Einsatz von Hürdenverfahren für sicherere und frischere Lebensmittel

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 „Hurdle“-Technologie kombiniert gezielt bestehende und neue Konservierungstechniken, um eine Reihe von Konservierungsfaktoren zu schaffen, die Mikroorganismen nicht überwinden können. Zu diesen Hürden können Temperatur, Wasseraktivität, Säuregrad, Redoxpotenzial, Konservierungsstoffe, konkurrierende Organismen, Vitamine, Nährstoffe und vieles mehr.

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 verschiedene Hindernisse zusammenwirken, um Mikrobielles Wachstum einzudämmen.

Abbildung 1 zeigt mehrere Beispiele für kombinierte Verfahren. Jede der Abbildungen zeigt anhand von gepunkteten Linien und Pfeilen, ob die Verfahren Mikrobielles Wachstum wirksam unterbinden oder nicht. In Beispiel 3 beispielsweise war die Temperatur allein kein wirksames Kontrollmittel, aber die Kombination Wasseraktivität Temperatur verhinderte das Wachstum von Mikroorganismen. In Beispiel 4 reichten die Kontrollmaßnahmen nicht aus, um Mikrobielles Wachstum zu verhindern. In diesem Fall hätte die Temperaturgrenze 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.

Die Wasseraktivität Hürde

Wasseraktivität aw) ist sowohl allein als auch in Kombination mit anderen Hemmfaktoren einer der nützlichsten Hemmfaktoren. Es gibt bestimmte Wasseraktivitäten, unterhalb derer bestimmte Mikroben nicht wachsen können, sowie eine Wasseraktivität derer sich keine Mikroben vermehren. Diese Mikrobielles Wachstum Grenzwerte gelten für alle Arten von Lebensmitteln und eigentlich für jedes poröse Produkt.

Wasseraktivität pH-Wert: Synergistische Hürden

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

Anhand von Tabelle A lässt sich feststellen, ob ein wärmebehandeltes und verpacktes Lebensmittel ein potenziell gefährliches Lebensmittel (PHF), kein PHF oder ein Produkt ist, das einer Produktbewertung bedarf. Lebensmittel müssen die Garvorschriften gemäß Abschnitt 3-401.11 des Food Code erfüllen (keine unvollständige Garung), um vegetative Krankheitserreger abzutöten. Sporenbildende Krankheitserreger sind die einzigen verbleibenden biologischen Gefahren, die Anlass zur Sorge geben. Lebensmittel werden verpackt, um eine erneute Kontamination zu verhindern. Daher Wasseraktivität ein höherer pH-Wert und Wasseraktivität höhere Wasseraktivität bedenkenlos 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-Wert – Mikrobielles Wachstum

Ähnlich wie Wasseraktivität schränkt auch der pH-Wert das Wachstum bestimmter Mikroorganismen auf genau definierte Weise ein. Alle Organismen bevorzugen einen neutralen pH-Wert, doch die meisten können auch in saureren Umgebungen wachsen, wobei Mikrobielles Wachstum bei einem pH-Wert von 5 größtenteils Mikrobielles Wachstum . 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 vertragen.

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 der pH-Wert verschiedener gängiger Lebensmittel zusammenwirken, um Mikrobielles Wachstum zu kontrollieren. Erdbeerkonfitüre weist eine sehr hohe Wasseraktivität auf, doch Zitronensäure sorgt dafür, dass der pH-Wert niedrig genug ist, um Mikrobielles Wachstum zu verhindern.  Auch Senf hat einen sehr niedrigen pH-Wert und eine hohe Wasseraktivität. Diese beiden Produkte werden durch den pH-Wert und nicht durch Wasseraktivität konserviert. Ahornsirup hingegen wird durch Wasseraktivität niedrige Wasseraktivität konserviert. Der Zucker im Sirup wirkt als Feuchthaltemittel, das die Wasseraktivität hält.

Mayonnaise weist eine sehr hohe Wasseraktivität auf, doch Essig hält ihren pH-Wert bei 4,1. Der niedrige pH-Wert bedeutet, dass kein Mikrobielles Wachstum stattfindet. Da sie jedoch einen hohen Ölgehalt aufweist, ist sie anfällig für Lipidoxidation. Mayonnaise wird gekühlt gelagert, nicht um Mikrobielles Wachstum zu verhindern, sondern um Ranzigkeit zu vermeiden. Interessanterweise besteht kein direkter Zusammenhang zwischen Wasseraktivität pH-Wert. Wenn man einem Produkt Säure zusetzt, um seinen pH-Wert zu senken, hat dies nur minimale Auswirkungen auf 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 spielt eine Abfolge von Hemmschwellen eine wichtige Rolle. Die ersten Hemmschwellen sind Salz und Nitrat, die viele der vorhandenen Bakterien hemmen. Andere Bakterien vermehren sich in dieser Phase, verbrauchen Sauerstoff und bewirken einen Abfall des Redoxpotenzials, was aerobe Organismen hemmt und die Selektion von Milchsäurebakterien begünstigt. Diese Bakterien vermehren sich, bewirken eine Ansäuerung des Produkts und erhöhen die pH-Barriere. Während des langen Reifungsprozesses der Salami schwächen sich die anfänglichen Barrieren ab. Nitrit wird aufgebraucht. Die Anzahl der Milchsäurebakterien nimmt ab. Redoxpotential und pH-Wert steigen an. Während die Salami trocknet, Wasseraktivität jedoch Wasseraktivität zur Hauptbarriere und sorgt für die Haltbarkeit der Wurst. Der Reifungsprozess muss bei der Herstellung von fermentierten Würsten sorgfältig gesteuert werden.

Eine immer länger werdende Liste von Hürden

Im Bereich der Lebensmittelkonservierung wurden etwa 50 verschiedene Hemmfaktoren identifiziert. Neben den wichtigsten und am häufigsten genutzten Hemmfaktoren wie Temperatur, pH-Wert und Wasseraktivität gibt es viele weitere potenziell wertvolle Optionen. Beispiele hierfür sind Ultrahochdruck, Mano-Thermo-Sonikation, photodynamische Inaktivierung, Verpackungen mit modifizierter Atmosphäre, essbare Beschichtungen, Ethanol, Produkte der Maillard-Reaktion und Bakteriozine.

‍