Formulering en processing van een clean label appel gebaseerd sap: De integratie van hogedruk gebaseerde technologieën en het gebruik van natuurlijke ingrediënten

In de afgelopen jaren is er vanuit de levensmiddelenindustrie een verhoogde interesse in clean label producten. Deze voedingsproducten worden gekenmerkt door het gebruik van grondstoffen van biologische oorsprong, een transparante productformulering en het gebruik van milde processen. In deze context veroveren verse fruitsappen (NFC fruitsappen) die als natuurlijk en gezond worden gepercipieerd wereldwijd een toenemend marktaandeel, voornamelijk in ontwikkelde landen. Deze fruitsappen kunnen tijdens processing en bewaring gevoelig zijn aan een aantal kwaliteitsafwijkingen zoals bruinkleuring, problemen van troebelstabiliteit en aromawijzigingen. De betrokken bedrijven zijn daarom continu op zoek naar innovatieve oplossingen om deze kwaliteitsproblemen aan te pakken.

Dit werk had tot doel clean label gebaseerde productformulering en een behandeling met hoge hydrostatische druk (HHD) te combineren met het oog op de ontwikkeling van een vers troebel fruitsap waarvan de kwaliteitseigenschappen stabiel zijn tijdens koelbewaring. Gezien de complexiteit van de (bio)chemische wijzigingen en het daaraan gekoppelde multi-respons karakter alsook de fysische veranderingen die verantwoordelijk zijn voor kwaliteitsachteruitgang, werd een onderzoeksstrategie uitgewerkt die steunt op een integratie van een doelgerichte en niet-doelgerichte aanpak.  Met behulp van deze strategie werden de kwaliteitseigenschappen tijdens processing en bewaring geïdentificeerd en in detail bestudeerd. Er werd een casus uitgewerkt voor troebel appelsap, een product gevoelig aan kwaliteitsdefecten zoals bruinkleuring, troebelverlies en verlies aan authentieke aromacomponenten. Het experimenteel werk bestond uit twee deelluiken: (1) een vergelijkende studie tussen HHD en conventionele thermische (TH) behandeling in termen van behoud van het versheidskarakter van fruit gebaseerde producten (troebel appelsap en een puree op basis van kiwi); (2) een evaluatie van de mogelijkheden om productformulering, het toevoegen van een ‘natuurlijk’ ingrediënt (puree van kiwi), samen met het gebruik van een procestechnologie gericht op de productstructuur (gebruik van hoge druk homogenisatie, HDH) in te zetten om kwaliteitsverlies tijdens koelbewaring te beheersen.

Om een goed inzicht te verwerven in kwaliteitseigenschappen van appelsap en puree op basis van kiwi, werden in een eerste deel drie appel cultivars (Pink Lady, Granny Smith en Jonagold) en twee kiwi cultivars (groene kiwi Actinidia deliciosa var. ‘Hayward’ en golden kiwi, Actinidia chinensis, var. ‘Jintao’) in detail bestudeerd. Op basis van het principe van equivalente microbiële inactivatie (5-log reductie van Escherichia coli OH157:H7) werden een HHD (600 MPa/3 min/21 °C) en een thermisch proces ( )) geselecteerd. In deze vergelijkende studie werden een niet-doelgerichte analyse (nl. vingerafdruk van de vluchtige fractie via headspace solid phase microextractie gevolgd door gaschromatografie met massaspectrometrie) en een aantal doelgerichte analyses (a priori gekozen kwaliteitsindicatoren zoals kleur, suikers, zuren, vitamine C en enzym activiteiten) geïntegreerd. Hieruit bleek duidelijk dat een HHD behadeling, vergeleken met een TH behandeling, resulteerde in een beter behoud van kleur en vitamine C. Anderzijds werden polyphenoloxidase en peroxidase geïnactiveerd tot beneden de detectielimiet in geval van TH behandeling terwijl restactiviteiten van meer dan 50% bekomen werden voor HHD behandelingen. Smaak gerelateerde componenten, zoals suikers en zuren, werden niet beïnvloed. De niet-doelgerichte analyses toonden aan dat aldehyden, alcoholen, ketonen, furanonen, terpenen en organische zwavelverbindingen in hogere concentraties teruggevonden werden in TH behandelde dan in HHD behandelde of niet behandelde stalen. Deze componenten konden gerelateerd worden aan Maillard en/of oxidatieve reacties. In het algemeen werden kleur en aroma van de fruit gebaseerde producten sterker beïnvloed door TH dan door HHD behandeling.  Anderzijds kunnen de residuele enzym activiteiten bekomen na HHD behandeling verantwoordelijk zijn voor kwaliteitswijzigingen, zoals bruinkleuring en ontwikkeling van smaakafwijkingen, tijdens bewaring. Om deze problemen te voorkomen moet de HHD behandeling gecombineerd worden met aangepaste voorbehandelingen. De resultaten bekomen in dit gedeelte suggereerden dat golden kiwi mogelijks kan gebruikt worden als een natuurlijk ingrediënt in een appel gebaseerd sap om deze problemen aan te pakken.

In een tweede gedeelte werden de mogelijkheden van HDH als voorbehandelingstechniek bestudeerd, deze techniek toelaat de uniformiteit van het product te bevorderen, de partikelgrootte te reduceren en de rheologische eigenschappen te moduleren. In een eerste stap werden de toevoeging van puree op basis van golden kiwi (0%, 10%, 25% en 50%) alsook het gebruik van HDH (geen HDH, 20 MPa, 40 MPa, en 60 MPa) bestudeerd. In een tweede stap werd voor de meest succesvolle combinatie (toevoeging van 25% golden kiwi puree en een HDH bij 20MPa) weerhouden en de bekomen producten behandeld met behulp van HHD (600 MPa, kamertemperatuur, 3 min) om de stabiliteit van het troebel sap gedurende 42 dagen bij gekoelde bewaring (4°C) te garanderen. Opnieuw werd een breed gamma aan kwaliteitsparameters geëvalueerd door gebruik te maken van een doelgerichte en niet-doelgerichte benadering. Gebruik makend van multivariate data analyse werden al dan niet discriminerende parameters geselecteerd die al dan niet sterk wijzigen tijdens de bewaring. De kinetica van de discriminerende kwaliteitsparameters werd beschreven met behulp van single en multi-respons modellen. Bovendien werden sensorische analyses en visuele beoordelingen uitgevoerd. De resultaten tonen aan dat de toevoeging van golden kiwi puree toeliet een sap aan te maken met verbeterede uniformiteit en troebelstabiliteit door een reductie van de partikelgrootte en een verhoging van de viscositeit en zwichtspanning. Bovendien vertoonde het verkregen sap een sterk vertraagde bruinkleuring omwille van het verhoogd gehalte aan vitamine C, een meer heldere gele kleur, was het minder zoet en vertoonde het een meer fruitig aroma.  Sensorische analyses bevestigden de betere kleur, aroma en troebelstabiliteit van dit sap vergeleken met zuiver appelsap.

Als algemene conclusie kunnen we stellen dat het combineren van clean label benaderingen, het toevoegen van golden kiwi puree en HDH gevolgd door HHD stabilisatie, effectief toelaat een ‘natuurlijk’ troebel sap op basis van appelen te produceren dat stabiel is tijdens koelbewaring. Anderzijds bevestigt dit werk het potentieel van het geïntegreerd gebruik van doelgerichte en niet-doelgerichte multivariate benaderingen samen met kinetiek om kwaliteitswijzigingen te bestuderen en te identificeren in complexe levensmiddelen.