Is het gebruik van enzymatische reinigingsmiddelen een alternatief in de voedingsindustrie ?

Innovatie en de ontwikkeling van nieuwe hygiëneproducten voor de voedingsmiddelenindustrie bieden nieuwe oplossingen voor reiniging en desinfectie. Dit verbetert de veiligheid, efficiëntie en duurzaamheid van deze processen. Innovatie op het gebied van reiniging en desinfectie onderzoekt de toepasbaarheid en prestaties van nieuwe technologieën zoals enzymen. Dit zijn eiwitten die fungeren als biokatalysatoren (chemische reacties versnellen, zoals de hydrolyse van biomoleculen). Door de grote verscheidenheid aan enzymen die op industrieel niveau beschikbaar zijn en de specificiteit van de reacties die ze katalyseren, is het gebruik ervan in veel gebieden toegenomen. Bijvoorbeeld in de voedselproductie (stremming van melk, smaak- en textuurversterkers voor kaas, vermindering van de deegconsistentie en zuivering van sap), biotechnologie, bioremediëring van afvalwater, biobrandstofproductie, in reinigingsmiddelen en zelfs op het gebied van cosmetica (1).

Op het gebied van reiniging, zijn de meest interessante kenmerken van enzymen de specifieke activiteit bij gematigde pH-waarden en de biologische afbreekbaarheid. Bovendien worden enzymen verkregen uit fermentaties die worden uitgevoerd door micro-organismen in cultuur. Daardoor kunnen ze op voldoende grote schaal worden gegenereerd voor industrieel gebruik (2). Met deze eigenschappen is het toevoegen van enzymen aan reinigingsformules mogelijk en ook haalbaar. Er zijn slechts kleine hoeveelheden enzymen nodig om het gewenste effect te bereiken. Enzymatische reinigingsmiddelen kunnen specifiek inwerken op vuil of andere substraten door ze in kleinere deeltjes te breken en zo de effectiviteit van het reinigingsmiddel te vergroten.

De wasserijsector heeft meer dan 30 jaar ervaring met het gebruik van enzymatische wasmiddelen (3). De resultaten op het gebied van efficiëntie, vuilverwijdering en ook de duurzaamheid van het proces zijn zeer gunstig. Het gebruik van enzymen heeft het mogelijk gemaakt om de tijd en temperatuur van het wassen te verminderen, wat leidt tot energie- en waterbesparingen (4). In de voedingsmiddelenindustrie is het scenario anders. Hoewel enzymatische reinigingsmiddelen een groen en zeer efficiënt alternatief zijn voor conventionele reinigingsmiddelen, is het gebruik ervan voor algemene reiniging beperkt. Enzymatische producten vinden hun niche in specifieke toepassingen, zoals het verwijderen van biofilm of allergenen en het reinigen van membranen.

Bestrijding van biofilm

Een van de belangrijkste toepassingen van enzymatische reinigingsmiddelen in de voedingsmiddelenindustrie is de bestrijding van biofilms, een groot microbiologische risico voor de voedingsmiddelenindustrie. Om de rol van deze producten bij de behandeling van biofilms te begrijpen, moet je eerst begrijpen wat een biofilm is.

Omkeerbare adhesie → Onomkeerbare adhesie → De proliferatie en productie van het expolymeer → Rijping → Dispersie

Biofilms zijn microbiële structuren die zich vormen op oppervlakken doordat micro-organismen zich eraan hechten en zich beginnen te groeperen, delen en extracellulaire polymere stoffen (EPS) afscheiden. Deze stoffen zorgen ervoor dat de micro-organismen aan elkaar en aan het oppervlak blijven kleven en vormen ook een beschermende laag tegen externe fysische en chemische middelen. Door deze EPS-laag zijn biofilms zeer moeilijk te verwijderen met conventionele reinigings- en desinfectiemiddelen. Bovendien kunnen ze meerdere ziekteverwekkende micro-organismen huisvesten, zoals Listeria monocytogenes, Salmonella of Campylobacter. Daarom zijn biofilms een groot risico voor de voedingsindustrie.

Biofilms hebben voedingsstoffen, vocht en oppervlakken nodig om zich aan te hechten. Bepaalde punten in de productieketens zijn daarom een ideale omgeving voor de vorming van biofilms. Bestrijding van biofilms is dan ook steeds belangrijker in de hygiëneplannen van de voedingsindustrie. Biofilms zijn lastig aan te pakken en resistent tegen conventionele producten. Er zijn specifieke reinigings- en desinfectieproducten en -protocollen ontwikkeld om biofilms te bestrijden, o.a. met behulp van enzymatische technologie. Enzymatische reinigingsmiddelen bevatten een combinatie van enzymen die de EPS-matrix van biofilms afbreken door in te werken op eiwitten, lipiden en suikers, de hoofdbestanddelen van EPS. Het afbreken van de EPS-matrix betekent dat de beschermende laag van de biofilms wordt verwijderd en dat de micro-organismen die erin zitten worden blootgesteld aan de buitenomgeving. Pas dan kan een desinfectiemiddel de micro-organismen die zich in de biofilm hebben gevormd bereiken, erop inwerken en ze elimineren (5).

Enzymatische reinigingsmiddelen die we gebruiken in de voedingsindustrie zijn neutrale reinigingsmiddelen, die oppervlakken niet beschadigen en veiliger zijn voor gebruikers. Bovendien zijn ze biologisch afbreekbaar en laten ze geen residuen achter. Deze middelen worden over het algemeen toegepast bij temperaturen tussen 45-55°C en met dezelfde schuimapparatuur of CIP-systemen als conventionele reinigingsmiddelen. De toepassingstemperatuur van het product is essentieel voor enzymatische reinigingsmiddelen. Omdat enzymen eiwitten zijn, kunnen de enzymen afbreken en hun werking verliezen bij toepassing boven de 55°C. Omgekeerd geldt dat als het product bij lagere temperaturen wordt toegepast, de enzymen minder goed werken dan verwacht.

Er zijn verschillende producten en protocollen voor het bestrijden van biofilms, afhankelijk van de vereiste behandeling. Er zijn zogenaamde ‘shock’ protocollen en preventieve protocollen. Shock protocollen worden toegepast als er al biofilm is gedetecteerd en een snelle verwijdering vereist is. Preventieve protocollen zijn bedoeld om de vorming van nieuwe biofilms of het opnieuw verschijnen van biofilms te voorkomen. Voor beide protocollen verschillen de producten of de concentraties en de frequentie waarmee het product wordt toegepast. Shockbehandelingen worden uitgevoerd in een korter tijdsbestek. Preventieve behandelingen worden op regelmatige basis toegepast met een specifieke frequentie die kan variëren van wekelijks tot maandelijks, afhankelijk van het type industrie.

Verwijdering van allergenen

Een andere toepassing van enzym in de voedingsindustrie is het verwijderen van allergenen. Allergenen zijn eiwitten uit verschillende voedingsmiddelen die een reactie veroorzaken van het immuunsysteem van consumenten die er allergisch voor zijn: voedselallergieën.

Schaaldieren, eieren, vis, pinda’s, soja, zuivel, noten, selderij, mosterd, sesamzaad, zwaveldioxide en sulfieten, weekdieren, lupinen, gluten, enz.

Momenteel wordt de aanwezigheid van allergenen in levensmiddelen en de declaratie ervan gereguleerd door de EU (Verordening (EU) 1169/2011). Bijlage II van deze verordening beschrijft de 14 belangrijkste allergenen in levensmiddelen (6). Van deze allergenen zijn gluten, zuivel, ei, schaaldieren, soja, noten en pinda’s enkele allergenen waarvoor de meerderheid van de bevolking allergisch is. Sporen van deze stoffen in een product kunnen een immunologische reactie uitlokken. Deze bijwerking kan zeer ernstige gezondheidssymptomen en -situaties veroorzaken. Daarom zou de aanwezigheid van niet-vermelde allergenen op voedseletiketten nul moeten zijn. Het zou het beste zijn om de afwezigheid van deze allergenen in de geproduceerde producten te kunnen garanderen. Dat kan bijvoorbeeld door specifieke productielijnen te gebruiken en kruisbesmetting te vermijden.

Goede hygiëne, inclusief specifieke protocollen voor het verwijderen van allergenen, is van vitaal belang om kruisbesmetting van voedsel te voorkomen, vooral in gevallen waar het niet mogelijk is om productielijnen te scheiden. Deze specifieke protocollen vereisen het gebruik van allergenenproducten. Dit blijkt geen gemakkelijke taak te zijn. Ook in deze gevallen kunnen enzymen veel bijdragen. Allergenen zijn eiwitten en kunnen daarom worden afgebroken door de werking van enzymen, waardoor de allergene verwijderingsefficiëntie van reinigingsmiddelen wordt verhoogd. Het is altijd noodzakelijk om de afwezigheid van allergenen te controleren bij het wisselen van producten. Als de afwezigheid van allergenen niet kan worden gegarandeerd, moet de mogelijke aanwezigheid van het allergeen correct worden aangegeven op het etiket (voorzorgsetikettering) volgens de EU-regelgeving (Verordening (EU) 1169/2011), om een hoog niveau van bescherming van de gezondheid van de consument te bereiken en consumenten zo goed mogelijk te informeren.

In de voedingsmiddelenindustrie verhoogt het gebruik van enzymatische reinigingsmiddelen de veiligheid van het eindproduct door de aanwezigheid van biofilms en allergenen op een effectieve en milieuvriendelijke manier te helpen voorkomen.

Membraanreiniging

Een andere belangrijke toepassing van enzymen is de hygiëne van membranen in de voedingsmiddelenindustrie. Tegenwoordig zijn membraanscheidingsprocessen gebruikelijk in de zuivelindustrie vanwege hun vele voordelen: eenvoud, hoge selectiviteit, milde bedrijfsomstandigheden, eenvoudige opschaling en lager energieverbruik vergeleken met conventionele methoden.

Membranen zijn semipermeabele en selectieve barrières voor de doorgang van verschillende stoffen die periodiek moeten worden geconditioneerd om vuil van zowel het oppervlak als de binnenkant van hun poreuze structuur te verwijderen en zo hun eigenschappen terug te krijgen. Zo is de reiniging van UF-membranen een belangrijke stap in het algemene productieproces in de voedingsindustrie. Daarom is het belangrijk om goede reinigingsprotocollen te ontwerpen, afhankelijk van het type vervuiling (aan het oppervlak of intern in de poreuze structuur) en de samenstelling van het voedsel zelf. Beide leiden tot een afname van de permeaatflux in de membranen. En dat resulteert in een afname van de totale productie en levensduur van de membranen en een toename van de bedrijfskosten en het energieverbruik.

Het gebruik van enzymatische producten bij membraanreiniging is een geschikte en minder agressieve optie in vergelijking met andere soorten producten. Dat is te danken aan de eigen natuurlijke kenmerken; ze vereisen geen hoge temperaturen en een mildere pH-waarde. Het gebruik van enzymatische producten betekent een lager energieverbruik (vanwege de werking bij milde temperaturen) en een minimale impact op het milieu (omdat het biologisch afbreekbare verbindingen zijn). Daarnaast het de levensduur van de membranen.

Efficiëntie, groene alternatieven en betaalbaarheid zijn de kenmerken waar de voedingsindustrie naar op zoek is in haar reinigingsprotocollen. Enzymatische producten passen perfect in dit plaatje en worden een alternatief voor andere chemische producten. Naast het bestrijden van biofilms en allergenen en het reinigen van membranen, is dit type product ook geschikt voor algemene reinigingstaken in de voedingsmiddelenindustrie, waarbij vuil wordt verwijderd van verschillende soorten oppervlakken in productiefabrieken.

Bibliografie

• Chapman, J., Ismail, A. E. & Dinu, C. Z. (2018) Industriële toepassingen van enzymen: recente vooruitgang, technieken en vooruitzichten. Katalysator 8 (238)
• Kirk, O., Vedel Borchert, T. & Crone Fuglsang, C. (2002), Industriële enzymtoepassingen. 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. Onderzoek Tijdschrift voor Microbiologie 3 (12): 661-672.
• Olsen, H. S. & Falholt, P. (1998) De rol van enzymen in moderne detergenten. Tijdschrift voor oppervlakteactieve stoffen en detergentia 1: 555-567.
• Delhalle, L., Taminiau, B., Fastrez, S., Fall, A., et al., (2020). Evaluatie van enzymatische reiniging op de bacteriële microflora van voedselverwerkende installaties en voedselproducten. Grensgebieden in de microbiologie. Doi: 0.3389/fmicb.2020.01827.
• Corbatón Báguena, María José (2015). Reiniging van ultrafiltratiemembranen toegepast in de voedingsmiddelenindustrie door middel van niet-conventionele technieken en karakterisering van membraanvervuiling. Doctoraalscriptie UPV.
• Verordening (EU) 11669/2011 van het Europees Parlement en de Raad (25 oktober 2011).

Auteurs

Mercè Berga

Diploma biologie van de Universiteit van Girona. Doctoraat in mariene biologie en limnologie aan de Universiteit van Uppsala (Zweden) met het proefschrift “Assembly mechanism in aquatic bacterial communities – The role of disturbances, dispersal and history”. R&D-microbioloog bij CHRISTEYNS Spanje.

Joan Estornell

Marketingmanager voedselhygiëne bij CHRISTEYNS. Bachelor in de informatiewetenschappen. Master in reclame account management. Strategische innovatie in marketing en reclame (UAB). Master in Digital Business. Digitale Marketing (ESIC Business & Marketing School). Cursus Hygiënist in de Voedingsindustrie (Betelgeux).