Innovatieve Stoom Injectie (ISI)

Uit Agrofoodwiki

Ga naar: navigatie, zoeken

Innovatieve Stoom Injectie (ISI) is een variant van de zogenaamde UHT (Ultra Hoge temperatuur)-verhittingen met behulp van Directe Stoom injectie (DSI) en wordt voornamelijk toegepast op dunvloeibare producten als melk en vruchtensappen. UHT-verhittingen kenmerken zich door een korte verblijftijd (max. 4 seconden) bij hoge temperaturen (> 140 °C). De bedoeling van een dergelijke behandeling is om houdbare producten (buiten de koeling) te produceren met zoveel mogelijk behoud van smaak. De ISI-technologie gaat hierin een stuk verder en realiseert verblijftijden van minder dan 0,1 seconden bij temperaturen tussen 150 en 200 °C. Met deze manier van verhitten worden micro-organismen (zowel vegetatieve als sporenvormende) effectief geïnactiveerd terwijl de sensorische eigenschappen (geur en smaak) beter worden behouden.


Inhoud

Omschrijving

De ISI-verhitting vindt plaats in drie stappen. In de eerste stap wordt het product indirect opgewarmd tot ca. 80 °C met behulp van een buizen- of platenwarmtewisselaar. In de tweede stap wordt het product zeer snel (< 0,1 sec) doorverhit naar temperaturen tot boven de 150 °C met behulp van Direct Stoom Injectie. Zodra de gewenste temperatuur is bereikt blijft deze ca. 0,1 sec. gehandhaafd. Aansluitend wordt het product momentaan teruggekoeld naar 80 °C met behulp van flashkoeling in een bijbehorend flashvat. Het principe staat schematisch weergegeven in Figuur 1.

Werking ISI.jpg

Figuur 1. Schematische weergave van een ISI-verhitter opstelling

Toepassingsgebied

Verhitting van producten met als doel het microbieel stabiel maken van het product wordt al meer dan 100 jaar toegepast. Pasteur voerde zijn eerste experimenten uit in 1862 in eerste instantie voor laagalcoholische producten maar later ook voor zuivelproducten. Naderhand zijn verschillende manieren van verhitting ontwikkeld waarvan pasteurisatie, sterilisatie en UHT-verhitting de meest toegepaste zijn. In Figuur 2 staat een schematisch overzicht van de verschillende conventionele verhittingstechnologiën.

Verhittings methoden.jpg

Figuur 2. Schematisch overzicht van de verschillende typen conventionele verhittingstechnologieën


De ISI opereert in een nieuw en uniek werkgebied waarbij een betere inactivatie van hitte-resistente sporen wordt bereikt dan bij de gangbare UHT technologie, terwijl de productbeschadiging minimaal is. In figuur 3 wordt het werkgebied van de ISI-verhitter en van conventionele verhittingsprocessen weergegeven.

Effecten verhittings technologieen.jpg

Figuur 3. Effecten van conventionele verhittingsprocessen op enkele micro-organismen en de denaturatie van alfa-lactoglobuline in melk en het werkgebied van de ISI-verhitter (rood gearceerd).


Thermisatie is een verhitting die in fabrieken wordt toegepast om met name melk een langere houdbaarheid te geven voordat het wordt verwerkt tot eindproducten. Hierbij worden met name zogenaamde psychrotrofe ( koudeminnenende) micro-organismen geïnactiveerd die door vorming van hitteresistente enzymen de kwaliteit van melk negatief kunnen beïnvloeden .

Het verschil tussen van de verschillende hittebehandelingen ligt op een tweetal gebieden. Ten eerste de mate van inactivering van de verschillende soorten micro-organismen (vegetatief of sporenvormers) en ten tweede het effect op de aanwezige eiwitten, vetten en suikers (denaturatie van eiwitten, maillardreacties etc.) en indirect op de sensorische eigenschappen. In Tabel 1 staat een overzicht van de verhitting van melk op drie verschillende manieren en hun effecten op eiwit denaturatie en inactivatie van Bacillus stearothermophilus, een hitte resistente sporenvormer.


Tabel 1. Effect van industrieel toegepaste verhittingstechnieken op wei-eiwitten en bacteriële sporen in melk. Tabel ISI.jpg

Uit deze gegevens komt naar voren dat UHT-verhitting weliswaar meer dan 6 decimale reducties oplevert maar dat daar wel een behoorlijk denaturatie van aanwezige wei-eiwitten.

Door de unieke temperatuur-tijd combinatie van de ISI heater wordt de 6 decimale reductie van sporen bereikt met een veel geringere denaturatie van wei-eiwitten dan bij een standaard UHT behandeling. Steriele melkproducten kunnen gemaakt worden met een denaturatie van wei-eiwitten van slechts 20-25%, ten opzichte van 50–60 % met conventionele UHT.

Productkwaliteit

De belangrijkste parameters voor het onderscheid in kwaliteit van gepasteuriseerde en UHT behandelde en gesteriliseerde producten zijn smaak, houdbaarheid en bewaarmogelijkheden. In Tabel 2 zijn de verschillen in deze parameters voor de verschillende verhittingstechnologieën weergegeven.


Tabel 2. Kwaliteitsparameters van verschillende verhittingstechnologieën Tabel kwaliteitsparameters.jpg

Het is duidelijk dat bij de bestaande verhittingstechnologieën een langere houdbaarheid ten koste gaat van de smaak. Om aan de wensen van de consumenten met betrekking tot smaak, kwaliteit en houdbaarheid tegemoet te komen wordt dan ook veel onderzoek gedaan naar mogelijke alternatieven voor verhitting.

Naast de effectieve inactivatie heeft de ISI door de korte verhittingstijd een positief effect op smaak. Ten opzichte van UHT-melk, heeft de ISI-melk die bij 160°C verhit is een meer verse smaak. Een voordeel van ISI-melk ten opzichte van gepasteuriseerde melk is de veel langere houdbaarheid (onder gekoelde omstandigheden): zelfs na 60 dagen was er nog geen merkbare achteruitgang in smaak. Met bijvoorbeeld microfiltratie kan een dergelijke lange houdbaarheid niet gehaald worden, aangezien de melk niet steriel is, hetgeen bij de ISI wel het geval is. De bij 160°C verhitte ISI melk is niet bij kamertemperatuur houdbaar aangezien het hittestabiele, melkeigen enzym plasmine nauwelijks wordt geïnactiveerd.

De lage denaturatiegraad resulteert niet alleen in een product waarin de “verse” functionaliteiten veel beter zijn behouden, maar biedt ook grote voordelen in de verdere verwerking. Zo kon uit ISI melk een poeder geproduceerd worden met duidelijk betere oplosbaarheid en minder ‘white specs’ in de gereconstitueerde melk.

Voor- en nadelen

Voordelen

Nadelen

Beschikbaarheid van apparatuur

Vooralsnog is er alleen een pilot installatie beschikbaar in het Processing Centre van NIZO food research met een schaalgrootte van 300 L/hr.

Kosten

De geschatte proceskosten van de ISI technologie liggen met de huidige stand van zaken op ca. €10,= per 1000 kg en zijn daarmee slechts ca. 10% hoger dan bij het gangbare UHT proces. De ISI technologie is daarmee beduidend goedkoper dan bijvoorbeeld een alternatieve technologie als microfiltratie.


Externe Links

  1. NIZO food research
  2. Artikel Int. Dairy Journal
Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Ondersteund door
Hulpmiddelen