Hoe het werkt
PEF: Zo werkt het
Pulsed electric field (PEF)-technologie is een efficiënte niet-thermische voedselverwerkingstechniek waarbij gebruik wordt gemaakt van korte elektrische pulsen met een hoog voltage. Toepassing leidt tot het uiteenvallen van de cellen (celdesintegratie) en tot microbiële inactivatie. Om micro-organismen af te doden is wel een hogere behandelintensiteit nodig dan voor celdesintegratie.
Pulsed electric field-technologie
De bij PEF-technologie toegepaste pulsen duren enkele microseconden en hebben een voltage van 10 tot 60kV. De pulsen maken met hun hoge voltage poriën in celmembranen, waardoor de barrièrefunctie daarvan verloren gaat, de inhoud van cellen naar buiten lekt en cellen afsterven.
PEF-processing is een continu proces waarbij het te behandelen product door een kamer met meerdere elektrodes wordt geleid en daarbij wordt blootgesteld aan de pulsen. Voor microbiële inactivatie van dranken en semi -vloeibare of viskeuze vloeistoffen is de pulsgenerator uitgevoerd met één of meerdere PEF behandelkamers. Als het product door de behandelkamers wordt gepompt (dranken en semi -vloeibare of viskeuze vloeistoffen) of getransporteerd (vaste grondstoffen), wordt het product blootgesteld aan de pulserende elektrische velden. De vereiste behandeltijd in het pulserend elektrisch veld is minder dan een seconde.
Om te zorgen voor een afdoende behandeling van al het product in de kamer, wordt behandeling toegepast met een frequentie van maximaal 500 pulsen per seconde. Naast elektrische parameters als veldsterkte en specifieke energie-input, hebben ook de producttemperatuur en -receptuur invloed op de behandelintensiteit.
De Conditioner van Pulsemaster
Het technisch verbeterde PEF-concept van Pulsemaster, genaamd Conditioner, is energiezuiniger dan de vorige generatie. Ook geeft het een betere pulsbehandeling van het product met een compactere, modulair opgebouwde pulsgenerator. Voor celdesintegratie van vaste grondstoffen werkt de pulsgenerator in combinatie met een robuust en hygiënisch ontwerp van het transportsysteem en de PEF-behandelkamer.
Bewezen in de praktijk
De gebruikte pulsgeneratoren hebben zich al uitgebreid bewezen voor toepassingen in de voedingsindustrie en het onderzoek. Alle pulsed electric field (PEF) systemen voor de productie van frites en chips, die zijn gemaakt volgens Marx solid-state typologie en succesvol werken in de aardappelindustrie in Duitsland, US, Canada, Nederland, België, Oostenrijk, Australië, India en China, vinden hun technische oorsprong in het werk van Pulsemaster’s hoog gekwalificeerd team van Duitse engineering experts. Onze robuuste Marx solid-state typologie zorgt voor de meest effectieve en betrouwbare pulsopwekking. Pulsemaster maakt een reeks robuuste PEF systemen. Het gemiddelde vermogen van onze industriële pulsed electric fields systemen loopt op tot 100 kW per systeem. Pulsemaster’s PEF systemen zijn gebouwd volgens de hoogste Duitse en Nederlandse ontwerpstandaarden om continu (24/24) operationeel te kunnen zijn en om goed en energie-efficiënt te functioneren. Omdat PEF-processing een continu proces is dat weinig ruimte vraagt, kunnen de PEF-systemen gemakkelijk worden geïmplementeerd in bestaande lijnen.
Doorboren van het celmembraan
Celcytoplasma is omgeven door een dunne semi-doorlaatbare laag, het celmembraan. Het membraan werkt als een barrière voor het intra- en extracellulaire transport van ionen en macromoleculen. Dit membraan is een fosfolipide dubbellaag met een dikte van 5 nanometer (nm). Door cellen bloot te stellen aan pulserende elektrische velden wordt het celmembraan doorboord. Daardoor ontstaan poriën in de orde van grootte van 50-100 nanometer per porie. Dit effect wordt ook wel elektroporatie genoemd, oftewel het verlies van de barrièrefunctie van de cel waardoor de waardevolle inhoud van de cel beter bereikbaar wordt.
Elektroporatie vindt al plaats na 1 microseconde (µs). Het PEF- of elektroporatieproces is snel, flexibel en energie-efficient, terwijl de warmteontwikkeling geminimaliseerd is. Door die lagere temperatuur behouden voedingsmiddelen en dranken hun nutritionele waarde beter dan met traditionele conservering door verhitting.
Doelgericht proces
Pulsed Electric Field (PEF) of elektroporatie werkt dus door het doorboren van het celmembraan, ongeacht de grootte van de cel. Het proces is heel doelgericht. Als resultaat meten we een drastische verhoging in rendement bij extractieprocessen en het behoud van pigmenten, antioxidanten, functionele eiwitten en vitaminen bij conservering. PEF maakt dat gezonde producten langer houdbaar blijven en hun voedingswaarde behouden.
Een cel kan 20-100 micrometer (µm) groot zijn, een bacterie 2-10 micrometer. Poriën zijn 50-100 nanometer (nm) groot. Deze kleine poriën zijn stabieler als de cel en het membraan zijn blootgesteld aan zeer veel pulsen, zodat mogelijke celreparatie en/of overleving van het organisme wordt voorkomen. Pulsemasters Conditioner kan werken met een frequentie tot 500 pulsen per seconde (500 Hz).
Het verlies van de barrièrefunctie van het celmembraan van micro-organismen veroorzaakt microbiële sterfte. Doordat PEF geen invloed heeft op vitaminen, eiwitten en smaakstoffen is conservering van hittegevoelige vloeistoffen mogelijk waarbij deze hun sensorische kwaliteit en functionele waarde behouden.
Membraandisruptie vindt plaats als het opgewekte membraanpotentiaal een kritische waarde van 1 volt overschrijdt in veel cellulaire systemen, wat overeenkomt met een extern elektrisch veld van ongeveer 10 kV/cm in het geval van E. coli. Om E. coli af te doden en om in zijn algemeenheid de microbiële besmetting van een vloeistof te reduceren, heb je dus een drempelwaarde nodig van circa 10 kV/cm. Elektroporatie is onomkeerbaar boven een bepaalde drempelwaarde.
Invloed voedselmatrix
De diëlektrische sterkte van de voedselmatrix heeft een grote invloed op de toepasbaarheid van pulserende elektrische velden, omdat diëlektrische overslag of doorslag moet worden voorkomen. Lucht- of gasbellen kunnen echter geen hoge veldsterktes doorstaan. Ze kunnen aanwezig zijn in koolzuurhoudende dranken of vrijkomen door temperatuurverhoging. Daarom moet lucht worden verwijderd uit het product, in het bijzonder bij de hogere veldsterktes die voor microbiële inactivatie nodig zijn. Het aantal luchtbellen kan worden geminimaliseerd met behulp van vacuümontgassing of het op druk brengen van het medium tijdens PEF-processing met positieve tegendruk (positive back pressure).
Voor de behandeling van vaste producten, zoals plantaardig of dierlijk materiaal, moet ingevangen lucht worden verwijderd om elektrische ontlading te voorkomen. PEF-behandeling kan ongeschikt zijn voor bepaalde schuimvormende producten.