Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

C.V.I. ยง 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

2.

HULPSTOFFEN

2.10

MELKZUUR EN LACTATEN IN DE VLEESINDUSTRIE

Auteur:

P.P. Lamers 1998

Bij de conversie naar een elektronisch beschikbaar document zijn er kleine tekstuele wijzigingen aangebracht. (RedCom).

Mei 2005

blad 1 van 10

C.V.I. ยง 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

INHOUDSOPGAVE 1

INLEIDING....................................................................................................................3

2

TOEPASSING ALGEMEEN.........................................................................................3

3 DECONTAMINATIE VAN VERS VLEES MET MELKZUUR .................................4 3.1 Waarom decontamineren? ..........................................................................................4 3.2 Praktijk ........................................................................................................................4 3.3 Wetgeving ...................................................................................................................4 4 NATRIUM EN KALIUMLACTAAT IN VLEESPRODUCTEN.................................5 4.1 Natriumlactaat en de hordentheorie ............................................................................5 4.2 Toepassing natrium en kaliumlactaat .........................................................................5 4.3 Productveiligheid ........................................................................................................6 4.4 Smaak..........................................................................................................................7 4.5 Overige eigenschappen van natriumlactaat ................................................................7 4.6 Kaliumlactaat ..............................................................................................................7 5

SAMENVATTEND .......................................................................................................7

6

LITERATUUR ...............................................................................................................8

blad 2 van 10

C.V.I. § 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

1

INLEIDING

Melkzuur behoort net als azijnzuur, propionzuur, boterzuur en citroenzuur tot de groep van voedingszuren. Al sinds de oudheid wordt melkzuur gebruikt om de houdbaarheid van levensmiddelen te verlengen. Producten als kaas, yoghurt, zuurkool, augurken en droge worst zijn traditionele voorbeelden van producten waarin melkzuur, gevormd door natuurlijke fermentatie, de houdbaarheid verlengt. Melkzuur dankt zijn naam aan de ontdekking in zure melk in 1780 door de Zweedse chemicus Scheele. Later werd melkzuur ook aangetoond in spierweefsel en in vleesextract. Van melkzuur bestaan twee stereochemische vormen (figuur l): rechtsdraaiend L(+) en linksdraaiend D(-). Evenals in het menselijk lichaam komt ook in vlees van nature alleen het rechtsdraaiend melkzuur -de L(+) vormvoor. Van melkzuur kunnen verschillende zouten geproduceerd worden welke met de naam lactaten worden aangeduid. Het natriumzout van lactaat -natriumlactaat- wordt vaak toegepast voor verbetering van de houdbaarheid en ook wel als smaakverbetering van voedingsmiddelen.

Figuur 1 Stereochemische vormen van melkzuur

2

TOEPASSING ALGEMEEN

Het spectrum van toepassingen van melkzuur en lactaten is zeer divers. Naast toepassingen in voedingsmiddelen wordt melkzuur toegepast in de technische, cosmetische en farmaceutische industrie.

Melkzuur en melkzuurzouten worden als ingrediënt toegepast om de houdbaarheid van levensmiddelen te verlengen, de microbiologische veiligheid te borgen en om de smaak en consistentie te verbeteren. Vanwege zijn goede anti-microbiële werking en de mildzure smaak wordt melkzuur toegepast in onder meer salades, marinades en sauzen. Ook in zoetwaren en dranken wordt melkzuur om deze reden ingezet. Verder is melkzuur een hulpmiddel voor het reguleren respectievelijk instellen van de pH in voedingsmiddelen tijdens het productieproces. Voorbeelden zijn: de pH-regulering in fermentatieprocessen zoals tijdens de productie van bier en van zuurdesem-brood en de instelling van de pH tijdens de gelering van jams en marmelades. Een derde belangrijke toepassing is 'flavouring'. Natriumlactaat wordt gebruikt in bijvoorbeeld droge soepen ter versterking van de vleessmaak. Als vierde kan de voedingskundige betekenis van mineraalzouten van melkzuur zoals calcium-, ijzer- en magnesium-lactaat worden genoemd voor mineraalverrijking van levensmiddelen. In vlees en in andere producten komt het rechtsdraaiende melkzuur van nature voor. Na slachting wordt melkzuur gevormd door anaërobe glycolyse van de glycogeenvoorraad in de spieren. In spierweefsel kan tot 1 % melkzuur van nature aanwezig zijn (tabel l). In de VS wordt melkzuur gebruikt voor decontaminatie van karkassen.

Een oplossing van melkzuur wordt gesproeid op karkassen voor afdoding van bacteriën (zie § 3 van dit hoofdstuk). Verder wordt melkzuur gebruikt in marinades, sauzen en in een product als filet américain, vanwege de milde smaak en de goede anti-microbiële werking.

blad 3 van 10

C.V.I. § 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

Tabel 1 Voorkomende gehalten aan melkzuur in voedingsmiddelen (bronnen: Smulders et al, 1986 plus ervaringsgetallen TNO Voeding) product

melkzuurgehalte

varkensvlees

0,4 - 0,9%

rundvlees

0,4 - 0,9%

kippenvlees

0,4 1,0%

gefermenteerde worst

1,2 - 1,7%

kaas (Gouda)

1,3%

yoghurt

1,0%

Het natriumzout, natriumlactaat wordt wereldwijd toegepast in een breed scala van vleesproducten. In microbiologisch opzicht bieden lactaten de mogelijkheid om de houdbaarheidstermijn van producten te verlengen.

Lactaat remt de groei van pathogenen als Clostridium botu/inum, Staphy/ococcus aureus, Listeria monocytogenes en van de bederffiora. Een houdbaarheidsverlenging van 30% tot 100% is haalbaar.

3

DECONTAMINATIE VAN VERS VLEES MET MELKZUUR

3.1

Waarom decontamineren?

Een hoge besmettingsgraad van vers vlees met ziekteverwekkende bacteriën is frequent aanleiding voor alarmerende berichtgeving in de media. Tot nu toe worden strenge hygiëne-maatregelen en GMP voorgesteld als de weg die zal leiden tot bijvoorbeeld Salmonellavrij vlees. Het is echter gebleken dat goede hygiëne en strikte temperatuursbeheersing alleen niet voldoende zijn om een veilig eindproduct te produceren. Een derde verdedigingslinie is nodig in de strijd tegen besmetting van karkassen met pathogenen. Decontaminatie kan hieraan een bijdrage leveren.

3.2

Praktijk

Decontaminatie kan op verschillende manieren worden uitgevoerd. Een geschikte decontaminatie-methode zorgt voor een significante bacteriereductie, heeft geen negatieve invloed op de sensorische eigenschappen van het vlees en laat geen toxisch residu achter.

Sinds begin jaren 80 zijn verschillende onderzoeken gedaan naar decontaminatie van karkassen met melkzuur. Figuur 2 geeft aan hoe verschillende decontaminatie stappen werken op E. coli 0157: H7 en Salmonella (Hardin et al, 1994). Een behandeling met melkzuur geeft een duidelijke extra reductie. Naast een directe afdoding zorgt melkzuur ook voor een aanzienlijke groeivertraging. Studies hebben aangetoond dat de beste resultaten verkregen worden door het vernevelen van melkzuur bij lage druk op een warm karkas (Smulders et al, 1986; van Netten et al, 1995).

3.3

Wetgeving

In de VS wordt decontaminatie ingezet als onderdeel van het HACCP-systeem. Aanwezigheid van pathogenen -met name Shigel/a like toxine producing E. coli (STEC) op runderkarkassen- wordt gezien als een reëel gevaar dat beheerst kan worden door decontaminatie. De wetgever stelt echter wel voorwaarden aan de plaats van ontsmetting, de apparatuur, de procedure en het HACCP-systeem. In de meeste EU-landen wordt het gebruik van melkzuur op vers vlees niet getolereerd.

blad 4 van 10

C.V.I. § 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

Figuur 2 Illustratie van het effect van melkzuur-decontamineren van runderkarkassen. De karkassen zijn extra besmet E. co/i en Salmonella [melkzuurconcentratie 2%; azijnzuurconcentratie 2%] (Hardin et al, 1994)

De vrees bestaat dat een bacterie-dodende handeling zal leiden tot een veronachtzaming van hygiënische maatregelen. Een vergelijking kan echter gemaakt worden met de zuivelindustrie, waar al sinds lange tijd een bacterie-reducerende behandeling wordt toegepast in de vorm van pasteurisatie.

Uit ervaring is gebleken dat een dergelijke behandeling niet wordt toegepast als een vervanging voor, maar juist als een essentieel onderdeel van een hygiëne programma. Er is geen aanwijsbare reden het gebruik van melkzuur-decontaminatie bij vers vlees niet toe te laten. De consument heeft alleen maar baat bij verbetering van de microbiologische veiligheid van vers vlees. Behandeling van karkassen met een melkzuuroplossing biedt hierbij goede perspectieven.

4

NATRIUM EN KALIUMLACTAAT IN VLEESPRODUCTEN

4.1

Natriumlactaat en de hordentheorie

Natriumlactaat vertraagt de groei van bacteriën (Shelef, 1994). Natriumlactaat mag toegepast worden in vleesproducten in onbeperkte hoeveelheden. Naast een verlaging van de aW-waarde heeft het lactaat-ion een specifieke anti-microbiële werking. Figuur 3 (Houtsma et al, 1993), geeft de MIC-waarden weer. De MIC-waarde (Minimum lnhibitory Concentration) geeft weer de concentratie die minimaal nodig is om een bepaalde bacteriesoort te doen stoppen met groeien. De figuur laat zien dat de MICwaarden voor natriumlactaat voor de vermelde bacteriesoorten vele malen lager zijn dan voor natriumchloride. Dit wil zeggen dat natriumlactaat een specifieke anti-microbiele werking heeft.

Het effect van natriumlactaat op de microbiologische stabiliteit is afhankelijk van het soort product en de dosering. Enkele richtlijnen zijn aangegeven in tabel 2. Hierbij is een grenswaarde aangehouden van 107 bacteriën per g.

4.2

Toepassing natrium en kaliumlactaat

De eerste toepassingen van natriumlactaat in vlees stammen uit de jaren '70. In een TNOstudie werd aangetoond dat de productie van Coburger ham kon worden versneld door toevoeging van natriumlactaat aan de pekel.

blad 5 van 10

C.V.I. § 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

Tabel 2 Houdbaarheidsverlenging van verschillende vleesproducten bij gebruik van natriumlactaat .omschrijving vleesproduct

houdbaarheidsverlenging

niet verhit, vers

30-60%

gekookt, met nitriet

30-50%

gekookt, zonder nitriet

50-110%

Figuur 3 MIC-waarde voor natriumlactaat en NaCI voor verschillende bacterie-stammen (Houtsma et al, 1993)

In de jaren '80 vonden de eerste toepassingen van natriumlactaat als bacterieremmer plaats.

In de VS wilde een grote gevogelte producent een kalkoenproduct van de markt halen wegens een te korte houdbaarheid. Natriumlactaat kon dit probleem verhelpen en de basis voor het succes van natriumlactaat in de VS was gelegd. Natriumlactaat is verkrijgbaar als een 60%-ige oplossing. Doorgaans wordt 2 à 3% van deze oplossing toegepast in vleesproducten.

4.3

Productveiligheid

Wordt voor de houdbaarheid van een product doorgaans het aëroob kiemgetal of het aantal melkzuurbacteriën bepaald, belangrijker nog is de aan- of afwezigheid van pathogenen.

Met de introductie van HACCP en GMP worden productiebedrijven zich bewust van het gevaar van de aanwezigheid van pathogenen in het vlees. Met strikte grondstofspecificaties, ingangscontroles en een goede hygiëne kan het risico geminimaliseerd worden. Totale afwezigheid van pathogenen is echter (nog) een illusie.

Clostridium botulinum Clostridium botulinum typen zijn sporevormers die toxines vormen. De sporen zijn hitte resistent, het toxine is hitte-labiel. Nitriet is een van de horden die het uitgroeien van de sporen tegengaat. Met name in nitrietvrije producten (gevogelte) wordt natriumlactaat ingezet om toxine vorming door Clostridium tegen te gaan. Vooral bij hogere temperaturen is het verschil aanzienlijk (Meng en Genigeorgis, 1992).

blad 6 van 10

C.V.I. § 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

Listeria monocytogenes Listeria monocytogenes is een van de belangrijkste pathogenen met betrekking tot de vleesproductie. Listeria kan al groeien bij een temperatuur van I °C en is wijdverbreid aanwezig in met name rundvlees en kip. Natriumlactaat is effectief gebleken tegen de groei van Listeria monocytogenes (Schmidt et al, 1996). Zij stelden bij een concentratie van 1,8 % natriumlactaat een drie-log reductie (1 000-voudige reductie) vast.

Shigella like toxine producing E. coli (STEC) E. co/i 0I57:H7 uitbraken in Japan en Schotland in 1996 en 1997 hebben deze bacterie onder de aandacht van vleesproducenten gebracht. In de VS waren de eerste uitbraken al in 1982. Met name runderen kunnen drager zijn van deze bacterie. Amerikaanse studies hebben aangetoond dat natriumlactaat goed werkt tegen de groei van STEC (Shelef and Potluri, 1995).

4.4

Smaak

Bij toepassing van normale concentraties is de smaak van natriumlactaat in vergelijking met natriumchloride mild zout. De zoute smaak wordt veroorzaakt door het natriumion.

Natriumlactaat bevat per gewichtseenheid een derde van de hoeveelheid natrium van natriumchloride. De twee zouten kunnen goed naast elkaar worden gebruikt zonder dat het product verzilt. Om de zoute smaak te reduceren is het mogelijk een deel van het keukenzout te vervangen.

Daarnaast verhoogt het lactaat-ion de smaak-intensiteit (Brewer et al, 1992). Lactaat is een van de componenten van het specifieke vleesaroma en wordt daarom ook toegepast als zogenaamde smaakversterker.

4.5

Overige eigenschappen van natriumlactaat

Naast toepassingen met betrekking tot beperking van groei van bacteriën wordt natriumlactaat toegepast vanwege enkele andere voordelen.

• Rendementsverhoging. Natriumlactaat bindt bij toevoeging zijn eigen gewicht aan water.

• Dripvorming. In vacuümverpakte worsten wordt natriumlactaat gebruikt omdat het vochtuittreding tijdens het bewaren tegengaat; door zijn waterbindende eigenschappen wordt het vocht beter vastgehouden. Daarnaast wordt de zgn 'bite' verbeterd.

• Antioxidant. Lactaat werkt synergistisch met anti-oxidanten.

4.6

Kaliumlactaat

Kaliumlactaat bezit dezelfde anti-microbiële eigenschappen als natriumlactaat. Kaliumlactaat wordt toegepast in natrium-arme producten. Kaliumlactaat heeft een bittere smaak bij een dosering boven de 2% (oftewel 3,3% van de 60%-ige K-lactaatoplossing). In verschillende producten wordt een combinatie van natrium- en kaliumlactaat toegepast om sensorische problemen te voorkomen.

5

SAMENVATTEND

Melkzuur en lactaten zijn ingrediënten die via een natuurlijke fermentatie gevormd worden. Met name natriumlactaat, het natriumzout van melkzuur, en melkzuur zelf worden gebruikt in de vleesindustrie.

Melkzuur heeft een bacteriocide werking, bacteriën worden gedood. Melkzuur heeft een mild zure smaak.

In onder meer de VS wordt het toegepast voor decontaminatie van karkassen. In de meeste landen van de Europese Unie wordt deze toepassing niet getolereerd. Melkzuur wordt in Europa wel gebruikt in marinades, sauzen en filet americain.

blad 7 van 10

C.V.I. § 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

Natriumlactaat is het zout van een zwak zuur en reageert derhalve basisch bij oplossen in zuiver water (pH>7). Echter bij toevoeging van 1,8 % natriumlactaat aan een voedingsmiddel wordt door de bufferende werking van het product de pH niet noemenswaardig beïnvloed.

De bacteriostatische werking ervan vertraagt de groei van bacteriën. Natriumlactaat wordt wereldwijd toegepast in vleesproducten voor een verbetering van de microbiologische stabiliteit. Zowel pathogenen als bederfveroorzakers worden in hun groei geremd en een houdbaarheidsverlenging van 30 tot 100% is mogelijk. Lactaat wordt onder meer toegepast in ham, boterhamworst, leverkaas, leverworst, barbecueworst, grilworst, kookworst, rookworst en kipfilet.

6

LITERATUUR

1

Brewer, M.S., F Mc Keith, S. E. Martin, A.W. Dallmier and S.Y Wu (1992) Some effects of sodium lactate on shelf-life, sensory and psysical characteristics of vacuum packaged beef bologna J. of Food Quality 15, 369-382.

2 Hardin, M.D., G.R. Acuff, L.M. Lucia, J.S. Oman and J.W. Savell (1994) Comparison of methods for decontamination from beef carcass surfaces J. Food Prot. 58, 368-374.

3 Houtsma, PC., J.C. de Wit, F Rombouts (1993) Minimum inhibitory concentration of sodium lactate for pathogens and spoilage organisms occurring in meat products Int. J. Food Microbiol. 20, 247-257.

4 Matsuda, T, T Yano, A. Maruyama and H. Kumagal (1994) Antimicrobial activities of organic acids determined by minimum inhibitory concentrations at different pH ranged from 4.0 to 7.0 Nippon Shokuhun Kogyo Gakkaishi 41 (10),687-702 5 Meng, J., C.A. Genigeorgis (1993) Modelling lag phase of nonproteolytic Clostridium botulinum toxigenesis in cooked turkey and chicken breast as affected by temperature, sodium lactate, sodium chloride and spore inoculum Int. J. Food Microbiol. 19, 109-122.

6 Netten, van P, D.A.A. Mossel, J.H.J. Huis in 't Veld (1995) Lactic acid decontamination of fresh pork carcasses a pilot plant study Int. J. Food Microbiol. 25, 1-9.

7 Schmidt, U., H. Hechelmann, M. Gareis (1995) Einfluss von Natrium-laktat auf Listeria monocytogenes in vakuumverpacktem Bri hwurstaufschnitt Mitteilungsblatt der Bundesanstalt fur Fleischforschung Kulmbach 35, 1-16.

8 Shelef, L.A. (1994) Antimicrobial effects of lactates: A review J. Food Prot. 57, 445-450.

9 Shelef and Potluri, 1995 Behaviour of foodborne pathogens in cooked liver sausage containing lactates Food Microbiology 12 (3), 221-227 10 Smulders, F.J.M., P Barendsen, J.G. van Logtestijn, D.A.A. Mossel en G.M. van der Marel (1986) Review: Lactic acid: considerations in favour of its acceptance as a meat decontaminant J. of Food Technology 21, 419-436.

blad 8 van 10

C.V.I. § 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

BIJLAGE A Al Productie van melkzuur Sinds eind vorige eeuw wordt melkzuur op industriële schaal geproduceerd. Het leeuwendeel van het melkzuur op de wereldmarkt wordt via natuurlijke fermentatie geproduceerd. Zie voor het globale productieschema figuur 4.

Voor fermentatieve productie van melkzuur is nodig: • een substraat, sucrose, dextrose of een glucose-stroop; • nutriënten voor de groei van bacteriën; • een neutraliserend medium, calciumcarbonaat of calciumhydroxide; • een melkzuurbacterie-cultuur.

Na de fermentatie is er ongezuiverd calciumlactaat gevormd. Door toevoeging van een anorganisch zuur vormt zich een neerslag van gips en het ongezuiverde melkzuur blijft in oplossing. Na afscheiding van het gipsneerslag, verdere zuivering en concentratie van de vloeistof wordt uiteindelijk een melkzuuroplossing verkregen van 80%. Deze melkzuuroplossing dient weer als grondstof voor de vorming van verschillende derivaten. Zo wordt door toevoeging van natronloog (NaOH) een 60%-ige natriumlactaat oplossing verkregen.

Figuur 4 Productieproces van natriumlactaat

blad 9 van 10

C.V.I. § 2.10 Melkzuur en lactaten in de vleesindustrie

A2 Werkingsmechanisme van melkzuur Bederf van levensmiddelen wordt over het algemeen veroorzaakt door microbiële activiteit. Melkzuur draagt bij tot de onderdrukking van ongewenste micro-organismen. De mate waarin het de groei van micro-organismen remt hangt af van: • pH; • de concentratie ongedissocieerd zuur; • het specifieke zuur-effect. pH Toevoeging van een zuur verlaagt de pH, waardoor de groei van micro-organismen wordt geremd. Hoe lager de pH, hoe groter het antimicrobiële effect.

Concentratie ongedissocieerd zuur Melkzuur is een zwak zuur dat -opgelost in water- in een gedissocieerde en een ongedissocieerde vorm voorkomt. Zie figuur 5 voor de vergelijking van het chemische evenwicht.

Figuur 5 Evenwichtsreactie van melkzuur

De ongedissocieerde vorm van het molecuul melkzuur [HL] is vele malen effectiever in groeiremming en afdoding van micro-organismen dan het gedissocieerde molecuul [L-] .

De waarschijnlijke verklaring hiervoor is dat de ongedissocieerde vorm makkelijker door de celmembraan diffundeert (apolair karakter). Eenmaal in de bacterie vormt zich een nieuw evenwicht van de gedissocieerde [L-] en de ongedissocieerde vorm [HL]. Door de verhoogde concentratie aan H+-ionen in de. cel wordt het cel-metabolisme beinvloed hetgeen de groei vertraagt. In een gebufferde oplossing is naast het zuur ook een zout aanwezig [L-]. Hierdoor verschuift het evenwicht in figuur 5 naar links en zijn meer ongedissocieerde moleculen [HL] aanwezig waardoor een sterkere remming wordt veroorzaakt.

Specifiek zuur-effect Bij eenzelfde pH en concentratie ongedissocieerd zuur zijn er nog steeds verschillen in antimicrobiële activiteit van verschillende zuren. Dit wordt het specifiek zuur-effect genoemd. Melkzuur werkt volgens Matsuda et al. (1994) al groei-remmend bij een relatief geringe concentratie en vertoont een nadrukkelijk specifiek zuur-effect.

blad 10 van 10