Een superschoon sapje

Voor de gehaaste student die zijn vitaminegebrek wil aanvullen zijn ze de ideale uitkomst: verse vruchtensappen. Supermarkten bieden ze steeds vaker kant-en-klaar aan. Lekker, maar lang houdbaar zijn ze niet. De pakken met houdbaar sap hebben weer het nadeel dat het sap ook houdbaar smaakt, vergeleken met de zelfgeperste concurrent. Dit komt doordat het sap moet worden verhit om bacteriën te doden. Maar die hitte doodt de smaak ook een beetje.

De sectie vermogenselektronica (EPP) zocht daarom met TNO, Fcdf, Stork, A&F en Unilever naar een manier om die verhitting te vermijden. Een nieuwe methode, ‘peffen’ (pulsed electric fields), zou hierbij uitkomst kunnen bieden. “Rond de leiding waarin je het sap transporteert kun je een elektrisch veld aanleggen van veertig kilovolt per centimeter”, legt Sjoerd de Haan van EPP uit. Namens de sectie leidt hij het onderzoek naar het peffen. “Met het elektrische veld trek je de bacteriën in het sap als het ware stuk, zonder dat je hoeft te verhitten.”

Vier jaar lang sleutelde hij aan een elektrisch veldsysteem dat sap in de transportleiding naar de verpakkingsafdeling bacterievrij maakt. “Sinaasappelsap bleek nog een lastig goedje”, zegt De Haan. “Het heeft de vervelende eigenschap dat het sterk geleidend is. Daardoor treedt warmteontwikkeling op en dat wil je juist vermijden. De afgelopen jaren zijn we dan ook bezig geweest om het elektrische veld zo aan te leggen, dat de temperatuur niet boven de vijftig graden oploopt.”

De elektrische puls moet dus lang genoeg zijn om de bacterie te doden en tegelijk kort genoeg om het sap niet te laten koken. Door met een frequentie van honderd hertz een puls van ongeveer drie microseconden toe te dienen, lukte dit.

Met het toedienen van een negatief geladen tegenpuls voorkwam De Haan een onbedoeld effect van het werken met elektrische velden. “Door het veld ontstaan aan de transportleiding elektrochemische reacties”, zegt hij. “Dit merkten we tijdens de eerste praktische experimenten. De metalen elektrodes roestten binnen een uur weg door elektrochemische effecten. Om die roestvorming te voorkomen moest je ook een negatieve tegenpuls, een omkeerspanning geven. In het onderzoek bleek dat je de reactie van het zure sap met het metaal in de leiding kunt stoppen door evenveel positieve als negatieve lading toe te voeren.”

Op deze manier kan nu tweehonderd liter sap per uur behandeld worden in een proefinstallatie bij Stork in Amsterdam. De volgende stap is het bouwen van een grotere versie van de sapmachine, die op industriële schaal sap met bacteriën kan elektrocuteren. “Voor ons is dat onderzoek wetenschappelijk gezien niet zo interessant meer”, zegt De Haan. “Wij gaan kijken of we ook kunnen peffen als het sap al in de verpakking zit. Zo kun je nabesmetting met bacteriën bij de verpakking tegengaan.”

Het sappak van de toekomst zou dan een heel ander jasje kunnen krijgen. “Je zou aan een platte plastic zak kunnen denken, omdat je daar makkelijker een veld rondom aanlegt waarmee je bacteriën doodt”, zegt hij. “We gaan dus met steun van STW en de industrie met de verpakkingsvorm experimenteren. Maar ook met het soort verpakkingsmateriaal en de manier waarop je een elektrisch veld aanlegt. Misschien moet je zelfs met elektromagnetische velden werken om bacteriën stuk te trekken. Maar voorlopig mag ik nog niet meer details loslaten.”

Sinaasappelsap bleek een lastig goedje, tijdens het onderzoek van Sjoerd de Haan. Doordat het sterk geleidend is, dreigde het snel te warm te worden. (Foto: Sam Rentmeester/FMAX)

Voor de gehaaste student die zijn vitaminegebrek wil aanvullen zijn ze de ideale uitkomst: verse vruchtensappen. Supermarkten bieden ze steeds vaker kant-en-klaar aan. Lekker, maar lang houdbaar zijn ze niet. De pakken met houdbaar sap hebben weer het nadeel dat het sap ook houdbaar smaakt, vergeleken met de zelfgeperste concurrent. Dit komt doordat het sap moet worden verhit om bacteriën te doden. Maar die hitte doodt de smaak ook een beetje.

De sectie vermogenselektronica (EPP) zocht daarom met TNO, Fcdf, Stork, A&F en Unilever naar een manier om die verhitting te vermijden. Een nieuwe methode, ‘peffen’ (pulsed electric fields), zou hierbij uitkomst kunnen bieden. “Rond de leiding waarin je het sap transporteert kun je een elektrisch veld aanleggen van veertig kilovolt per centimeter”, legt Sjoerd de Haan van EPP uit. Namens de sectie leidt hij het onderzoek naar het peffen. “Met het elektrische veld trek je de bacteriën in het sap als het ware stuk, zonder dat je hoeft te verhitten.”

Vier jaar lang sleutelde hij aan een elektrisch veldsysteem dat sap in de transportleiding naar de verpakkingsafdeling bacterievrij maakt. “Sinaasappelsap bleek nog een lastig goedje”, zegt De Haan. “Het heeft de vervelende eigenschap dat het sterk geleidend is. Daardoor treedt warmteontwikkeling op en dat wil je juist vermijden. De afgelopen jaren zijn we dan ook bezig geweest om het elektrische veld zo aan te leggen, dat de temperatuur niet boven de vijftig graden oploopt.”

De elektrische puls moet dus lang genoeg zijn om de bacterie te doden en tegelijk kort genoeg om het sap niet te laten koken. Door met een frequentie van honderd hertz een puls van ongeveer drie microseconden toe te dienen, lukte dit.

Met het toedienen van een negatief geladen tegenpuls voorkwam De Haan een onbedoeld effect van het werken met elektrische velden. “Door het veld ontstaan aan de transportleiding elektrochemische reacties”, zegt hij. “Dit merkten we tijdens de eerste praktische experimenten. De metalen elektrodes roestten binnen een uur weg door elektrochemische effecten. Om die roestvorming te voorkomen moest je ook een negatieve tegenpuls, een omkeerspanning geven. In het onderzoek bleek dat je de reactie van het zure sap met het metaal in de leiding kunt stoppen door evenveel positieve als negatieve lading toe te voeren.”

Op deze manier kan nu tweehonderd liter sap per uur behandeld worden in een proefinstallatie bij Stork in Amsterdam. De volgende stap is het bouwen van een grotere versie van de sapmachine, die op industriële schaal sap met bacteriën kan elektrocuteren. “Voor ons is dat onderzoek wetenschappelijk gezien niet zo interessant meer”, zegt De Haan. “Wij gaan kijken of we ook kunnen peffen als het sap al in de verpakking zit. Zo kun je nabesmetting met bacteriën bij de verpakking tegengaan.”

Het sappak van de toekomst zou dan een heel ander jasje kunnen krijgen. “Je zou aan een platte plastic zak kunnen denken, omdat je daar makkelijker een veld rondom aanlegt waarmee je bacteriën doodt”, zegt hij. “We gaan dus met steun van STW en de industrie met de verpakkingsvorm experimenteren. Maar ook met het soort verpakkingsmateriaal en de manier waarop je een elektrisch veld aanlegt. Misschien moet je zelfs met elektromagnetische velden werken om bacteriën stuk te trekken. Maar voorlopig mag ik nog niet meer details loslaten.”

Sinaasappelsap bleek een lastig goedje, tijdens het onderzoek van Sjoerd de Haan. Doordat het sterk geleidend is, dreigde het snel te warm te worden. (Foto: Sam Rentmeester/FMAX)