Pasteurisering
Pasteurisering er en kontrolleret, ikke-steriliserende konserveringsproces, der primært er designet til at reducere mikrobiel StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning og enzymatisk aktivitet på fødevarer og dermed minimere risikoen for fødevarebårne sygdomme og forlænge holdbarheden af fødevareprodukter. Pasteurisering kan ske ved hjælp af ikke-termiske pasteuriseringsteknikker, som f.eks. højtryksbehandling (HPP) og pulserende elektrisk felt (PEF). Disse teknikker er blevet udviklet for nylig for at imødekomme den stigende efterspørgsel efter friskere, minimalt forarbejdede fødevarer [1].
Traditionelle pasteuriseringsmetoder indebærer imidlertid, at fødevaren udsættes for mild varme i en vis periode. Den påførte varme skal være tilstrækkelig til at inaktivere patogene mikroorganismer og fordærvelsesmidler, samtidig med at de fleste af produkternes organoleptiske, ernæringsmæssige og funktionelle egenskaber bevares. Classic termiske pasteuriseringsmetoder omfatter [2]:
- Batch (kar) eller lav temperatur, lang tid (LTLT): Opvarmning ved 65 °C i 30 minutter.
- Høj temperatur, kort tid (HTST): Opvarmning ved 72 °C i 15 sekunder.
- Ultrapasteurisering: Opvarmning ved 89 til 100 °C i 1 sekund.
- Ultrahøj pasteurisering: Opvarmning ved 138 °C i 2 sekunder.
Varmebehandling kan have en skadelig effekt på fødevaren, for eksempel: ændring af farve på grund af vandfordampning eller Maillard-reaktion1, delvist tab af næringsværdi eller proteindenaturering. Det sidste er ekstremt vigtigt, hvis det pasteuriserede produkt skal bruges som en funktionel ingrediens i et fødevareprodukt. Proteindenaturering kan påvirke opløseligheden, emulgeringsevnen og geleringsegenskaberne. Valget af pasteuriseringsteknik skal derfor afbalancere mikrobiel sikkerhed med den ønskede sensoriske, ernæringsmæssige og funktionelle kvalitet af fødevareproduktet.
Kinetics Neo er et softwareværktøj, der er specialiseret til kinetisk analyse af temperaturafhængige kemiske processer. Disse processer kan involvere ændringer i masse, entalpi, NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning og KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystalliseringsvarme.krystallisering, blandt andre fænomener. Softwaren understøtter både modelfri og modelbaseret kinetisk analyse.
I den modelbaserede tilgang muliggør Kinetics Neo detaljeret karakterisering af individuelle reaktionstrin, hvilket giver kritiske kinetiske parametre som aktiveringsenergi, reaktionsorden og det kvantitative bidrag fra hvert trin til den samlede proces. Denne omfattende analyse letter nøjagtige forudsigelser af reaktionsadfærd under umålte eller eksperimentelt utilgængelige temperaturprofiler. Det omfatter forudsigelse af graden af proteindenaturering, her kaldet konvertering, som følge af en vis tid med eksponering for forskellige temperaturer, som diskuteret i det følgende.
1Maillard-reaktionen er en ikke-enzymatisk bruningsreaktion, hvor frie aminogrupper reagerer med reducerende forbindelser som f.eks. sukker. Maillard-reaktionen er ansvarlig for bruning og smagsudvikling i forskellige tilberedningsprocesser.
Forudsigelse af proteindenaturering
Effekten af pasteurisering på ekstraktion af gærprotein blev undersøgt ved hjælp af en DSC 300 Caliris® og softwaren NETZSCH Kinetics Neo .
Gærproteinet blev dispergeret i destilleret vand i en slutkoncentration på 15 % (w/v)2. En prøvemasse på 25 mg dispersion, svarende til 3,75 mg protein, blev analyseret i lavtryks3 aluminiumdigler under en nitrogengasatmosfære ved en opvarmningshastighed på 5 K/min mellem 0 °C og 140 °C. Gærproteinets denaturering sker i området 44 °C og 78 °C, som vist i den første varmekurve (grøn) i figur 1. Den endoterme effekt er bred og viser to maksima, hvilket indikerer, at prøven har en blanding af proteiner, som det forventes ved en proteinekstraktion. Den anden varmekurve (sort) viser fraværet af termiske effekter, hvilket indikerer, at denatureringen er irreversibel.
Denatureringens afhængighed af opvarmningshastigheden gør det muligt at evaluere processen ved hjælp af softwaren NETZSCH Kinetics Neo . Til dette formål blev DSC-kurver optaget ved forskellige opvarmningshastigheder, 5 K/min, 20 K/min og 50 K/min. Flere forskellige kinetiske modeller blev afprøvet for at finde den bedste tilpasning. De to bedste resultater var Friedman-analysen og den kinetiske tretrinsmodel med korrelationskoefficienter på henholdsvis 0,9988 og 0,9989; se figur 2.
2Vægtpr. volumen
3Lavtryksdigel består af aluminium, der kan modstå et let overtryk, der kan opstå under målingen.
De opnåede DSC-resultater blev brugt til at forudsige proteindenatureringen under fire forskellige pasteuriseringstemperaturer, der er beskrevet i litteraturen [2]. Ifølge forudsigelsen, Friedman-analysen (ikke vist) og den kinetiske tretrinsmodel, der er vist i figur 2 nedenfor, vil tre af de fire testede pasteuriseringsmetoder ikke kunne anvendes til dette produkt; se figur 3.
Batch (Vat)-metoden ville føre til 90 % omdannelse efter 3 minutters opvarmning, hvilket kun er 10 % af hele den anbefalede tidsperiode. UHT-metoden ville også være for hård; efter 1 sek. ved 138 °C ville det samlede indhold af naturligt protein kun være 10 %. HTST-metoden ville stadig denaturere 27 % af alt proteinindhold.
Kun ultrapasteurisering ville give en acceptabel omdannelsesgrad: 7 % omdannelse efter 1 sek. ved 95 °C.
Validering af resultaterne
For at validere den kinetiske model beregnet af Kinetics Neo til forudsigelse af denatureringsadfærden under isotermiske forhold blev en gærproteinprøve på 25 mg, 3,75 mg protein, opvarmet til 65 °C og derefter holdt isoterm i 20 minutter. Figur 4 sammenligner den endoterme effekt, der blev bestemt via måling, med dem, der blev bestemt via forudsigelse (Kinetics Neo). Sammenligningen viser den gode overensstemmelse mellem de to kurver og dermed beregningens pålidelighed.
Konklusion
På baggrund af disse resultater blev der fundet et behandlingsvindue til pasteurisering af proteinprodukter til fødevareindustrien. Kinetics Neo giver mulighed for at udvikle en matematisk model, der nøjagtigt repræsenterer prøvernes eksperimentelle opførsel under termisk behandling. Denne tilgang forenkler processen med at identificere den mest lovende temperaturprofil og eliminerer behovet for tidskrævende trial-and-error-metoder.