Onko entsymaattisten puhdistusaineiden käyttö elintarviketeollisuudessa vaihtoehto?

Elintarviketeollisuuden uusien hygieniatuotteiden innovointi ja kehittäminen tarjoavat uusia ratkaisuja puhdistukseen ja desinfiointiin ja parantavat siten näiden prosessien turvallisuutta, tehokkuutta ja kestävyyttä. Puhdistus- ja desinfiointialan innovoinnissa tutkitaan uusien teknologioiden, kuten entsyymien ja biokatalyytteinä toimivien proteiinien (jotka nopeuttavat kemiallisia reaktioita, kuten biomolekyylien hydrolyysiä), soveltuvuutta ja suorituskykyä. Teollisella tasolla saatavilla olevien entsyymien suuren monimuotoisuuden ja niiden katalysoimien reaktioiden spesifisyyden vuoksi entsyymien käyttö on yleistynyt monilla aloilla, kuten elintarviketuotannossa (esim. maidon hyytyminen, juuston maun ja rakenteen tehostaminen, taikinan koostumuksen vähentäminen ja mehun kirkastaminen), bioteknologiassa, jäteveden biopuhdistuksessa, biopolttoaineiden tuotannossa, pesuaineena ja jopa kosmetiikan alalla (1).

Pesuaineiden alalla entsyymien mielenkiintoisimpia ominaisuuksia ovat niiden ominaisaktiivisuus maltillisilla pH-arvoilla ja niiden biologinen hajoavuus. Lisäksi entsyymejä saadaan mikro-organismien fermentoimalla, mikä mahdollistaa niiden tuottamisen riittävän suuressa mittakaavassa teolliseen käyttöön (2). Näiden ominaisuuksien ansiosta entsyymien lisääminen pesuainevalmisteisiin on mahdollista ja toteuttamiskelpoista, koska halutun vaikutuksen aikaansaamiseksi tarvitaan pieniä määriä entsyymejä. Näin ollen entsymaattiset pesuaineet voivat vaikuttaa erityisesti likaan tai muihin substraatteihin hajottamalla ne pienemmiksi hiukkasiksi ja lisäämällä pesuaineen tehokkuutta.

Pyykinpesualalla on yli 30 vuoden kokemus entsymaattisten pesuaineiden käytöstä (3 ), ja tulokset ovat olleet myönteisiä tehokkuuden, lianpoiston ja myös prosessin kestävyyden osalta. Tällä alalla on havaittu, että entsyymien käyttö on mahdollistanut pesuajan ja -lämpötilan lyhentämisen, mikä on johtanut energian ja veden säästöön (4). Elintarviketeollisuudessa tilanne on erilainen. Vaikka entsymaattiset pesuaineet ovat ympäristöystävällinen ja erittäin tehokas vaihtoehto tavanomaisille pesuaineille, niiden käyttö yleispuhdistuksessa on rajallista, ja entsymaattiset pesuaineet ovat markkinarakoa erityissovelluksissa, kuten biofilmien tai allergeenien poistossa ja kalvojen puhdistuksessa.

Biofilmin torjuntakäsittely

Yksi tärkeimmistä entsymaattisten pesuaineiden sovelluksista elintarviketeollisuudessa on biofilmien hallinta, koska ne aiheuttavat mikrobiologisen riskin elintarviketeollisuudelle. Jotta voidaan ymmärtää näiden tuotteiden rooli biofilmien hoidossa, on ensin tiedettävä, mitä biofilmit ovat.

Reversiibeli adheesio → Irreversiibeli adheesio → Ekspolymeerin lisääntyminen ja tuotanto → Kypsyminen → Dispersio

Biofilmit ovat mikrobirakenteita, jotka muodostuvat pinnoille, kun mikro-organismit tarttuvat niihin ja alkavat ryhmittyä, jakautua ja erittää solunulkoisia polymeerisiä aineita (EPS). Nämä aineet mahdollistavat mikro-organismien kiinnittymisen toisiinsa ja pintaan sekä muodostavat suojakerroksen ulkoisia fysikaalisia ja kemiallisia tekijöitä vastaan. Tämän EPS-kerroksen ansiosta biofilmit ovat rakenteita, joita on hyvin vaikea poistaa tavanomaisilla pesu- ja desinfiointiaineilla. Lisäksi niissä voi olla useita patogeenisiä mikro-organismeja, kuten Listeria monocytogenes, Salmonella tai Campylobacter. Siksi niiden esiintyminen aiheuttaa merkittävän riskin elintarviketeollisuudelle.

Biofilmit löytävät ihanteellisen ympäristön muodostumiselleen elintarviketeollisuuden tuotantoketjujen eri kohdissa; biofilmien muodostuminen edellyttää ravinteita, kosteutta ja pintoja, joihin ne voivat kiinnittyä. Siksi biofilmien valvonta on yhä tärkeämpää elintarviketeollisuuden hygieniasuunnitelmissa. Koska biofilmeihin on vaikea puuttua ja ne ovat vastustuskykyisiä tavanomaisille tuotteille, niiden hallitsemiseksi on kehitetty erityisiä puhdistus- ja desinfiointituotteita ja -menetelmiä, joissa käytetään muun muassa entsymaattista teknologiaa. Tässä tapauksessa entsymaattiset pesuaineet sisältävät entsyymiyhdistelmän, joka hajottaa biofilmien EPS-matriisin ja vaikuttaa proteiineihin, lipidiin ja sokereihin, jotka ovat EPS:n pääkomponentteja. EPS-matriisin hajottaminen tarkoittaa biofilmien suojakerroksen poistamista ja biofilmien sisällä olevien mikro-organismien altistamista ulkoiselle ympäristölle, jotta desinfiointiaine pääsee biofilmin muodostaneiden mikro-organismien luokse, vaikuttaa niihin ja poistaa ne (5).

Elintarviketeollisuudessa käytettävät entsymaattiset pesuaineet ovat neutraaleja pesuaineita, eivät vahingoita pintoja ja ovat turvallisempia käyttäjille. Ne ovat myös biologisesti hajoavia eivätkä jätä jäämiä. Niitä käytetään yleensä 45-55 °C:n lämpötiloissa ja samoilla vaahdotuslaitteilla tai CIP-järjestelmillä kuin tavanomaisia pesuaineita. Tuotteen levityslämpötila on avainasemassa entsymaattisissa pesuaineissa. Koska entsyymit ovat proteiineja, jos entsymaattista pesuainetta käytetään yli 55 °C:n lämpötilassa, entsyymit voivat hajota ja lakata toimimasta. Sitä vastoin, jos tuotetta käytetään alhaisemmissa lämpötiloissa, sen suorituskyky ei ole odotusten mukainen.

Biofilmin hallintaan on olemassa erilaisia tuotteita ja protokollia riippuen tarvittavasta käsittelystä. On olemassa iskuprotokollia ja ennaltaehkäiseviä protokollia. Ensin mainittuja käytetään, kun biofilmiongelmat on havaittu ja biofilmit on poistettava nopeasti. Jälkimmäisiä sovelletaan uusien biofilmien muodostumisen tai biofilmien uudelleen esiintymisen estämiseksi. Nämä protokollat eroavat toisistaan käytettävien tuotteiden tai käytettyjen pitoisuuksien ja levitystiheyden suhteen, jolloin iskuhoito on ajallisesti keskitetympi ja ennaltaehkäisevä hoito tehdään säännöllisesti tietyllä tiheydellä, joka voi vaihdella viikoittaisesta kuukausittaiseen teollisuuden tyypistä riippuen.

Allergeenien poistaminen

Toinen entsyymien käyttökohde elintarviketeollisuudessa on allergeenien poistaminen. Allergeenit ovat eri elintarvikkeissa olevia proteiineja, jotka aiheuttavat niille allergisten kuluttajien immuunijärjestelmän reaktion: ruoka-aineallergioita.

Äyriäiset, kananmunat, kala, maapähkinät, soija, maitotuotteet, pähkinät, selleri, sinappi, seesaminsiemenet, rikkidioksidi ja sulfiitit, nilviäiset, lupiinit, gluteeni jne.

Tällä hetkellä allergeenien esiintymistä elintarvikkeissa ja niiden ilmoittamista säännellään EU:ssa (asetus (EU) 1169/2011). Asetuksen liitteessä II kuvataan 14 tärkeintä elintarvikkeissa esiintyvää allergeenia (6). Näistä allergeeneista gluteeni, maitotuotteet, kananmuna, äyriäiset, soija, pähkinät ja maapähkinät ovat allergeeneja, joille suurin osa väestöstä on allerginen. Näiden aineiden jäämät tuotteessa voivat laukaista immunologisen reaktion asianomaisessa henkilössä. Tämä haittavaikutus voi aiheuttaa hyvin vakavia terveysoireita ja -tilanteita. Tästä syystä elintarvikkeiden pakkausmerkinnöissä ei saisi olla lainkaan ilmoittamattomia allergeeneja. Olisi tarkoituksenmukaisinta pystyä takaamaan, että näitä allergeeneja ei esiinny valmistetuissa tuotteissa, mikä voidaan saavuttaa käyttämällä erityisiä tuotantolinjoja ja välttämällä ristikontaminaatiota.

Asianmukainen hygienia ja erityisesti erityiset protokollat allergeenien poistamiseksi ovat erittäin tärkeitä elintarvikkeiden ristikontaminaation estämiseksi erityisesti silloin, kun tuotantolinjoja ei ole mahdollista erottaa toisistaan. Nämä erityiset protokollat edellyttävät allergeenituotteiden käyttöä. Tämä ei ole helppo tehtävä. Näissä tapauksissa entsyymit voivat taas auttaa paljon. Allergeenit ovat proteiineja, ja siksi ne voidaan hajottaa entsyymien vaikutuksesta, mikä auttaa lisäämään allergeenien poistotehokkuutta pesuaineista. Tuotteita vaihdettaessa on aina tarkistettava, ettei suoja-alueella ole allergeeneja. Jos allergeenien puuttumista ei voida taata, allergeenin mahdollinen esiintyminen on ilmoitettava asianmukaisesti pakkausmerkinnöissä (varoitusmerkinnät) EU:n säädösten (asetus (EU) 1169/2011) mukaisesti, jotta saavutetaan kuluttajien terveyden suojelun korkea taso ja annetaan kuluttajille mahdollisimman paljon tietoa.

Elintarviketeollisuudessa entsymaattisten pesuaineiden käyttö lisää lopputuotteen turvallisuutta ja auttaa välttämään biofilmien ja allergeenien esiintymistä tehokkaalla ja ympäristöystävällisemmällä tavalla.

Kalvojen puhdistus

Toinen merkittävä entsyymien käyttötapa on tietyissä elintarviketeollisuudessa käytettävien kalvojen hygienia. Kalvoerotusprosessit ovat nykyään yleisiä meijeriteollisuudessa niiden monien etujen vuoksi: niiden yksinkertaisuus, korkea selektiivisyys, leudot käyttöolosuhteet, helppo skaalautuvuus ja pienempi energiankulutus verrattuna perinteisiin menetelmiin.

Kalvot ovat puoliläpäiseviä ja valikoivia esteitä erilaisten aineiden läpipääsylle, ja niitä on ajoittain käsiteltävä lian poistamiseksi sekä niiden pinnalta että niiden huokoisen rakenteen sisältä, jotta niiden ominaisuudet palautuisivat. Esimerkiksi UF-membraanien puhdistusprosessit ovat keskeinen vaihe elintarviketeollisuuden koko tuotantoprosessissa. Tyypillisesti puhdistusprotokollat on suoritettava päivittäin, minkä vuoksi on tärkeää suunnitella hyvät puhdistusprotokollat, jotka riippuvat likaantumisen tyypistä (pinta- tai huokosrakenteen sisäinen likaantuminen) ja itse elintarvikkeen koostumuksesta. Molemmat johtavat permeaattivirran vähenemiseen kalvoissa, mikä vähentää kalvojen kokonaistuotantoa ja käyttöikää sekä lisää käyttökustannuksia ja energiankulutusta.

Entsymaattisten tuotteiden käyttö membraanien puhdistustehtävissä on tarkoituksenmukainen ja vähemmän aggressiivinen vaihtoehto verrattuna muihin tuotetyyppeihin niiden omien luonnollisten ominaisuuksien vuoksi; ne eivät vaadi korkeita lämpötiloja eivätkä miedompia pH-tasoja. Näin ollen voidaan todeta, että entsymaattisten tuotteiden käyttö merkitsee pienempää energiankulutusta (koska ne toimivat miedoissa lämpötiloissa) ja vähäisempää ympäristövaikutusta (koska ne ovat biologisesti hajoavia yhdisteitä) sekä pidentää kalvojen käyttöikää.

Tehokkuus, vihreät vaihtoehdot ja kohtuuhintaisuus ovat ominaisuuksia, joita elintarviketeollisuus etsii puhdistusmenetelmiltään. Entsymaattiset tuotteet sopivat täydellisesti tähän lähtökohtaan, ja niistä tulee vaihtoehto muille kemiallisille tuotteille. Biofilmien ja allergeenien hallinnan sekä kalvojen puhdistuksen lisäksi tämäntyyppiset tuotteet soveltuvat myös elintarviketeollisuuden yleisiin puhdistustehtäviin, joissa lika poistetaan erilaisilta pinnoilta tuotantolaitoksissa.

Kirjallisuusluettelo

• 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), Teolliset entsyymisovellukset. 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. Research Journal of Microbiology 3 (12): 661-672.
• Olsen, H. S. & Falholt, P. (1998) Entsyymien rooli nykyaikaisessa pesuaineessa. Journal of Surfactants and Detergents 1: 555-567.
• Delhalle, L., Taminiau, B., Fastrez, S., Fall, A., et al., (2020). Arviointi entsymaattisen puhdistuksen vaikutuksesta elintarvikkeiden käsittelylaitteisiin ja elintarvikkeiden bakteerimikroflooraan. Frontiers in Microbiology. Doi: 0.3389/fmicb.2020.01827.
• Corbatón Báguena, María José (2015). Elintarviketeollisuudessa käytettävien ultrasuodatuskalvojen puhdistus ei-tavanomaisten tekniikoiden avulla ja kalvojen likaantumisen karakterisointi. Väitöskirja UPV.
• Euroopan parlamentin ja neuvoston asetus (EU) N:o 11669/2011 (25. lokakuuta 2011).

Tekijät

Mercè Berga

Tutkinto biologiasta Gironan yliopistosta. Väitöskirja ”Assembly mechanism in aquatic bacterial communities – The role of disturbances, dispersal and history” (Kokoonpanomekanismi vesieliöstön bakteeriyhteisöissä – häiriöiden, leviämisen ja historian merkitys), väitöskirja Uppsalan yliopistosta (Ruotsi). T&K-mikrobiologi CHRISTEYNS Espanjassa.

Joan Estornell

Markkinointipäällikkö CHRISTEYNSin elintarvikehygieniaosastolla. Informaatiotieteiden kandidaatti. Mainostoiminnan asiakashallinnan maisteri. Strateginen innovointi markkinoinnissa ja mainonnassa (UAB). Digitaalisen liiketoiminnan maisteri. Digitaalinen markkinointi (ESIC Business & Marketing School). Elintarviketeollisuuden hygieniahoitajakurssi (Betelgeux)