Methoden der Haltbarmachung von Lebensmitteln durch Einwirkung ...

Methoden der
Haltbarmachung von
Lebensmitteln durch
Einwirkung von Hitze
1

• Otto von Guericke
Historie
– Entdeckte die Stofflichkeit von Luft
– Versuche mit Vakuum und Wirkung des
Aussendruckes auf den luftleeren bzw.
luftverdünnten Raum
– Magdeburger Halbkugel 1654
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• Denis Papin
Historie
– 1690 Papinsche Topf
– druckstarker Topf aus Kupfer mit Sicherheitsventil
– Flüssigkeit kann über ihren Siedepunkt erhitzt
werden im verschlossenen Druckgefäß
– Der entstehende Dampf drückt auf die Flüssigkeit
und verschiebt den Siedepunkt
3

Historie
• Francois Nicolas Appert 1790
– Prinzip der Hitzekonservierung
– Die Entwicklung von Mikroorganismen kann
verhindert werden unter Luftabschluß und
ausreichender Erhitzungszeit
– Ziel zur Konservierungsverfahrens war die
Haltbarmachung von Lebensmitteln z. B. zur
Sicherstellung der Armeen in allen Jahreszeiten
an allen Orten
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Historie
• Francois Nicolas Appert 1790
– Prinzip der Hitzekonservierung
– Die Entwicklung von Mikroorganismen kann
verhindert werden unter luftabschluß und
ausreichender Erhitzungszeit
– Ziel zur Konservierungsverfahrens war die
Haltbarmachung von Lebensmitteln z. B. zur
Sicherstellung der Armeen in allen Jahreszeiten
an allen Orten
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Historie
• Appert‘sche Verfahren
– Haltbarmachung bei Kerntemperatur von
100°C
• Louis Pasteur
– Kurzzeiterhitzung auf 70°C, wobei die
Indikationskeime Hefen waren
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Historie
• Hahn & Co. Lübeck
– 1848 als 1. eingetragene Dosenfabrik
• Rudolf Rempel
– 1892 Verfahren zur Sterilisierung von
Nahrungsmitteln in geschliffenen Gläsern
mit Gummiringdichtung
•Fa. Weck
– 1897 Weck Einkochgläser
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Praktische Verfahren der
Hitzekonservierung von
Lebensmitteln
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• Pasteurisation
Pasteurisation und
Sterilisation
– Abtötung der vegetativen Keime
– Auch der pathogenen Keime, die nicht in
Sporenform vorliegen
• Sterilisation
– Völlige Abtötung aller Mikroorganismen
einschließlich der Bakteriensporen
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Zielsetzung
• Haltbarkeit oder biologische Stabilität
– die aber ist allein nicht für die Haltbarkeit
eines Lebensmittels zuständig
• Weitere Faktoren
– Enzymtätigkeit
– Chemische Prozesse
• Z. B. Oxidation
10

Pasteurisation
• Wirksamkeit der Hitzeeinwirkung
–

Wärmeanwendung
• Abtötung der Mikroorganismen einschl.
der Bakteriensporen
• Inaktivierung der Enzymtätigkeit
• Wärmeanwendung steht bei ihrer
Anwendung im Zusammenhang mit der
Sensibilität des LM
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Ursache des MO-todes unter
Hitzeeinwirkung
• Proteindenaturierung durch
Hitzeeinwirkung bewirkt den Tod der
Mikroorganismen
• Enzyme werden letal geschädigt
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Logarithmische
Absterbeordnung und
D-Wert
• Historisch: bei Erreichen einer
bestimmten Temperatur sterben alle
Mikroorganismen ab
• Fakt ist: das Absterben der MO geschieht
unter letaler Hitzeeinwirkung in einem
zeitabhängigem Prozeß
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• Bei Einwirkung gleicher letaler
Temperatur und gleicher Hitzeresistenz
der Microorganismen erfolgt die
Absterbung nach den
Gesetzmäßigkeiten einer Reaktion 1.
Ordnung.
• In jeder Zeiteinheit von gleicher Dauer
stirbt derselbe Bruchteil an Keimen
• MO unterliegen einer logarithmischen
Absterbeordnung
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Abtötungskurven zweier MO
1,00E+04
1,00E+03
1,00E+02
1,00E+01
1,00E+00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
A
B
16

D- Wert
• Ist die Zeitspanne, die bei einer
gegebenen Temperatur zur Reduktion
einer MO Population auf 10%
erforderlich ist.
• wird in Minuten gemessen
• unter Angabe der Temperatur
• z. B. D120= 4 min. heißt eine
Dezimalreduktionszeit von 4 min. bei
120 °C
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D-wert=
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Erhitzung/min
0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
Überlebende MO
10 000 000
1 000 000
100 000
10 000
1 000
100
10
1
0,1
0,01
18

• Das heißt:
• Im Produkt liegen 10E+7 KBE/g vor
• Bei 10000 Dosen sind das statistisch
1000 Sporen pro Dose
• Bei 5D = 20 min. sind noch 0,1 Spore je
Dose enthalten oder
• 100 Dosen mit je 1 Spore
• 99 % der Dosen sind steril
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Schlussfolgerung
• Die zur Sterilisation notwendigen
Erhitzungszeiten sind von der absoluten
Zahl der im Produkt befindlichen Keime
abhängig
• Eine absolute Sterilität ist nicht
erreichbar !
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Beeinflussung des D Wertes
• Alter der Zelle
• Nährboden
• aw-Wert
• pH- Wert
• Salze
• Zucker
• Proteine
• Proteine
• Fette
• Antibiotika
• Konservierungs-
Stoffe
• Ätherische Öle
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• Beispiel:
Hefen im Traubensaft:
D75°C = 25 Sekunden
Bei einer Ausgangszahl von
10.000 KBE/ml
(Koloniebildenden Einheiten) ist
nach einem D-Wert, also nach
25 Sekunden bei 75°C, die
Keimzahl auf 1.000 KBE/ml
reduziert worden.
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Z-Wert
• Die erforderliche Temperaturerhöhung,
die nötig ist, um den D-Wert um eine
Zehnerpotenz zu reduzieren. Dieser
Wert ist in erster Linie von dem
betrachteten Leitkeim abhängig
– Leitkeim: beschreibt den Keim, der für das
jeweilige Produkt die höchste microbiologische
Gefahr oder Resistenz bedeutet
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Z-Wert
• Neben der Erhitzungszeit ist das
Absterbeverhalten von
Microorganismen von der Höhe der
einwirkenden Temperatur abhängig
• Je höher die Temperatur desto kürzer
die Erhitzungszeit
• Je höher der Z-Wert desto
hitzeresistenter ist die MO-Spezie
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• Hefen im Traubensaft:
–D75°C = 25 Sekunden, z = 10
Bei einer Temperaturerhöhung
von 75°C auf 85°C werden zur
Erreichung eines D-Wertes (also
um die Keimzahl auf ein Zehntel
zu reduzieren) nur noch 2,5
Sekunden benötigt.
25

Z-Wertbetrachtung bei
Bakteriensporen
• Bei jeder Temperaturerhöhung um 10
K wird der Sterilisationseffekt
verzehnfacht
• Mit dem z-Wert lassen sich die
Sterilisationszeiten bei verschiedenen
Temperaturen ineinander umrechnen
• Der Z Wert drückt die Hitzeresistenz der
MO aus
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Z-Werte für LM-inhaltsstoffe
• Vitamine Z= 25...31
• Enzyme Z= 7...55
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F(Fahrenheit)-
Wert=Sterilisationseffekt
• Der F-Wert entspricht der
Abtötung einer bestimmten MO-
Art mit einem gegebenen z-Wert
• Er gibt an mit der Zahl in Min., die
bei 121,1°C(250°F) denselben
letalen Hitzeeffekt herbeiführen
würde. Er gilt für z = 10 K
28

F(Fahrenheit)-
Wert=Sterilisationseffekt
• Der F-Wert als Sterilisationswert
gibt an, welche Zeit in Min., die
man erhält, wenn man die bei
einem Sterilisationprozeß
durchlaufenen R-zeiten und R-
Temperaturen auf eine aquivalente
Erhitzung bei 121,1°C umrechnet.
29

F(Fahrenheit)-
Wert=Sterilisationseffekt
• Je größer der F-Wert für ein und
dasselbe Produkt ist, um so größer
die microbiologische Stabilität und
je länger die Haltbarkeit
30

F-Wert
• Die F-Werte werden durch die
Integration der
Kerntemperaturkurve gegen die
Zeit ermittelt. Dabei ist der z-Wert
für den Leitkeim maßgebend.
31

F-Wert
• Dabei geht man von folgendem
Grundwert aus:
– Für Clostridium botulimum
• Reaktionstemperatur = 121,1 °C
•D0 = 0,21 min.
• Z = 10 k
• 1 F-Wert = 1 Minute bei 121,1°C
32

F-Wert
• Dabei geht man von folgendem
Grundwert aus:
– Für Clostridium botulinum
• Reaktionstemperatur = 121,1 °C
•D0 = 0,21 min.
• Z = 10 k
• 1 F-Wert = 1 Minute bei 121,1°C
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Fäulnis
verursachende
Clostridien
Toxin bildende
Clostridien
12 D Konzept
Temperatur
°C
121
121
D-Wert
0,1 – 1,5 min.
0,1 – 0,2 min
34

12 D Konzept
• Leitkeim ist Clostridium botulinum
• Clostridium b. hat bei einem pH- Wert
von 4,5 ein D 121= 0,21 min.
• D.h. für eine ausreichende Sicherheit
wird eine Keimreduktion um 12
Zehnerpotenzen angestrebt.
• daraus ergibt sich ein 12 D Wert für
Cl.b. von 12 x 0,21 = 2,52 min.
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12 D Konzept
• Bei pH- Werten

Abhängigkeit des
Sterilisationseffektes
• Mikrobiologische Belastung des
Verarbeitungsgutes
• Wärmetransporteigenschaften des
Füllgutes
• Größe, Format, Material der Dosen
• Stand oder Bewegung der Dosen
(Zwangskonvektion)
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Technologische Zielsetzung
• Sterilzustand erreichen
• Minimale thermische Schädigung des
Produktes
• Daher: Hohe Temperaturen mit kurzen
Einwirkungszeiten
– HTST = High temperature short time
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Pasteurisation o. Sterilisation?
• Nach dem pH- Wert erfolgt die
Einteilung der Konserven in drei
Gruppen
– Stark saure Füllgüter pH 4,5
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Pasteurisation
• Temperaturen zwischen 62…85°C
• Temperaturbereiche

Thermische Konservierung von LM
In hermetisch
verschlossenen
Behältern
Diskontinuierlicher
Prozeß
Kontinuierlicher
Prozeß
Im unverpacktem
Zustand
Kontinuierlicher
Prozeß
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Thermische Konservierung von LM
In hermetisch
verschlossenen
Behältern
Diskontinuierlicher
Prozeß
Kontinuierlicher
Prozeß
Im unverpacktem
Zustand
Kontinuierlicher
Prozeß
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•Offene
Kochanlagen
•Standautoklaven
•Rotationsautoklaven
•Durchlaufpasteurisator
•Spiraldruckkocher
•Hydrostatische
Sterilisation
•Oberflächenwärmeübertrager
•Mischen mit
Dampf
•Mikrowellenerwärmer
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Haltezeit
10 3
10 2
10 1
Vitaminschädigung
Abtötung pathogener Keime
Pasteurisation
Sporenabtötung
Sterilisation
Farbveränderung
50 160
Temperatur °C
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Temperatur
Temperaturphasen des
Autoklavierens im Autoklaven
Erhitzungsphase
Haltephase
Zeit
Abkühlphase
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Cook & Chill Verfahren
• Kombiniertes Verfahren zur kurzzeitigen
schonenden Pasteurisierung von
Fertigprodukten
• Garen der Produkte bei Temperaturen
von > 65°C
• Lagern bei Kühltemperatur

Cook & Chill Parameter
• Erhitzte abgefüllte Fertigprodukte
müssen in 3 h von 56°C auf 10°C
abgekühlt sein
• Lagerung bei max. 7°C
• Max. Lagerdauer 72 h
50