_Definition Pasteurisieren_: Erhitzung unter 100°C Lebensmittel werden pasteurisiert, um Enzyme zu inaktivieren Reduzierung insbesondere der pathogenen Mikroorganismen bis zur Abtötung aller vegetativen Keime _Lebensmittel werden pasteurisiert, wenn_: pathogene Mikroorganismen im Produkt abgetötet werden müssen überlebende Mikroorganismen durch Zusatzmethoden wie z.B. pH-Wert, Kühlung beherrscht werden können die höheren Temperaturen, die für eine Sterilisierung notwendig wären, die Qualität des Produktes zu sehr schädigen Konkurrenzflora beseitigt werden soll (Fermentation) Die Auswahl des Temperatur-Zeit-Regimes richtet sich nach dem Lebensmittel. Je höher die Temperatur, umso kürzer die Erhitzungsdauer Hocherhitzung : 2-4 sec bei 85-90°C Kurzzreiterhitzung : 15-40 sec bei 71-75°C Dauererhitzung : 30min bei 62-65°C

_Definition Sterilisieren_: Erhitzung zur Abtötung aller Mikroorganismen (vegetativ und Sporen) Die übliche Sterilisationstemperatur ist 121°C. Enzyme werden aufgrund der hohen Temperaturen und langen Haltezeiten in der Regel inaktiviert. Die Auswahl des Temperatur-Zeit-Regimes richtet sich nach dem Lebensmittel, sie ist abhängig von der Ausgangskeimzahl des Lebensmittels der Eingangstemperatur des Lebensmittels der Art der Keime, ihrem Funktionszustand (vegetativ oder Sporen) und ihrer Vorgeschichte den Milieubedingungen der Zusammensetzung und der Wärmeleitfähigkeit des Lebensmittels der Art der Wärmeübertragung Beim Sterilisieren in Behältern (Konserven) kommt hinzu: Größe und Geometrie des Behälters isolierende Gasräume im Behälter Wärmedurchgang des Behältermaterials Ruhe oder Rotation des Behälters beim Sterilisieren

Haltbarmachungsmethoden Flashcards by Sascha Milward

Auswahl von Haltbarmachungsverfahren

Art des Lebensmittels
Veränderungen des Lebensmittels durch das angewandte Haltbarmachungsverfahren
Angestrebte Haltbarkeit
Ökonomische Überlegungen
Akzeptanz einer Haltbarmachungstechnologie - Vorhandensein einer notwendigen Infrastruktur

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Hürdenprinzip zur Haltbarmachung

Ein LM kann durch eine einzige konservierende Maßnahme sicher vor mikrobiellem Verderb geschützt werden

ABER!!!!!

Massive Veränderungen nutritiver und sensorischer Qualität möglich
Beeinträchtigung der gesundheitlichen Unbedenklichkeit (Konservierungsstoffe!)
Durch Kombination kann die Intensität von Einzelmaßnahmen reduziert werden

Die Haltbarkeit vieler Lebensmittel beruht auf mehr als einem Haltbarmachungsprinzip!

Fruchtsaft: pH-Wert, Pasteurisation, nach dem Öffnen der Flasche Kühlung

Rohwurst: aW-Wert, pH-Wert, Konkurrenzflora, Nitrit, Salz, Redoxpotential

(Außenseite: Rauch oder Konkurrenzflora oder Konservierungsstoffe)

Übliche Kombinationen sind

-Pasteurisieren und pH-Wert
Beispiele:* Fruchtsaft, Konfitüre, Sauerkraut
Pasteurisieren und aW-Wert
Beispiele:* Wurstwaren
Pasteurisieren zur Abtötung aller vegetativen Keime und aW-Wert
Beispiele:* Wurstwaren
Pasteurisation zur starken Reduzierung der psychrophilen und psychrotrophen Arten und anschließende Kühllagerung
Beispiele:* Frischmilch (= pasteurisierte Milch)

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Einteilung der Erhitzungsprozesse

nach der Prozessfeuchte
nach dem Ziel des Erhitzungsprozesses
nach der Erhitzungstemperatur

Feuchtthermische Verfahren:

Blanchieren
Pasteurisieren
Sterilisieren
UHT-Verfahren
Tyndallisieren
Kochen

Trockenthermische Verfahren:

Rösten
Backen

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Blanchieren

Kurzzeitiges Erhitzen in siedendem Wasser (1,5 bis 4 min), in Wasserdampf (2 bis 7 min), in Heißluft oder durch Infrarot-Strahlung.

Blanchiergeschwindigkeiten: Wasser > Dampf > Luft

Pflanzliche Lebensmittel werden vor der Weiterverarbeitung (Trocknen, Gefrieren, Konservenherstellung) blanchiert, um

Enzyme zu inaktivieren
Sauerstoff zu eliminieren
unerwünschte Aromastoffe zu entfernen (Konserven aus Kohlarten)
die Rohware zu schrumpfen bzw. zu erweichen (Konserven)
die Keimbelastung zu reduzieren

Enzyminaktivierung beim Blanchieren

Die Wirkung des Blanchierens wird über die Aktivität von Leitenzymen häufig Peroxidase oder seltener Katalase überwacht.

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Inaktivierung endogener Enzyme (LOX)

Lipoxygenase (LOX) sind Enzyme die mehrfach ungesättigte Fettsäuren oxidieren und dadurch entscheidend mit zum Fettverderb (Ranzigwerden) beitragen.

LOX auch noch bei geringen Temperaturen aktiv

⇒Vor der Gefrierlagerung von Gemüse (insb. Leguminosen haben hohe Lipoxygenaseaktivität) inaktivieren

⇒Fettabbauprodukte sehr geruchs- und geschmacksintensiv und bei TK-Produkten meist auf LOX-Aktivität zurückzuführen

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Inaktivierung endogener Enzyme (POD)

POD ist (war) das „Leitenzym“ für thermische Behandlungen, da es relativ hitzestabil ist.

Neuer Ansatz: Beschränkung auf die Inaktivierung von Enzymen, die bei der Lagerung des Produkts einen Qualitätsverlust verursachen (siehe LOX) →schonendere Erhitzung

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Pasteurisieren

Definition Pasteurisieren: Erhitzung unter 100°C

Lebensmittel werden pasteurisiert, um

Enzyme zu inaktivieren
Reduzierung insbesondere der pathogenen Mikroorganismen bis zur Abtötung aller vegetativen Keime

Lebensmittel werden pasteurisiert, wenn:

pathogene Mikroorganismen im Produkt abgetötet werden müssen
überlebende Mikroorganismen durch Zusatzmethoden wie z.B. pH-Wert, Kühlung beherrscht werden können
die höheren Temperaturen, die für eine Sterilisierung notwendig wären, die Qualität des Produktes zu sehr schädigen
Konkurrenzflora beseitigt werden soll (Fermentation)

Die Auswahl des Temperatur-Zeit-Regimes richtet sich nach dem Lebensmittel. Je höher die Temperatur, umso kürzer die Erhitzungsdauer

Hocherhitzung : 2-4 sec bei 85-90°C
Kurzzreiterhitzung : 15-40 sec bei 71-75°C
Dauererhitzung : 30min bei 62-65°C

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Herstellung ESL-Milch

Voraussetzung ist in jedem Fall eine gute Rohmilchqualität
Es gibt mehrere Verfahren zur Herstellung von ESL-Milch:
Erhitzung durch Dampfzugabe auf 127°C für 2s, anschließend schnelle Abkühlung durch Entspannungskühlung
Membranfiltration mit anschließender Pasteurisation
Lagerung bei max. 6°C und geschlossener Kühlkette, Haltbarkeit ca. 21 Tage

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Entspannungsverdampfung/ Vakuumkühlung

Es wird ein Unterdruck angelegt.
Der Siedepunkt fällt.
Wasser verdampft.
Dadurch wird dem Lebensmittel die Verdampfungswärme entzogen und das Lebensmittel wird so abgekühlt.

Am Siedepunkt entspricht der Dampfdruck der Flüssigkeit dem Umgebungsdruck.

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Anwendungsgebiete der Vakuumkühlung

Schnelles Abkühlen thermisch behandelter Lebensmittel wie z.B. UHT- und ESL-Milch.
Schnelle Kühlung z.B. von Salat, Fondantmassen, halbgebackenen Backwaren etc.

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Sterilisieren

Definition Sterilisieren: Erhitzung zur Abtötung aller Mikroorganismen (vegetativ und Sporen)
Die übliche Sterilisationstemperatur ist 121°C.

Enzyme werden aufgrund der hohen Temperaturen und langen Haltezeiten in der Regel inaktiviert.

Die Auswahl des Temperatur-Zeit-Regimes richtet sich nach dem Lebensmittel, sie ist abhängig von

der Ausgangskeimzahl des Lebensmittels
der Eingangstemperatur des Lebensmittels
der Art der Keime, ihrem Funktionszustand (vegetativ oder Sporen) und ihrer Vorgeschichte
den Milieubedingungen
der Zusammensetzung und der Wärmeleitfähigkeit des Lebensmittels
der Art der Wärmeübertragung

Beim Sterilisieren in Behältern (Konserven) kommt hinzu:

Größe und Geometrie des Behälters
isolierende Gasräume im Behälter
Wärmedurchgang des Behältermaterials
Ruhe oder Rotation des Behälters beim Sterilisieren

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Leitkeime beim Sterilisieren

Es wird ein 12 D-Konzept für Clostridium botulinum Typ A und B angestrebt, d.h. man legt Sterilisations- prozesse so aus, dass die Reduktion der Anzahl der Sporen von Clostridium botulinum Typ A und B um 12 Dezimalstellen erfüllt wird
Da die Arbeit mit Clostridium botulinum zu gefährlich ist, arbeitet man mit Ersatzkeimen. Bei einem 5 D Konzept für Clostridium sporogenes pA 3697 ist auch das 12 D-Konzept für Clostridium botulinum erfüllt.

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Prozesswerte bei Erhitzungsprozessen

Um reale Erhitzungsprozesse mit Literaturdaten vergleichen zu können, werden Prozesswerte verwendet. Ein Erhitzungsprozess mit einem F-Wert von 5 min, entspricht in seiner Mikroorganismen abtötenden Wirkung einer 5 min andauernden schlagartigen Erhitzung auf 121,1°C.

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Der Letalitätswert (L-Wert)

Der Letalitätswert (L-Wert) gibt an, welcher Effekt durch einminütige Erhitzung auf eine Temperatur T erreicht wird im Vergleich zu einer ein Minuten langen Erhitzung auf 121,1°C.

Der L-Wert ist abhängig von der Temperatur und dem z-Wert der Reaktion.

L-Werte werden tabelliert, um die Berechnung von F-Werten zu erleichtern.

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Ultra-Hochtemperatur-Erhitzung (UHT)

Erhitzung bei 135 bis 150°C für 1 bis 10 s.

Alle Mikroorganismen werden abgetötet.
Die Enzyminaktivierung kann unvollständig sein.
z.T. werden Pasteurisationen zur Enzyminaktivierung einer UHT-Behandlung vorweg gestellt.

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Röhrenwärmetauscher

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Indirekte Erhitzung im Gegenstromverfahren
Keine Abdichtungsprobleme bei hohen Drücken ⇒Arbeiten bei hohen Drücken bzw. Temperaturen möglich
Etwas längere Aufheiz- bzw. Kühlzeiten wie beim direkten Verfahren

→evtl.Qualitätsveränderungen

Keine direkte Zuführung bzw. Entnahme von Dampf oder sonstigem Heizmedium zum Produkte

Plattenwärmetauscher

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 Indirekte Erhitzung im Gegenstromverfahren
Wellenförmig profilierte Platten Spaltbreite zwischen 3 – 6 mm → turbulente Durchströmung → intensiver Wärmeaustausch
Keine Abdichtungsprobleme bei hohen Drücken ⇒Arbeiten bei hohen Drücken bzw. Temperaturen möglich

Vorteile Dampfinjektion

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Direkte Produkterhitzung
Produkt wird mit Dampf vermischt →Reduzierung der Trockenmasse →Wasser wird im Entspannungskühler dem Produkt wieder entzogen
Rasche Temperaturerhöhung und Absenkung
Schonende, aseptische Produktbehandlung
Ringförmige Dampf-Düsen gewährleisten einen gleichbleibenden und schonenden Dampfübergang

Rotationsautoklav (Verfahren)

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Vollwasser-Verfahren (mit Rotation)
Dampfsprüh-Verfahren (mit Rotation)

Vorgehensweise Tyndallisieren

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Mehrfache (2 bis 4 mal) Erhitzung auf Temperaturen unter 100°C
Sterilisieren durch mehrfaches Pasteurisieren
Zwischen den Pasteurisierschritten werden Auskeimungszeiten z.B. von 16 - 24 h bei 15 - 25°C eingehalten.
Tyndallisieren wird angewandt bei sehr temperaturempfindlichen Produkten, bei denen ein einmaliges Pasteurisieren kein stabiles Produkt erzielen würde.

Reduzierung von negativen Nebenwirkungen von thermischen Haltbarmachungsprozessen

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Prozessoptimierung thermischer Prozesse (z.B. Hochtemperatur-Kurzzeiterhitzung)
Verkürzung von Aufwärmphasen thermischer Prozesse (z.B. Dampfinjektion, Mikrowellenerhitzung)
Verkürzung von Abkühlphasen thermischer Prozesse (z.B. Entspannungsverdampfung)
Einsatz nicht thermischer Verfahren
(z. B. Hochdruckbehandlung, Elektropulsverfahren, Sterilfiltration)

Neue Erhitzungstechnologien

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Mikrowellenerhitzung
Ohmsche Erhitzung
Induktive Erhitzung

Unterschied zwischen konventioneller Erhitzung und Mikrowellenerhitzung

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Bei der konventioneller Erhitzung wird die Wärme durch Wärmestrahlung (z.B. Ober- und Unterhitze), Wärmekonvektion (z.B. Umluft) oder Wärmeleitung (z.B. Kontaktgrillen) auf die Oberfläche des Lebensmittels übertragen und von da aus in
das Innere des Lebensmittels geleitet. Die Oberfläche des Lebensmittels wird daher wesentlich stärker erhitzt als das Innere, so dass es hier z.B. zur Maillard-Reaktion kommen kann.
Bei der Mikrowellenerhitzung wird die Wärme im Lebensmittel erzeugt und nur über kurze Entfernungen durch Wärmeleitung transportiert, die Erwärmung in der Mikrowelle ist daher schneller.
Trotz gleicher Temperaturverteilung weist die Erhitzung in der Mikrowelle die geringeren F-Werte und somit die geringere mikroorganismenabtötende Wirkung auf.*

Vor- und Nachteile der Mikrowellenerhitzung

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Vorteile:

Unabhängig von Wärmeleitung, daher kurze Erhitzungszeiten
Aufgrund der kurzen Erhitzungszeiten Vitamin- und Nährwertschonend

Nachteile:

In der Regel keine Maillard-Reaktion oder Karamellisierung
Je nach Produkt Veränderungen der Produktqualität

Verhalten von Mikrowellen in einem Lebensmittel

* Die Mikrowellen erzeugen ein elektrisches Feld. * Dieses Feld versetzt u.a. Dipole in Schwingungen. * Durch die Bewegung z.B. der Dipole wird Wärme erzeugt. - Die Feldstärke ist in der Regel an der Oberfläche eines Lebensmittels maximal und nimmt in dem Maße ab, in dem die Lebensmittelinhaltsstoffe in Bewegung versetzt werden. Das heißt bei einem schnellen Rückgang der Feldstärke ist die Erwärmung der äußeren Schichten des Lebensmittels groß aber die Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlung klein, die Feldstärke nimmt schnell ab.

Verhalten von Mikrowellen in unterschiedlichen Lebensmitteln (Erwärmungsfaktor)

- Lebensmittel mit einem hohen Erwärmungsfaktor wie z.B. Wasser werden schnell erwärmt, aber die Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlen ist niedrig - Lebensmittel mit einem niedrigen Erwärmungsfaktor wie z.B. Eis oder Speiseöl werden langsam erwärmt, aber die Eindringtiefe der Mikrowellenstrahlen ist groß

Erwärmungsfaktor von Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen und Auswirkungen

- Der Erwärmungsfaktor von Eis ist gering, schmilzt das Eis steigt der Erwärmungsfaktor schlagartig an. - Daher ist es problematisch in der Mikrowelle große, stückige Lebensmittel aufzutauen. Durch die hohe Feldstärke an der Oberfläche des Lebensmittels schmilzt das Eis in diesem Bereich, dadurch steigt der Erwärmungsfaktor an und die Eindringtiefe nimmt ab. Wenn man jetzt weiter mit voller Leistung erhitzt, kann es außen zur Garung des Lebensmittels kommen, während dieses im Kern noch gefroren ist. Daher sollte die Auftaustufe verwendet werden.

Eigenschaften von Mikrowellen bei verschiedenen Medien

- Mikrowellen erwärmen schwache elektrische Leiter wie z.B. Lebensmittel, Bräunungsfolien (Susceptor- Folien) oder dünne Metallfolien - Mikrowellen werden von Metallen (elektrischen Leitern) reflektiert - Mikrowellen durchdringen z.B. Glas, Porzellan oder Pappe (keine elektrische Leitfähigkeit)

Vorteile/Nachteile Mikrowellenerhitzung

_Vorteile:_ * Wärmeerzeugung im Produkt selbst * Schneller als Erhitzung mit Dampf _Nachteile:_ - Bei der Mikrowellenerhitzung treten in der Regel keine Bräunungsreaktionen auf (kann Vor- oder Nachteil sein) - Bei der Mikrowellenerhitzung besteht die Gefahr der ungleichmäßigen Erwärmung (besonders zu beachten bei der Keimabtötung), da die * Eindringtiefe der Mikrowellen limitiert ist * sich die dielektrischen Eigenschaften von verschiedenen Lebensmittelbestandteilen stark unterscheiden können. Dies gilt insbesondere für gefrorene Lebensmittel. - Energiebedarf 10 – 20 mal höher als bei Dampf (für gleiche thermische Wirkung) - Wirkungsgrad (Umsatz elektrischer Energie in Wärme) ca. 50%

Vorteile/Nachteile der ohmschen Erhitzung

_Vorteile:_ * Die ohmsche Erhitzung beruht auf der Durchleitung von Strom durch Lebensmittel (Q = U · I · t) * Der Leistungsgrad liegt beinahe bei 100 %. * Neben der Erwärmung scheint es einen zusätzlichen Effekt zu geben, der für die Abtötung von Mikroorganismen verantwortlich ist. (niedrigerer D-Wert) * Da die Wärme im Lebensmittel selbst erzeugt wird ist sie unabhängig von Wärmeleitung. Die Prozesszeiten sind somit ähnlich wie bei der Mikrowelle stark verkürzt. _Nachteile:_ * Auch bei der ohmschen Erhitzung besteht die Gefahr der ungleichmäßigen Erhitzung, wenn zusammen- gesetzte Lebensmittel erhitzt werden, deren Bestandteile unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten aufweisen. * Es besteht die Gefahr der Elektrolyse des Lebensmittels an den Elektroden

Ohmsche Erhitzung (Abhängigkeit der Geschwindigkeit)

Die Geschwindigkeit der ohmschen Erhitzung ist abhängig von: * der angelegten Spannung * der elektrischen Leitfähigkeit eines Lebensmittels * der Masse des Lebensmittels * der spezifischen Wärmekapazität des Lebensmittels

Induktive Erhitzung

* Die induktive Erhitzung ähnelt der ohmschen Erhitzung. Sie beruht allerdings auf der Erzeugung von Strom durch Induktion. * Induktion entsteht bei der Bewegung eines elektrischen Leiters in einem Magnetfeld entgegen der Magnetfeldlinien oder aber bei der Änderung des Magnetfeldes um einen elektrische Leiter, durch die Lorentzkraft kommt es zu einem Stromfluss. * Auf Elektroden kann somit bei der induktiven Erhitzung verzichtet werden. * In der Industrie fungiert das Lebensmittel als elektrischer Leiter, bei Induktionsherden der Topfboden.

Induktionsherde im Haushalt

- Eine Spule fungiert als Wechselmagnet und erzeugt ein hochfrequentes Magnetfeld. - Durch dieses Magnetfeld werden in den Topfbodens Wirbelströme induziert, diese rufen selber wieder ein Magnetfeld hervor, das dem primären Magnetfeld entgegen wirkt. Daher kann das primäre Magnetfeld nur wenige Zehntel Millimetern in den Topfboden eindringen und die Wirbelströme bleiben auf diesen Bereich begrenzt. Diesen Effekt nennt man Skin-Effekt. - Durch diese Wirbelströme und die Ummagnetisierung wird Wärme im Topfboden erzeugt.

D-Werte bei feucht- und trockenthermischer Erhitzung

D-Werte für Salmonella typhimorium * Schokolade D₈₀ = 222 min * Milch D_65,5 = 1,2 min Industrielle Umsetzung z.B. * Befeuchtung von Gewürzen vor einer Mikrowellenerhitzung * Dampferhitzung von Kakao vor der Röstung

Haltbarmachungsmethoden Flashcards

(34 cards)