Document

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
Thermische conservering van
levensmiddelen: principes van
microbiologische veiligheid
1.
2.
3.
4.
5.
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
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
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
toxigeen
-Clostridium botulinum (proteolytic)*
-Clostridium botulinum (non-proteolytic)*
-Bacillus cereus (emetic)*
-Staphylococcus aureus
Infectief, met lage infectieve dosis
-Salmonella sp.
-Escherichia coli (VTEC)
-Shigella sp.
-Campylobacter sp.
Infectief, met hoge infectieve dosis
-Listeria monocytogenes
-Yersinia enterocolitica
-Aeromonas hydrophila
-Clostridium perfringens*
-Bacillus cereus (diarrhoeal)*
mesofiel
psychrotroof
mesofiel
mesofiel
hitteweerstand
1
3
2
mesofiel
mesofiel
mesofiel
mesofiel
5
5
5
5
psychrotroof
psychrotroof
psychrotroof
mesofiel
mesofiel
4
5
5
2
2
gastles economie, 23 april 2001
* sporenvormers; 1 = meest hitteweerstandig, dan 2, dan 3 enz.
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
t  t0
DT 
log N 0  log N t
Log (aantal MO)
6
5
60°C
4
62°C
3
2
64°C
1
0
0
Hoe groter D, hoe meer
hitteweerstandig het MO
gastles economie, 23 april 2001
10
20
Verhittingstijd t
(min)
30
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
T2  T1
z
log DT1  log DT2
Log DT
2
1
0
-1
-2
55
60
65
Temperatuur (°C)
gastles economie, 23 april 2001
70
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
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
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
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
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 /nonproteolytic, 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 zwaarde dan MO voor hitte-inactivatie
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
Literatuur
• Michiels, C. Koken zonder vuur: een koud kunstje. Het
Ingenieursblad, April 2000, p18-24.
gastles economie, 23 april 2001