FOODINOFRA, partner van het Nieuw Industrieel Beleid

Event sheet

Event sheet: Workshop innovation in pasteurization of liquid products

Facts and figures

Title Workshop innovation in pasteurization of liquid products

Organizers Food Pilot, ILVO, Flanders’ FOOD & VaculiqTM

Date 29/04/2013, 13h00 – 17h30

Location Food Pilot, ILVO – Technology and Food Sciences, Melle

Participants 59 participants

• Technology suppliers (13) • Food processing companies (19) • Research institutes (3) • Federations (2), • Advice (2) • Media (2)

Evaluation score

3.7/5 total score

• Presentations: 3.8/5 • Demo’s: 3.4/5 • Added value: 3.9/5

Registration fee 150 - 250 euro

Communication Before event

• Invitation (Annex 1) sent by individual mailing • Announced on website Food Pilot, ILVO, Flanders’

FOOD and FEVIA • Announced in Food Process, Meat & Co, Food Science

and Law After event

• Report on website Food Pilot, ILVO, Flanders’ FOOD, FEVIA and Agentschap Ondernemen

• Report in ILVO Nieuwsgolf

Articles published after workshop

• Article in VMT • Article in Food Process (Annex 2) • Article on www.agrifoodclicks.nl

FOODINOFRA, partner van het Nieuw Industrieel Beleid

Event sheet

Report

What are the current alternatives for heat pasteurisation of liquids? F3 and the Food Pilot studied this theme thoroughly during a practice-oriented workshop on 29 April 2014 in the Food Pilot in Melle, Belgium. The workshop targeted (semi)-liquid products such as dairy and dairy analogues, soups, sauces, and fruit and vegetable juices. The Food Factory of the Future (F3), www.f-3.be, is a collaboration between Flanders’ FOOD, Agoria and Sirris supported by Agentschap Ondernemen. F3’s goal for the workshop was to inform companies and guide them in their transformation to a Food Factory of the Future using new technologies for microbial quality and storage. De Food Pilot (www.foodpilot.be) is the application and analysis centre of Flanders’ FOOD and the Institute for Agricultural and Fisheries Research (ILVO). The agro-food industry can use the Food Pilot infrastructure and expertise to optimise its products and processes. During the workshop programme, microwave pasteurisation was demonstrated live with a tubular system from the Dymogroup. The German Institute for Food Technology (DIL) gave an explanation about PEF and HPP and presented some liquids that were produced using this technology for tasting. During the closing discussion, all of the pros and cons were discussed in depth.

Conventional techniques

The workshop opened with an overview of the conventional and innovative pasteurisation techniques for liquid products, including UHT, autoclaving, HPP (high pressure processing), PEF (pulsed electric field), microwave and radio wave heating, UV and Ultrasonic processing. The conventional techniques use heat conduction from an external heating source. These techniques provide (partial) inactivation of micro-organisms, but they also inactivate enzymes and influence the taste, aroma and colour. Alternative techniques can present advantages for product quality, energy use and maintenance, although the limited capacity remains a constraint.

Microwave pasteurisation

A thorough presentation and demonstration on microwave pasteurisation was given by the Dymogroup (www.dymogroup.be). This heating based on microwaves sets polar molecules such as water in motion through rotation (friction) using a quickly alternative electric field. Migrating salts in solution (ions) in food products contribute extra to this heating. Microwave technology uses

FOODINOFRA, partner van het Nieuw Industrieel Beleid

Event sheet

electromagnetic waves with a frequency of 915 MHz of 2.45 GHz depending on the application. The penetration depth is inverted proportionate to the frequency and varies from 2 cm at 2.45 GHz to 30 cm at 915 MHz. Upscaling production relies on placing several microwave modules in a series or parallel. The efficiency of microwave systems is 50 – 95%, depending on the chosen frequency and how tailored it is to the specific product. Pasteurisation of milk and fruit juices were explained based on scientific data. The demonstration was performed on orange juice and ketchup, two food products for different categories. During the demonstration, parameters such as time, temperature and pressure were visible, whilst flow and capacity were adjusted. The demonstration clearly showed fast heating and illustrated the possibility to create a stable, controllable, and automated process. Other benefits are lower energy use and higher efficiency. Add optimal conservation of nutritional components and a smaller footprint, and this clearly becomes technology of the future. The tubular system demonstrated during the workshop is not the only option; microwave treatment can also be applied to packaged products such as those that are normally processed in room or tunnel. This makes it possible to microwave pasteurise ready-made meals and other products if the appropriate packaging is used.

HPP

An introduction to HPP, HPH and PEF pasteurisation of liquid products was presented by Claudia Siemer of DIL (the German Institute for Food Technology, www.dil-ev.de) with the theme “New conservation techniques open new markets”. During HPP (high pressure processing), packaged products are placed in a water-filled vat. The product is then subjected to pressures ranging from 200 to 800 MPa.

High pressure causes the cells of micro-organisms to disintegrate. To which extent is HPP used in the food processing industry? HPP’s success is rising. In 2012 the manufacturer, Hiperbaric, had already sold 200 of the machines, 58% of which went to the US and 24% to Europe. The top three HPP-treated products are fruit and vegetables (29%), meat products, (26%) and fruit juices and smoothies (14%). A commonly-treated product is guacamole, with a sensitivity to colour change, because HPP conserves its fresh green colour.

HPH

HPH (high pressure homogenisation) uses a completely different principle. Here a liquid is put under high pressure, 200-400 MPa, and is pressed through a narrow opening. This causes the particles to reduce in size with a homogenisation as a result, together with longer storage. The application targets low fat emulsions such as low-fat mayonnaise, because a homogeneous emulsion can be achieved without adding stabilisers and emulgators.

PEF

PEF (pulsed electric field), a treatment for non-packaged products, uses short pulses of a strong electric field. This causes cells to distintegrate and thus inactivates micro-organisms. The inactivation depends on the following factors: electric field, frequency, time, specific energy and temperature,

FOODINOFRA, partner van het Nieuw Industrieel Beleid

Event sheet

the conductivity of the product, the pH value and composition of the product, as well as the kind of organism, its cell size and form, and the growth phase of the organism. An important concern in microbial quality is killing spores. DIL stated that they have demonstrated experimentally that Bacillus spores were killed after a low-temperature pasteurisation process coupled with PEF. It was therefore also suggested that also Clostridium spores could be killed in a similar process. PEF does affect the texture of the product: for instance, potatoes, mango and pumpkin can become softer; juice can leak from grapes or red beet; and tomatoes can peel.

What about the taste?

The proof is in the pudding, as they say. A dairy drink and orange juice that had been treated with UHT, HPP and PEF were tested by a blind panel from the audience and a professional taste panel from the Food Pilot. The drinks had been prepared three weeks prior in the German DIL and were guaranteed to have good microbiological quality. The audience’s taste test gave an equally good evaluation to the PEF and UHT treatment of orange juice, and a preference for the innovative pasteurisation techniques for the dairy drink. A professional taste test, done at the Food Pilot’s taste lab, confirmed this finding. For orange juice, they noticed a tendency for better taste, appearance and mouthfeel after PEF treatment, but a better aroma with UHT. For the dairy drink, they stated that the innovative technologies provided better taste and mouthfeel than UHT treatment.

Economic feasibility

During the discussion time, the big question arose: when it is profitable to purchase and use one of these new technologies, and which technique is best? All panel members of the debate agreed that what matters is the combination of several factors, i.e. product, desired taste, nutritional value, capacity of the equipment, and price (investment cost, production cost and efficiency). The F3 project provides guidance to individual companies to make comparative studies. All of these aspects differ for each product and each technology. The general conclusion was that if a higher-value product can be produced, a higher cost could be a good choice. Even though these new technologies still struggle with low capacity, an added value in nutritional quality or taste could create a good marketing opportunity.

FOODINOFRA, partner van het Nieuw Industrieel Beleid

Event sheet

Contact persons:

Karen.Verstraete@ilvo.vlaanderen.be, Food Pilot, www.foodpilot.be.

Lieselotte.Geerts@flandersfood.com, Food Factory of the Future (F3), www.f-3.be, Flanders’ FOOD.

MACHINERY

CONVENTIONELE TECHNIEKEN

De workshop opende met een overzicht van de conventionele en innovatieve pasteurisatietechnieken voor liquide producten, waaronder UHT, autoclaveren, HPP (high pressure processing), PEF (pulsed electric field), microgolf en radiogolfheating, uv en ultrasonic proces-sing. De conventionele technieken maken gebruik van warmteover-dracht van een externe hittebron.

Naast de (gedeeltelijke) inactivatie van micro-organismen, inactiveren ze ook enzymen en beïnvloeden ze smaak, geur en kleur. Alternatieve technieken kunnen voordelen bieden naar product-kwaliteit, energieverbruik en onderhoud, al blijft de beperkte capaciteit tot zover een pijnpunt.

MICROGOLFPASTEURISATIE WerkingsprincipeMicrogolfpasteurisatie werd

diepgaand toegelichten gedemonstreerd doorde Dymogroup. Bij dezeverhitting op basis van microgolven worden polaire moleculen zoals water aangezet tot rotatie (wrijving) door een snel alternerend elektrisch veld. Migrerende opgeloste zouten (ionen) in voedingsproducten zor-gen voor een extra bijdrage aan deze opwarming. Microgolftech-nologie maakt gebruik van elektro-magnetische golven met frequentie van 915 MHz of 2,45 GHz, naar-

gelang van de toepassing.

De penetratiediepte is omgekeerd evenredig met de fre-quentie en varieert van 2 cm bij 2,45 GHz tot 30 cm bij 915 MHz. Opschalen van de productie gebeurt door het in serie of in paral-lel plaatsen van verschillende micro-golfmodules. De efficiëntie van microgolfsystemen bedraagt 50 tot 95%, afhankelijk van de gekozen frequentie en de mate van afstem-ming op het specifieke product.

MFPBE0016N09_END.odt

PRAKTISCHE WORKSHOP DOOR F3 EN DE FOOD PILOT

Wat zijn de huidige alternatieven voor hittepasteurisatie van vloeistoffen? F3 en de Food Pilot onderzochten dit thema uitvoerig in een praktijkgerichteworkshop op 29 april in de Food Pilot te Melle. De workshop spitste zich toeop (semi)liquide producten zoals zuivel en zuivelanalogen, soepen, sauzen enfruit- en groentesappen. Het Food Factory of the Future project, of kortweg F3, iseen samenwerking tussen Agentschap Ondernemen, Flanders’ FOOD, Agoria enSirris. Met deze workshop beoogt F3 bedrijven te informeren en hen te begeleiden in hun transformatie naar een Food Factory of the Future, met behulp van nieuwetechnologieën voor microbiële kwaliteit en houdbaarheid. De Food Pilot, hetapplicatie- en analysecentrum van Flanders’ FOOD en ILVO waar de agro-voedingsindustrie haar producten en processen op punt stelt, deelt dezedoelstelling. Tijdens het programma werd microgolfpasteurisatie livegedemonstreerd met een tubulair systeem van de Dymogroup. HetDuitse Instituut voor Voedingstechnologie DIL gaf een toelichting overPEF en HPP en liet enkele vloeistoffen proeven die met dezetechnologieën geproduceerd werden. Tijdens de afsluitendediscussie werden alle voor- en nadelen duchtig bediscussieerd.

Door dr. Karen Verstraete

INNOVATIE IN PASTEURISATIE VAN VLOEISTOFFEN

Schematische voorstelling van het werkingsprincipe van (A) microgolfpasteurisatie en (B) high pressure homogenisation

A B

MACHINERY

VoordelenPasteurisatie van melken fruitsappen werd opbasis van wetenschappelijkedata toegelicht. De demo werd uitgevoerd op sinaasappelsap en ketchup, als voorbeelden van uiteenlopende voedingsproducten. Tijdens de demo waren parameters als tijd, temperatuur en druk zichtbaar, terwijl debiet en vermogen bijgestuurd werden. De demo bewees een snelle opwarming en toonde de mogelijkheid tot een stabiel controleerbaar geautomatiseerd proces. Andere voordelen zijn een lager energieverbruik en een hogere efficiëntie. Voeg daarbij een optimale conservering van de nutritionele componenten en een kleinere footprint en we spreken over een techniek van de toekomst.

ToepassingNaast een tubulair systeem, zoals voorgesteld tijdens de demo, kan microgolfbehandeling ook worden toegepast op een verpakt product dat zich in een kamer of tunnel bevindt. Op die manier is onder andere microgolfpasteurisatie van bereide maaltijden mogelijk, mits het gebruik van geschikt, doorlaat-baar verpakkingsmateriaal.

HPPEen toelichting over HPP- (high pressure processing), HPH- (highpressure homogenisation) en PEF- (pulsed

electric fields) pasteurisatie van liquide producten werd gebracht door Claudia Siemer van DIL (Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik) met als thema 'Nieuwe conserveringstechnieken openen nieuwe markten'.

WerkingsprincipeBij HPP worden verpakte producten in een vat gebracht dat gevuld wordt met water. Hierdoor komt hetproduct onder hoge druk die kan variëren tussen 200 en maximaal 800 MPa. Hoge druk zorgt voor een cel-desintegratie van micro-organismen.In hoeverre wordt HPP industrieel reeds toegepast? HPP kent een toenemend succes. In 2012 had machinebouwer Hiperbaric reeds 200 toestellen verkocht, waarvan 58% in Amerika en 24% in Europa.

ToepassingenDe top drie van HPP-behandelde producten zijn groenten en fruit (29%), vleesproducten (26%) en fruitsappen en smoothies (14%). Een veel voorkomende toepassing

is guacamole, dat gevoelig is voor kleurwijzigingen, en dat na HPP een frisse

groene kleur behoudt.

HPH

WerkingsprincipeHPH (high pressure homogenisation)berust op een heel ander principe. Daarbij wordt een vloeistof onder hoge druk, 200 tot 400 MPa, dooreen fijne doorgang gestuwd. Dit heeft een deeltjesgrootteverklei-ning en homogenisatie tot gevolg, alsook een langere bewaartijd.

ToepassingenDe applicatie spitst zich toe op 'Lowfat emulsions', zoals een mayonaisemet laag vetgehalte, waarbij een homogene emulsie bekomen wordt zonder toevoeging van stabilisa-toren en emulgatoren.

PEFWerkingsprincipePEF is een behandeling voor niet-verpakte producten en werkt met korte pulsaties van een sterk elektrisch veld. Daarbij vindt een desintegratie van cellen plaats en een inactivatie van micro-organismen. De inactivatie is afhankelijk van de parameters elektrisch veld, frequen-tie, tijd, specifieke energie en tem-peratuur, alsook door de conducti-viteit van het product, pH-waarde en samenstelling van het product, en van het soort organisme, zijn celgrootte en -vorm en de groeifase waarin het organisme zich bevindt.

VoordelenEen belangrijke bezorgdheid in de microbiële kwaliteit is de afdoding van sporen. DIL getuigde experimenteel bewezen te hebben dat Bacillus sporen afgedood worden na een pasteurisatieproces van milde hitte gecombineerd met PEF.

Bijgevolg werd gesuggereerd dat tevens Clostridium sporen afgedood kunnen worden in een gelijkaardig proces. PEF heeft tevens een effect op de textuur van producten. Voorbeelden hiervan zijn het

zachter maken van aardap-pelen, mango en pompoen, het

vrijstellen van sap uit druiven of rode biet en het pellen van tomaat.

WAT DOET DIT MET DE SMAAK?

De proef op de som was de smaaktest met UHT-, HPP- en PEF- behandelde zuiveldrank en sinaas-appelsap. De dranken werden drie weken voordien verwerkt in het Duitse DIL en verzekerd van een goede microbiële kwaliteit. Een blinde test door het publiek gaf een evenwaardige goede evaluatie voor PEF en UHT voor het sinaasappelsap en een voorkeurvoor de innovatieve technologieën voor de zuiveldrank. Een professionele smaaktest uitge-voerd in het smaaklabo van de Food Pilot bevestigde deze bevinding. Voor sinaasappelsap werd een trend waargenomen naar een betere smaak, uitzicht en mondgevoel na PEF-behandeling, maar een betere geur met UHT. Voor de zuiveldrank was er de trend dat de innovatieve technologieën zich onderscheiden van de klassieke UHT-behandeling op vlak van smaak en mondgevoel.

ECONOMISCHE HAALBAARHEIDTijdens de discussie luidde de grotevraag wanneer de implementatie van een van de voorgestelde technologieën voordelig is, en welke techniek de voorkeur krijgt. Alle panelleden van het debat waren het eens dat het totaalplaatjevan product, gewenste smaak en nutritionele waarde, capaciteit en prijs (investeringskost, productiekost en efficiëntie) daarvoor bepalend is.Het F3-project biedt begeleiding aan individuele bedrijven bij het opmaken van vergelijkende studies.Voor ieder product en technologie is deze balans verschillend. Algemeen werd geconcludeerd dat indien een hoogwaardiger product bekomen kan worden, een hogere kost verantwoord kan zijn. Hoewel de innovatieve technologieën nog worstelen met een lage capaciteit, zou een meerwaarde in nutritionele kwaliteit of smaak wel een goede vermarkting teweeg kunnen brengen.

Met medewerking van DIL, F3, Food Pilot en Hiperbaric

Pulsed electric fields is een behandeling voor niet-verpakte producten en heeft een invloed op de kleur. Het DIL heeft tevens een ontwerp voor een installatie voor vaste producten

Machine voor high pressure processing