Kinetische beschrijving van de vorming van procesgeïnduceerde contaminanten in plantgebaseerde levensmiddelen.

Furaan is een procesgeïnduceerde contaminant die geclassificeerd staat als ‘mogelijk kankerverwekkend’ voor de mens. Aangezien de carcinogene eigenschappen hoogstwaarschijnlijk toegeschreven kunnen worden aan een genotoxisch mechanisme, moet de furaanconcentratie in levensmiddelen zo laag gehouden worden als redelijkerwijs mogelijk is. Hittebehandelde fruit- en groentegebaseerde levensmiddelen (bv. gepureerde babyvoeding, kant-en-klare soepen, sauzen en sappen) dragen in belangrijke mate bij tot de furaanblootstelling van kinderen en volwassenen. Met het oog op een vermindering van de furaangehaltes in de bovenstaande producten, werd in dit doctoraatsonderzoek getracht om mechanistisch en kinetisch inzicht te verwerven in de effecten van de thermische behandeling voor conservering, de productsamenstelling en de bewaarcondities op de furaanvorming.

De thermische behandeling voor conservering heeft logischerwijs een grote impact op de vorming van furaan. Verwarmingsprocessen van verpakte levensmiddelen worden meestal gekenmerkt door hoge procestemperaturen en een trage opwarmsnelheid. Uit de resultaten van dit onderzoek blijkt dat een gecombineerde hogedruk-hogetemperatuursbehandeling (HDHT) een interessant alternatief kan zijn voor de traditionele hittebehandeling van conductief opwarmende producten in een autoclaaf. Om beide technologiën op een correcte manier te vergelijken, werd een selectie van enkelvoudige groentepurees aan een HDHT (600 MPa, 117 °C) en een thermische (~0.1 MPa, 117 °C) behandeling onderworpen, waarbij een equivalente thermische inactivatie van Clostridium botulinum sporen beoogd werd (F0 = 5 min). De hoogste furaanconcentraties werden teruggevonden in de thermisch behandelde groentepurees, met rode biet (15 ng/g puree), paprika (11 ng/g puree) en spinazie (10 ng/g puree) als meest gevoelige matrices. De HDHT behandeling resulteerde in een algemene daling van de furaanconcentraties tot in de buurt van de analytische ondergrens (1-2 ng/g puree). Aangezien een drukniveau van 600 MPa geen significant effect had op de snelheid van furaanvorming in spinaziepuree, kan de daling verklaard worden door de toepassing van compressiewarmte en bijgevolg, een snellere opwarming en afkoeling in vergelijking met een traditionele hittebehandeling.

Als mogelijk alternatief voor procesoptimalisatie, zou de furaanconcentratie van fruit- en groentegebaseerde levensmiddelen ook verminderd kunnen worden door de productsamenstelling aan te passen. Natuurlijke voedings-bestanddelen zoals suikers, vitamine C, vetzuren en carotenoïden zijn allen gerapporteerd als mogelijke furaanprecursoren. Op basis van een I-optimaal experimenteel ontwerp werden gereconstitueerde aardappelpurees bereid met uiteenlopende, gekende concentraties aan precursoren. Na sterilisatie van de aardappelpurees (121 °C, F0 = 15 min) werden significante correlaties gevonden tussen het furaangehalte en de initiële concentraties aan fructose en glucose. Het belang van beide monosacchariden kon hoogstwaarschijnlijk verklaard kon worden door de hoge, maar realistische concentratieniveaus (elk tot 5 g/100 g puree). Bij de gegeven reactiecondities (ca. pH 6, hoog watergehalte) vertoonde ascorbinezuur een duidelijk verlagend effect op de furaanvorming, mogelijk door (polyonverzadigde) vetzuren te beschermen tegen oxidatieve afbraak. Bijgevolg zouden zowel een vermindering van de concentratie aan monosacchariden als een aanpassing van de redoxcondities gesuggereerd kunnen worden als mogelijke manieren om furaan te reduceren. Daarnaast zou de furaanvorming ook beïnvloed kunnen worden door de zuurstofbeschikbaarheid of de pH van de matrix aan te passen. Een vermindering van de zuurstofconcentratie (0.1-1.8 mg/l) of een zure pH van 3 resulteerden namelijk in een duidelijke afname van het furaangehalte in een vergelijkbaar experiment met gereconstitueerde aardappelpurees.

Na de thermische behandeling voor conservering, kan de productkwaliteit verder beïnvloed worden door chemische veranderingen tijdens bewaring. Deze doctoraatsthesis toont aan dat de meeste hittebehandelde fruit- en groentegebaseerde levensmiddelen een aanzienlijk potentieel bevatten voor furaanvorming tijdens bewaring, ongeacht de intensiteit van de thermische behandeling. De furaanconcentraties van sinaasappel- en mangosappen namen namelijk duidelijk toe tijdens bewaring (8-32 weken bij 20-42 °C), in tegenstelling tot tijdens pasteurisatie (92 °C, 30 s). De toename van het furaangehalte tijdens bewaring van gesteriliseerde groentepurees (117 °C, F0 = 5 min) bij hoge bewaartemperatuur (5 maanden bij 35 °C) was sterk matrixafhankelijk. Aardappel (een veelgebruikt ingredient van kant-en-klare levensmiddelen) was een van de groenten die het meest gevoelig bleek voor furaanvorming tijdens bewaring. Door de hittebehandelde fruit- en groentegebaseerde systemen te bewaren bij gematigde (kamertemperatuur) of gekoelde (4 °C) temperatuur, kon de furaanvorming beperkt worden tot een minimum. De furaanconcentratie van hittebehandelde en bewaarde groentepurees kon bovendien verder verlaagd worden door verdamping van furaan tijdens de heropwarming van het product onmiddellijk voor consumptie.

Deze doctoraatsthesis toont aan dat het mogelijk is om de furaanvorming in hittebehandelde fruit- en groentegebaseerde levensmiddelen te verminderen door productsamenstelling, thermische procesvoering of bewaringscondities te optimaliseren. Uiteindelijk zouden deze onderzoeksinspanningen moeten leiden tot een publicatie van industriële richtlijnen voor furaanreductie in de voeding, zoals eerder gebeurd is voor acrylamide. Door een combinatie van maatregelen tijdens verschillende stappen van de productieketen, zouden levensmiddelenproducenten in de mogelijkheid moeten zijn om de furaan-concentratie van specifieke fruit- en groentegebaseerde levensmiddelen te verminderen, zonder de microbiële veiligheid of de algemene kwaliteit van het product in het gedrang te brengen.