Einsatz der Hürdentechnologie für sicherere und frischere Lebensmittel

Die Überverarbeitung von Produkten (z. B. bei Fleischprodukten) kann zu Einbußen bei Geschmack, Textur und letztlich auch beim Gewinn führen. Die Hürdentechnik (auch bekannt als Kombinationsverfahren oder Barrieretechnik) ist ein wertvolles Instrument im Kampf gegen die Überkonservierung. Sie kombiniert verschiedene Konservierungsfaktoren oder -techniken, um eine milde, aber zuverlässige Konservierung zu erreichen.

Gemeinsam für Lebensmittelsicherheit

Bei der Hürdentechnologie werden bestehende und neue Konservierungstechniken bewusst kombiniert, um eine Reihe von Konservierungsfaktoren zu schaffen, die von Mikroorganismen nicht überwunden werden können. Zu diesen Hürden können Temperatur, Wasseraktivität, Säuregehalt, Redoxpotential, Konservierungsstoffe, konkurrierende Organismen, Vitamine, Nährstoffe und mehr gehören.

Wie Hürden funktionieren

Um zu gedeihen und sich zu vermehren, müssen Mikroorganismen eine Homöostase aufrechterhalten - eine stabile und ausgewogene innere Umgebung. Hürden versuchen, einen oder mehrere Homöostase-Mechanismen zu stören, so dass die Mikroben inaktiv werden oder sogar sterben. Die besten Hürden stören mehrere Homöostase-Mechanismen gleichzeitig. Dieser auf mehrere Ziele ausgerichtete Ansatz ist wirksamer als ein einzelnes Ziel und ermöglicht Hürden von geringerer Intensität.

Die folgende Abbildung zeigt, wie die Hürden zusammenwirken, um das mikrobielle Wachstum zu begrenzen.

Abbildung 1 zeigt mehrere Beispiele für kombinierte Verfahren. Jede der Abbildungen zeigt anhand von gestrichelten Linien und Pfeilen, ob die Verfahren das Wachstum von Mikroorganismen wirksam stoppen oder nicht. In Beispiel 3 zum Beispiel war die Temperatur allein keine wirksame Kontrolle, aber die Kombination von Wasseraktivität und Temperatur verhinderte das Wachstum von Mikroorganismen. In Beispiel 4 reichten die Hürden nicht aus, um das mikrobielle Wachstum zu verhindern. In diesem Fall hätte die Temperaturhürde durch Kühlung erhöht werden müssen.

Zusammenarbeit oder Wettbewerb

Auch die Wirkung der Hürden untereinander muss berücksichtigt werden. Manchmal verstärkt ein zweites Mittel einfach die Wirkung des ersten. Manchmal wirken die Mittel synergetisch, wodurch ihre kombinierte Wirkung noch größer wird. Ein Mittel kann jedoch auch die Wirksamkeit des anderen antagonisieren oder negativ beeinflussen, indem es die Wirksamkeit eines oder beider Mittel teilweise oder vollständig aufhebt. Diese Auswirkungen müssen sorgfältig untersucht werden, bevor die Mittel in Kombination verwendet werden.

Wasseraktivität als Hindernis

Die Wasseraktivität (_aw) ist eine der nützlichsten Hürden, sowohl allein als auch in Kombination mit einer anderen Hürde. Es gibt bestimmte Wasseraktivitäten, unter denen bestimmte Mikroben nicht wachsen können, und eine Wasseraktivität, unter der sich keine Mikroben vermehren. Diese Grenzwerte für das mikrobielle Wachstum gelten für alle Arten von Lebensmitteln und eigentlich für jedes poröse Produkt.

Wasseraktivität und pH-Wert: synergistische Hürden

Wasseraktivität und pH-Wert wirken synergetisch und ermöglichen es, das mikrobielle Wachstum in einem Maße zu kontrollieren, das mit einem dieser Faktoren allein nicht möglich ist. Dieser Synergieeffekt ist Teil der FDA-Definition von potenziell gefährlichen Lebensmitteln.

Anhand von Tabelle A kann festgestellt werden, ob ein wärmebehandeltes und verpacktes Lebensmittel ein potenziell gefährliches Lebensmittel (PHF), ein Nicht-PHF oder ein Produkt ist, das eine Bewertung erfordert. Lebensmittel müssen die Kochanforderungen von Food Code Abschnitt 3-401.11 (kein teilweises Kochen) erfüllen, um vegetative Krankheitserreger zu eliminieren. Sporenbildende Krankheitserreger sind die einzigen verbleibenden biologischen Gefahren, die Anlass zur Sorge geben. Die Lebensmittel werden verpackt, um eine Rekontamination zu verhindern. Daher können ein höherer pH-Wert und eine höhere Wasseraktivität sicher toleriert werden.

Anhand von Tabelle B kann festgestellt werden, ob ein nicht hitzebehandeltes oder hitzebehandeltes, aber nicht verpacktes Lebensmittel als PHF, Nicht-PHF oder zu bewertendes Produkt einzustufen ist. Nicht hitzebehandelte Lebensmittel können vegetative Zellen und krankheitserregende Sporen enthalten. Lebensmittel, die hitzebehandelt, aber nicht verpackt wurden, können erneut kontaminiert werden. Die in Tabelle B berücksichtigten pH-Werte müssen 4,2 umfassen, da Staphylococcus aureus bei diesem Wert wachsen kann.

pH-Grenzwerte für mikrobielles Wachstum

Wie die Wasseraktivität begrenzt auch der pH-Wert das Wachstum bestimmter Mikroorganismen auf genau definierte Weise. Alle Organismen bevorzugen einen neutralen pH-Wert, aber die meisten können auch in saureren Umgebungen wachsen, wobei die meisten Mikroorganismen bei einem pH-Wert von 5 aufhören zu wachsen. Obwohl 4,6 früher als Grenzwert für das gesamte mikrobielle Wachstum galt, gibt es einige Mikroorganismen, die einen pH-Wert von nur 4,2 tolerieren können.

Der pH-Wert wird häufig durch die direkte Zugabe von Säure, wie Essig, Milchsäure, Zitronensäure oder Fruchtsaft, zu einem Produkt kontrolliert. Er kann auch durch die Zugabe von natürlich sauren Zutaten wie Tomaten oder durch Fermentation gesenkt werden, bei der die von einer bestimmten Bakterie produzierte Milchsäure den pH-Wert senkt und das Wachstum anderer Mikroorganismen verhindert.

In der folgenden Tabelle sehen Sie, wie die Wasseraktivität und der pH-Wert mehrerer gängiger Lebensmittel zusammenwirken, um das mikrobielle Wachstum zu kontrollieren. Erdbeerkonfitüre hat eine sehr hohe Wasseraktivität, aber die Zitronensäure sorgt dafür, dass der pH-Wert niedrig genug ist, um mikrobielles Wachstum zu verhindern. Senf hat ebenfalls einen sehr niedrigen pH-Wert und eine hohe Wasseraktivität. Diese beiden Produkte werden durch den pH-Wert konserviert, nicht durch die Wasseraktivität. Ahornsirup hingegen wird durch eine geringe Wasseraktivität konserviert. Der Zucker im Sirup ist ein Feuchthaltemittel, das die Wasseraktivität niedrig hält.

Mayonnaise hat eine sehr hohe Wasseraktivität, aber Essig hält seinen pH-Wert bei 4,1. Der niedrige pH-Wert bedeutet, dass er kein mikrobielles Wachstum fördert. Da sie jedoch einen hohen Ölgehalt hat, ist sie anfällig für Lipidoxidation. Mayonnaise wird gekühlt, nicht um mikrobielles Wachstum zu verhindern, sondern um das Ranzigwerden zu verhindern. Interessanterweise gibt es keinen direkten Zusammenhang zwischen Wasseraktivität und pH-Wert. Wenn man einem Produkt Säure hinzufügt, um seinen pH-Wert zu senken, hat dies nur minimale Auswirkungen auf die Wasseraktivität.

Fermentierte Wurst: Hürden bei der Arbeit

Fermentierte Würste vom Typ Salami sind bei Raumtemperatur über längere Zeiträume stabil. In den verschiedenen Stadien des Reifungsprozesses ist eine Reihe von Hürden wichtig. Die ersten Hürden sind Salz und Nitrat, die viele der vorhandenen Bakterien hemmen. Andere Bakterien vermehren sich in diesem Stadium, verbrauchen Sauerstoff und verursachen einen Abfall des Redoxpotentials, was aerobe Organismen hemmt und die Auswahl von Milchsäurebakterien begünstigt. Diese Bakterien vermehren sich, verursachen eine Versauerung des Produkts und erhöhen die pH-Hürde. Während des langen Reifungsprozesses der Salami werden die anfänglichen Hürden schwächer. Nitrit wird abgebaut. Die Anzahl der Milchsäurebakterien nimmt ab. Redoxpotential und pH-Wert steigen an. Wenn die Salami jedoch trocknet, wird die Wasseraktivität zum Haupthindernis und konserviert die Wurst. Bei der Herstellung fermentierter Wurst muss der Pökelprozess sorgfältig gesteuert werden.

Eine wachsende Liste von Hürden

Bei der Lebensmittelkonservierung wurden etwa 50 verschiedene Hürden ermittelt. Neben den wichtigsten und am häufigsten verwendeten Hürden wie Temperatur, pH-Wert und Wasseraktivität gibt es viele andere potenziell wertvolle Optionen. Beispiele hierfür sind Ultrahochdruck, Mano-Thermo-Sonication, photodynamische Inaktivierung, Verpackung unter modifizierter Atmosphäre, essbare Beschichtungen, Ethanol, Maillard-Reaktionsprodukte und Bacteriocine.