Thema III Duurzaamheid
Docenten: Kenneth Rijsdijk en Sietze Norder
De verspilling van melk in supermarkten tegengaan
door het hergebruiken van oude melk in de
productie van yoghurt
Falco Bijloo 10543449 , Raviar Karim 10626832,
Hannah van de Kerkhof 10549153 en Yurhan Kwee 10564284
Universiteit van Amsterdam
29/01/2016
Om voedselverspilling tegen te gaan is onderzoek gedaan naar het gebruik van oude melk in de productie van yoghurt. Hierbij is gekeken naar wat de veroudering van de melk kenmerkt en wat de invloed hiervan is op de mogelijkheid van de melkzuurbacteriën om van de oude melk yoghurt te maken. Deze invloeden zijn onderverdeeld in enerzijds de aanwezigheid van de Bacillus cereus en anderzijds de verandering van de samenstelling van de melk, veroorzaakt door de Bacillus cereus. Hiervoor zijn melksamples van verschillende dagen oud bewerkt met melkzuurbacteriën. Resultaten laten zien dat 9 dagen na originele pasteurisatie de populatie Bacillus te hoog was om een positieve structuurverandering te krijgen in de melk na bewerking met melkzuurbacteriën. Opnieuw verhitten van de melk (verwijdering van de Bacillus) laat zien dat de verandering van de samenstelling van melk door de Bacillus na 16 dagen een significant negatief effect heeft op de mogelijkheid tot de vorming van yoghurtstructuur. Het tweede deelonderzoek heeft aangetoond dat het mogelijk is om yoghurt te maken van een mengsel van verse melk met melk van 16 dagen oud.
Inleiding
Ieder mens op aarde moet gevoed worden en daarvoor is een grote hoeveelheid voedsel nodig (Durnin et al., 1973). De productie en logistiek van de voedselketen is een complex systeem met veel componenten waarbij voedselverspilling optreedt in alle fases van de productieketen, van boerderij tot consument (Griffin et al., 2008; Parfitt, Barthel & Macnaughton, 2010). Wereldwijd wordt volgens het FAO jaarlijks 1.3 miljard ton voedsel verspild, het verlaat de voedselketen zonder te worden geconsumeerd (Gustavsson et al., 2001). In het kader van duurzaamheid is het zaak dat er onderzocht wordt, hoe dit verlies verminderd kan worden en wat energie verspilling en uitstoot kan verminderen. Het zou daarom volgens Quested et al. (2011) ook meer opleveren om te zorgen dat minder voedsel weggegooid wordt, dan om te onderzoeken hoe het afval efficiënt verwerkt kan worden. Onderzoek van het WRAP (2015) laat zien dat het verlengen van de eetbare periode van het voedsel, zeer rendabel is voor het verminderen van het voedsel verlies. Dit is vooral bij producten met een korte houdbaarheid, zoals verse producten (Parfitt et al., 2010). In Nederland is de melkproductie de afgelopen jaren gestegen en bedroeg dit jaar 12,5 miljard ton (CBS, 2015). Volgens Milieu Centraal (2010) staat melk op nummer 1 van meest verspilde producten en het onderzoek van CREM (Westerhoven & Steenhuizen, 2010) laat zien dat een aanzienlijk deel van de verspilling van zuivelproducten vermijdbaar is.
Om houdbaarheid te kunnen begrijpen moet er inzicht in het proces van bederf verworven worden. Groei van diverse micro-organismen in voedsel veranderen de producten dusdanig dat ze als bedorven ervaren worden (Huis in ‘t Veld, 1996). De zure smaak, slechte geur en verandering van structuur in voedsel is te wijten aan processen die door bederfelijke micro-organismen in gang worden gezet (Gram et al., 2002). Om deze specifieke afvalstroom aan te pakken worden mogelijkheden onderzocht om oude melk nog te gebruiken in de productie van yoghurt. Omdat yoghurt een gefermenteerd product is dat bestaat uit (verse) melk en melkzuurbacteriën, is het interessant om te onderzoeken of het ook gemaakt kan worden met oude melk dat richting houdbaarheidsdatum gaat. Eerdere studies naar het gebruik van probiotische bacteriën en starter culturen (melkzuurbacteriën) in yoghurt heeft aangetoond dat er aanzienlijke voordelen aan verbonden zijn in verband met houdbaarheid en kwaliteit van het voedsel (Holzapfel, Geisen & Schillinger, 1995; Ibrahim & Carr, 2006; O’sullivan, Ross & Hill, 2002). Toepassing van dergelijke bacteriën op melk, met een bepaalde graad van bederf, kan leiden tot de productie van yoghurt, een product dat relatief langer houdbaar is dan melk.
De mogelijkheid om oudere melk te gebruiken in de productie van yoghurt wordt in dit experiment onderzocht. Hierbij wordt gekeken wat de veroudering van de melk kenmerkt en wat de invloed hiervan is op de mogelijkheid van de melkzuurbacteriën om van deze melk yoghurt te maken. Deze invloeden worden onderverdeeld in enerzijds de aanwezigheid van de bederfbacterie en anderzijds de verandering van de samenstelling van de melk veroorzaakt door deze bederfbacterie. Wanneer uit resultaten blijkt dat van oude melk yoghurt te maken is, zou de houdbaarheid van het product verlengd kunnen worden waardoor er van een afvalstroom weer een nieuw product gemaakt kan worden.
niet verkocht (Stensgård & Hanssen, 2014), omdat deze weggegooid moet worden door de beperkte houdbaarheid. Er wordt hier rekenschap gehouden met Noorse supermarkten, omdat er van Nederlandse supermarkten geen cijfers bekend zijn. Meestal is de melk echter nog één of twee dagen houdbaar na de houdbaarheidsdatum (Huis in’t Veld, 1996). Wanneer deze verspilling van melk tegengegaan kan worden door het bewerken van de melk tot yoghurt in dit late stadium, zal 8000 liter melk per supermarkt per jaar hergebruikt kunnen worden (Eriksson, 2015). Deze hoeveelheid melk zal op deze manier minder nodig zijn voor de normale productie van yoghurt. Gemiddeld wordt 283.000 kilo yoghurt per jaar per supermarkt verkocht en bij hergebruik van de oude melk zal voor deze productie daardoor 2,8% minder melk nodig zijn. In totaal vertaalt zich dit tot een kleinere totale productie van melk. Wanneer dit een effectieve manier blijkt te zijn om voedselverspilling tegen te gaan, zal ook onderzoek gedaan kunnen worden naar het bewerken van voedsel in een later stadium bij andere soorten voedsel.
Theoretisch kader
Er wordt onderzocht of fermentatie van melk verspilling tegen kan gaan, waarna deze de verspilling van melk op grotere schaal kan verminderen. Bederf kent vele facetten, hieronder volgt een beschrijving van de actoren in bederf. Vervolgens wordt het proces van fermentatie van melk naar yoghurt beschreven.
Rauwe melk bevat veel verschillende bacteriën. Een aantal daarvan kunnen (in hogere concentraties) gevaarlijk zijn voor de gezondheid van de mens (Claeys et al., 2013). Verse melk uit de supermarkt is daarom gepasteuriseerd. De hoge temperatuur van dit proces doodt een groot deel van de gevaarlijke micro-organismen (Gram et al., 2002; Huis in ‘t Veld, 1996). Naast gevaar voor de gezondheid wordt het bederf van melk ook gekenmerkt door de verminderde smaak, geur en textuur van de melk (Gram et al., 2002).
Bederf
Wanneer er wordt gekeken naar de houdbaarheid van melk, wordt vooral gekeken naar de concentratie van de Bacillus cereus. Dit is volgens Jannie van Beek (persoonlijke mededeling, 3 november 2015) een gevaarlijke bacterie, door ziekteverwekkende eigenschappen voor de mens en omdat deze bacterie moeilijk te doden is. De Bacillus is een van de meest voorkomende ziekteverwekkers bij het bederf van vers voedsel en veroorzaker van verschillende vormen van voedselvergiftiging (Wong & Cheng, 1988). Een hoeveelheid hoger dan 10 5 CFU/ml (colony-forming-units per milliliter; een maat voor het
aantal bacteriën in het substraat) van de Bacillus wordt als schadelijk beschouwd. Een pak melk in de supermarkt bereikt deze waarde na 14 tot 18 dagen (Fromm & Boor, 2004; Marsili, 2000).
Het bederf van melk wordt gekenmerkt door verzuring, verandering van de structuur en onaangename veranderingen in smaak en geur (Fromm et al., 2004; Gram et al., 2002; Huis in ‘t Veld, 1996). Dit wordt onder andere veroorzaakt door de de afbraak van vetten door enzymen, lipase, geproduceerd door groeiende populaties van bederfbacteriën, waaronder de Bacillus . Zoals te zien in figuur 1 uit het onderzoek van Fromm et al. (2004), kan de toename vrije vetzuren (afbraak product van de Bacillus spp. ) in samenhang gebracht worden met de afname van aanwezige eiwitten. De verandering van vrije vetzuren is
volgens Fromm et al. (2004) pas significant na bederf dag 14 tot 17. Deze verandering is te zien in de structuur van de verder bedorven melk, de vloeibare melk wordt gestremd tot een vaste substantie. Verder blijkt uit het onderzoek van Fromm et al. (2004) dat bij slechts 8% van de melksamples na de 7e dag Bacillus cereus aanwezig is in grotere aantallen dan de grenswaarde van 10 5 CFU/ml. Na de 14e dag was dit percentage 58%. In de microbiele
voedselveiligheid wordt de 13de dag aangenomen als bederf dag voor melk (Stanley Brul, persoonlijke mededeling, 22 oktober 2015).
Figuur 1: Toename vrije vetzuren in gepasteuriseerde melk (links) en afname in eiwitten in gepasteuriseerde melk (rechts). Bron: Fromm et al. (2004)
In tabel 1 is te zien hoe uit het onderzoek van Røssland et al. (2003) de verandering in pH in samenhang kan worden gebracht met de concentratie Bacillus in melk. Tabel 1: Metingen pH en Bacillus in gepasteuriseerde melk (bij 30ºC) (Røssland et al., 2003)
Er wordt aangenomen dat de groei van Bacillus cereus door het omzetten van de suikers (lactose, glucose) naar organische zuren (formaat, acetaat, lactaat) en de lipolyse van de vetten in de melk het substraat verzuurd (Røssland et al. , 2003). Een pH <6,5 wordt gezien als een resultaat van het proces van bederf.
Enzymen geproduceerd door o.a. de Bacillus cereus stollen de melk tot een vaste vorm. Dit is te zien bij bederf als klontertjes in de melk (Fromm et al., 2004; Gram et al., 2002; Huis in ‘t Veld, 1996).
De Bacillus is een spore vormende bacterie met sterk verweer tegen hoge en lage temperaturen. De Bacillus kan nog groeien bij temperaturen lager dan 5°C. Bij hevige schommelingen van temperatuur, zoals pasteurisatie, overleven de Bacillus door zich als spore in te kapselen. In deze vorm kan de Bacillus zich niet delen en het metabolisme is inactief (Huis in ‘t Veld, 1996). Bij pasteurisatie wordt het product tot minstens 72°C kort verhit, ookwel ‘high-temperature-short-time’ (HTST) genoemd. Een korte verhitting van 85°C vernietigd het grootste deel van de Bacillus cereus cellen in vegetatieve, normale staat (tabel 2), maar laat de sporen voor een groot deel nog intact (Te Giffel et al., 1997).
Tabel 2: Effect van pasteurisatie op Bacillus cereus cellen en sporen (Te Giffel et al., 1997).
Initiele hoeveelheid Effecta Controle
Cellen 6.3 4.9 ± 0.2b 1.4 ± 0.1
Sporen 5.5 0.0 ± 0.1 5.5 ± 0.1
a Aantal initiele cellen/sporen (per 103/ml) - aantal cellen/sporen na pasteurisatie (15min/80°C). b Gemiddelde
en standaard deviatie in log waarde.
Een gunstige en stabiele omgeving biedt de ruimte voor de sporen om zich te ontkiemen zodat de Bacillus weer zijn schadelijke, actieve staat kan bereiken (Wong et al., 1988). Een zure omgeving, zoals in yoghurt weerhoudt de Bacillus ervan om te ontkiemen. Een pH van 5.0 of lager houdt de groei van Bacillus tegen. Yoghurt heeft een pH van rond de 4.0 (Dave & Shah, 1997; Wong et al., 1988).
Fermentatie
De fermentatie van melk naar yoghurt wordt voortgebracht door het metabolisme van melkzuurbacteriën. De meest gangbare yoghurt wordt gefermenteerd met Lactobacillus delbrueci Bulgaricus en Streptococcus thermophilus. Deze bacteriën verzuren de melk tot een pH van ongeveer 4.0 (±0.5), door het produceren van lactaat, acetaat en formaat (Dave et al., 1997; Wong et al., 1988). De Bacillus kan niet groeien bij een pH lager dan ±5, dit geldt voor veel bederf bacteriën, hierdoor heeft yoghurt een langere houdbaarheid (Rahman, 2007). Het pasteuriseren van de melk, alvorens er yoghurt van te maken, is volgens Peter de Jong (persoonlijke mededeling, 28 oktober 2015) essentieel voor het maken van yoghurt. Daarbij kan volgens Jannie van Beek (persoonlijke mededeling, 3 november 2015) de verlaagde pH van de yoghurt slechts de groei van de Bacillus stoppen maar ze niet onschadelijk maken of doden, waardoor pasteuriseren nodig is voor het garanderen van een veilig product.
Verder is het belangrijk dat de overgang van melk naar yoghurt ook gekenmerkt wordt door structuur verandering (Sodini et al., 2004). Als de melkzuurbacteriën groeien en hun werk gedaan hebben, heeft de yoghurt een gel-achtige structuur gekregen. Samen met de verzuring toont structuur verandering van vloeibare melk tot egale, gel-achtige yoghurt aan dat de melkzuurbacteriën in het substraat gegroeid zijn.
Anders dan bij melk wordt het bederf van yoghurt bepaald door nog verdere verzuring door de melkzuurbacteriën en uiteindelijk schimmelvorming (Huis in ‘t Veld, 1996). De zuurgraad van de yoghurt zorgt voor een selectieve omgeving waarin groei van bacteriën wordt gestopt, maar waarop schimmels wel kunnen groeien (Suriyarachchi & Fleet, 1981) . Schimmels zetten glucose om in ethylalcohol en koolstofdioxide (Rahman, 2007). Bij bederf van yoghurt is die omzetting zichtbaar doordat de verpakking opgeblazen wordt door het koolstofdioxidegas dat wordt gevormd. Verder bederf door schimmels is waar te nemen door; zichtbare groei van schimmel koloniën, slechte geuren, en verandering van smaak (Suriyarachchi et al., 1981).
Methode
Er is een experiment opgesteld om inzicht te verschaffen in de mogelijkheid om van oude melk yoghurt te maken. In dit onderzoek wordt gekeken naar melk ouder dan 7 dagen, omdat, zoals beschreven in het theoretisch kader, het bederfproces dan pas significant op gang komt. Het experiment is opgedeeld in twee deel onderzoeken. In het eerste deel zijn experimenten uitgevoerd waarbij de invloed van bederf op het proces voor het maken van yoghurt wordt getest. Hiervoor zijn 10 verschillende pakken melk van 8 tot 17 dagen oud gebruikt. Van elk pak zijn twee samples gefermenteerd tot yoghurt, waarvan een opnieuw verhit tot 80°C. In het tweede deel is onderzocht of de fermentatie ook werkt bij een mengsel van oude en verse melk. Daarbij zijn twee samples van een 1:1 mengsel van verse en oude melk gefermenteerd, waarvan een opnieuw verhit tot 80°C.
Alle melksamples zijn afkomstig uit kartonnen literpakken gepasteuriseerde halfvolle melk van het merk Zaanse Hoeve. Zoals vermeld in het theoretisch kader wordt aangenomen dat de houdbaarheidsdatum op het pak is gedefinieerd als de 13 e dag na pasteuriseren en
verpakken van de verse melk (Fromm et al., 2004; Stanley Brul, persoonlijke mededeling, 22 oktober 2015). Aangenomen is dat de melk uit de verschillende pakken van hetzelfde merk, niet veel zal verschillen van samenstelling. Voor het fermenteren van de melk tot yoghurt zijn de standaard aanwijzingen bij het gebruik van de Lactobacillus delbrueci Bulgaricus en Streptococcus thermophilus, melkzuurbacteriën van Lactoferm® gebruikt.
In de verschillende deelexperimenten worden zuurgraad en structuur gemeten. De zuurgraad wordt met behulp van de pH gemeten. De structuur wordt bepaald met behulp van de waarden 1-5 zoals vermeld in tabel 3. Tabel 3: Waarden metingen structuurbepaling 1 Beweegt direct met kantelen sample; geen viscositeit 2 Beweegt iets vertraagd met kantelen sample; lichte viscositeit 3 Beweegt vertraagd met kantelen sample; viscoos 4 Beweegt nauwelijks bij kantelen sample; hoge viscositeit 5 Beweegt niet bij kantelen sample; zeer hoge viscositeit Eerste deelexperiment Het eerste deel van de experimenten is schematisch weergegeven in figuur 2. In dit experiment zijn melksamples bewerkt met melkzuurbacteriën voor het meten van de invloed van bederf op de mogelijkheid tot vorming van yoghurt. Dit is gedaan zowel met als zonder verhitting van de melk, alvorens de fermentatie. Met verhitting via de HTST methode wordt het pasteuriseren van de melk in de zuivelproductie nagebootst (Te Giffel et al., 1997). Met de verhitte samples zal de invloed van de verandering in samenstelling van de melk worden onderzocht, doordat de Bacillus de verhitting niet overleeft. Daarnaast is van een controlesample meerdere dagen achter elkaar de pH gemeten van om het verloop in zuurgraad van een geopend pak te bepalen.
Figuur 2: Flowsheet van deelexperiment 1. De dag geeft aan op welke dag na originele pasteurisatie het melkpak geopend is
Test experiment
Om de methode voor het fermenteren van yoghurt te testen is deze uitgevoerd met verse melk. Twee melksamples van verse melk (200 mL) zijn geprepareerd. Een van de samples is verhit tot 85°C gedurende 10 minuten. Daarna is de melk gekoeld op ijs tot ±35°C, omdat de melkzuurbacteriën een hogere temperatuur niet aankunnen. Vervolgens zijn melkzuurbacteriën (1 gram) opgelost in een klein deel van beide, verhitte en onverhitte, melksamples (10 mL). Hieraan is de rest van het melksample toegevoegd. Beide samples zijn geroerd en in een incubator van 37 °C graden geplaatst gedurende 10 uur. Hierna is een waarde gegeven aan de dikte van de structuur van de yoghurt volgens tabel 3. Ten slotte zijn de samples in de koelkast bewaard, afgedekt met parafilm.
Controlesample
Als controle is een pak melk geopend op de 7 edag na pasteuriseren. Hiervan is een sample
koelkast van rond de 5°C. Van dit sample is dagelijks, gedurende 11 dagen, de pH gemeten door een gemiddelde van 3 metingen met elektrische pH meter te nemen.
Yoghurt na verhitten
Voor elk sample is een nieuw pak melk geopend. Van de melk is de pH gemeten door een gemiddelde te nemen van drie metingen met een elektrische pH meter. Vervolgens is een sample van de melk (200 mL) verhit tot 85°C gedurende 10 minuten. Deze stap zorgt voor de verwijdering van de Bacillus cereus . Daarna is de melk gekoeld op ijs tot ±35°C. Melkzuurbacteriën (1 gram) zijn opgelost in een klein deel van het melksample (10 mL). Vervolgens is hieraan de rest van het melksample toegevoegd. Dit is geroerd en in een incubator van 37 °C graden geplaatst gedurende 10 uur. Hierna is een waarde gegeven aan de dikte van de structuur van de yoghurt volgens tabel 3. Vervolgens werd het sample in de koelkast bewaard, afgedekt met parafilm. Dit proces is herhaald met met melk van dag 7 tot en met dag 17 na pasteuriseren en verpakken.
Yoghurt zonder verhitten
Voor elk sample is een nieuw pak melk geopend. Van de melk is de pH gemeten door een gemiddelde te nemen van drie metingen met een elektrische pH meter. Melkzuurbacteriën (1 gram) zijn opgelost in een klein deel van het melksample (10 mL). Vervolgens is hier aan de rest van het melksample toegevoegd. Dit is geroerd en in een incubator van 37 °C geplaatst gedurende 10 uur. Hierna is een waarde gegeven aan de dikte van de structuur van de yoghurt volgens tabel 3. Vervolgens werd het sample in de koelkast bewaard, afgedekt met parafilm. Dit proces is herhaald met met melk van dag 7 tot en met dag 17 na pasteuriseren en verpakken.
Tweede deelexperiment
Na het eerste, bovenstaande, experiment is een vervolg experiment gedaan. De schematische weergave van dit experiment is te zien in figuur 3. In dit tweede deelexperiment wordt er onderzocht of het fermentatie proces ook werkt bij een mengsel van oude en verse melk. De uiterste dag waarin het fermentatie proces tot yoghurt in het eerste deelexperiment nog mogelijk is, wordt gebruikt in het proces van het maken van yoghurt in de praktijk.
Figuur 3: Flowsheet van deelexperiment 2 en waarde van bijbehorende resultaten
Mengsel verse en oude melk
Twee melksamples van een 1:1 mengsel van verse melk (100 mL) en oude melk (dag 16) (100 mL) zijn geprepareerd. Een van de samples is verhit tot 85°C gedurende 10 minuten. Daarna is de melk gekoeld op ijs tot ±35°C. Melkzuurbacteriën (1 gram) zijn opgelost in een klein deel van beide, verhitte en onverhitte, melksamples (10 mL). Vervolgens is hieraan de rest van het melksample toegevoegd. Beide samples zijn geroerd en in een incubator van 37 °C graden geplaatst gedurende 10 uur. Hierna is een waarde gegeven aan de dikte van de structuur van de yoghurt volgens tabel 3. Vervolgens zijn de samples in de koelkast bewaard, afgedekt met parafilm.
Uiteindelijk zullen de resultaten van de structuurwaarden worden uitgezet in grafieken om de resultaten te kunnen analyseren. De grafieken zijn gemaakt in het programma OriginPro. Door de punten zal een best passende logistische functie geplot worden, welke loopt van de waarde 5 tot 1. Er is voor deze functie gekozen, omdat de Bacillus ook via deze functie groeit (Fromm et al., 2004). Er wordt gesteld dat de melkzuurbacteriën geen goede structuurverandering teweeg kunnen brengen, wanneer de waarde onder de 2 is gedaald. De dag waarop deze waarde bereikt is kan uit de grafiek afgelezen worden.
De structuurbepaling is met gehele getallen tussen 1 en 5 aangegeven. Aangezien tussenliggende waarden niet gedefinieërd zijn, is gekozen deze te dekken voor een foutmarge van 0,5. Dit is een ruime foutmarge, om te compenseren voor het feit dat de structuurbepaling op subjectieve observatie berust. Ook zullen de gemeten pH-waarden van de controlemelk en van ieder net geopend pak melk in een grafiek worden gezet. Hieruit zal blijken dat de pH-waarde naar beneden gaat, wanneer de Bacillus populatie flink groeit (Fromm et al., 2004; Marsili, 2000). De foutmarge bij de pH meting is bepaald door de
nauwkeurigheid van de pH-meter (0.01) op te tellen bij de helft van het grootste verschil van 3 achtereenvolgende pH-metingen van hetzelfde sample, volgens:
σ
pH
= (ΔpH
groot/ 2) + 0.01
waarin σpH de foutmarge en ΔpHgroot het grootste verschil.
Resultaten
Het experiment is uitgevoerd. De resultaten van het test experiment van de methode voor fermentatie is te zien in tabel 4. Tabel 4: Resultaten test experiment; fermentatie verse melk verhit en onverhit Melksample verse melk Waarde structuur na fermenteren Verhit 5 Onverhit 5
De gemeten pH-waarden bij deelexperiment 1 zijn te zien in figuur 4. Hierin staan de pH waarde van de controle melk en van de verschillende melksamples alvorens het fermenteren. Deze waarden met bijbehorende foutmarge zijn te vinden in tabel 1 en tabel 2 van appendix A.
Figuur 4: De gemeten pH-waarden van de controlemelk en de later geopende melksamples. Op de y-as staan de pH-waardes, op de x-as de dagen waarop de melksamples (in het rood) geopend en gemeten zijn en de controlemelk (in het groen) gemeten is.
zien in figuur 5. Hier is een best passende logistische functie door geplot.
Figuur 5: Structuurwaarden van verhitte samples. Op de y-as staan de gegeven structuurwaarden en op de x-as de dag waarop de melksample is geopend. Ook zijn de onzekerheden door middel van foutvlaggen aangegeven.
De gegeven structuurwaarden aan de onverhitte yoghurtsamples van deelexperiment 1 zijn te zien in figuur 6. Hier is ook een best passende logistische functie door geplot.
Figuur 6: Structuurwaarden van onverhitte samples. Op de y-as staan de gegeven structuurwaarden en op de x-as de dag waarop de melksample is geopend. Ook zijn de onzekerheden door middel van foutvlaggen aangegeven. De resultaten van deelexperiment 2 zijn te zien in tabel 5. Tabel 5: Resultaten deelexperiment 2. Melksample gemengd Waarde structuur na fermenteren Verhit 5 Onverhit 1 Discussie
Bovenstaande figuren en tabellen geven de resultaten van deelexperiment 1 en 2. Hieronder volgt een bespreking van het eerste deelonderzoek, waarbij de metingen van de zuurgraad en structuur voor en na fermentatie van de verschillende samples worden besproken. De resultaten van het tweede deelonderzoek geeft een aanloop naar een mogelijkheid tot het opschalen van het experiment. Vervolgens wordt deze mogelijkheid verder toegelicht. Tot slot worden er nametingen, foutmarges en mogelijkheden tot vervolgonderzoek besproken, gevolgd door de conclusie van het onderzoek.
Test experiment
De resultaten van het test experiment uit deelexperiment 1 (tabel 4) laten zien dat de methode voor het fermenteren goed werkt. Alle melksamples uit deelexperiment 1 en 2 zijn
reden zijn lagere structuurwaarden niet te wijden aan methode van fermentatie.
pH waarde
De pH van het controle sample (figuur 4) laat geen eenduidige verandering zien. De pH schommelt en daalt pas duidelijk aan het eind van de metingen. Dit komt niet overeen met de gevonden waarden in de literatuur ( Røssland et al., 2003). De verandering van pH in dit sample kan dus niet alleen verklaard worden door de groeiende populatie Bacillus . Ook de gemeten pH van de verschillende pakken alvorens het gebruik voor de fermentatie (figuur 5) vertoont geen duidelijke trend. Dit zou verklaard kunnen worden door het verschil in de melk en omgeving van de verschillende pakken.
Wel is te zien dat vanaf dag 15 de pH van de alle samples dalen in waarde; dit komt wel overeen met de waarden in de literatuur (Røssland et al., 2003) . Er is echter geen significant verschil gevonden tussen de pH-waarden van de geopende controle melk en de gesloten pakken.
Yoghurtstructuur deelexperiment 1 Verhit
Uit resultaten van de verhitte samples (figuur 5) blijkt dat de verandering van de samenstelling van melk, door bederf, invloed heeft op het maken van yoghurt. Tot en met dag 16 van de melk hebben de melkzuurbacteriën een structuur verandering teweeg kunnen brengen (waarde >1) (figuur 5). Vanaf dag 17 is de structuur verandering niet tot stand gekomen. De verminderde structuur van het sample van dag 15 kan verklaard worden doordat dit sample een kortere periode in de warmte cabine heeft gestaan. Uit de resultaten van de verhitte samples kan geconcludeerd worden dat de verandering van de samenstelling van de melk door bederf vanaf 17 dagen na originele pasteurisatie dermate groot is, dat dit een nadelig effect heeft op de werking van de melkzuurbacteriën. Deze resultaten komen overeen met de gevonden waarden in de literatuur over de aanwezigheid van beschikbare eiwitten in de melk voor de melkzuurbacteriën (Fromm et al., 2004).
Onverhit
Het onverhitte sample met verse melk laat zien dat het mogelijk is yoghurt te maken zonder de melk te verhitten. Dit betekent dat de resultaten die hiervan afwijken te wijten zijn aan de veranderingen in de melk door bederf. Figuur 6 laat zien dat de onverhitte melk vanaf 9 dagen oud geen goede yoghurt structuur meer krijgt (waarde <3) na bewerking met melkzuurbacteriën. Volgens Fromm et al. (2004) vindt er rond dag 9 een groeispurt plaats in de populatie Bacillus . Uit de resultaten van de onverhitte samples en het gegeven dat de populatie Bacillus sterk groeit rond dag 9, kan geconcludeerd worden dat de hoeveelheid
Bacillus in de melk na 9 dagen te veel is geworden waardoor de melkzuurbacteriën niet
meer kunnen groeien.
Bij zowel de verhitte als de onverhitte samples uit deelexperiment 1 zijn afwijkingen te zien bij dag 15 en 16. De samples van dag 15 hebben, door een fout, te kort in de warmte cabine gestaan (8 uur) en de samples van dag 16 hebben, door een andere fout, meer dan 60 uur in de warmte cabine gestaan. Later wordt hier verder op ingegaan.
Yoghurtstructuur deelexperiment 2
Uit de resultaten van deelexperiment 2, te zien in tabel 5, blijkt dat zonder verhitting van het mengsel het niet lukt goede yoghurt te maken (structuurwaarde 1). Uit deel onderzoek 1 volgt dat het verse melksample zonder verhitting een structuurwaarde 5 heeft en het 16 dagen oude melksample met verhitting een structuurwaarde 3 heeft. Het niet verhitten van het mengsel zorgt voor een lagere structuurwaarde na fermentatie.
In tabel 5 is te zien dat de structuur van het gefermenteerde mengsel met verhitting de maximale waarde (structuurwaarde 5) heeft. Dit is gelijk aan de waarde van de gefermenteerde, verhitte verse melk uit deelexperiment 1 (tabel 4), en hoger dan het verhitte melksample van 16 dagen oude melk (structuurwaarde 3). Dit geeft aan dat het mengen van de oude melk met verse melk geen nadelig effect heeft op het maken van yoghurt wanneer deze voor de fermentatie verhit wordt. Deze resultaten worden gebruikt wanneer de mogelijkheid voor het opschalen wordt besproken.
Yoghurtbederf
Alle yoghurt samples zijn gedurende het onderzoek dagelijks geobserveerd. Tot een week na de laatste meting zijn de samples bewaard in de koelkast. Bij geen van de yoghurt samples was schimmel- of gasvorming te zien.
Onnauwkeurigheden, aannames en onvolledigheid
De mate van bederf van de samples is in dit onderzoek gebleken uit pH metingen en de groei van de hoeveelheid Bacillus in de verloop van de tijd (Fromm et al., 2004). Daarbij is er een aanname gemaakt dat het verhittingsproces de Bacillus doodt. Bij soortgelijk onderzoek wordt mate van bederf precies gemeten door de bederfelijke bacteriën te tellen door ze te kweken op gel (Fromm et al., 2004; Gram et al., 2002; Wong et al., 1988). Hierdoor kan nauwkeurig gemeten worden hoeveel bacteriën er in de oplossing aanwezig zijn en of deze de grens van bederf, 10 5 CFU/ml, overschrijden. In dit onderzoek was het
niet mogelijk om deze methode te gebruiken, waardoor er geen garantie van voedselveiligheid is. De kans dat er nog schadelijke bacteriën in de oplossing zijn, is aanwezig.
Het gebruik van pH als indicator van zowel bederf als fermentatie heeft overlappende causale factoren. Het gebruik hiervan is in nauwkeurigheid ondergeschikt aan de bovengenoemde methode. Door deze onnauwkeurigheid kan de oorzaak van de verandering in pH niet altijd duiden op bederf, dit is gebleken uit de resultaten van de controle melk. Een lagere pH in het substraat kan meerdere mogelijke oorzaken hebben in melk; de omgevingsfactoren, contaminatie met andere micro-organismen, wijze van opslag en nog meer mogelijkheden (Huis in ‘t Veld., 1996).
De structuurwaarden van de yoghurt is bepaald nadat deze zijn gevormd in de samples. Er zijn geen vaste waarden voor structuur vorming bij zuivelproducten, daarom zijn deze tijdens het onderzoek bepaald (tabel 3). Hierbij is er bij elk sample gekeken naar de mate van beweging bij het kantelen van de yoghurtsamples.
Naast de voedselveiligheid is smaak een belangrijk deel van een eetbaar en verkoopbaar product (Dave et al., 1997). In dit onderzoek is er, vanwege de onzekerheid betreft
zouden een goede smaak moeten hebben, als het zou duiden op een eetbaar product wat niet door de bederf bacteriën verpest is.
In deelexperiment 2 is een mengsel verse melk en oude melk gemaakt met verhouding 1:1. Echter zal deze verhouding in de praktijk veel lager zijn, het aandeel oude melk die in de productie van yoghurt zou kunnen worden toegevoegd zal lager zijn dan de hoeveelheid verse melk die bij deze productie gebruikt wordt. De kwaliteit van de yoghurt zou hierdoor vervolgens alleen maar beter kunnen worden omdat de structuurwaarde van de gefermenteerde verhitte verse melk (structuurwaarde 5) hoger is dan die van de gefermenteerde verhitte dag 16 oude melk (structuurwaarde 3). Verschillende verhoudingen verse en oude melk zijn in dit onderzoek niet onderzocht.
Praktisch verloop
In praktische zin zijn er enkele tegenvallers voorgekomen die wellicht de kwaliteit van het onderzoek hebben beïnvloed. Het experiment werd uitgevoerd in een lab, alle melksamples werden hier gefermenteerd en in de koelkast bewaard. Al na een dag werd geobserveerd dat de stand van de koelkast dermate koud was dat sommige melksamples bevroren. De simpele oplossing voor dit onhandige probleem leek om de melksamples zo ver mogelijk van het koel element te bewaren, echter had dit alleen invloed op de meest vloeibare samples; het is niet duidelijk of alle samples hierdoor positief of negatief effect ondervonden heben van de koelkast en of dit de resultaten heeft beïnvloed.
Een ander praktische misstap was dat de pH meter halverwege het onderzoek kapot is gegaan, waardoor de noodzaak zich aandrong om een andere pH meter te gebruiken. In principe zou dit geen schommeling in de pH waarden teweeg moeten brengen, zolang de pH meter goed geijkt is.
Vervolgonderzoek
Het is niet mogelijk geweest om de bacteriën in de yoghurt- en melksamples op soort te determineren en de aantallen te bepalen. In dit onderzoek is aangenomen dat een verhitting tot 85°C gedurende 10 minuten een maat is om alle Bacillus cereus te doden. Door een meting te doen naar de hoeveelheid Bacillus cereus en daarnaast de viscositeit van de yoghurt te bepalen, kan een betere en een meer wiskundig onderbouwde uitspraak gedaan worden over de invloed van de Bacillus op het melk-fermentatieproces. Vervolg onderzoek kan, met technieken om specifieke micro-organismen op soort en hoeveelheid te bepalen, inzichten van voedselveiligheid toevoegen aan het experiment.
Aansluitend is het erg interessant een onderzoek te doen naar de hoeveelheid voedingsstoffen in de melksamples, na een bepaalde tijd van bederf door Bacillus cereus. Soortgelijk onderzoek maakt gebruik van een chromatografie techniek waarmee er op moleculair niveau gezien kan worden wat de samenstelling de oplossing is (Dave et al., 1997). Deze techniek was voor dit onderzoek niet beschikbaar. Door deze techniek in vervolgonderzoek wel te gebruiken is het mogelijk een uitspraak te doen over de minimaal benodigde voedingsstoffen (suikers en eiwitten) om de melkzuurbacteriën efficiënt te laten groeien. Hierbij kan verder onderzocht worden of een toevoeging van bepaalde voedingsstoffen aan de oudere melk toch een volledig fermentatieproces op gang kan
brengen, en of het toevoegen van verse melk invloed heeft op de hoeveelheid voedingsstoffen.
Een fout in het onderzoek heeft tot een interessant vraagstuk opgeroepen. Het onverhitte sample van dag 16 oude melk heeft meer dan 60 uur in de warmte cabine gestaan en liet structuur verandering zien. Dit wijst erop dat de melkzuurbacteriën ondanks de hoge concentratie Bacillus toch heeft kunnen groeien. In tegenstelling tot wat Peter de Jong (persoonlijke mededeling, 28 oktober 2015) vertelde, heeft de yoghurt in dit geval geen verhitting nodig gehad om de vaste structuur te bereiken. Dit zou in vervolgonderzoek verder uitgezocht kunnen worden, omdat het plaatsen van de melk in de warmte cabine minder energie zou kunnen kosten dan het verhitten van het sample tot hogere temperaturen.
Opschalen
In deelexperiment 2 is aangetoond dat het mogelijk is om yoghurt te maken met oude melk gecombineerd met verse melk, mits opnieuw verhit. Om intuïtief aan te kaarten wat de mogelijkheden zijn om de bevindingen van dit onderzoek te gebruiken in de praktijk is er een versimpelde weergave gemaakt van de productieketen van melk en yoghurt (figuur 7). De zwarte pijlen geven de ‘gewone’ productie aan zoals die gewoonlijk is; de rode pijl geeft aan op welk deel van de productieketen dit onderzoek effect kan hebben.
Figuur 7. Een simpele grafische weergave van de productie van melk en de mogelijkheid tot het hergebruik van melk die het onderzoek biedt
Op elke fase van productie wordt er een bepaalde hoeveelheid melk verloren en er wordt melk getransporteerd tussen tussen deze fases; de exacte hoeveelheden worden hier niet bepaald maar zouden in een later onderzoek van belang kunnen zijn. De rode pijl ‘herbruik melk’ beschrijft de melk die nog in de supermarkt staat nadat het de houdbaarheidsdatum heeft overschreden. Deze melk zou normaliter weggegooid worden, maar kan in dit hypothetische productie proces terug naar de verwerkingsfabriek getransporteerd worden om er, gemixt met verse melk, gewone yoghurt van te maken. Dit draagt direct bij aan de productie van yoghurt, vanaf de verwerkingsfabrieken naar de supermarkten, waardoor er dus minder aanvoer rauwe melk nodig zou zijn. Vanuit duurzaam en economisch oogpunt kan het zeer interessant zijn om te onderzoeken hoe groot deze vermindering is.
Conclusie
Om voedselverspilling tegen te gaan is onderzoek gedaan naar het gebruik van oude melk in de productie van het langer houdbare product yoghurt. Hierbij is gekeken naar wat de veroudering van de melk kenmerkt en wat de invloed hiervan is op de mogelijkheid van de melkzuurbacteriën om van de oude melk yoghurt te maken. Deze invloeden zijn onderverdeeld in enerzijds de aanwezigheid van de Bacillus cereus en anderzijds de verandering van de samenstelling van de melk, veroorzaakt door de Bacillus cereus. Hiervoor zijn melksamples van verschillende dagen oud bewerkt met melkzuurbacteriën. Resultaten van onverhitte samples laten zien dat 9 dagen na originele pasteurisatie de populatie Bacillus te hoog was om een positieve structuurverandering te krijgen in de melk na bewerking met melkzuurbacteriën. Resultaten van verhitte samples (verwijdering van de Bacillus) laten zien dat de verandering van de samenstelling van melk door de Bacillus na 16 dagen een significant negatief effect heeft op de mogelijkheid tot de vorming van yoghurtstructuur. Het tweede deel onderzoek heeft aangetoond dat het mogelijk is om yoghurt te maken van een mengsel van verse melk met melk van 16 dagen oud. Uit deze resultaten blijkt dat er yoghurt te maken is van oude melk en een mengsel van oude en verse melk. Daardoor bestaat de mogelijkheid om van een afvalstroom, oude melk, een nieuw langer houdbaar product, yoghurt, te maken.
Literatuur
Centraal Bureau Statistiek (CBS), bezocht op 18 november 2015. URL: http://www.cbs.nl/nl-NL/menu/themas/landbouw/publicaties/artikelen/archief/2015/toenam e-melkproductie-na-aanpassing-zuivelbeleid.htm Claeys, W. L., Cardoen, S., Daube, G., De Block, J., Dewettinck, K., Dierick, K., ... & Herman, L. (2013). Raw or heated cow milk consumption: Review of risks and benefits. Food Control, 31(1), 251-262. Dave, R. I., & Shah, N. P. (1997). Viability of yoghurt and probiotic bacteria in yoghurts made from commercial starter cultures. International Dairy Journal, 7(1), 31-41. Durnin, J. V. G. A., Edholm, O. G., Miller, D. S., & Waterlow, J. C. (1973). How much food does man require?. Eriksson, M. (2015). Supermarket food waste.
Fromm, H. I., & Boor, K. J. (2004). Characterization of pasteurized fluid milk shelf-life attributes. Journal of food science, 69(8), M207-M214.
Gram, L., Ravn, L., Rasch, M., Bruhn, J. B., Christensen, A. B., & Givskov, M. (2002). Food spoilage—interactions between food spoilage bacteria. International journal of food microbiology, 78(1), 79-97.
Griffin, M., Sobal, J., & Lyson, T. A. (2009). An analysis of a community food waste stream.
Agriculture and Human Values, 26(1-2), 67-81
Gustavsson, J., Cederberg, C., Sonesson, U., Van Otterdijk, R., & Meybeck, A. (2011). Global food losses and food waste. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rom.
Holzapfel, W. H., Geisen, R., & Schillinger, U. (1995). Biological preservation of foods with reference to protective cultures, bacteriocins and food-grade enzymes. International journal of food microbiology, 24(3), 343-362.
Huis in't Veld, J. H. H. (1996). Microbial and biochemical spoilage of foods: an overview. International Journal of Food Microbiology, 33(1), 1-18.
Ibrahim, S. A., & Carr, J. P. (2006). Viability of bifidobacteria in commercial yogurt products in North Carolina during refrigerated storage. International journal of dairy technology, 59(4), 272-277.
Marsili, R. T. (2000). Shelf-life prediction of processed milk by solid-phase microextraction, mass spectrometry, and multivariate analysis. Journal of agricultural and food chemistry ,
48(8), 3470-3475.
O’sullivan, L., Ross, R. P., & Hill, C. (2002). Potential of bacteriocin-producing lactic acid bacteria for improvements in food safety and quality. Biochimie, 84(5), 593-604.
Parfitt, J., Barthel, M., & Macnaughton, S. (2010). Food waste within food supply chains: quantification and potential for change to 2050. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 365(1554), 3065-3081.
Quested, T. E., Parry, A. D., Easteal, S. and Swannell, R. (2011), Food and drink waste from households in the UK. Nutrition Bulletin, 36: 460–467 Rahman, M. S. (Ed.). (2007). Handbook of food preservation. CRC press. Røssland, E., Borge, G. I. A., Langsrud, T., & Sørhaug, T. (2003). Inhibition of Bacillus cereus by strains of Lactobacillus and Lactococcus in milk.International Journal of Food Microbiology, 89(2), 205-212. Sodini, I., Remeuf, F., Haddad, S., & Corrieu, G. (2004). The relative effect of milk base, starter, and process on yogurt texture: a review. Critical reviews in food science and nutrition, 44(2), 113-137. Suriyarachchi, V. R., & Fleet, G. H. (1981). Occurrence and growth of yeasts in yogurts. Applied and environmental microbiology, 42(4), 574-579. Stensgård, A., Hanssen, O.J., 2015, Food Waste in Norway 2014: Status and Trends 2009-14, ForMat, Østfoldsforskning.
Te Giffel, M. C., Beumer, R. R., Lang eveld, L. P. M., & Rombouts, F. M. (1997). The role of heat exchangers in the contamination of milk with Bacillus cereus in dairy processing plants. International Journal of Dairy Technology,50(2), 43-47.
Westerhoven, M. van en F. Steenhuisen, 2010. Bepaling voedselverliezen bij huishoudens en bedrijfscatering in Nederland, CREM Amsterdam in opdracht van VROM, 32 pp Wong, H. C., & Chen, Y. L. (1988). Effects of lactic acid bacteria and organic acids on growth and germination of Bacillus cereus. Applied and environmental microbiology, 54(9), 2179-2184. WRAP (2015) Reducing food waste by extending product life, http://www.wrap.org.uk/sites/files/wrap/Product%20Life%20Report%20Final_0.pdf
Tabel 1: Gemeten pH-waarden. Waarbij iedere dag een meting is gedaan van een nieuw pak melk. De pH van de yoghurt is na fermentatie gemeten, dit zijn de verhitte samples. De foutmarge is bepaald zoals beschreven in de methode. Dag na pasteurisatie pH waarde melk Dag 7 6.93 ±0.02 Dag 8 7.01 ±0.02 Dag 9 6.75 ±0.05 Dag 10 6.84 ±0.03 Dag 11 7.14 ±0.03 Dag 12 7.07 ±0.03 Dag 13 7.06 ±0.02 Dag 14 6.94 ±0.03 Dag 15 6.70 ±0.03 Dag 16 6.72 ±0.03 Dag 17 6.92 ±0.03
Tabel 2: Gemeten pH-waarden van de controle melk. Deze is eenmaal geopend en elke dag gemeten om pH verandering door bederf te meten. Er is een foutmarge bepaald zoals beschreven in de methode.
Dag pH waarde controlemelk
Dag 7 7.07 ±0.03 Dag 8 6.95 ±0.03 Dag 9 7.11 ±0.05 Dag 10 6.88 ±0.03 Dag 11 7.10 ±0.03 Dag 12 7.18 ±0.04 Dag 13 6.95 ±0.05 Dag 14 7.01 ±0.02 Dag 15 6.9 ±0.05 Dag 16 6.6 ±0.05
Dag 17 6.58 ±0.04
