12.2 Houdbaarheid van ongeconcentreerde sappen
Citrusvruchten zijn seizoensgebonden. Daaruit volgt dat de productie van niet uit sapconcentraat verkregen sap (NFC) ook seizoensgebonden is. Anderzijds is de vraag naar dit bij uitstek populaire product vrijwel het hele jaar door constant. Bijgevolg is langdurige opslag van NFC-sap op enkelvoudige sterkte vandaag de dag een industriële noodzaak (WFLO, 2008). De op te slaan hoeveelheden zijn enorm, zodat opslag in relatief kleine detailhandelsverpakkingen onpraktisch is. Een tijd lang bestond de technologie voor de langetermijnopslag van grote hoeveelheden NFC-sap erin het sap in te vriezen en het als grote bevroren blokken of plakken op te slaan tot het nodig was om te ontdooien en opnieuw te verpakken voor de detailhandel. Dit was zeer duur en omslachtig. Sinds de jaren tachtig is de oplossing van de grote industrie voor het probleem van langdurige opslag van grote hoeveelheden citrussap het gebruik van gekoelde bulkopslag in zeer grote tanks. Het sap wordt gepasteuriseerd, ontgast, gekoeld tot 0-1°C en aseptisch overgepompt in voorgesteriliseerde, gekoelde tanks. Er worden opslagtanks gebruikt met een capaciteit van een miljoen gallon (ongeveer 3.500 kubieke meter) of meer. Zij zijn vaak gemaakt van met epoxyhars bekleed koolstofstaal. De tanks zijn gegroepeerd in de zogenaamde “tank farms”, in de open lucht of in gekoelde omheiningen. Vaak wordt stikstof gespoten, om een inerte hoofdruimte te creëren en om te voorkomen dat de pulp door zwaartekracht wordt gescheiden. Als de temperatuur iets boven het vriespunt wordt gehouden en zuurstof op efficiënte wijze wordt uitgesloten, is een houdbaarheid van 1 jaar gegarandeerd. Uit concentraat gereconstitueerd sap behoeft niet langdurig te worden opgeslagen, omdat het op elk moment naar gelang van de vraag uit opgeslagen concentraat kan worden geproduceerd.
Er is vooral onderzoek gedaan naar de opslag en verpakking van citrusvruchtensappen en -concentraten voor producten die zijn verpakt in voor de detailhandel bestemde eenheden. Verschillende studies onderzochten het effect van de verwerkingsomstandigheden op de houdbaarheid. Pérez-Cacho en Rouseff (2008) hebben een overzicht gegeven van het onderzoek naar de effecten van verwerking en opslag op het aroma van sinaasappelsap. Mannheim en Havkin (1981) vergeleken de kwaliteit van aseptisch gebotteld sinaasappelsap met warm afgevuld gebotteld sap tijdens de opslag. In deze studie werd de kwaliteit van aseptisch sap beter beoordeeld onmiddellijk na het afvullen, maar de verschillen verdwenen na opslag. Sadler et al. (1992) maakten microbiële, enzymatische en chemische vergelijkingen van sinaasappelsap dat bij 4°C werd bewaard zonder pasteurisatie, met lichte pasteurisatie (66°C, 10 s) en met volledige pasteurisatie (90°C, 60 s), gericht op de inactivering van pectinesterase. De zuurstofdoorlaatbaarheid van de verpakking had geen invloed op de kwaliteit van ongepasteuriseerd sap. Licht en volledig gepasteuriseerde sappen in barrièrekartons vertoonden echter lagere microbiële tellingen, beter behoud van ascorbinezuur, en vertraging van het wolkverlies tegen de derde week van opslag. Gedurende de eerste 22 dagen van opslag verschilden de microbiële, troebelings- en ascorbinezuurwaarden voor licht gepasteuriseerd sap niet van die van volledig gepasteuriseerd sap. Het opslaggedrag van gekoeld grapefruitsap behandeld met UV-straling werd onderzocht door La Cava en Sgroppo (2015). Uysal Pala en Kırca Toklucu (2013) onderzochten ook de veranderingen in UV-behandeld sinaasappelsap tijdens gekoelde opslag en ontdekten dat UV-behandeling de opslagstabiliteit van het sap verbeterde. De microbiële conservering van citrussappen door zilver- en titaanverbindingen verwerkt in de verpakkingsfilms is recentelijk bestudeerd door Peter et al. (2015).
Het effect van verwerkingsvariabelen en verpakkingsmaterialen op de houdbaarheid van aseptisch afgevuld sinaasappelsap met één sterkte werd onderzocht door Graumlich et al. (1986) en door Ros-Chumillas et al. (2007). Glas, meerlagig PET (polyethyleentereftalaat), en monolayer PET flessen werden uitgeprobeerd. Monolayer PET vertoonde de laagste retentie van ascorbinezuur. Als echter extra beschermende maatregelen werden genomen, zoals zuurstofvangers, toevoeging van vloeibare stikstofdruppels in de kopruimte tijdens het afvullen, aluminiumfolie in de schroefdop en gekoelde opslag, kon de houdbaarheid in monolayer PET-flessen worden verlengd tot waarden die werden gevonden bij glazen en multilayer PET-flessen. Glas heeft het nadeel van gewicht en breekbaarheid. De meest populaire verpakking voor zowel NFC als gereconstitueerd sap is het meerlagige karton. Het verpakkingsmateriaal bestaat meestal uit vier lagen, namelijk: een binnenlaag van polyethyleen voor de afsluitbaarheid, een laag aluminiumfolie voor de gas- en lichtdichtheid, een laag papier voor de mechanische sterkte en bedrukbaarheid, en een laag polyethyleen voor de bescherming aan de buitenkant. Door de rechthoekige doorsnede van het karton kan aanzienlijk worden bespaard op opslag- en uitstalruimte, vergeleken met ronde flessen. Gelamineerd en bedrukt karton wordt op rollen geleverd en de verpakkingen worden ter plaatse gevormd.
Het opslaggedrag van gereconstitueerd sinaasappelsap, verwerkt door middel van conventionele thermische pasteurisatie (80°C, 30 s) of behandeling onder hoge hydrostatische druk (500 MPa, 35°C, 5 min), werd bestudeerd door Polydera et al. (2003). Voor de verpakking werden polypropyleen flessen en gelamineerde flexibele zakjes gebruikt. De opslagtemperaturen waren 0 en 15°C. Het verlies aan ascorbinezuur was lager voor sappen die onder hoge druk waren behandeld, wat een langere houdbaarheid betekende in vergelijking met op conventionele wijze gepasteuriseerd sap. Het kinetisch model toonde een sterkere temperatuurafhankelijkheid van het verlies van ascorbinezuur in onder hoge druk behandeld sap. De berekende activeringsenergieën bedroegen 61,1 kJ mol-1 voor onder hoge druk behandeld sap tegenover 43,8 kJ mol-1 voor thermisch gepasteuriseerd sap. De toename van de houdbaarheid op basis van ascorbinezuur retentie was 11% en 65% voor opslagtemperaturen van respectievelijk 15 en 0°C. Voor sappen in zakjes bedroeg de toename van de houdbaarheid respectievelijk 24% en 57%. De kleur werd niet significant beïnvloed door de verwerkingsmethode.
In het kader van de inspanningen om een gepasteuriseerd sap te produceren met minder thermische schade aan de smaak, onderzochten Naim et al. (1988) het effect van opslag op matig gepasteuriseerd sinaasappelsap met toegevoegde thiolen (glutathion, L-cysteïne, N-acetyl-L-cysteïne) als aromabeschermers. Verrijking met thiolen bleek de vorming van p-vinyl guaiacol (de verbinding die het meest schadelijk is voor de smaak van opgeslagen sinaasappelsap, zie hoofdstuk 2), ascorbinezuurdegradatie en bruinverkleuring tijdens opslag te verminderen.
De belangrijkste waarneembare kwaliteitsschade tijdens opslag is niet-enzymatische bruinverkleuring, die bijzonder snel optreedt in citroen- en grapefruitsappen. De smaak van citroenen en grapefruitsappen gaat achteruit en de smaak wordt minder. Roig et al. (1999) onderzochten de niet-enzymatische bruinkleuring van citrussap dat in TetraBrick-kartons werd bewaard. Zij ontdekten dat de bruinkleuring te wijten was aan carbonylverbindingen gevormd door de afbraak van ascorbinezuur en niet aan de carbonyl-amino Maillard reactie. Nagy e.a. (1990) controleerden de niet-enzymatische bruinkleuring in ingeblikt en gebotteld grapefruitsap met enkelvoudige kracht dat 18 weken lang bij 10-50° C werd bewaard. De bruinkleuring was sneller en intenser in gebotteld sap dan in ingeblikt sap. Bliksap dat bij 10 en 20° C werd bewaard, vertoonde geen bruinverkleuring, kennelijk als gevolg van de reducerende werking van tin in een zure omgeving. Deze bevinding heeft vandaag weinig relevantie, aangezien het inblikken van sap praktisch overbodig is geworden.
Wibowo et al. (2015) onderzochten het effect van opslag op de kleur van gepasteuriseerd sinaasappelsap met één sterkte en de relatie tussen kleurverandering en degradatie van carotenoïden. Het sap werd gedurende 32 weken opgeslagen bij 20, 28, 35, en 42°C. Veranderingen in kleur werden bepaald door colorimetrie, met behulp van het CIELAB systeem en werden kinetisch beschreven als een nul-orde reactie. De berekende activeringsenergieën voor alle kleurparameters bedroegen 64-73 kJ mol-1. Verschillende carotenoïden bleken een verschillende gevoeligheid voor opslag te hebben. Veranderingen in carotenoïden hebben echter slechts een gering belang in het kleurverval tijdens opslag, dat veel sterker wordt beïnvloed door niet-enzymatische bruinkleuring.
Kleurstabiliteit tijdens opslag werd ook bestudeerd met bloedsinaasappelsap (Remini et al., 2015). De stabiliteit van ascorbinezuur en kleurintensiteit in gepasteuriseerd bloedsinaasappelsap gedurende 1 maand opslag bij 4-37°C werd onderzocht. Volgens de wet van Arrhenius werden activeringsenergieën variërend van 51 tot 135 kJ mol-1 en van 49 tot 99 kJ mol-1 gevonden voor respectievelijk ascorbinezuurverlies en kleurdegradatie. Het effect van ascorbinezuurverrijking op het niveau van 100 en 200 mg L-1 op de kinetiek van ascorbinezuurverlies en kleurdegradatie was verwaarloosbaar. Bewaartemperatuur en ontluchting hadden de meest significante invloed op de kwaliteitsschade bij bewaring.
Nonenzymatische bruinkleuring en ascorbinezuurverlies zijn met elkaar verbonden (zie hoofdstuk 2). De snelheid van het verlies van ascorbinezuur in commercieel sinaasappelsap met een enkele sterkte, aseptisch afgevuld in TetraBrik kartonnen dozen, werd geëvalueerd door Kennedy et al. (1992) bij verschillende opslagtemperaturen. Het niveau van opgeloste zuurstof aanwezig in het monster na verpakking beïnvloedde het gehalte aan l-ascorbinezuur aanzienlijk, evenals de opslagtemperatuur. Omgekeerd hing de verbruikssnelheid van opgeloste zuurstof af van de concentratie van l-ascorbinezuur. De auteurs concludeerden dat zowel aërobe als anaërobe afbraak van l-ascorbinezuur in hetzelfde systeem optreedt (zie hoofdstuk 2). Het aërobe proces overheerst en het anaërobe proces vindt plaats nadat het niveau van opgeloste zuurstof een evenwicht heeft bereikt. Soares en Hotchkiss (1999) bewaarden ontgast en niet-ontgast sinaasappelsap bij 7°C in verpakkingen met verschillende zuurstofdoorlaatbaarheid. Bij zowel ontzuurde als niet-ontzuurde monsters bleek de snelheid waarmee ascorbinezuur verloren ging omgekeerd evenredig te zijn met de zuurstofdoorlaatbaarheid, ongeacht de aanvankelijke opgeloste zuurstofconcentratie. Deze bevindingen lijken te wijzen op de ondoeltreffendheid van ontluchting en zijn in tegenspraak met andere rapporten. In de industrie worden sappen ontlucht vóór aseptische bulkopslag in tankparken.
Het risico van aromaverlies tijdens de opslag als gevolg van adsorptie door het verpakkingsmateriaal is een punt van zorg. Pieper et al. (1992) verpakten sinaasappelsap in kartonnen dozen bekleed met polyethyleen met lage dichtheid en controleerden de absorptie van 19 aromacomponent in het polymeer tijdens de opslag. Er werd een vermindering van d-limoneen tot 50% waargenomen, maar een ervaren sensorisch panel maakte geen onderscheid tussen sap opgeslagen in gelamineerde kartonnen dozen en glazen flessen. De adsorptie van 10 aromacomponenten van citrusvruchten door polypropyleen verpakkingsfolie werd bestudeerd door Lebossé et al. (1997). De praktische betekenis van dit fenomeen, dat bekend staat als “flavor scalping”, is een punt van controverse onder onderzoekers. In tegenstelling tot andere eerder gepubliceerde rapporten (Pieper et al., 1992), toonde sensorische evaluatie door middel van verschiltesten gedaan door Siegmund et al. (2004) aan dat sap gevuld in de gelamineerde kartonnen verpakking veel sneller veranderde dan product bewaard in glazen flessen.