… en ingrijpender naarmate je het hoger verhit. Wat zijn de consequenties?

Take home message

• Door concentraties van inhoudsstoffen in melk te meten, kun je zien, wat er verandert als je melk pasteuriseert (72^oC), of zellfs tot 100^oC. Door verhitting karamelliseert de melk, wat veroorzaakt wordt door verbindingen met melksuiker (Maillard-reactie) met andere inhoudsstoffen.
• Hittegevoelige stoffen zijn vooral de wei-eiwitten (Lactoferrine) en de immuunglobulines.
• In melk dat verhit is geweest, kunnen door recontaminatie ongewenste bacteriën zich gemakkelijker vermenigvuldigen en voor problemen zorgen.
• Stoffen zeggen overigens niet alles of verhitting een probleem is. Onderzoek in dieren en mensen laten effecten zien van verhitting op de immunologie. Rauwe melk beschermt tegen allergie.

Vanwege voedselveiligheid wordt rauwe melk verhit: gepasteuriseerd of gesteriliseerd. Hoewel men ons lang wil doen geloven, dat verhitting ‘nauwelijks iets doet’ aan de voedingswaarde en vooral de werking van rauwe melk, laat een recente studie zien, welk type veranderingen er zoal plaatsvinden (Shuang et al., 2024). Nieuw is het niet, al eerder in 1980 heeft een Zwitsers gerenommeerd onderzoeksinstituut Agroscope, al uitgebreid de veranderingen door verhitting onderzocht (Blanc, 1980). Wat jammer is van Blanc’s onderzoek, is dat het vrijwel niet te vinden is in een bibliotheek. In dezelfde periode hebben de Zwitsers niet alleen gekeken naar inhoudsstoffen, maar ook beoordeeld is wat verhitting van melk betekent voor groei en ontwikkeling van 9 generaties ratten (Sieber et al., 1980).

Uit de Chinese studie komt naar voren, dat inhoudsstoffen verschillend reageren op stijgende verhitting. Naast rauwe melk werd gepasteuriseerde melk beoordeeld, die volgens het HTST-proces behandeld was, de meest gedronken gepasteuriseerde melk in vele landen. HTST betekent Hoge-Temperatuur-Short-Time: verhit op 72^oC gedurende 15 seconden. In de vergelijking werden verdere verhittingsstappen toegevoegd: 75, 80, 85, 90, 95 en 100^oC gedurende 15 seconden.

Stofgroepen en processen

Men beoordeelde de impact op immuniteit (IgG), de wei-eiwitten (Lactoferrine, totale wei-eiwit-concentratie), vitamines (C en B2), het doden van bacteriën (totaal kiemgetal, coliformen, Staphylococcos aureus en sporenvormers), maar ook op het verlies aan bacteriocide eigenschappen (uitgroei van Escherichia coli en Staphylococcus aureus toegevoegd na verhitting), antioxidantia (DPPH radicaal) en het karamelliseren van de melksuiker en aggregaatvorming met andere inhoudsstoffen (de Maillard reactie, gemeten als furosine).

Verhitting doodt bacteriën

Het belangrijkste doel van pasteurisatie is het doden van bacteriën. Dit wordt gemeten als het mesofiele (totale) kiemgetal. Ook kun je aanvullend bepaalde bacteriegroepen apart bekijken, zoals de coliformen (maatstaf voor reinheid), Staphylococcus aureus (maat voor uierontsteking) en sporenvormers (maat voor verborgen verontreiniging), (figuur 1).

Coliformen en S.aureus zijn direct na de HTST-pasteurisatie niet meer te kweken (0%). Het totale kiemgetal krijgt door HTST-pasteurisatie een knauw (meer dan 40% reductie), echter zelfs na sterilisatie dood je niet alle bacteriën (maximaal 70% reductie). Dit komt door de sporenvormende bacteriën, die opnieuw kunnen uitgroeien vanuit de sporen, ook als de melk gesteriliseerd is. Om sporenvormers kwijt te raken moet je melk twee keer steriliseren (vroeger: dubbel gestoomde melk) of moet je tot 140^oC verhitten (UHT-melk). Pas dan kun je melk ook buiten de koelkast maandenlang laten staan zonder dat verandering optreedt; deze melk is bacteriologisch dood.

Fig. 1. Afname door oplopende verhitting gedurende 15 seconden: totale mesofiele kiemgetal (TPC), Coliformen, Staphylococcus aureus en sporenvormers ten opzichte van de waarde in de rauwe melk (=100). De log10-hoeveelheden van de uitgangs-rauwe melk zijn respectievelijk 4,7; 2,6; 2,3 en 2,0. (De lijn voor de Coliformen en S.aureus liggen op elkaar overigens).

Her- of na-besmetting: na verhitting groeien bacteriën makkelijk uit

Rauwe melk heeft een intern afweersysteem tegen de groei van bacteriën. Bacteriën worden zeker in de eerste uren geremd. Melk verzuurt daardoor melk niet direct en bepaalde zoonoses groeien niet direct uit. Je mag er echter niet vanuit gaan, dat daarom elke rauwe melk veilig is. De veiligheid van rauwe melk hangt af van de begin-besmetting, een lage E.coli-concentratie en de koeling van de melk.

Duidelijk is wel, dat na verhitting van melk er sprake is van het wegvallen van de bescherming. Hoe hoger de verhittingstemperatuur, hoe sneller de toegevoegde E.coli en S.aureus zich vermenigvuldigen.

Dit is ook het probleem van de na-besmetting, dat wil zeggen na pasteurisatie van de melk in een fabriek vindt er een besmetting plaats. Dergelijke besmettingen zijn op zijn minst net zo gevaarlijk als de aanwezigheid van de bacteriën in de rauwe melk zelf. Door de grotere rijkwijdte van gepasteuriseerde melk uit een en dezelfde fabriek zijn problemen vaak veel groter, wel zeldzamer.

Fig. 2. De toename van Escherichia coli en Staphylococcus aureus toegevoegd na verhitting (en afkoeling) van de melk en ten opzichte van de uitgroei in rauwe melk (=100).

Het verlies aan wei-eiwitten en afweer

Fig. 3. Afname in concentratie door oplopende verhitting gedurende 15 seconden: wei-eiwitten totaal, Lactoferrine, Immuunglobuline G en antioxidantia (als DPPH radicaalvangvermogen) ten opzichte van de waarde in rauwe melk (=100).

Al na de gewone pasteurisatie (HTST, 72^oC) is er sprake van een 20-30% reductie in Lactoferrine en IgG. Zowel Lactoferrine als IgG hebben een rol voor de immuniteit. Boven de 85^oC zijn beide stoffen tot nul gereduceerd. De wei-eiwitten zijn doorgaans hittegevoeliger dan de caseïne-eiwitten. Alles bij elkaar opgeteld daalt de concentratie van alle wei-eiwitten geleidelijk bij stijgende temperatuur. Lactoferrine is onderdeel van deze wei-eiwitten, maar is duidelijk hittegevoeliger. Antioxidantia zijn van betekenis om vrije radicalen weg te vangen. Ook hier geldt een forse teruggang bij de hogere (sterilisatie) temperaturen.

Verder daalt het vitamine C-gehalte met ruim 30% en is er nauwelijks een verlies van vitamine B2. Dit geldt voor alle temperaturen (niet weergegeven).

Maillard-reactie

Nauwelijks zichtbaar voor het blote oog, zorgt verhitting voor een crèmekleurige melk. Dit wordt karamellisatie genoemd. Melksuiker verbindt zich met andere inhoudsstoffen, waardoor de werking verandert, meestal vermindert. Dit wordt gemeten in de Furosine-concentratie.

Fig. 4. Toename van Furosine als maat voor het karamelliseren van melksuiker oftewel de Maillard-reactie door oplopende verhitting van de melk gedurende 15 seconden; relatieve waarden tov rauwe melk (=100).

Wanneer melk echt richting het kookpunt wordt gebracht neemt karamellisering sterk toe. Echter ook in gepasteuriseerde melk is dit al merkbaar, iets wat de meeste mensen proeven als een iets zoetere melk-smaak ten opzichte van rauwe melk.

Stof-concentratie of (uit)werking?

Door stoffen te meten willen we graag een uitspraak doen over gezondheid. Is een afname van enkele procenten ‘nog te tolereren’, ‘ongezond’ en ‘onschadelijk’? Is elke stof even belangrijk? Je weet vaak niet helemaal, hoe stoffen verteerd worden of met de slijmvliezen interacteren, om te beoordelen of de impact van verhitting relevant is. Caseïne-eiwitten en een wei-eiwit zoals beta-lactoglobuline (BLG) worden anders verteerd. Caseïnes vallen al snel uiteen in de (zure) maag, maar BLG bereikt deels onverteerd en onveranderd de dunne darm om daar zijn werk te doen als transport-eiwit.

Hoe en of bijvoorbeeld BLG een werking heeft hangt dus af van de mate van denaturatie door verhitting, maar ook of het BLG-eiwit geladen is met ijzer of vetzuren (Roth-Walter et al., 2020). Pas dan kan het ontregelde immuunsysteem tot rust brengen.

Eigen onderzoek (Uni Utrecht en Kassel) maakt duidelijk, dat al na pasteurisatie (HTST) er een negatieve uitwerking is op de immunologie van muisjes (voedselallergie-model), maar dat ook multiple allergische kinderen de HTST-melk niet, maar de onverhitte, rauwe melk wel kunnen verdragen zonder allergische verschijnselen te tonen. Verder lijkt het erop, dat muisjes sterker allergisch reageren op melk die tot 80^oC verhit is geweest, dan bij de HTST-melk van 72^oC (Abbring et al., 2019). Naast reacties op allergie of astma, zijn er ook gevolgen bekend op de groei. Zo lieten Sieber et al. (1980) zien, dat je meerdere generaties nodig hebt, om verschillen in groei van ratten zichtbaar te maken, die met rauwe of verhitte melk gevoerd werden en zonder precies te weten door welke stof of stoffen de verschillen in groei veroorzaakt zijn.

Literatuur

• Abbring, S., Kusche, D., Roos, T. C., Diks, M. A., Hols, G., Garssen, J., Baars, T. & van Esch, B. C. (2019). Milk processing increases the allergenicity of cow’s milk—Preclinical evidence supported by a human proof‐of‐concept provocation pilot. Clinical & Experimental Allergy, 49(7), 1013-1025.
• Blanc B. (1980). Einfluss der thermischen Behandlung auf die wichstigsten Milchinhaltstoffe und auf den ernährungsphysiologischen Wert der Milch. Alimenta-Sonderausgabe, (1980), pp 5-25
• Blanc B. (1982). Les protéines du lait à activité enzymatique et hormonale. Le Lait (1982), 62, 350-395
• Roth-Walter, F., Afify, S. M., Pacios, L. F., Blokhuis, B. R., Redegeld, F., Regner, A., … & Hufnagl, K. (2020). Cow milk protein beta-lactoglobulin confers resilience against allergy by targeting complexed iron into immune cells. Journal of Allergy and Clinical Immunology.
• Sieber, R., Rüst, P. und Blanc, B. (1980). Ernährungsphysiologischer Vergleich von roher, pasteurisierter und ultrahocherhitzter Milch in einem Langzeitversuch mit Ratten. Alimenta-Sonderausgabe, pp. 49-56.
• Shuang, J., Liu, Y., Hettinga, K., Zhang, L., Liu, X., & Zhou, P. (2024). Effects of different heat treatments on the bioactive components, bactericidal and antioxidative capacity of bovine milk. International Journal of Dairy Technology.

Alle figuren in dit artikel zijn afgeleid uit Shuang et al., 2024.