Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Sterilisation von Lebensmitteln zur Haltbarmachung erfolgt in der Regel thermisch mit Hilfe von Dampf oder Hei\u00dfwasser. Lebensmittel bestehen zu einem Gro\u00dfteil aus Wasser. In Folge der hohen thermischen Kapazit\u00e4t f\u00fchrt dies zu hohen Energieeintr\u00e4gen. Eine Alternative zur Reduzierung des Energieeintrags und der Schonung von Umwelt und Ressourcen ergibt sich durch die Hochdrucktechnik mit Dr\u00fccken bis zu 1.000 MPa. Die Evaluierung dieses bisher ungenutzten Potenzials sowie die Entwicklung eines Hochdruckprozesses erfolgt im Rahmen dieses Forschungsvorhabens. Zudem l\u00e4sst die instantane Wirkung des Drucks gegen\u00fcber der thermischen Sterilisation eine Verbesserung der Produktqualit\u00e4t erwarten. Die erfolgreiche Umsetzung der Haltbarmachung von Lebensmitteln durch Hochdruck erfordert folgende Voraussetzungen: Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen, Lebensmittelsicherheit, positiver Einfluss auf die Produktqualit\u00e4t und die \u00dcbertragbarkeit des Verfahrens in den industriellen Ma\u00dfstab. Ziel des Projekts ist es daher, einen Hochdruckprozess mit den Parametern Druck, zeitliche Druck\u00e4nderung, Temperatur, Haltezeit, Art des Druck\u00fcbertragungsmediums und Temperierung zu entwickeln, der die gestellten Anforderungen erf\u00fcllt.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen finden am Modelllebensmittel Karottenbrei statt. Die Ergebnisse werden mit denen eines voll ausgereiften, industriellen thermischen Sterilisationsprozesses verglichen. Bilanzen des Prim\u00e4renergiebedarfs f\u00fcr jeden der durchgef\u00fchrten Hochdruckprozessvarianten erm\u00f6glichen einen Ver-gleich mit dem etablierten thermischen Verfahren. Mit Hilfe systematischer Untersuchungen zur Inaktivie-rung relevanter Sporen und Enzymen, die typischerweise in Verbindung mit Karotten zu finden sind, erfolgt die Entwicklung eines Standard-Referenz-Prozesses, der die Bedingungen der Lebensmittelsicherheit erf\u00fcllt. Die Weiterentwicklung der FISH-Technik erm\u00f6glicht die zeitnahe Detektierung von Sporen der relevanten Mikroorganismen. Zur Beurteilung der Qualit\u00e4t des Lebensmittels finden Untersuchungen zum rheologischen Verhalten sowie zum Einfluss der Hochdruck- und der thermischen Behandlung auf essenzielle Lebensmittelinhaltsstoffe statt. Sensorische Tests runden die Analysen ab. Das Werkzeug der Numerischen Simulation erm\u00f6glicht ein Scale Up des entwickelten Hochdruckprozesses sowie die Ges-taltung der Thermofluiddynamik im Hochdruckbeh\u00e4lter im industriellen Ma\u00dfstab mit dem Ziel eines energetisch g\u00fcnstigen und lebensmitteltechnisch sicheren Verfahrens.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der Einsatz der Hochdruckbehandlung zur Haltbarmachung von Karottenbrei weist gegen\u00fcber dem herk\u00f6mmlichen thermischen Prozess ein erhebliches Einsparpotenzial bez\u00fcglich des Energieeinsatzes auf (gr\u00f6\u00dfer 40 %). Dies bedeutet eine substanzielle Schonung der Umwelt und ihrer Ressourcen. Damit liegen gesicherte Ergebnisse f\u00fcr die Erf\u00fcllung des prim\u00e4ren Projektziels vor. Die Hochdruckbehandlung er-weist sich bei der Anwendung auf Karottenbrei auch als \u00e4u\u00dferst schonend gegen\u00fcber den rheologischen Eigenschaften, den wertgebenden Schl\u00fcsselaromastoffen sowie den Kohlenhydraten. Dies entspricht der Erf\u00fcllung eines weiteren Projektziels. Im Vergleich dazu entstehen bei der thermischen Behandlung Schl\u00fcsselaromastoffe aus geruchlosen Aminos\u00e4uren, die das Gesamtaroma und damit die Naturbelas-senheit des Produkts deutlich ver\u00e4ndern. Die durchgef\u00fchrten Untersuchungen zeigen weiterhin, dass f\u00fcr die Entwicklung des Hochdruckprozesses die alleinige Festlegung der Parameter Haltedruck, Starttemperatur, Druckrampe und Haltezeit nicht ausreicht. Vielmehr beeinflussen die neben dem Produkt im Druckbeh\u00e4lter eingesetzten Materialien (Druck\u00fcbertragungsmedium, Verpackungen, Druckbeh\u00e4lterwand) in Verbindung mit der Geometrie und der Temperierung des Beh\u00e4lters ganz erheblich den Temperatur-Zeit-Verlauf w\u00e4hren der Behandlung und somit die Inaktivierungskinetiken von Mikroorganismen und Enzymen. Durch gezielte Wahl der Materialien und Randbedingungen wurde ein praxisnaher Hochdruckprozess entwickelt, der bei einem Haltedruck von 600 MPa sowie einer Haltezeit von 20 min. f\u00fcr spezifi-sche Produkte und Konsumentengruppen eine ausreichende Inaktivierung von Mikroorganismen realisiert. Die Druckresistenz der Organismen (B. licheniformis, B. subtilis, B. amyloliquefaciens, C. botulinum und T. thermosaccharolyticum) korrelierte nicht immer mit der Hitzeresistenz, weder bei Vergleich zwi-schen den unterschiedlichen Arten, noch bei Vergleich unterschiedlicher St\u00e4mme derselben Art. Die Leitkeime f\u00fcr die thermische Sterilisation eigenen sich daher nicht grunds\u00e4tzlich f\u00fcr die der Hochdruckbehandlung. Der Leitkeim f\u00fcr die thermische Sterilisation C. botulinum l\u00e4sst sich durch eine geeignete Druck-Temperatur-Behandlung inaktivieren ebenso wie das hitzeresistente Enzym alpha-Amylase. Bei Versuchen mit der Meerrettich-Peroxidase bei 700 MPa, 80 \u00b0C und 15 min. Haltezeit weist diese noch eine Aktivit\u00e4t von 20 % auf. Die Inaktivierung der alkalischen Protease aus B. lichenifomis findet bei 800 MPa und 80 \u00b0C statt. Hervorzuheben ist, dass bakterielle Enterotoxine durch eine Druckbehandlung nicht maskiert werden; deren Nachweis ist demnach noch nach einer druckbasierenden Lebensmittelkonservierung weiterhin m\u00f6glich. Bei der FISH-Technik zum zeitsparenden Nachweis von Mikroorganismen ist es erstmalig gelungen durch direkte in situ-Analyse von Sporen die Analysendauer auf 3 h herab-zusetzen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
–\tBaars, A., Pereyra, N., Delgado, A., Margosch, D., Ehrmann, M.A., Vogel, R.F., Czerny, M., Schieberle, P., Meu\u00dfdoerffer, F.: High Hydrostatic pressure – an energy saving technology for preservation of food. ICEF9, Montpellier, 07.-11.03.2004.
\n–\tBaars, A., Pereyra, N., Delgado, A., Margosch, D., Ehrmann, M.A., Vogel, R.F.., Czerny, M., Schieberle, P., Meu\u00dfdoerffer, F., Beimfohr, C.: Entwicklung eines innovativen Hochdruckverfahrens zur umweltfreundlichen Sterilisation von Lebensmitteln. 36. Techn. Sem. Weihenstephan, Januar 2003
\n–\tGemeinsames Statusseminar von BMBF-, DBU- und DFG-gef\u00f6rderten Forschungsprojekten Hoch-druckbehandlung von Lebensmitteln. 01.-02.10.2003 TU Berlin, FG Lebensmittelbiotechnologie und -prozesstechnik.
\n–\tVorstellung der Ergebnisse auf der Anuga Food Tec in K\u00f6ln, 08.-11.04.2003 und der ACHEMA 2003 in Frankfurt\/M. 19.-24.05.2003.
\n–\tBaars, A., Marjanovic, D., Delgado, A.: Relations of Diffusive Momentum Transport and Conformational Changes in Aqueous beta-Lactoglobulin Solutions under High Pressure. Conf. High Pressure Biosciences and Biotechnology, Rio de Janeiro, 26.-30.09.2004. –\tDelgdao, A., Hartmann, Chr.: Pressure Treatment of Food: instantaneous but not Homogeneous Effect. In: Winter, R. (Ed.): Advances in High Pressure Bioscience and Biotechnology II. Springer, Berlin 2003.
\n–\tMargosch, D., Ehrmann, M.A., Vogel, R.F.: Rolle der Dipicolins\u00e4ure bei der druckinduzierten Inaktivierung bakterieller Endosporen. Poster, 5. Fachsymposium Lebensmittelmikrobiologie der VAAM und DGHM in Deeon, Mai 2003.
\n–\tG\u00e4nzle, M.G., Margosch, D., Ehrmann, M.A., Vogel, R.F.: Frisch gepresst – Untersuchungen und \u00dcberlegungen zur mikrobiologischen Sicherheit hochdruckbehandelter lebensmittel. Vortrag, GDL-Kongress Lebensmitteltechnologie in Stuttgart-Hohenheim, September 2003.
\n–\tMargosch, D., G\u00e4nzle, M.G., Ehrmann, M.A., Vogel, R.F.: Pressure inactivation of Bacillus endospores. Appl. Environ. Microbiol. In press.
\n–\tMargosch, D., Ehrmann, M.A., G\u00e4nzle, M.G., Vogel, R.F.: Comparison of pressure and heat resistance of Clostrdium botulinum and other endospores in mashed carrots. J. Food Protect. In press.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Anwendung der Hochdrucktechnik erm\u00f6glicht eine neue, hoch innovative, umwelt- und ressourcen-schonende M\u00f6glichkeit zur Haltbarmachung von Lebensmitteln bei gleichzeitig schonender Behandlung essenzieller Nahrungsmittelinhaltsstoffe.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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