismen in levensmiddelen
3. Hitte-inactivatie van micro-organismen
4. Microbiologische veiligheid van hittebehandelde
   levensmiddelen
5. Optimalisatie van hittebehandeling

3
1. Micro-organismen in levensmiddelenVoorkomen

• 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)

4
1. Micro-organismen in levensmiddelenTabel
Toegelaten aantallen MO in enkele producten
Gebotteld mineraalwater 100 / ml
Gepasteuriseerde melk 30.000 / ml
Rauwe melk 100.000 / ml
Roomijs 100.000 / ml
Koelverse maaltijden 1.000.000 / g
Rauw vlees 1.000.000 10.000.000 / g
Rauwe versneden groenten 1.000.000 10.000.000 / g
Gesneden gekookte hesp 50.000.000 / g
5
1. Micro-organismen in levensmiddelenMaatschappel
ijk 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

6
2. Pathogene MO in levensmiddelenSleuteleigenscha
ppen

• Mechanisme van pathogeniciteit
• Toxigeen productie van toxine in het LM toxine
  veroorzaakt ziekte, niet het levende MO ziekte
  enkel bij hoge aantallen MO (gt 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 (lt102
  gt106)
• In zure LM (pH lt 4,5), bv. meeste fruitproducten
• Pathogene bacteriën kunnen zich niet vermeerderen
• Kunnen wel overleven
• Minimale temperatuur die groei toelaat
• Mesofielen gt 4C
• Psychrotrofen ? 4C (groeien zelfs in koelkast)
• Hitteweerstandigheid

7
2. Pathogene MO in levensmiddelenOverzicht
8
3. Hitte-inactivatie van MOinactivatie 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 Tbv.
  D60C 10 min in figuurHoe groter D, hoe
  meer hitteweerstandig het MO

Log (aantal MO)
60C
62C
64C
Verhittingstijd t (min)
9
3. Hitte-inactivatie van MOT-afhankelijkheid van
D

• logD daalt lineair met toenemende T
• z-waarde temperatuursverandering die z met 90
  doet toe- of afnemenvb z 5C in figuur

Log DT
Temperatuur (C)
10
3. Hitte-inactivatie van MOEquivalente
thermische processen voorbeeld

• Salmonella enteritidis
• D60C 1 min
• Z 5C
• Proces van 10 min / 60C 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 65C om ook 6D reductie te
  bekomen?
• D65C 1/10 van D60C 0,1 min (want z 5C)
• 6D reductie vereist dus 6 x 0,1 min 0,6 min
• 60C/10min en 65C/0,6min zijn dus equivalente
  processen m.b.t. inactivatie van Salmonella
  enteritidis niet noodzakelijk equivalent voor
  andere MO

11
4. Microbiologische veiligheid van
hittebehandelde LMbasisprincipes

• 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)

12
4. Microbiologische veiligheid van
hittebehandelde LMzure levensmiddelen (pH lt 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 lt 100 cellen)
• Categorie 5 van hitteweerstandigheid meest
  gevoelig
• Milde hittebehandeling volstaat voor
  microbiologische veiligheid, bv. 60C/1min

13
4. Microbiologische veiligheid van
hittebehandelde LMNiet-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
  hittebehandelingalle 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 121C/3min of
  equivalent proces (appertisatie of sterilisatie)

14
4. Microbiologische veiligheid van
hittebehandelde LMNiet-zure levensmiddelen,
gekoelde bewaring, houdbaarheid gt 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 90C/10min of
  equivalent proces (laagpasteurisatie)

15
4. Microbiologische veiligheid van
hittebehandelde LMNiet-zure levensmiddelen,
gekoelde bewaring, houdbaarheid lt 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 70C/2min of
  equivalent proces (hoogpasteurisatie)

16
5. Optimalisatie van hittebehandelingHittebehande
ling 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 MOD- en z-waarde
• Kwaliteitsparameters hebben doorgaans een grotere
  z-waarde dan MO voor hitte-inactivatie

17
5. Optimalisatie van hittebehandelingLTLT versus
HTST sterilisatie van LM

• Objectief m.b.t. microbiologische veiligheid
  12-D reductie C. botulinum (proteolytic) (z
  10C D121C 0.2 min)
• Beschouw volgende twee equivalente processen
• 121C/2,4min
• 141C/0,024min of 141C/1,44s
• Stel bepaald vitamine als kwaliteitsparameter
  wordt gekenmerkt door z 20C D121C 2,4 min
• Bovenstaande processen veroorzaken dan volgende
  reductie van het vitaminegehalte
• 121C/2,4min 1-D
• 141C/0,024min of 141C/1,44s ltlt1-D (want D141C
  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)

18
Literatuur

• Michiels, C. Koken zonder vuur een koud
  kunstje. Het Ingenieursblad, April 2000, p18-24.