Starterkulturer & Probiotika på godt og ondt CED / Innovation Michelle M. Madsen Chr. Hansen A/S Senior Drying Scientist Bøge Allé 10-12 DK-2970 Hørsholm Denmark Tel +45 4574 7474 Dir +45 4574 8491 Fax +45 4574 8819 E-mail: dkmmm@chr-hansen.com
Indhold Hvad er Starterkulturer & Probiotika? Hvordan fremstilles disse? Hvad er frysetørring? Kryoadditiver Frysepunktssænkning og frysetørringstryk På godt og ondt
Hvad er Starterkulturer & Probiotika? Starterkulturer er mikroorganismer - typisk mælkesyrebakterier, der tilsættes (inokuleres) mælk med henblik på at mælken syrner til produkter som fx yoghurt, ymer, creme fraiche, skyr osv., men også sammen med andre mikroorganismer til at fremstille oste. Andre eksempler er fremstilling af pølser og surkål. Fremstillingen foregår typisk under fødevare GMP. Probiotika er en generel betegnelse for div. mikroorganismer, der har en gavnlig effekt på tarmfloraen hos den der indtager disse. Den sekundære effekt er, at dette medfører en helbredsmæssig forbedring/fordel for værten. Det er typisk en blanding af forskellige mælkesyrestammer, man ved kliniske forsøg har fundet særligt gavnlige for balancen i vores tarmflora. Da disse produkter hører ind under Dietary supplements er produktionen underlagt farmaceutisk GMP.
Hvordan fremstilles disse? Et sterilt vækstmedie inokuleres med den bakteriestamme man ønsker at fremstille/opformere i en fermenteringstank lavet til formålet. Når alt medie er opbrugt mange timer efter, har bakterierne opformeret sig maksimalt og skal nu separeres fra vækstmediet og de fermenteringsrester bakterierne har efterladt sig i øvrigt (fx masser af laktat ved mælkesyrebakterier). Dette sker typisk ved at køre fermentatet gennem en centrifuge, da cellerne har en lidt højere densitet end den opløsning af andre ting de befinder sig i. Afhængigt af hvilken stamme man fremstiller kan man herved opkoncentrere mellem 6-38 gange og man ender op med et koncentrat der indeholder mellem E10+10 og E10+12 CFU/g. Koncentratet tilsættes en varmebehandlet opløsning af kryoadditiver, der skal beskytte cellerne mod frysning og senere tørring. Denne blanding tildryppes et bad af flydende kvælstof og de dannede frosne piller, sigtes løbende fra og fyldes på poser som lægges på dybfrost lager, til de skal frysetørres eller bliver frysetørret med det samme.
Fermenteringstank Vand Kryoadditiver Kombineret opberedningsog varmebehandlingstank for kryoadditiver Vakuum pumpe Pillefrysning i flydende Nitrogen Centrifuge Kryoadditiv og koncentrat blandetank Frysetørrer Koncentrattank Dyb- Frostlager Til formaling, standardisering og pakkeri
Hvad er frysetørring? En frysetørrer er som navnet antyder en tørringsmetode, hvor man fjerner vand (el. opløsningsmidler el. begge) fra et frossent udgangsmateriale ved sublimation. Sublimation er netop når man går direkte fra fast fase (is) til gasfase (damp). Fase-diagram for vand: Forhold mellem tryk / temperatur: Basis 1 atm. = 760 mm Hg 1 atm. = 1013 mbar damp tryk temperatur [mm Hg] [mbar] [ C] 760 1013 100 4,56 6,08 0 0,776 1,034-20 0,476 0,634-25 0,430 0,573-26 0,389 0,518-27 0,351 0,468-28 0,337 0,449-28,4 0,317 0,423-29 0,286 0,381-30 0,232 0,309-32 0,187 0,250-34 Ref: Rubber bible 1985-1986
Hvad er frysetørring? Under frysetørringsprocessen, fjerner vi således vand fra vore produkter ved så lav temperatur at produktet, selvom det indeholder 75-85 % vand, er frosset under hele tørringsprocessen. Tørring er en effektiv konserveringsmetode: Uden vand kan der ikke foregå biologisk aktivitet Tilstandsformer m.m. ved 1 atm. tryk Tilstandsform Fast form Flydende form Gas formig Temperatur område Fra -273 C til 0 C Fra 0 C til 100 C >100ºC Varmefylde 2,1 kj/kgk 4,18 kj/kgk 1,8 kj/kgk Smeltevarme 332 kj/kg N/A N/A Fordampningsvarme 2257 kj/kg 2257 kj/kg N/A
Typisk frysetørrerinstallation: Kompressor Frontdæksel Opvarmede bakker Kondenser/ Frysefælde Vakuum pumpe
Frysetørringsanlæg som hos Chr. Hansen i Avedøre: GEA Niro RAY-125S Udstyret med dobbelt kappe Aluminium varmeplader Har fuld CIP/SIP Kontinuert afrimning Står på vejeceller
Kryoadditiver Hvorfor tilsættes additiver? Giver bedre overlevelse, både under frysning og under tørring Giver bedre stabilitet under lagring Typiske kryoadditiver: Vigtige ingredienser: Sukkerstoffer - Tager typisk vands plads på cellens overflade, når der dannes iskrystaller ved indfrysning og senere når vi fjerner vand ved tørring og beskytter derved beskytte fx cellens cellemembran og overfladeproteiner Anti-oxidanter Skal forhindre ilt i at ødelægge cellen når den lagres inden den tages i brug, som fx Natrium-ascorbat (C-Vitamin) Da mikroorganismerne er forskellige og da det er forskelligt hvad kulturen skal udsættes for senere i anvendelsen (applikationen) er det også forskelligt hvilke ingredienser, der virker bedst for den pågældende kultur
Frysepunktssænkning og frysetørringstryk Rent vand fryser ved 0 C, men hvis der er andre stoffer i opløsning, sænkes frysepunktet for blandingen. Frysepunktssænkningen er proportional med molære koncentration af det pågældende stof Så typisk sænker stoffer med lav molekylevægt frysepunktet meget, mens fx proteiner og højmolekylære Maltodextriner (lav DE) ikke sænker frysepunktet ret meget I eluatet, der omgiver cellerne i vore koncentrater, er der flere forskellige stoffer, fx lactat, andre salte og uspiste peptider af forskellig molekylelængde Disse stoffer er sammen med de kryoadditiver vi tilsætter, med til at sænke frysepunktet i vore koncentrater og bestemmer derved ved hvilket vakuum vi skal starte frysetørringen, da der som bekendt hører et givet damptryk til en givet temperatur Fx hvis et koncentrat, hvor vi har tilsat forskellige kryoadditiver, har et frysepunkt på -27 C, så giver det mening at starte frysetørringen ved et tryk på 0,5 mbar eller lavere
Indfrysning Hurtig indfrysning, fx ved drypning i flydende nitrogen, giver små iskrystaller Langsom indfrysning, som fx i alm. fryser el. frysetørrer, giver større iskrystaller Frysetørringsprofil
På godt. Frysetørring er særdeles velegnet til at tørring varme- og oxygenfølsomme produkter, da produkttemperaturen til enhver tid kan holdes under et givet niveau, hvorved skadelige indvirkninger på produktet minimeres betragteligt Dog skal man tænke på at indfrysning af især levende mikroorganismer ikke er en proces helt uden omkostninger. Nogle tåler det fint, mens man ved andre ser fryse-drab på over 50 %! Og ondt. Da de produkter man tørrer ved frysetørringsprocessen bibeholdes i den faste fase under hele tørringsforløbet, skrumper produktet ikke ret meget, dvs.: Vandindhold før Porøsitet efter Dette bevirker at dér, hvor vandet befandt sig før, er der nu bittesmå huller - ofte forbundet til et netværk af mikroporer ud til produktets overflade Den høje porøsitet betyder at luftens O 2 og fugtighed let kan trænge dybt ind i det tørrede produkt og derved give stabilitetsproblemer inden produktet skal anvendes, hvilket er et stort problem, især hvis man ønsker at opbevare produktet ved stuetemperatur, som stadig flere og flere ønsker sig efterhånden
Frysetørret kryoformuleret LGG forstørret x100.000
Frysetørret produkt efter formaling
Tak Nogen for Jeres opmærksomhed! Spørgsmål?