dei – Prozesstechnik für die Lebensmittelindustrie 05.2023

Frau Dr. Siemer, was macht PEF zu einer schonenden Konservierungsmethode,
beispielsweise für Fruchtsäfte oder Smoothies?
Dr. Claudia Siemer: Klassischerweise werden Säfte durch thermische
Pasteurisation haltbar gemacht. Das heißt, das Lebensmittel
wird mehrere Sekunden lang einer Temperatur von 60 bis 90 °C
ausgesetzt. Beim PEF-Verfahren wird das Produkt dagegen wenige
Millisekunden lang Hochspannungspulsen ausgesetzt. Da die elektrischen
Pulse nicht auf die Inhaltsstoffe wirken, hat der Saft nach
der PEF-Behandlung eine sehr hohe Qualität. Er schmeckt sehr
frisch. Auch wertgebende Bestandteile wie Vitamin C und Farbstoffe
bleiben erhalten. Grüne Gemüse-Smoothies sehen nach einer thermischen
Behandlung zum Beispiel oft etwas braun aus. Nach einer
Behandlung mit gepulsten elektrischen Feldern ist das nicht der
Fall. Man kann durch PEF also ein mikrobiologisch sicheres Produkt
herstellen, ohne die Qualität maßgeblich zu beeinflussen.
Wie werden Mikroorganismen durch gepulste elektrische Felder
abgetötet?
Dr. Siemer: Sie müssen sich das so vorstellen: Das Produkt und
damit der Mikroorganismus befindet sich zwischen zwei Elektroden.
Der Mikroorganismus hat eine äußere Membran als Schutzschicht,
die aus Phospholipiden besteht. Phospholipide sind Iso -
latoren, das heißt sie leiten den elektrischen Strom nicht. Die Zelle
besitzt eine natürliche Ladung, das sogenannte Transmembran -
potenzial. Wird der Mikroorganismus elektrischem Strom ausgesetzt,
kommt es zu einer Ionenwanderung. Die Ionen sammeln
sich an der Membran, sodass Druck aufgebaut wird und gleich -
zeitig steigt das Transmembranpotenzial. Irgendwann kann die
Zelle dem Druck nicht mehr standhalten, die Membran bricht auf
und es werden Poren in duziert. Dieses Prinzip nennt man Elektro -
po ration. Die Zell membran wird quasi durchlöchert, dadurch läuft
die Zelle aus und wird inaktiviert.
Welche elektrische Feldstärke ist für die Abtötung von Mikro -
organismen in Lebensmitteln notwendig?
Dr. Siemer: Die elektrische Feldstärke ist neben dem Energie -
eintrag der Hauptparameter der PEF-Technologie. Die elektrische
Feld stärke muss den kritischen Wert von 10 kV/cm überschrei -
ten, damit Poren in der Membran induziert und die Zellen irreversibel
ge schädigt werden.
Vor der PEF-Behandlung müssen die Produkte auf 30 bis 40 °C
vorgewärmt werden. Warum?
Dr. Siemer: Durch die Vorerwärmung wird die Zellmembran em -
pfindlicher für die PEF-Behandlung, das heißt, man braucht weniger
Energie, um die Mikroorganismen zu inaktiveren.
„Durch die PEF-Behandlung kann man ein
mikrobiologisch sicheres Produkt herstellen,
ohne die Qua lität maßgeblich zu beeinflussen.“
Um wie viele log-Stufen werden Mikroorganismen durch die PEF-
Behandlung inaktiviert?
Dr. Siemer: Eine Studie hat ergeben, dass E.-Coli-Bakterien in Orangensaft
durch die PEF-Behandlung um 5 log-Stufen inaktiviert werden.
Dieser Wert wird auch von den Behören vorgegeben. PEF ist also
eine sichere Methode zur Haltbarmachung von Lebensmitteln.
Mit den PEF-Advantage-Pipe-Anlagen lassen sich flüssige Lebensmittel
mit gepulsten elektrischen Feldern haltbar machen. Sie bestehen aus
einem Generator und einer Behandlungszelle.
Gibt es einen Unterschied zwischen der Wirkung der elektrischen
Felder auf Hefen und ihrer Wirkung auf Bakterien?
Dr. Siemer: Ja. Hefen sind viel größer als Bakterien und je größer
die Zelle ist, desto einfacher lässt sie sich durch PEF inaktivieren. Das
heißt, für die Abtötung von Hefen ist eine geringere Energiemenge
notwendig als für die Inaktivierung von Bakterien.
In Fruchtsäften sind oft sporenbildende Bakterien ein Problem.
Kann das PEF-Verfahren auch Sporen abtöten?
Dr. Siemer: Ja, PEF kann sowohl vegetative Bakterien auch Sporen
inaktivieren. Um Sporen abzutöten, muss die PEF-Behandlung allerdings
an eine Temperaturerhöhung auf ca. 100 °C gekoppelt sein.
Diese Temperatur ist aber viel geringer als die Temperatur bei einer
Sterilisation, die meist zur Abtötung von Sporen genutzt wird.
Welche Haltbarkeiten können durch PEF erzielt werden?
Dr. Siemer: Die Haltbarkeit kann der Anwender durch die
Para meter Feldstärke und Energieeintrag selbst definieren. Die
Feldstärke gibt an, wie hoch die Spannung des elektrischen Puls ist.
Die Energiemenge hängt von der Spannung und der Anzahl der
Pulse ab. Je mehr Energie man in das Produkt einbringt, desto länger
ist die Haltbarkeit, die sich durch die PEF-Behandlung erzielen
lässt. Typischerweise wollen unsere Kunden bei Säften eine Halt -
barkeit von drei Monaten bei einer Lagerung bei 4 °C erreichen.
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie ist Nachhaltigkeit
seit einigen Jahren ein sehr wichtiges Thema. Inwiefern lassen
sich durch das PEF- Verfahren Energieeinsparungen im Vergleich
zur Pasteurisierung erzielen?
Dr. Siemer: Das Produkt wird, wie gesagt, vor der PEF-Behandlung
auf 30 bis 40 °C gewärmt. Durch den Energieeintrag bei der Behandlung
kommt es zu einer zusätzlichen Erwärmung auf 50 bis 60 °C für
wenige Millisekunden. Wird diese Temperaturerhöhung genutzt, um
das Produkt vorzuwärmen, muss nur die elektrische Energie in das
System eingetragen werden. Die Wärmerückgewinnung macht den
Prozess also nachhaltiger.
Welche Produktgruppen eignen sich für die Haltbarmachung mit
gepulsten elektrischen Feldern neben Säften und Smoothies noch?
Dr. Siemer: Generell kann man mit der Technologie alle Produkte
behandeln, die pumpfähig sind, neben Säften und Smoothies zum
Beispiel auch Milch und Suppen. Die Produkte können auch stückig
sein oder Pulpe enthalten.
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