Tara Grauwet, doctorandus verbonden aan het Laboratorium voor Levensmiddelentechnologie, heeft de eerste prijs van de 'Charles R. Stumbo' competitie gewonnen met haar artikel 'Investigating the potential of Bacillus subtilis α-amylase as a pressure-temperature-time indicator for high hydrostatic pressure pasteurization processes'. Deze prijs werd uitgereikt op de jaarlijkse conferentie van het 'Institute for Thermal Processing Specialists' (IFTPS) op 4-5 maart 2009 te San Antonio, Texas, Verenigde Staten.
In dit werk werd de mogelijkheid om Bacillus subtilis α-amylase (BSA) te gebruiken als een druk-temperatuur-tijd indicator (pTTI) voor hoge druk pasteurisatie behandelingen (400-600 MPa; Ti 10-40°C; 1-15 min) onderzocht. Een stapsgewijze methode werd gebruikt om de enzym-gebaseerde extrinsieke pTTI te ontwikkelen.
|
In een eerste stap werd, op basis van literatuurgegevens over drukstabiliteit, BSA geselecteerd als een mogelijke indicator. De responsmeting van de indicator (residuele activiteit) na een drukbehandeling werd in deze stap geëvalueerd op basis van nauwkeurighed en eenvoud. Bovendien werd de stabiliteit tijdens gebruik en bewaring bij atmosfeerdruk bekeken.
In een tweede stap werd de stabiliteit van BSA bij constante temperatuur (T) en tijd in functie van de druk (p) bestudeerd. Solvent-engineering (doelsgewijs veranderen van de solventcondities zodoende de respons van de indicator te manipuleren) werd toegepast om het inactivatiedomein van BSA te verschuiven in het toepassingsdomein. Uit deze studie bleek de solventconditie 1 g/L BSA – MES 0.05M pH 5.0 het meest geschikt.
In een derde stap werd het enzym (1 g/L BSA – MES 0.05M pH 5.0) kinetisch gecalibreerd onder isobare-isotherme condities. De veranderingen in activiteit met de tijd konden gemodelleerd worden met een eerste orde model. Een synergistisch effect tussen druk en temperatuur werd waargenomen, behalve bij lage drukken en hoge temperaturen. Op basis van het model om de gecombineerde p-T afhankelijkheid van de inactivatiesnelheidsconstante te modelleren, kon een ellipsvormige isorate contourplot (dit is een grafische weergave van procescondities die door eenzelfde inactivatiesnelheidscontante gekarakteriseerd worden) opgesteld worden. Op basis van deze isorate contourplot kon de procesrange, waarin BSA zou kunnen worden gebruikt om temperatuursheterogeniteiten in een hoge druk vat aan te tonen, bepaald worden. Hiervoor is immers voldoende temperatuursafhankelijkheid van de snelheidsconstante nodig.
Figuur: Isorate contourplot voor Bacillus subtilis α-amylase (BSA)
In een vierde stap werd de geldigheid van het kinetisch model succesvol getest onder dynamische condities vergelijkbaar aan deze die gebruikt worden in de voedingsindustrie.
Tot slot werd aangetoond dat de indicator kon gebruikt worden om niet-uniformiteit in een verticaal georiënteerd hoge druk vat te karakteriseren. Hiervoor werden indicatoren op verschillende plaatsen in het hoge druk vat bevestigd.
Bronnen
Grauwet, T., Van der Plancken, I., Vervoort, L., Hendrickx, M.E. and Van Loey, A. (2009). Investigating the potential of Bacillus subtilis α-amylase as a pressure-temperature-time indicator for high-hydrostatic pressure pasteurization processes. Aanvaard voor publicatie in Biotechnology Progress.