Microbiologische gevolgen van zoutreductie in levensmiddelen

Microbiologische gevolgen van zoutreductie in levensmiddelen Frank Devlieghere [email protected]

Universiteit Gent Vakgroep Voedselveiligheid en voedselkwaliteit Laboratorium voor levensmiddelenmicrobiologie en –conservering

Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

FOOD2KNOW Interfacultair kenniscentrum levensmiddelenwetenschappen, voeding en gezondheid

www.food2know.be • verenigt ongeveer 30 laboratoria en onderzoeksgroepen • verdeeld over 5 verschillende faculteiten binnen de UGent, ILVO, Hogeschool Gent en VUB • ondersteund door een 500-tal onderzoekers en technici


Structuur van de voordracht 1. Wat is wateractiviteit 2. Hoe en in welke mate beïnvloedt de aw groei van micro-organismen 3. Hoe en in welke mate beïnvloeden zouten de aw en groei van microorganismen 4. Gevalstudie - gekookte vleeswaren


1. Wat is wateractiviteit Micro-organismen: zonder vocht geen vermenigvuldiging aw = maat voor hoeveelheid beschikbaar water waterdampspanning boven medium aw = waterdampspanning boven zuiver water

= max. 1 aw = waarde tussen 0 en 1


2. Hoe en in welke mate beïnvloeden zouten de wateractiviteit


-Verband tussen waterfase [component] of aw is component afhankelijk maar wel lineair - Op de grenzen van verzadiging afwijkingen? 1.02 1

water activity

0.98 0.96 0.94 0.92

NaCl

0.9 KCL

0.88 0.86

CaCl2

0.84

MgCl2

0.82 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

concentration (g component / g H2O) Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

0.3

-Verband tussen molariteit en aw is ook componentafhankelijk maar wel lineair - Gelijkaardig verband voor gelijkende moleculen 1.02 1 0.98

water activity

0.96 0.94 0.92 0.9

NaCl

0.88

KCL

0.86

CaCl2

0.84

MgCl2

0.82 0

1

2

3

concentration (molality) Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

4

1.02 1 0.98

≠

water activity

0.96 0.94 0.92 0.9

NaCl

0.88

KCL

0.86

CaCl2

0.84

MgCl2

0.82 0

1

2

3

4

concentration (molality)

NaCl = MgCl2 > CaCl2 > KCl

MgCl2 = CaCl2 > NaCl > KCl


- Cumulatief effect bij twee of meer componenten aw = 1 – ∑ aw-effects of individual componenten = additief, maar afwijkingen op de grens van verzadiging? Concentration (g component /100 g of solution) NaCl 8 2 6 6 4 4 4 4 2 3

KCl 4 6 6 10 6 4 5 5 6 6

MgCl2 2.01 4.03 4.03 12.32 6.09 3.98 4.92 4.92 6.09 6.09

CaCl2 2 4 6.3 4 6 4 5 6 6 6

Measured aw

Predicted aw

0.903 0.904 0.844 0.734 0.836 0.902 0.877 0.864 0.866 0.854

0.891 0.900 0.840 0.730 0.842 0.894 0.870 0.861 0.863 0.853


- Cumulatief effect bij twee of meer componenten aw = 1 – ∑ aw-effects of individual componenten predicted water activity (additive model)

1 0.98 0.96 0.94 0.92 0.9 0.88 0.86 0.84 0.84

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

measured water actvity Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Additief model voor wateractiviteit is mogelijk op basis van samenstelling - validatie in commerciële producten Measured aw

Predicted aw

Cooked ham

0.983

0.984

Cooked sausage

0.978

0.975

Cooked chicken fillet

0.980

0.979

Mayonnaise

0.928

0.927

Smoked salmon

0.974

0.979

Smoked halibut

0.963

0.966

Product


Additief model voor wateractiviteit is mogelijk op basis van samenstelling - validatie in commerciële producten


3. Hoe en in welke mate beïnvloedt de aw microorganismen? Bacteriecel : osmotisch evenwicht met omgeving Bij contact met vloeistof met hoge OD: afgifte van water (osmose) Osmoregulatie: verloren water terugwinnen ‧ Basismechanisme: verhogen van hoeveelheid cytoplasmatisch opgeloste componenten (= osmoregulerende componenten) ‧ Laten continue activiteit van cytoplasmatische enzymes toe ‧ Energie-afhankelijk verhoogd onderhoudsmetabolisme


EFFECT VAN aw-VERLAGING OP DE MICRO-ORGANISMEN


A. Op de groei van specifieke groepen

a. Gram-negatieve kiemen ‧ De typische, aërobe bedervers: Pseudomonas, Shewanella, … ‧ Vele pathogenen: Salmonella, Campylobacter, E. coli, … ‧ Min. aw voor groei proteolytische bacteriën: ±0.96 ‧ Vanaf 0.98: reeds zeer beperkte groei ‧ Enterobacteriaceae: 0.93 ‧ Uitz.: – Halotolerante Enterobacter: min. aw = 0.90 – Vibrio parahaemolyticus: min. aw = 0.94


b. Gram-positieve niet-sporevormende kiemen ‧ Belangrijk in bederf bij anaërobe condities: melkzuurbacteriën, Brochothrix, … ‧ Pathogenen: L. monocytogenes, S. aureus ‧ Minder gevoelig voor verlaagde aw dan Gramnegatieve kiemen – Melkzuurbacteriën: min. aw = 0.93-0.94 – Micrococcen: min. aw = 0.90 – Staphylococcus aureus: » Min. aw groei = 0.83-0.86 » Min. aw toxineproductie = 0.87 – Listeria monocytogenes: min. aw = 0.92


c. Gram-positieve sporevormende kiemen ‧ Aërobe Bacillus: min. aw groei = 0.90-0.91 ‧ Anaërobe Clostridia: hogere aw-waarde – Clostridium botulinum: » Proteolytische: 0.94 » Niet-proteolytische: 0.97 – Clostridium perfringens: 0.95

d. Gisten en schimmels ‧ Min aw respectievelijk = 0.88 en 0.80 ‧ Mycotoxineproductie: min aw = 0.83

e. Uitzonderingen ‧ Halobacterium halobium (0.75) ‧ Zygosaccharomyces rouxii (0.60) ‧ Xeromyces bisporus (0.60) Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Op de grens van groei/geen groei: minimale groeiparameters veranderen!

Groei (), geen groei () combinaties, Groei (), geen groei () combinaties, voor Brochothrix thermosphacta bij 25 °C voor E. coli M23 bij 20 °C (Presser et Flanders Food: Zoutreductie: Niet evident – Frank Devlieghere – 17/02/2009 (Masana en Baranyi, 2000) Faculty of Bioscience Engineering – Department of al., Food1998) Safety and Food Quality

MODELS CAN HELP


Ln (

 N  µ .e  ) = A. exp − exp  max (λ − t ) + 1  N0  A  

k = b.(T − Tmin ). ( a w − a w min ).( pH − pH min )

k = b.(T − Tmin ) Ln (k ) = C0 +

C1 C2 2 + 2 + C3 a w + C 4 a w T T

µ max (T , pH ) = µ opt .τ (T ).ρ ( pH )

MODELS CAN HELP  m  yi = σ  ∑ ( w j p j + β r )   j =1 

k = k 0 .e

− EA R .T

k = cst + a1.T + a2 . pH + a3 .T ² + a4 . pH ² + a5 . pH .T pH < pH min ,0

dN = µ max .α (t ).u ( N ).N dt

pH min < pH < pH max,

( pH − pH min )( pH − pH max ) ( pH − pH min )( pH − pH max ) − ( pH − pH opt )²

pH > pH max ,0


Modellen voor het effect van aw op de groei van micro-organismen -Kinetische modellen: Effect van aw op de groeikinetiek van microorganismen: - Effect op de lagfase - Effect op de groeisnelheid

-Probabilistische modellen Effect van aw op de groei/geen groei interfase van microorganismen Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Kinetische modellen Kinetische modellen

A+D: twee micro-organismen B: andere factor sub-optimaal voor MO A Flanders Food: Zoutreductie: Niet evident – Frank Devlieghere – 17/02/2009 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

C: effect van andere component voor MO A

Flanders Food: Zoutreductie: Niet evident – Frank Devlieghere – 17/02/2009 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Flemish Cluster Predictive Microbiology in Foods

Safety of salads: Listeria monocytogenes

Flemish Cluster Predictive Microbiology in Foods


Stability of acid sauces: Zygosaccharomyces bailii


4. Speelt het type zout een rol bij een zelfde wateractiviteit?


4. Speelt het type zout een rol bij een zelfde wateractiviteit?


0.5

15

0.45

12

lag phase (d)

specific growth rate (d-1)

Invloed van het type zout op de groei van Lactobacillus sakei in een lab medium

0.4

0.35

9

6

0.3

3

0.25

0

0.95

0.96

0.97

0.98

water activity

0.99

1

0.95

0.96

0.97

0.98

0.99

water activity

CaCl2 > MgCl2 > NaCl ≅ KCl > MgSO4 Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

1

Invloed van het type zout op de groei van Listeria monocytogenes in een lab medium

CaCl2 > MgCl2 > NaCl > KCl > MgSO4 Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Invloed van het type zout op de groei van Penicillium roqueforti in een lab medium

MgCl2 > CaCl2 ≅ NaCl ≅ KCl ≅ MgSO4 Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Effect van gedeeltelijke zoutvervanging Estimated time (days) required by L. sakei to reach a level of 107 CFU ml-1in broth with a total water phase salt concentration of 4.2%

Replacement level

NaCl alone

+ KCl

+ MgCl2

+ CaCl2

25%

16

15

18

20

50%

16

14

20

20

Gebruik van KCl als een partiële NaCl vervanger kan leiden tot een verlaagde microbiële stabiliteit! Gebruik van CaCl2 en MgCl2 als een partiële NaCl vervanger kan leiden tot een verhoogde microbiële stabiliteit!! Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Commerciële zoutvervangers? Estimated time (days) required by L. sakei to reach a level of 107 CFU ml-1

% water-phase

NaCl

AlsoSalt

Sub4Salt

4.2

16

11

11

6.4

24

17

19

Gebruik van AlsoSalt en Sub4Salt als volledige NaCl vervanger kan leiden tot een verlaagde microbiële stabiliteit!!


-Bij sommige zoutvervangers: stimulatie van microbiële groei, onafhankelijk van de verandering in wateractiviteit. -Grondige evaluatie van het effect van zoutreductie/vervanging op de microbiologische stabiliteit en veiligheid is essentieel! challengetesten


5. Gevalstudie: gekookte vleeswaren -Studie uitgevoerd in samenwerking met PURAC -Objectieven: Realiseren van een Na+-reductie van respectievelijk 15% en 30% in een gekookt vleeswaar met behoud van de microbiële houdbaarheid en sensorische kwaliteit Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality


Hoe dit realiseren? - Reductie van het NaCl gehalte met 20% en 40%

Verminderen van belangrijkste Na+-bron

- Toevoegen van 2% of 3% van een mengsel van 56% K-lactaat en 4% Na diacetaat (Purasal®P Opti.Form 4) Toevoegen van (een) actieve antimicrobiële molecule(n) Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Materiaal en methodes -Aanmaken van de modelproducten - KAHO Sint-Lieven (H. Paelinck) - Ontbeend, ontvet varkensvlees werd gewolfd (16 mm) - Pekelen: - Toevoegen + vaccuüm tumbling (20 min.) - 18 uur rusten bij 4°C - vacuüm tumbling (20 min.)

- In blikjes koken (Tkern = 71°C) - 10 dagen bij 2°C Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Ingredients

Test 1 Contr ol

Test 2 Test 3 Test 4 20% 20% 40% reduced reduced reduced salt salt salt 2% Purasal 2% Purasal 3% Purasal

Test 5 40% reduced salt 3% Purasal

Test 6 40% reduced salt

Salt (%)

2.5

2

2

1.5

1.5

1.5

Phosphate (%)

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

1

1

1

1

1

1

Sodium ascorbate (%)

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

Sodium nitrite (ppm)

150

150

150

150

150

150

Purasal P Opti.Form 4

0

2

3

2

3

0

Water (%)

15

15

15

15

15

15

Dextrose (%)

(%)

Pork Leg meat (%)

Flanders – Frank Devlieghere – 17/02/2009 81.0 Food: Zoutreductie: 79.5% Niet evident 78.5% 80.0% 79.0% Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

%

82%

Chemische parameters van de zes modelproducten Type of product

Sodium (mg/kg)

Nitrite (mg/kg) (as NaNO2)

Water activity

NaCl (%)

Control

11300

35

0.971

2.7

20% reduced salt 2% Purasal

10300

37

0.976

2.3


9220

46

0.973

2.4


7720

44

0.980

1.8


8020

48

0.982

1.8

40% reduced 7040 47 0.981 Flanders Food: Zoutreductie: Niet evident – Frank Devlieghere – 17/02/2009 salt Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

1.8

Materiaal en methodes -Inoculatie met bedervers - Specifiek bederf organismen (SBO) geïsoleerd uit vleeswaren - Lactobacillus sakei subsp sakei - Lactobacillus sakei subsp carnosus - Leuconostoc mesenteroides subsp mesenteroides

- 10³ cfu/g

-Verpakt onder MAP (50%CO2/50%N2) -Bewaaromstandigheden - 1 week bij 4°C - 4 h bij 20°C - Verder bij 7°C


Materiaal en methodes -kwaliteitsparameters - Microbiële parameters - Melkzuurbacteriën - Totaal aëroob psychrotroof kiemgetal

- Chemische parameters - pH

- Sensorische analyse - Direct na productie - Getraind panel - ‘Is er een afwijkende smaak waarneembaar?’


Resultaten en bespreking


Effect van de diverse formuleringen van de model kookproducten op de groei van de specifieke bederforganismen 9 8

Log (cfu/g)

7 6 5

Control

4

±15% Na+reduction

3

Na+reduction

±30%

2% NaCl / 2% Purasal 2% NaCl / 3% Purasal 1,5% NaCl / 2% Purasal 1,5% NaCl / 3% Purasal 1,5% NaCl / 0% Purasal

2 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Time(d) Flanders Food: Zoutreductie: Niet evident – Frank Devlieghere – 17/02/2009 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

45

Resultaten en bespreking -Reductie van het zoutgehalte aldus beperkt de houdbaarheid significant -Toevoegen van een mengsel van K-lactaat en diacetaat - 30% Na+reductie: compenseert de houdbaarheid bij toepassen van 2% van het mengsel en verlengt de houdbaarheid bij toepassen van 3% van het mengsel - 15% Na+reductie: verlengt de houdbaarheid bij toepassen van 2% en 3% van het mengsel Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Resultaten en bespreking -Sensorische analyse - Geen enkel modelproduct had een afwijkende smaak - De controle had duidelijk een zoutere smaak dan de andere - Er was geen verschil in de zoute smaak bij het toepassen van 2% of 3% van het mengsel. Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

5. Conclusies -Zout en aw hebben een belangrijke functie bij conservering van levensmiddelen -Reductie van NaCl leidt vaak tot een mindere microbiologische stabiliteit en veiligheid.


5. Conclusies -Modelmatige aanpak is essentieel - Verband tussen aw en groei van microorganismen: predictieve microbiologie - Verband tussen aw en [componenten]

-Een nieuw product met verlaagd Na-gehalte ontwikkelen dient te gebeuren via combineren van - Vervangen Na+ door (verschillende) andere ionen - Toevoegen van (verschillende) anti-microbiële componenten Themacongres Zoutreductie – Frank Devlieghere – 1/11/2012 Faculty of Bioscience Engineering – Department of Food Safety and Food Quality

Bedankt voor uw aandacht

Microbiologische gevolgen van zoutreductie in levensmiddelen

Recommend Documents