EDITIE 33, SEPTEMBER 2017

CSK neemt in Wageningen nieuwe laboratoria
en proeffabriek in gebruik

CSK Food Enrichment heeft net voor de zomer middenin de Food Valley, in het Plus Ultra gebouw op de Wageningen Campus, nieuwe research- en applicatielaboratoria en een complete proeffabriek in gebruik genomen. Hier vindt toegepast onderzoek plaats aan bacteriën voor startercultures voor de productie van zuivelproducten als kaas, yoghurt en kwark. Die bacteriecultures worden op grote schaal geproduceerd in de vorig jaar officieel geopende fabriek in Leeuwarden.

Lekker hè, zo’n stukje Goudse kaas uit het vuistje? Hulde wat dat betreft voor de kaasmakers, maar ook voor de producent van de startercultuur, een bacteriemix waarmee de fermentatie van de kaas op gang wordt gebracht. Deze cultures zetten namelijk niet alleen de productie in gang, maar bepalen ook voor een belangrijk deel de smaak en textuur van het eindproduct. In het geval van de Goudse kaas, zal dat naar alle waarschijnlijkheid CSK zijn, dat in Nederland het enige bedrijf is dat dergelijke cultures kweekt en wereldwijd marktleider is in halfharde kazen als de Goudse. CSK staat voor Coöperatieve Stremsel- en Kleurselfabriek. Het bedrijf werd in 1905 in Leeuwarden opgericht door zuivelproducenten voor de productie van zuivelingrediënten voor gefermenteerde zuivelproducten, zoals kleurstoffen, stremsel en later ook de gele polyvinylacetaatlaag die dient als kaascoating.

Bacteriestammen met de juiste eigenschappen kunnen
we vinden in onze schatkist, een verzameling
van een paar duizend bacteriestammen,
die we bewaren bij -196 °C.

Sinds de negentiger jaren van de vorige eeuw produceert het bedrijf ook startercultures, na overname van de collectie bacteriecultures en de productiefaciliteiten in Ede van het toenmalige Nederlands Instituut voor Zuivelonderzoek (nu Nizo Food Research). De in de loop der tijd ontwikkelde strategie om vanuit de combinatie van klantspecifieke oplossingen met een grote expertise in zuiveltechnologie te komen tot hoogwaardige producten, en daarbij ook succesvol exportmarkten te exploreren, maakte uitbreiding van de productiecapaciteit nodig. Hiervoor is een fabriek gebouwd met een driemaal zo grote capaciteit. Die nieuwe fabriek staat in Leeuwarden, bij de andere CSK-fabrieken voor de productie van ondermeer stremsel en de kaascoating.

Bert Hafkamp, bij CSK Food Enrichment verantwoordelijk voor de
pilot plant en de installaties, laat een tray met de bij -196 °C
ingevroren bacteriestammen zien.

Ofschoon de fabriek al enkele jaren geleden is gebouwd, en vorig jaar officieel is geopend, is de productie van de bacteriecultures nog niet volledig overgezet naar Leeuwarden. “We willen zeker weten dat we in Leeuwarden exact hetzelfde maken als in Ede. Natuurlijk zorg je er dan voor om precies dezelfde ingrediënten te gebruiken en dezelfde procesparameters in te stellen. Maar desondanks lopen de processen soms net weer iets anders, zit er variatie in. Bovendien kan je in tegenstelling tot bijvoorbeeld chemicaliën niet direct aan de hand van analytische technieken opbrengsten en zuiverheden bepalen. Wij kunnen naast de vereiste microbiologische controles ook een controle uitoefenen op basis van het effect van die bacteriecultures in eindproducten. Dus maken we met batches uit zowel Ede als Leeuwarden kaas of yoghurt, en laten die producten testen door een sensorisch panel. Constateren zij geen onderscheid, dan kan de productie van de betreffende bacterie worden voortgezet in Leeuwarden. Zijn er wel verschillen, dan passen we de procesparameters aan en beginnen we opnieuw. Daar kan best veel tijd in gaan zitten, vooral bij cultures die smaak geven aan de kaas. Kaas moet namelijk rijpen, en dan ben je als snel zes maanden verder.

Met ons uitgebreide assortiment aan bacteriecultures zijn met zo’n migratieproces dan jaren gemoeid. Maar in de loop van volgend jaar is dat naar verwachting afgerond”, vertelt Bert Hafkamp. Hij is laboratoriummanager bij de R&D-vestiging van CSK in Wageningen en is daar verantwoordelijk voor het applicatielab, met name de pilot plant, de technische installaties en de customer service. Ook deze R&D-faciliteiten zijn onlangs vanuit Ede verhuisd, ook al vanwege de groei. Voor R&D is echter de keuze gemaakt om in de Food Valley Ede-Wageningen te blijven.

 

Schatkist vol bacteriën

Het onderzoek bij CSK staat in het teken van de toepassing van nieuwe bacteriecultures voor de innovatie van zuivelproducten op het gebied van met name smaak en textuur, maar ook bioconservering en procesoptimalisering. Het belangrijkste ingrediënt in deze zijn de melkzuurbacteriën, die aan de basis staan van de productie van kazen en yoghurts door melk te verzuren waarbij lactose wordt omgezet in lactaat. Daarnaast zijn er vele eigenschappen van bacteriën die kunnen bijdragen aan de smaak en textuur van het eindproduct. Die onderzoeksvragen kunnen gericht komen van zuivelproducenten of worden meer algemeen  bepaald door markttrends.

Een trend bij yoghurts is bijvoorbeeld naar dikker en milder. “Wij gaan dan op zoek naar de bacteriestammen die de juiste eigenschappen hebben om dat het beste te kunnen realiseren. Hiervoor kunnen we uit onze schatkist putten. Dit is een in de loop van de tijd opgebouwde verzameling van een paar duizend bacteriestammen, die we bewaren bij -196 °C in drie cryogene opslagvaten van Cryo Solutions.

 

Het opkweken van de bacteriën en het ontwikkelen van
nieuwe recepturen begint altijd op laboratoriumschaal.
Ook voor Juul Willemsen is dit een uitdagende klus.

In een database hebben we van al die stammen de belangrijkste eigenschappen verzameld en zo kunnen we tot een eerste selectie komen van bacteriën die de gevraagde eigenschap het beste tot expressie brengen. In het geval van de dikkere yoghurt heb je een bacterie nodig die exopolysacchariden maakt, hele lange suikerketens die er voor zorgen dat de yoghurt wat dikker wordt. Als je die hebt gevonden –dat kan er eentje zijn, maar vaak zijn het er een paar– dan gaan we testen of de bacterie ook doet wat we willen. Dat doen we heel pragmatisch door het betreffende zuivelproduct te maken: yoghurt, kwark en andere vers gefermenteerde zuivelproducten doen we zelf in Wageningen; de productie van kaas hebben we uitbesteed. Als dat goede resultaten oplevert en het veiligheidsdossier op orde is, dan kan de bacterie in productie worden genomen. Hierbij optimaliseren we eerst op kleine schaal het proces in het laboratorium en daarna in de pilot plant, waarna de uiteindelijke productie in Leeuwarden plaatsvindt. Feitelijk hebben we dan een halffabrikaat, dat je kunt mengen met andere halffabrikaten tot een nieuw product, waarmee klanten die iets dikkere yoghurt kunnen produceren.”

 

Exploratief

Er belanden nog regelmatig nieuwe bacteriestammen in de schatkist. CSK werkt met universiteiten van over de hele wereld samen in biodiversiteitsprojecten, waarbij op afgelegen plekken stammen worden geïsoleerd en gekarakteriseerd uit artisanale producten. Zit daar een eigenschap tussen die van nut kan zijn voor CSK dan wordt de stam naar Wageningen gestuurd en in de cryovaten opgeslagen. Hierbij wordt conform het Nagoya Protocol gewerkt.

De drie cryogene vaten van Cryo Solutions waar
CSK de schatkist –de collectie van enkele
duizenden bacteriestammen– bij -196 °C bewaart.

In dit protocol staan afspraken over de toegang tot genetische rijkdommen en de eerlijke en billijke verdeling van voordelen die voortkomen uit het gebruik van die rijkdommen. Ook vindt er extra onderzoek plaats aan de stammen die al in de schatkist zitten, bijvoorbeeld als je op zoek bent naar bacteriën die een component kunnen maken die verantwoordelijk is voor een bepaalde smaak. “We beginnen dan met literatuuronderzoek naar welke bacterie de mogelijkheid heeft om die metabole route te volgen naar die component. De soms wel 200 bacteriën die dat oplevert, kweek je op en worden beoordeeld. Dat is puur screeningswerk. Zit daar wat tussen, dan zoek je aan de hand van analytische technieken de bevestiging of dit ook daadwerkelijk die specifieke component is”, vertelt Bert Hafkamp. Dan ben je er nog niet, want afgezien dat het beestje veilig moet zijn, zal het ook in combinatie met andere stammen zijn specifieke eigenschap moeten behouden en andere eigenschappen niet negatief mogen beïnvloeden. Dat is vaak een heel gepuzzel en verklaart het relatief grote aandeel onderzoekers dat werkzaam is bij CSK: bijna een kwart van de 180 medewerkers.

 

Food grade pilot plant

Van de pakweg 45 onderzoekers werkt ruim tweederde in de onderzoeks- en applicatielaboratoria op de eerste en tweede verdieping. Die ruimtes zijn ingedeeld in een bacteriofaagvrij en een bacteriofaagrijk gebied. Afgezien van deze zonering is er ook voor gezorgd dat medewerkers niet zomaar in hun labjas van de ene naar de andere ruimte lopen. Hiervoor zijn er verschillende typen labjassen. Bij microbiologie mag je alleen naar binnen met een jas met een wit kraagje; op de bovenste verdieping in het faagrijke gebied moet je een jas met een groene kraag dragen. Ook voor de pilot plant, waar acht mensen zich bezighouden met de versbereidingen en de fermentaties is er een jassenbeleid.

 

 

Diane Hek en Tiffany Williams bij de vaten waar

verse producten als yoghurt en kwark kunnen worden gemaakt.

In het schone deel van de pilot, mogen alleen mensen werken die een labjas met een blauw kraagje dragen. In het ‘vieze’ deel (waar de grondstoffen zijn opgeslagen en mediumbereiding wordt uitgevoerd) is het kraagje geel. In de food grade pilot plant, waarvan de FSSC22000-certificering gepland staat voor begin 2018, kunnen momenteel 100 liter kweken worden gemaakt. In de toekomst zal er ook een fermentor van circa 1000 liter worden geplaatst. Daarnaast zijn er zes vaten om verse producten als yoghurt, kwark, zure room en twarog te maken.

De pilot plant is letterlijk een fabriek in het klein, en moest in Wageningen in een lege proceshal worden ingebouwd. “Voor voorzieningen als stoom en ijswater, die in Ede vanuit het procesgedeelte via een leiding binnenkwamen, moesten we een hele installatie laten aanleggen. Daarnaast hebben veel aandacht besteed aan het ontwerp van de faciliteiten voor vloeibare stikstof, die voor onze processen van cruciaal belang zijn. Hierbij hebben we vanuit de door gasleverancier Air Products geleverde bulktank van 6 kuub, die naast het gebouw staat in het gassenhok, een circa 70 meter lange vacuüm geïsoleerde leiding aangelegd, die in drie afzonderlijke ruimtes onder andere de apparatuur van vloeibaar stikstof voorziet. Omdat we zowel in Ede als Leeuwarden goede ervaringen hebben met Cryo Solutions en hun samenwerking met Air Products, hebben we ook voor onze proeffabriek de cryogene installatie door dit bedrijf laten ontwerpen en aanleggen, alsmede het verhuizen van een deel van de installatie vanuit Ede. Bovendien voorzien ze in het onderhoud en een 24-uurs backup service”, vertelt Bert Hafkamp.

 

Cryogene installatie

In de eerste ruimte die van buitenaf gezien door de leiding met vloeibare stikstof wordt aangedaan staat de pelletizer. Hiermee worden de bacterieconcentraten, die zijn geproduceerd in de kweekfermentor, ingevroren tot -196 °C. Deze ruimte, waar veel handmatige handelingen plaatsvinden, is uitgerust met een speciale noodafzuiging waarmee in het geval van een daling van het zuurstofniveau de ruimte direct 12,5 keer per uur kan worden ververst. Dit apart aangelegde ventilatiecircuit is geclassificeerd volgens SIL-1, een norm voor veilig werken. Net als bij de andere twee faciliteiten is de toegang tot de ruimte voorzien van een stoplicht, dat op basis van zuurstofdetectie op groen of op rood staat. Evenals de noodstop in de ruimtes zijn deze gekoppeld aan een centrale PLC.

De tweede toepassing is een cryogene backupfaciliteit voor de -40 °C vriezers. In de derde ruimte, zichtbaar door een glazen wand vanuit de pilot fabriek, staan drie MVE1400 cryogene vaten waarin de schatkist met duizenden bacteriecultures is opgeslagen. Het nieuwste vat is voorzien van een CryoFill vulautomaat en is gekoppeld met het Cryo-Xiltrix alarm- en monitoring systeem. Hiermee kunnen alarmen worden doorgegeven aan een meldkamer en/of individuele gebruikers en kan van afstand in het systeem worden gekeken. Alle koelcellen en vriescellen zijn aangesloten op een centrale unit in de technische ruimte. Voordeel ten opzichte van losse vriezers is dat er geen lokale warmte-ontwikkeling is bij de vriezers zelf: al de warme lucht gaat direct vanuit de technische ruimte naar buiten. Dit bespaart uiteindelijk een hoop koelcapaciteit in de laboratoria en de pilots

 

Omzichtig

Waar met de cryogene installatie de zuivere bacteriestammen onder optimale omstandigheden worden bewaard, is het zaak om ze, eenmaal in ontdooide toestand, net zo zuiver te houden. “Het kweken van bacteriën lijkt van afstand een saaie routinematige klus. Maar de uitdaging zit hem in het goed opleveren van de recepten en om daarbij die kweek zonder besmetting, met hoge opbrengsten voor elkaar te krijgen. Je bent daar heel technologisch mee bezig met best wel complexe apparatuur. En het komt ook allemaal heel kritisch. Want we streven bij een gemiddelde cultuur van 1010-1011 bacteriën/gram naar maximaal 500 vreemde, niet-melkzuur bacteriën en dan ook nog eens minder dan één gist of schimmel of enterobacterie of staphylococcus per gram concentraat. Dat is, net als het vriezen, gewoon topsport!”, aldus Bert Hafkamp.

 

Cryo Solutions

www.cryosolutions.nl

 

CSK Food Enrichment

www.cskfood.com/nl

KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA