Eine übermäßige Verarbeitung von Produkten (z. B. bei Fleischprodukten) kann zu Einbußen bei Geschmack, Textur und letztlich auch beim Gewinn führen. Die Hurdle-Technologie (auch bekannt als Kombinationstechniken oder Barrieretechnologie) ist ein wertvolles Instrument im Kampf gegen übermäßige Verarbeitung. Sie kombiniert verschiedene Konservierungsfaktoren oder -techniken, um eine schonende, aber zuverlässige Konservierung zu erreichen.

Gemeinsam für Lebensmittelsicherheit

Die Hürden-Technologie kombiniert bewusst bestehende und neue Konservierungstechniken, um eine Reihe von Konservierungsfaktoren zu schaffen, die Mikroorganismen nicht überwinden können. Zu diesen Hürden können Temperatur, Wasseraktivität, Säuregehalt, Redoxpotenzial, Konservierungsstoffe, konkurrierende Organismen, Vitamine, Nährstoffe und vieles mehr gehören.

Wie Hürden funktionieren

Um zu gedeihen und sich zu vermehren, müssen Mikroorganismen ihre Homöostase aufrechterhalten – ein stabiles und ausgeglichenes inneres Milieu. Barrieren versuchen, einen oder mehrere Homöostasemechanismen zu stören, wodurch die Mikroben inaktiv werden oder sogar absterben. Die besten Barrieren wirken so, dass sie mehrere Homöostasemechanismen gleichzeitig stören. Dieser Ansatz mit mehreren Zielpunkten ist effektiver als die Ausrichtung auf einen einzigen Zielpunkt und ermöglicht Barrieren mit geringerer Intensität.

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

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

Zusammenarbeit oder Wettbewerb

Die gegenseitige Wirkung der Hürden muss ebenfalls berücksichtigt werden. Manchmal verstärkt ein zweiter Wirkstoff einfach die Wirksamkeit des ersten. Manchmal wirken die Wirkstoffe synergistisch, wodurch ihre kombinierte Wirkung noch größer wird. Ein Wirkstoff kann jedoch auch die Wirksamkeit des anderen Wirkstoffs beeinträchtigen oder negativ beeinflussen, wodurch die Wirksamkeit eines oder beider Wirkstoffe teilweise oder vollständig aufgehoben wird. Diese Wirkungen müssen sorgfältig untersucht werden, bevor Wirkstoffe in Kombination verwendet werden.

Wasseraktivität als Hindernis

Die Wasseraktivität (aw) ist allein oder in Kombination mit einer anderen Barriere eine der nützlichsten Barrieren. Es gibt bestimmte Wasseraktivitäten, unterhalb derer bestimmte Mikroben nicht wachsen können, und eine Wasseraktivität, unterhalb derer sich keine Mikroben vermehren. Diese Grenzen für das Mikrobenwachstum gelten für alle Arten von Lebensmitteln und tatsächlich für alle porösen Produkte.

Wasseraktivität und pH-Wert: synergistische Hürden

Wasseraktivität und pH-Wert wirken synergistisch, sodass Sie das mikrobielle Wachstum in einem Maße kontrollieren können, das mit einem dieser Faktoren allein nicht möglich wäre. Dieser synergistische Effekt ist Teil der Definition der FDA für potenziell gefährliche Lebensmittel.

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 einer Produktbewertung bedarf. Lebensmittel müssen die Kochanforderungen des Food Code Abschnitt 3-401.11 (keine Teilgarung) erfüllen, um vegetative Krankheitserreger zu eliminieren. Sporenbildende Krankheitserreger sind die einzigen verbleibenden biologischen Gefahren, die zu beachten sind. Lebensmittel werden verpackt, um eine erneute Kontamination zu verhindern. Daher können ein höherer pH-Wert und eine höhere Wasseraktivität ohne Bedenken toleriert werden.

Anhand von Tabelle B kann festgestellt werden, ob ein Lebensmittel, das nicht wärmebehandelt oder wärmebehandelt, aber nicht verpackt ist, ein PHF, ein Nicht-PHF oder ein Produkt ist, das einer Produktbewertung bedarf. Nicht wärmebehandelte Lebensmittel können vegetative Zellen und pathogene Sporen enthalten. Wärmebehandelte, aber nicht verpackte Lebensmittel können erneut kontaminiert werden. Die in Tabelle B berücksichtigten pH-Werte müssen 4,2 umfassen, da Staphylococcus aureus bei diesem Wert wachsen kann.

pH-Grenzen für mikrobielles Wachstum

Ähnlich wie die Wasseraktivität begrenzt auch der pH-Wert das Wachstum bestimmter Mikroorganismen auf klar definierte Weise. Alle Organismen bevorzugen einen neutralen pH-Wert, aber die meisten können auch in saureren Umgebungen wachsen, wobei das Wachstum der meisten Mikroorganismen bei einem pH-Wert von 5 zum Stillstand kommt. Obwohl früher ein pH-Wert von 4,6 als Grenze für jegliches mikrobielles Wachstum galt, gibt es einige wenige Mikroorganismen, die einen pH-Wert von bis zu 4,2 tolerieren können.

Der pH-Wert wird häufig durch die direkte Zugabe von Säuren wie Essig, Milchsäure, Zitronensäure oder Fruchtsaft zu einem Produkt reguliert. Er kann auch durch die Zugabe von natürlich sauren Zutaten wie Tomaten oder durch Fermentation gesenkt werden, bei der die von bestimmten Bakterien 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 verschiedener gängiger Lebensmittel zusammenwirken, um das Wachstum von Mikroorganismen zu kontrollieren. Erdbeerkonfitüre hat eine sehr hohe Wasseraktivität, aber Zitronensäure sorgt für einen ausreichend niedrigen pH-Wert, um das Wachstum von Mikroorganismen zu verhindern.  Senf hat ebenfalls einen sehr niedrigen pH-Wert und eine hohe Wasseraktivität. Diese beiden Produkte werden durch den pH-Wert und nicht durch die Wasseraktivität konserviert. Ahornsirup hingegen wird durch eine niedrige Wasseraktivität konserviert. Der Zucker im Sirup ist ein Feuchthaltemittel, das die Wasseraktivität niedrig hält.

Mayonnaise hat eine sehr hohe Wasseraktivität, aber Essig hält ihren pH-Wert bei 4,1. Der niedrige pH-Wert bedeutet, dass sie das Wachstum von Mikroorganismen nicht begünstigt. Da sie jedoch einen hohen Ölgehalt hat, ist sie anfällig für Lipidoxidation. Mayonnaise wird gekühlt, nicht um das Wachstum von Mikroorganismen zu verhindern, sondern um Ranzigkeit zu vermeiden. Interessanterweise besteht kein direkter Zusammenhang zwischen Wasseraktivität und pH-Wert. Wenn man einem Produkt Säure zusetzt, 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 haltbar. In den verschiedenen Phasen des Reifungsprozesses ist eine Abfolge von Hürden wichtig. Die ersten Hürden sind Salz und Nitrat, die viele der vorhandenen Bakterien hemmen. Andere Bakterien vermehren sich in dieser Phase, verbrauchen Sauerstoff und verursachen einen Abfall des Redoxpotentials, was aerobe Organismen hemmt und die Selektion von Milchsäurebakterien begünstigt. Diese Bakterien vermehren sich, verursachen eine Säuerung des Produkts und erhöhen die pH-Hürde. Während des langen Reifungsprozesses von Salami werden die anfänglichen Hürden schwächer. Nitrit wird aufgebraucht. Die Anzahl der Milchsäurebakterien nimmt ab. Das Redoxpotenzial und der pH-Wert steigen. Während die Salami trocknet, wird jedoch die Wasseraktivität zur Haupthürde und konserviert die Wurst. Der Reifungsprozess muss bei der Herstellung von fermentierten Würsten sorgfältig gesteuert werden.

Eine immer länger werdende Liste von Hürden

Bei der Lebensmittelkonservierung wurden etwa 50 verschiedene Hindernisse identifiziert. Neben den wichtigsten und am häufigsten verwendeten Hindernissen 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 Bakteriozine.

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