Verlaagde redoxpotentiaal = verhoogde melkkwaliteit
De redoxpotentiaal, een meetwaarde voor de concentratieratio van oxidatoren en reductoren, wordt ondermeer aangewend om de microbiële kwaliteit van blikvoeding, dranken en melk te bepalen. In melk is er ook een duidelijk verband vastgesteld met de organoleptische kwaliteit. In het bijzonder duidt een verhoogde redoxpotentiaal op de ontwikkeling van oxidatieprocessen en bijhorende smaakafwijkingen. Het verlagen van de redoxpotentiaal kan door toevoeging van cysteïne (E920) en natriumsulfiet (E221). Doch vanwege de negatieve consumentenperceptie en strikte reglementeringen is de belangstelling voor niet-chemische alternatieven groot. Zo werd elektroreductie, een elektrochemische methode, eerder al getest op melk en fruitsappen. Dit proces gebruikt elektrolyse (levering van elektronen via de kathode) om elektrochemisch actieve componenten te reduceren (Figuur 1).
Redoxpotentiaal verlagen door elektroreductie
Canadese onderzoekers behandelden rauwe magere melk, gepasteuriseerde magere melk, gepasteuriseerde volle melk en een ultrafiltratie permeaat met een zelfontworpen elektroreductiesysteem (Figuur 1). De vier producten werden gedurende 1 uur geëlektroreduceerd. Er werden drie verschillende elektroreductiepotentialen (-1,15 V, -1,35 V en -1,55 V) getest. In elk van de gevallen resulteerde dit in een exponentiële afname van de redoxpotentiaal (88% van de afname deed zich voor tijdens de eerste 10 minuten, waarna de redoxpotentiaal zich geleidelijk aan stabiliseerde). Hoe negatiever de elektroreductiepotentiaal, hoe sneller de afname van de redoxpotentiaal. Immers, hoe meer elektronen er gegenereerd worden, hoe meer elektroactieve componenten gereduceerd worden. De efficiëntste redoxpotentiaal verlaging werd bekomen bij magere melkproducten. Tijdens bewaarproeven (4°C) stegen de redoxpotentialen in alle gevallen terug gestaag, hoewel ze na 16 dagen nog steeds onder die van niet-geëlektroreduceerde melk bleven. Algemeen merkte men echter op dat een duidelijke invloed van een elektroreductiebehandeling op de elektroreductiepotentiaal beperkt bleef tot 4 dagen na de behandeling. Blijkbaar veranderen veel van de gereduceerde melkcomponenten van redox status gedurende bewaring, mogelijks door oxidatie door de nog steeds aanwezig zijnde zuurstof in de melk.
Figuur 1: Schematisch voorstelling van de statische elektrolytische cel die door Schreyer et al. gebruikt werd voor de elektroreductie experimenten met melkproducten. Twee compartimenten van 300 ml zijn gescheiden door een CMX-SB kation membraan (Tokuyama Soda). Bron: Schreyer et al., Innovative Food Science and Emerging Technologies 9 (2008) p. 256.
Elektroreductie = ook verlaging opgeloste zuurstof concentratie
Net zoals de redoxpotentiaal verlaagt elektroreductie ook de opgeloste zuurstof concentratie (OZC). Melkproducten met hogere initiële OZC (gelinkt aan de mate van agitatie gedurende processing en transport) lieten de sterkste daling in OZC optekenen. Voor rauwe magere melk, gepasteuriseerde magere melk en gepasteuriseerde volle melk gold dat de daling in OZC scherper was naarmate de elektroreductiepotentiaal afnam (van -1,15 naar -1,55 V). Voor het ultrafiltratie permeaat werd een vaste daling (van -5,7 ppm) in OZC vastgesteld, welke elektroreductiepotentiaal ook toegepast werd.
De daling in OZC is te wijten aan zuurstofconsumptie ter hoogte van de kathode: 1/2O2 + 2H+ +2e- -> H2O. Hoe negatiever de elektroreductiepotentiaal, hoe meer elektronen er vrijgesteld worden aan de kathode en bijgevolg, hoe meer O2 gereduceerd zal worden tot H2O. Het is moeilijk om een eenduidige link te leggen tussen OZC en de redoxpotentiaal. Doch, daar zuurstof een elektrochemisch actieve component is zal zijn reductie in zekere mate bijdragen tot een daling in de redoxpotentiaal.
Tijdens bewaring bleek OZC gestaag verder te dalen, een fenomeen dat zich trouwens ook bleek voor te doen bij niet-geëlektroreduceerde melk (zij het minder uitgesproken). Waarschijnlijk wordt de zuurstof geconsumeerd voor oxidatie van geelectroreduceerde melkcomponenten, lipiden, thiol groepen en ascorbinezuur.
Elektroreductie heeft ook effect op de pH
Elektroreductie veroorzaakte geen veranderingen in de fysico-chemische samenstelling van de melkproducten (percentage vet, proteïne, suiker, droge stof). Wel werd een effect op de pH vastgesteld. Een duidelijke, vaste daling in pH (van 6,53 naar 4,25) werd vastgesteld bij het ultrafiltratiepermeaat, onafhankelijk van welke elektroreductiepotentiaal gebruikt werd. Bij rauwe magere melk, gepasteuriseerde magere melk en gepasteuriseerde volle melk daalde de pH lichtjes bij -1,15 V en -1,35 V ten gevolge van een toenemende migratie van protonen vanuit het anode compartiment (Figuur 1). Echter, bij -1,55 V bleek de pH lichtjes toe te nemen als gevolg van de consumptie van protonen voor de reductie van zuurstof (zie hoger) en de reductie van H2O waarbij hydroxiden gevormd worden (H2O + 2e- -> 2 OH- + H2) die op hun beurt protonen gaan neutraliseren (OH- + H+ -> H2O).Tijdens bewaring werden slechts lichte wijzigingen in pH vastgesteld.
In de praktijk?
De onderzoekers zien vooral toepassingsmogelijkheden bij magere melkproducten. Een opschaling van de geteste technologie zien ze in het gebruik van een elektrolytische cel met continue circulatie.
Bron
Schreyer A., Britten M., Chapuzet J.-M., Lessard J., Bazinet L. (2008) Electrochemical modification of the redox potential of different milk products and its evolution during storage. Innovative Food Science and Emerging Technologies 9, 255-264.
