ÚJ CSÍRÁTLANÍTÁSI TECHNOLÓGIA KIFEJLESZTÉSE TEJTERMÉKEK ELŐÁLLÍTÁSÁHOZ

Támogatási kérelem szakmai tartalmának összefoglaló bemutatása A tej és tejtermékek hagyományos sterilizálási módja, a magas hőmérsékleten történő pasztőrözés során számos nem kívánt változás történik a tej és a tejtermékek fehérjéiben. A projekt során kifejlesztünk egy UV sterilizálási eljárást a tej és tejtermékek alacsony hőmérsékletű sterilizálásához. A nyerstej hőkezelés nélküli sterilizálásának megoldása új alapokra helyezi a tej és a tejtermékek előállítását, különleges minőségű sajtok, joghurtok, túró, tejföl gyártását teszi lehetővé. Ehhez azonban számos speciális technikai problémát kell megoldani. Ezért elsőként, a projekt ipari kutatási fázisaként részletesen megvizsgáljuk az UV fény hatását a tejben lévő mikroorganizmusokra, illetve a D-vitamin keletkezésére. A projekt második, kísérleti fejlesztési fázisa három fő fejlesztési tevékenységet takar. Az első tevékenység során a tej UV sterilizálására alkalmas (kis)üzemi berendezéseket fejlesztünk és tesztelünk. A tevékenység eredményeként több olyan különböző kapacitású, folyamatos működésű, átfolyó rendszerű UV sterilizáló berendezés jön létre, amely különböző méretű tejüzemekben alkalmazható. Ezáltal a tejtermelő gazdaságok számára is lehetővé válik a frissen fejt nyerstej gyors sterilizációja. A második kísérleti fejlesztési tevékenység során az UV sterilizált tejből tejtermékeket (sajtok, túró, joghurt) állítunk elő és azok minőségi jellemzőit összehasonlítjuk a hagyományosan pasztőrözött tejtermékekkel. Új termékeket, receptúrákat dolgozunk ki a termékcsalád megalapozásához. Ezt a tevékenységet megelőzi egy ipari kutatási fázis, mely során kifejlesztjük a mérési módszert az UV sterilizált és a hagyományos technológiával pasztőrözött tejtermékek megkülönböztetésére. A harmadik kísérleti fejlesztési tevékenység keretében az UV sterilizált tejből a már ismert paraméterek birtokában funkcionális tejtermékeket állítunk elő. B) A megvalósítandó tevékenységek részletes bemutatása A projekt tevékenységeinek indokoltsága A tej sterilizálásának szükségessége A tej feldolgozásának alapvető, elengedhetetlen indító lépése a potenciálisan veszélyes mikroorganizmusok elpusztítása. Hagyományosan ezt hőkezelési eljárásokkal, pasztőrözéssel végezzük. A tej pasztőrözésének eredeti célja is az volt, hogy védelmet nyújtson a nem endospórás patogén mikroorganizmusokkal szemben. A lentebb bemutatott, általánosan használt hőkezelési műveletek elpusztítják a patogén mikroorganizmusokat, az E. colit is beleértve, amit gyakran tesztorganizmusnak használnak a tej és más élelmiszerek higiéniai minőségének ellenőrzésére. A Mycobacterium tuberculosist és a Brucella baktériumokat (amelyeket meglehetősen gyakran találtak a tejben e kórokozókkal szembeni mentesítést megelőzően) elpusztítja a pasztőrözés. Ez vonatkozik a szalmonellára, rickettsiára, az úgynevezett Q-láz okozójára, valamint a lisztériára, a leptospira és más patogén mikroorganizmusokra is. A legtöbb fertőző betegségeket okozó baktérium 66-71 °C-on inaktiválódik, amelyek jobban ellenállnak a hőmérsékletnek, 72 °C-on, 20 másodperc alatt inaktiválódnak. Ezért az engedélyezett pasztőrözőeljárások biztos védelmet nyújtanak az emberre átvihető betegségekkel szemben. Alig néhány patogén spóra van a tejben, de ezek is minden esetben teljesen elpusztulnak az UHT-kezelés során. A vírusok is gyorsan inaktiválódnak magasabb hőmérsékleten, és így nem élik túl a pasztőrözési eljárást. A veszettség vírusa és más vírusok is már 65 °C-on elpusztulnak, a száj- és körömfájás vírusai viszont jobban ellenállnak a hőnek és túlélik a 80 °C-on 15 másodpercig tartó vagy a 85 °C-on 5 másodpercig tartó hőkezelést, de 73 °C-on 40 másodperc alatt teljesen inaktiválódnak. Minden vírus elpusztul az UHT-kezelés alatt. A tej hagyományos sterilizálási eljárásai A pasztőrözésnek, a hőkezelésnek különböző módszerei ismertek, amelyek a hőmérsékletben és a hőkezelés időtartamában különböznek egymástól. Attól függően, hogy mennyi ideig akarjuk a terméket tárolni, a mikroorganizmusok részleges vagy teljes elpusztítása (sterilezés) a cél. Általában a következő hőkezelési módszereket használják: • Rövid ideig tartó pasztőrözés 72-76 °C-on 40 másodpercig. A legtöbb fogyasztásra szánt tejet így kezelik. • Pillanatpasztőrözés 85 °Con, néhány másodpercig. • 110-120 °C-on 10-30 percig való sterilezés a végleges csomagolásban. Az így kezelt tejet steril tejnek hívják. •

Ultramagas hőmérsékleten történő hőkezelés (UHT), 135-150 °C-on néhány másodpercig. Mivel az UHT-kezeléssel a tejet legalább hat hétig jól el lehet tartani, ez tartós, vagy hosszan tartósított tejnek tekinthető. Az UHT-kezelést közvetlen gőzinjektálással vagy indirekt hőcserével lehet véghezvinni. A két eljárás idő–hőmérséklet diagramja szerint a tej magasabb hőmérsékletet bír el a gőzinjektáló módszerrel, mint az indirekt módszerrel. Az UHT-eljárás mikrobiológiai hatásossága a Bacillus stearothermophilus spóráinak inaktiválásával becsülhető meg: ez a legkevésbé hőérzékeny spóra, és ezért tesztorganizmusként is használják. A tej hőkezelésének hatásai A hőkezelési eljárások során a tej kémiai összetételében, a fehérjékben, illetve az enzimek aktivitásában is olyan nem kívánt változások következnek be, melyek rontják a tej minőségét. Az alábbiakban ezeket a változásokat mutatjuk be részletesen. A hőkezelési eljárások változást okoznak a fehérje konfigurációjában, vagyis a fehérje másodlagos és harmadlagos szerkezetében, de a peptidkötéseket nem szakítják fel. A denaturálódás kb. 80 °C-on kezdődik és részben reverzíbilis lehet. A tejben lévő kazein viszonylag stabil a hőkezelésre, mivel a prolin megakadályozza az aggregációhoz szükséges hidrogénkötések kialakulását. A hő által okozott koaguláció csak akkor fordul elő, ha a tejet 125 °C-on, több mint 60 percig melegítjük. Ilyen kezelést nem alkalmaznak normál tejfeldolgozás során, de a kevésbé intenzív hőkezelések is szétbonthatják a kazeinmolekula peptidláncait. Az UHT-kezelt tejben a kazeinmicellák elektronmikroszkopikus képe azt mutatja, hogy a szerkezetük meglazult és átmérőjük megnőtt. A ?-kazein fizikai-kémiai tulajdonságai kevésbé változnak meg a hőkezelés során, mint az ?s-kazeiné. A savófehérjéket viszont a különböző típusú hőkezeléssel különböző mértékig denaturálják, amelynek mértéke a hőmérséklet és az idő függvénye. A savófehérjének a kazeinhez viszonyított viszonylag nagy hőinstabilitása a foszfor hiányának, alacsony prolintartalmának és magas cisztin-, cisztein- és metionintartalmának tulajdonítható. A savófehérje 10-20%-a a pasztőrözött tejben denaturálódik, a denaturálódott savófehérje mennyisége az indirekt hőkezelési eljárással készült UHT-tejben 70-80%, a direkt eljárással készült UHT-tejben pedig 40-60%, ami szintén illusztrálja a két különböző UHT-eljárás közötti különbséget. A savófehérje a hagyományosan sterilezett tejben sem denaturálódik teljesen. A globulinok a legkevésbé hőstabil savófehérjék a tejben, ezt követi a szérumalbumin és a -laktoglobulin, míg az ?-laktalbumin a legstabilabb. Különbség van a két ?-laktoglobulin variáns hőstabilitása között is. A ?-laktoglobulin-A 90-95 °C alatt, míg a ?-laktoglobulin-B még magasabb hőmérsékleten is stabil. Az immunglobulinok 74 °C-on 15 másodperc után mutatják a denaturáció első jelét, a szérumalbumin és ?-laktoglobulin 84-86 °C-on 15 másodperc után, míg az ?-laktalbumin csak legalább 100 °C-on öt percig tartó melegítés után denaturálódik. A különböző típusú tejek ezért különbséget mutatnak a savófehérje-frakció szerkezetében. Az UHT-kezelt és sterilezett tejek nem tartalmaznak többé denaturálatlan immunglobulinokat, a ?-laktoglobulin aránya csökken, míg az ?-laktalbumin relatív mennyisége lényegesen megnő. A proteóz-pepton frakció hőellenálló frakciónak tekinthető. A laktoferrin a hő hatására szerkezetében jelentősen változik, de ha vassal telítik, akkor hőellenállása jelentősen megnő. A denaturáció a fehérjemolekulák aggregációjával jár együtt, ami vagy intermolekuláris diszulfidhidak formájában valósul meg, vagy a savófehérje a kazeinmicellák felületére csapódik ki. Ennek első lépése az ?-laktalbumin és a ?-laktoglobulin közötti kölcsönhatás, amit a savófehérje-kazein komplexek kialakulása követ, melyet elsősorban a ?-kazein és a ?- laktoglobulin kapcsolódása hozza létre. Az aggregáció foka a hőközlés mértékétől függ, így ez lényegesen nagyobb fokban fordul elő sterilezett tej esetében. Amikor a kazein kicsapódik, a savófehérjék is együtt csapódnak ki vele a komplexben, amelynek során a kicsapódott nitrogén mennyisége 80%-ról több mint 90%-ra nő, a fehérje mennyisége pedig 4% alá csökken a savóban. Nem következnek be jelentős változások a nem-fehérje nitrogéntartalomban. Amikor a tejet 75 °C-nál magasabb hőmérsékletre melegítjük, a kéntartalmú aminosavak szulfhidrilcsoportjaiból olyan illékony komponensek képződnek, mint a kén-hidrogén, a merkaptánok, a szulfidok, amelyek a tej főtt ízét okozzák. A szabad szulfhidrilcsoportok főként a ?- laktoglobulinból származnak. A főtt ízt okozó szabad SH-csoportok száma függ egyrészt a hőkezeléstől, de legalább olyan mértékben függ a denaturációtól is. Az SH-csoportok a legnagyobb értéket 90 °C-on érik el, míg sterilezéskor ennél némileg kisebb mennyiségben keletkeznek. Ennek következtében a kéntartalmú metionin és cisztin mennyisége a sterilezett tejben kissé csökken. Az UHT-tej szabad SH-csoportjainak koncentrációját 0,7 mol/dm3 -nek mérték. A sterilezett tejjel ellentétben a pasztőrözött tejnek nincs főtt íze. A tej indirekt UHT kezelése nagyobb mértékben okozza a főtt íz kialakulását, mint a direkt hőkezelés. A szabad SH-csoportok mennyisége oxidáció hatására néhány napon belül csökken, aminek következtében a főtt íz is kevésbé érződik. L-cisztin adagolásával csökkenteni lehet a szabad SH-csoportok mennyiségét, és ezzel a módszerrel a főtt ízt is ki lehet küszöbölni. Egy másik lehetőség az íz javítására a szulfhidril oxidázzal való kezelés, amelynek során a szulfhidrilcsoportok oxidálódnak. A tej hőkezelésével kapcsolatos problémák Ahogy fent részletesen bemutattuk, a tej hőkezeléssel való sterilizálási eljárásai a tej és tejtermékek kémiai összetételét és annak organoleptikus tulajdonságait is rontják. A tej organoleptikus tulajdonságai azért is jelentősek, mert csökkent táplálkozási értéket jelentenek, így negatívan befolyásolják a vásárlók tejfogyasztási szokásait. Emellett a hőkezelés a tejfehérjék vízmegkötő képességére is hatással van, a sérült tejfehérjék nagyobb mértékben kötik meg a vizet, gyengébb minőségű tejet produkálva. A tej hőkezelésével kapcsolatos másik probléma annak bonyolult, hely- és költségigényes mivolta, amely miatt a tejtermelő gazdaságok sokszor ki vannak szolgáltatva a megfelelő hőkezelési technikákkal rendelkező tejipari nagyvállalatoknak. A tej UV sterilizálásában rejlő lehetőségek A baktériumok, vírusok elpusztításának azonban a hőkezelés mellett van egy másik módja: azok DNS-ének károsítása. A DNS ugyanis más hullámhosszon nyel el energiát, mint a fehérjék, az elnyelés hullámhosszán pedig energiát tudunk átadni a DNS-nek, károsítva azt. A megfelelő hullámhosszon való UV kezelés így a DNS funkcióinak károsodásával, míg a fehérjék szerkezetének megmaradásával jár. A projekt keretében cégünk a nyerstej UV kezeléssel történő sterilizálásában rejlő lehetőségeket tervezi körbejárni és átültetni a gyakorlatba. Ez a megoldás ugyanis az eddigi tapasztalatok alapján a nyers tejben lévő vitaminokat, nyomelemeket és aminosavakat érintetlenül hagyja, így a sterilizált tej feltételezéseink szerint jobb minőségű és jobb ízű lesz. Ez előreláthatóan új alapokra helyezi a tej és a tejtermékek előállítását, különleges minőségű sajtok, joghurtok, túró, tejföl gyártását lehetővé téve. Emellett a projekt keretében olyan, a tej UV sterilizálására alkalmas (kis)üzemi berendezéseket fejlesztünk és tesztelünk, melyek segítségével a tejtermelő gazdaságok számára is lehetővé válik a frissen fejt nyerstej gyors sterilizációja. A projekt tevékenységeinek bemutatása A projekt két ipari kutatási és három kísérleti fejlesztési tevékenységet tartalmaz: Ipari kutatás 1) Az UV fény hatása a tejben lévő mikroorganizmusokra Meghatározzuk, hogy a paraméterek (UV hullámhossz, rétegvastagság, áramlási viszonyok, tartózkodási idő) mely értékeinek alkalmazásával érhető el a tej baktérium és vírusmentesítése hőkezelés nélkül. Megvizsgáljuk az ózonkeltő UV sugárzás hatását is és összehasonlítjuk az ózonkeletkezés nélküli kezeléssel. Szűrt és steril levegő tejbe juttatásával egy időben végzett UV-fénykezelés együttes hatásának vizsgálatát is elvégezzük. Megvizsgáljuk a keletkező ózon hatását a tej enzimjeire, fehérjéire és a zsírokra is. Kifejlesztjük a tej UV sterilizálására alkalmas technológiát. A tevékenységet részben külső partner bevonásával, K+F szolgáltatási szerződés keretében tervezzük megvalósítani. 2) Mérési módszer fejlesztése az UV sterilizált és a hagyományos technológiával pasztőrözött tejtermékek megkülönböztetésére Analitikai módszereket fejlesztünk az UV sterilizálás kimutatására. Megvizsgáljuk, hogy a MALDI-TOF analízis alkalmas-e a sugárzás vagy a hőkezelés hatására megváltozott szerkezetű fehérjék kimutatására. Gázkromatográfiás vizsgálattal megvizsgáljuk a módszer hatását a tej zsírsavtartalmára is. A tevékenységet részben külső partner bevonásával, K+F szolgáltatási szerződés keretében tervezzük megvalósítani. Kísérleti fejlesztés 1) Kisüzemi és üzemi berendezések fejlesztése a tej UV sterilizáláshoz A tej UV sterilizálására alkalmas (kis)üzemi berendezéseket tervezünk, építünk és tesztelünk különböző méretekben. A kis kapacitású berendezéseket a tejtermelők számára optimáljuk, hogy a tej már a szállítás előtt sterilizálva legyen. A nagyobb kapacitású berendezéseket a kézműves tejtermékek előállítóinak és a nagyobb üzemeknek tervezzük és minden méretben teszteljük. A tevékenység eredményeként több olyan különböző kapacitású, folyamatos működésű, átfolyó rendszerű UV sterilizáló berendezés jön létre, amely különböző méretű tejüzemekben alkalmazható. Ezáltal a tejtermelő gazdaságok számára is lehetővé válik a frissen fejt nyerstej gyors sterilizációja. A tevékenységet részben külső partner bevonásával, K+F szolgáltatási szerződés keretében tervezzük megvalósítani. 2) Tejtermékek, sajtok, túró, joghurt előállítása UV sterilizált tejből és minőségének összehasonlítása a hagyományosan pasztőrözött tejtermékekkel Tejtermékeket állítunk elő, teszteljük az ízüket és összehasonlítjuk a pasztőrözött és az UV sterilizált tejből készített termékek organoleptikus jellemzőit. Új termékeket, receptúrákat dolgozunk ki a termékcsalád megalapozásához. A tevékenységet részben külső partner bevonásával, K+F szolgáltatási szerződés keretében tervezzük megvalósítani. 3) Funkcionális tejtermékek előállítása UV sterilizált tejből Megvizsgáljuk, hogy az alkalmazott UV-sugárzás eredményez-e növekedést a D-vitamin mennyiségében. Az ilyen módon előállított, D-vitaminnal dúsított tejtermékek alapul szolgálnak a szelénnel dúsított termékek kifejlesztéséhez. A szelénnel dúsított tejtermékek előállításához felhasználjuk a projektben részt vevő kutatók szabadalommal védett eljárását, amely speciális szelénformát, Lactomicrosel-t tartalmaz. A tejtermékek és a dúsított tejtermékek fagyasztva szárításos technológiával történő további feldolgozásával olyan különleges tejtermékeket állítunk elő, mint a tejföl- és joghurtpor, amelyek minőség-megőrzési ideje szobahőmérsékleten több év vagy évtized. A tevékenységet részben külső partner bevonásával, K+F szolgáltatási szerződés keretében tervezzük megvalósítani. C) A létrejövő eredmények bemutatása A projekt eredményei a következők: 1) Meghatározzuk a tej biztonságos UV sterilizálására alkalmas paramétereket, kifejlesztjük a tej UV sterilizálására alkalmas technológiát. 2) Széleskörűen használható analitikai módszereket fejlesztünk ki az UV sterilizálás kimutatására, az UV sterilizált és a hagyományos technológiával pasztőrözött tejtermékek megkülönböztetésére. 3) Több, különböző méretű tejüzemekben alkalmazható, különböző kapacitású, folyamatos működésű, átfolyó rendszerű UV sterilizáló berendezést fejlesztünk ki, mely által a tejtermelő gazdaságok számára is lehetővé válik a frissen fejt nyerstej gyors sterilizációja. 4) Tejtermékeket (sajtok, túró, joghurt) állítunk elő UV sterilizált tejből, új termékeket, receptúrákat dolgozunk ki a termékcsalád megalapozásához. 5) Funkcionális tejtermékeket állítunk elő UV sterilizált tejből. D) A megvalósítási helyszín(ek) alkalmasságának bemutatása A megvalósítás helyszínének címe: 4181, Nádudvar, Fő utca 126., helyrajzi száma: 3265/2. A megvalósítás tágabb környezete a projekt fontos eleme: a Nádudvarról, illetve térségéből származó nyerstej Európa legjobb minőségű tejei között van. Az új technológia segítségével a tej beltartalmi értékei mellett feltételezhetően annak egyedi ízvilága is megmarad, így az ilyen módon sterilizált tej, illetve az abból készült élelmiszerek képesek lesznek megőrizni és továbbvinni e táj mikroklímájának egyedi jellegzetességeit. Nádudvar a külföldön is jelentős márkaértékkel bíró Hortobágy közvetlen közelében található. Ez szintén nagyon fontos eleme a projektnek, hiszen az új technológia segítségével létrejövő, egyedi ízvilágú tejtermékek értékesítése kapcsán a Hortobágy brand használatában látjuk a megoldást. Fejlesztési elképzeléseink emellett egyrészt – vállalkozásunk bővülésével, illetve a térségi tejfeldolgozás fellendülésével – a munkahelyteremtést, másrészt – a tejet adó állatok tenyésztésének fellendülésével – az öngondoskodás valódi alternatívává válását is gerjesztik a térségben. Tervezett tevékenységeink a térségi erőforrások helyben tartásához is hozzájárulnak. Fontosnak tartjuk, hogy a térségben megtermelt jövedelem is helyben maradjon, mely egy öngerjesztő folyamatot indítva nemcsak a térség gazdasági megerősödését, hanem a fiatalok helyben maradását is szolgálná. Kutatás-fejlesztési tevékenységünk azt az üzenetet is hordozza a helyi fiatalságnak, hogy nem kell elmenni a városból, Nádudvaron is komoly tudás birtokába lehet jutni. Ez számunkra azért is fontos, mert a városban cégünk alkalmaz a legnagyobb arányban pályakezdőket (alkalmazottaink 35%-a 30 év alatti). A konkrét helyszín azért kiválóan alkalmas a projekt megvalósítására, mert az a központi telephelyünk közvetlen közelében van. Az épület elhelyezkedése, közterületi kapcsolata megfelelően tudja kiszolgálni az üzem működését. A Hajdúsági Sütödék Zrt. tulajdonában lévő épület a kenyérgyár 15 évvel ezelőtti bezárása óta üresen áll, sem a városnak, sem a tulajdonosnak nem sikerült hasznosítani az épületet. Cégünk évek óta bérli az épületet, mely bérleti szerződés elővásárlási jogot biztosít számunkra. Az épület projekthelyszínként való hasznosítása a tulajdonos, valamint a város maximális beleegyezésével valósulna meg. Ahhoz, hogy az épületet a projekt megvalósítására alkalmassá tegyük, szükséges annak felújítása és átépítése. Az épület hagyományos szerkezetű magasított lyukacsos téglából falazott, jelenleg lapostetős kialakítású. Az átépítés során az épület régi lapostetős födémje helyett a megerősített tartószerkezetre épült új magastetős tetőszerkezet kialakítása tervezett, mely alatt teljes értékű üzem jöhet létre. Emellett a projekthez szükségszerű üzemi, tároló, kiszolgáló helyiség kialakítása is az építési terv része. Az épület nem túlzottan tagolt, a funkció által megkívánt szerkezeti átalakítás a jelenlegi falszerkezet kismértékű átbontásával, befalazásokkal valósítható meg. A tervezett átalakítással többletbeépítés nem keletkezik. Az ingatlan alaprendeltetése szerint beépítve üzemi funkciót tartalmazó, 1 db főépületet és 1 db melléképületet tartalmaz, ezen belül 4 db gépkocsi elhelyezését is biztosító kialakítású út-, térburkolat készül, megfelelő szélességgel, fordulási lehetőségekkel.