Er brugen af enzymatiske rengøringsmidler i fødevareindustrien et alternativ?

Innovation og udvikling af nye hygiejneprodukter til fødevareindustrien giver nye løsninger til rengøring og desinfektion og forbedrer dermed sikkerheden, effektiviteten og bæredygtigheden af disse processer. Innovation inden for rengøring og desinfektion udforsker anvendeligheden og ydeevnen af nye teknologier som f.eks. enzymer, proteiner, der fungerer som biokatalysatorer (fremskynder kemiske reaktioner som f.eks. hydrolyse af biomolekyler). På grund af den store mangfoldighed af enzymer, der er tilgængelige på industrielt niveau, og specificiteten af de reaktioner, de katalyserer, er brugen af enzymer blevet udbredt inden for mange områder, herunder fødevareproduktion (f.eks. koagulering af mælk, smags- og teksturforstærkere til ost, reduktion af dejens konsistens og klaring af juice), bioteknologi, bioremediering af spildevand, produktion af biobrændstoffer, vaskemiddel og endda inden for kosmetik (1).

Inden for vaskemidler er de mest interessante egenskaber ved enzymer deres specifikke aktivitet ved moderate pH-værdier og deres bionedbrydelighed. Desuden fremstilles de ved fermentering af mikroorganismer i kultur, hvilket gør det muligt at fremstille dem i tilstrækkelig stor skala til industriel brug (2). Med disse egenskaber er det muligt at tilsætte enzymer til vaskemiddelformuleringer, da der kræves lave mængder af enzymer for at opnå den ønskede effekt. Enzymatiske vaskemidler kan således virke specifikt på snavs eller andre substrater ved at nedbryde dem til mindre partikler og øge vaskemidlets effektivitet.

Vaskerisektoren har mere end 30 års erfaring med brugen af enzymatiske vaskemidler (3) med gode resultater med hensyn til effektivitet, fjernelse af snavs og også med hensyn til processens bæredygtighed. På dette område har man observeret, at brugen af enzymer har gjort det muligt at reducere vasketiden og -temperaturen, hvilket har resulteret i energi- og vandbesparelser (4). I fødevareindustrien er scenariet anderledes. Selvom enzymatiske rengøringsmidler udgør et grønt og meget effektivt alternativ til konventionelle rengøringsmidler, er deres anvendelse til generel rengøring begrænset, og enzymatiske rengøringsmidler finder deres markedsniche inden for specifikke anvendelser, såsom biofilm- eller allergenkontrol og membranrensning.

Behandling til kontrol af biofilm

En af de vigtigste anvendelser af enzymatiske rengøringsmidler i fødevareindustrien er kontrol af biofilm på grund af den mikrobiologiske risiko, de udgør for fødevareindustrien. For at forstå disse produkters rolle i behandlingen af biofilm er det først nødvendigt at vide, hvad de er.

Reversibel vedhæftning → Irreversibel vedhæftning → Spredning og produktion af ekspolymeren → Modning → Dispersion

Biofilm er mikrobielle strukturer, der dannes på overflader, når mikroorganismer klæber til dem og begynder at gruppere sig, dele sig og udskille ekstracellulære polymere stoffer (EPS). Disse stoffer gør det muligt for mikroorganismerne at klæbe til hinanden og til overfladen og skaber også et beskyttende lag mod eksterne fysiske og kemiske stoffer. På grund af dette EPS-lag er biofilm strukturer, som er meget vanskelige at fjerne med konventionelle rengørings- og desinfektionsmidler. Desuden kan de huse flere patogene mikroorganismer som f.eks. Listeria monocytogenes, Salmonella eller Campylobacter. Derfor udgør deres tilstedeværelse en betydelig risiko for fødevareindustrien.

Biofilm finder ideelle miljøer for deres dannelse på steder i fødevareindustriens produktionskæder; dannelsen af biofilm kræver tilstedeværelse af næringsstoffer, fugt og overflader at klæbe til. Derfor bliver kontrollen med biofilm stadig vigtigere i fødevareindustriens hygiejneplaner. På grund af vanskelighederne ved at angribe biofilm og deres modstandsdygtighed over for konventionelle produkter er der udviklet specifikke rengørings- og desinfektionsprodukter og -protokoller for at opnå kontrol med dem ved hjælp af bl.a. enzymatisk teknologi. I dette tilfælde indeholder enzymatiske rengøringsmidler en kombination af enzymer, der nedbryder biofilmens EPS-matrix ved at virke på proteiner, lipider og sukkerarter, som er hovedkomponenterne i EPS. Nedbrydning af EPS-matrixen betyder, at biofilmens beskyttende lag fjernes, og at mikroorganismerne indeni udsættes for det ydre miljø, så hvis der anvendes et desinfektionsmiddel, vil det kunne nå de mikroorganismer, der har dannet biofilmen, virke på dem og eliminere dem (5).

Enzymatiske rengøringsmidler, der bruges i fødevareindustrien, er neutrale rengøringsmidler, der ikke beskadiger overflader og er sikrere for operatørerne. De er også biologisk nedbrydelige og efterlader ingen rester. De anvendes generelt ved temperaturer mellem 45-55 °C og med det samme skumudstyr eller CIP-systemer som konventionelle rengøringsmidler. Produktets påføringstemperatur er afgørende for enzymatiske rengøringsmidler. Da enzymer er proteiner, kan enzymerne nedbrydes og ophøre med at fungere, hvis det enzymatiske vaskemiddel anvendes ved temperaturer over 55 °C. Omvendt vil produktets ydeevne ikke være som forventet, hvis det anvendes ved lavere temperaturer.

Der findes forskellige produkter og protokoller til biofilmkontrol, alt efter hvilken behandling der er behov for. Der findes chokprotokoller og forebyggende protokoller. Førstnævnte anvendes, når der er konstateret problemer med biofilm, og der er behov for hurtig fjernelse af biofilm. Sidstnævnte anvendes for at forhindre dannelsen af nye biofilm eller tilbagevenden af biofilm. Disse protokoller adskiller sig i de produkter, der anvendes, eller de koncentrationer, der anvendes, og i hyppigheden af anvendelsen af produktet, hvor chokbehandlinger er mere koncentrerede i tid, og forebyggende behandlinger anvendes regelmæssigt med en bestemt hyppighed, der kan variere fra ugentligt til månedligt, afhængigt af industritypen.

Eliminering af allergener

En anden anvendelse af enzymatik i fødevareindustrien er til fjernelse af allergener. Allergener er proteiner fra forskellige fødevarer, som forårsager en reaktion fra immunsystemet hos forbrugere, der er allergiske over for dem: fødevareallergi.

Krebsdyr, æg, fisk, jordnødder, soja, mælkeprodukter, nødder, selleri, sennep, sesamfrø, svovldioxid og sulfitter, bløddyr, lupiner, gluten osv.

I øjeblikket er tilstedeværelsen af allergener i fødevarer og deklarationen af dem reguleret af EU (forordning (EU) 1169/2011). Bilag II til denne forordning beskriver de 14 vigtigste allergener i fødevarer (6). Blandt disse allergener er gluten, mælkeprodukter, æg, krebsdyr, soja, nødder og jordnødder nogle af de allergener, som størstedelen af befolkningen er allergisk over for. Spor af disse stoffer i et produkt kan udløse en immunologisk reaktion hos den berørte person. Denne bivirkning kan forårsage meget alvorlige sundhedsmæssige symptomer og situationer. Det er af denne grund, at forekomsten af udeklarerede allergener på fødevareetiketter bør være nul. Det ville være mest hensigtsmæssigt at kunne garantere fraværet af disse allergener i de producerede produkter, hvilket kan opnås ved at have specifikke produktionslinjer og undgå krydskontaminering.

Korrekt hygiejne, herunder især specifikke protokoller til fjernelse af allergener, er af afgørende betydning for at forhindre krydskontaminering af fødevarer, især i tilfælde, hvor det ikke er muligt at adskille produktionslinjerne. Disse specifikke protokoller kræver brug af allergenprodukter. Det viser sig ikke at være nogen nem opgave. I disse tilfælde kan enzymer igen bidrage meget. Allergener er proteiner og kan derfor nedbrydes ved hjælp af enzymer, hvilket er med til at øge effektiviteten af allergenfjernelse i rengøringsmidler. Det er altid nødvendigt at kontrollere, at der ikke er allergener i beskyttelsesområdet, når man skifter produkter. Hvis fraværet af allergener ikke kan garanteres, skal den mulige tilstedeværelse af allergenet angives korrekt på etiketten (forsigtighedsmærkning) i henhold til EU-reglerne (forordning (EU) 1169/2011) for at opnå et højt niveau af beskyttelse af forbrugernes sundhed og for at give maksimal information til forbrugerne.

I fødevareindustrien øger brugen af enzymatiske rengøringsmidler det færdige produkts sikkerhed ved at hjælpe med at undgå tilstedeværelsen af biofilm og allergener på en effektiv og mere miljøvenlig måde.

Rengøring af membraner

En anden vigtig anvendelse af enzymatik er hygiejnen af membraner, der bruges i visse fødevareindustrier. I dag er membranseparationsprocesser almindelige i mejeriindustrien på grund af deres mange fordele: deres enkelhed, høje selektivitet, milde driftsforhold, lette opskalering og reducerede energiforbrug sammenlignet med konventionelle metoder.

Membraner er semipermeable og selektive barrierer for passage af forskellige stoffer, som skal konditioneres med jævne mellemrum for at fjerne snavs fra både deres overflade og det indre af deres porøse struktur for at genvinde deres egenskaber. For eksempel er rengøringsprocesser for UF-membraner et vigtigt trin i den samlede produktionsproces i fødevareindustrien. Rengøringsprotokoller skal typisk udføres dagligt, og derfor er det vigtigt at udforme gode rengøringsprotokoller afhængigt af typen af tilsmudsning (overflade eller indvendigt i porestrukturen) og sammensætningen af selve fødevaren. Begge dele fører til et fald i mængden af permeatflux i membranerne, hvilket resulterer i et fald i den samlede produktion og levetid for membranerne samt en stigning i driftsomkostninger og energiforbrug.

Brugen af enzymatiske produkter til membranrensning er en passende og mindre aggressiv løsning sammenlignet med andre typer produkter på grund af deres egne naturlige egenskaber; de kræver ikke høje temperaturer samt mildere pH-niveauer. På den måde kan vi påpege, at brugen af enzymatiske produkter betyder lavere energiforbrug (på grund af driften ved milde temperaturer) og en minimal miljøpåvirkning (da de er bionedbrydelige forbindelser), samt at membranernes levetid forlænges.

Effektivitet, grønne alternativer og overkommelige priser er de egenskaber, som fødevareindustrien leder efter i sine rengøringsprotokoller. Enzymatiske produkter passer perfekt ind i denne præmis og bliver et alternativ til andre kemiske produkter. Ud over at kontrollere biofilm og allergener samt rengøre membraner er denne type produkter også velegnede til generelle rengøringsopgaver i fødevareindustrien, hvor de fjerner snavs fra forskellige typer overflader i produktionsanlæg.

Bibliografi

• Chapman, J., Ismail, A. E. & Dinu, C. Z. (2018) Industrial Applications of enzymes: recent advances, techniques and outlooks. Catalyst 8 (238)
• Kirk, O., Vedel Borchert, T. & Crone Fuglsang, C. (2002), Industrial enzyme applications. Current Opinion in Biothechnology 13: 345-351.
• Kumar, D., Savitri, N., Thakur, N., Verma, R & Bhalla T.C. (2008) Microbial proteases and apllication oas Laundry detergent additive. Forskningsjournal for mikrobiologi 3 (12): 661-672.
• Olsen, H. S. & Falholt, P. (1998) The role of enzymes in modern detergency. Journal of Surfactants and Detergents 1: 555-567.
• Delhalle, L., Taminiau, B., Fastrez, S., Fall, A., et al (2020). Evaluering af enzymatisk rengøring på fødevareforarbejdningsinstallationer og fødevareprodukters bakterielle mikroflora. Frontiers in Microbiology. Doi: 0.3389/fmicb.2020.01827.
• Corbatón Báguena, María José (2015). Rengøring af ultrafiltreringsmembraner anvendt i fødevareindustrien ved hjælp af ukonventionelle teknikker og karakterisering af membranfouling. Doktorafhandling UPV.
• Europa-Parlamentets og Rådets forordning (EU) 11669/2011 (25. oktober 2011).

Forfattere

Mercè Berga

Grad i biologi fra universitetet i Girona. Ph.d. i marinbiologi og limnologi fra Uppsala Universitet (Sverige) med afhandlingen “Assembly mechanism in aquatic bacterial communities – The role of disturbances, dispersal and history”. R&D-mikrobiolog hos CHRISTEYNS Spanien.

Joan Estornell

Marketingchef for fødevarehygiejne hos CHRISTEYNS. Bachelor i informationsvidenskab. Master i Advertising Account Management. Strategisk innovation inden for marketing og reklame (UAB). Master i Digital Business. Digital markedsføring (ESIC Business & Marketing School). Hygiejnekursus i fødevareindustrien (Betelgeux).