Methoden zur Lebensmittelkonservierung: Ein umfassender Leitfaden

Haltbarmachung von Lebensmitteln durch Feuchtigkeitskontrolle

Dehydrierung, Trocknung und Konzentration in der Küche: Hierbei wird Wasser unter natürlichen Bedingungen aus Lebensmitteln entfernt, z. B. beim Kochen und Backen, sowie durch kontrollierte Prozesse der Dehydrierung. Ziel ist es, die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern, Gewicht und Volumen zu reduzieren, Transport-, Verpackungs- und Lagerkosten zu senken und Convenience-Produkte herzustellen.

Physikalische Prinzipien

Die Wärmeübertragung und die Entfernung von Wasser werden durch die Vergrößerung der Oberfläche des Lebensmittels, die Erhöhung der Temperatur und der Luftgeschwindigkeit sowie durch die Senkung der Luftfeuchtigkeit und des Drucks erleichtert.

Dehydrierung

Die Dehydrierung ist die fast vollständige Eliminierung von Wasser mithilfe von Geräten. Beispiele hierfür sind Milchpulver, Instantkaffee und Cornflakes.

Methoden der Dehydrierung

1) Dehydrierung mit heißer Luft:

• Trockner oder Fachtrockner: Eine Kammer, in der die Fächer mit Lebensmitteln platziert werden. Die Luft wird von einem Ventilator durch eine Heizung geblasen.
• Tunneltrockner: Diese werden häufig für die Dehydrierung von Obst und Gemüse verwendet. Die Tunnel sind 10 bis 15 m lang und enthalten Matten mit dem Rohmaterial. Der Luftstrom kann natürlich oder erzwungen sein.
• Sprühtrockner: Besteht aus einer zylindrischen Kammer, in die die zu trocknende Flüssigkeit durch Drucksprühen eingebracht wird. Die Flüssigkeit zerfällt in Tröpfchen, die auf einen Strom heißer Luft treffen und fast sofort trocknen. Geeignet für Flüssigkeiten und Pasten, die in trockene Produkte umgewandelt werden sollen (z. B. Milchpulver, Instantkaffee). Der Sprühtrocknungsprozess umfasst vier Phasen:
  1. Zerstäubung der Flüssigkeit durch Hochdruckpumpen
  2. Kontakt der zerstäubten Flüssigkeit mit heißer Luft
  3. Verdunstung des Wassers in der Trockenkammer (180–230 °C)
  4. Trennung des Pulvers von der Trocknungsluft, häufig mithilfe von Zyklonen
• Wirbelschichttrockner: Kontinuierliche Trocknung, bei der das Material auf einem perforierten Band platziert wird und von unten heiße Luft erhält, wodurch es sich ähnlich wie eine kochende Flüssigkeit verhält. Anwendung: Lebensmittel und kleine Partikel, die ohne mechanische Beschädigung verwirbelt werden können.

2) Dehydrierung durch direkten Kontakt (Trockner und Walzen): Auch bekannt als Trockenzylinder. Pastöse Lebensmittel kommen mit der heißen Oberfläche in Kontakt. Je nach Anzahl der Zylinder ermöglichen sie einen hohen Durchsatz und sind wirtschaftlich. Der Feuchtigkeitsgehalt liegt unter 5 %. Nützlich für hitzebeständige Lebensmittel.

3) Gefriertrocknung: Auch als Kryodesikkation bezeichnet. Ein Prozess der Dehydrierung von Produkten unter reduziertem Druck und niedriger Temperatur, bei dem das zuvor gefrorene Wasser in Abwesenheit von Luft sublimiert. Die chemischen und organoleptischen Eigenschaften bleiben weitgehend erhalten. Das erste gefriergetrocknete Produkt war Tollwut (1911).

Herstellung von Kristallzucker

Reinigung: In dieser Phase wird der Saft erhitzt und in Tanks geleitet, wo Verunreinigungen absorbiert werden, wodurch eine klare Brühe entsteht.

Verdampfung und Kristallisation: Diese Brühe wird einer Verdampfung unterzogen und in Sirup umgewandelt. Der Sirup wird einer weiteren Konzentrations- und Kochstufe unterzogen, wodurch eine Mischung aus Kristallen und Melasse entsteht.

Zentrifugieren und Trocknen: Die gewonnenen Kristalle werden in Zentrifugen geleitet, um die Melasse abzutrennen. Nach der Trennung weisen die Zuckerkristalle jedoch immer noch eine hohe Feuchtigkeit auf, die nur durch die Wirkung von Trocknern (Heißluft) beseitigt werden kann. So entsteht der Zucker.

Auflösung von Kristallzucker und Reinigung: Die erste Phase der Herstellung von raffiniertem Zucker besteht darin, den Kristallzucker in Wasser aufzulösen. Diese Lösung wird einem weiteren Reinigungsverfahren unterzogen, wodurch ein Sirup entsteht.

Verdampfung und Verfestigung: Ein Spray für die Reinigung wird erzeugt und erhitzt. Dann wird es in Mischer geleitet, wodurch eine Masse aus warmem und feuchtem Zucker entsteht. In dieser Phase haben die Kristalle eine bestimmte Form.

Trocknen und Kühlen: Der Zucker wird zum Trocknen und Kühlen in Trockner mit Heiß- und Kaltluftdurchgang geleitet.

Sieben: Der Zucker wird gesiebt, um die Klumpen zu trennen und einheitliche Kristalle zu erhalten. Der feinste Teil wird zu Puderzucker verarbeitet, und aus dem Rest wird Kristallzucker gewonnen.

Auswirkungen der Dehydrierung auf Lebensmittel

Textur: Der Texturverlust von rehydrierten Lebensmitteln (Obst und Gemüse) ist auf die Gelatinierung von Stärke, die Kristallisation von Cellulose und die Anpassung der Zellen zurückzuführen, die das Aussehen von Lebensmitteln schrumpelig und geschrumpft machen. Bei Fleisch kann die Denaturierung von Proteinen zu einem Verlust der Fähigkeit führen, Wasser zu speichern, was zu einer Verhärtung und einer Konzentration von gelösten Stoffen an der Oberfläche führt. Die Textur hängt mit der Rohdichte und der Leichtigkeit der Rehydrierung zusammen.

Aroma und Geschmack: Die Hitze verdampft das Wasser und auch flüchtige Stoffe. Getrocknete Lebensmittel haben weniger Aroma als das Original. Der Grad des Verlusts hängt von der Temperatur, dem Feuchtigkeitsgehalt der Lebensmittel, dem Dampfdruck und der Löslichkeit der Verbindungen in Wasserdampf ab. Kräuter und Gewürze werden bei niedrigen Temperaturen getrocknet. Lebensmittel mit poröser Struktur ermöglichen den Zugang zu O2 und führen zur Oxidation von Lipiden und Verbindungen während der Lagerung.

Farbe: Bei Obst und Gemüse werden die Veränderungen der Pigmente Chlorophyll und Carotin durch Hitze und Oxidation während der Trocknung sowie durch die Restaktivität von PPO während der Lagerung verursacht.

Natürliche Trocknung

Diese Methode ist natürlich und wirtschaftlich. Sie wird in trockenen Klimazonen (Mittelmeer, Norwegen, Kanada, Kalifornien, Nordostbrasilien) angewendet. Lebensmittel können auf Regalen ausgelegt oder an Wäscheleinen aufgehängt werden. Der Vorgang dauert bis zu 10 Tage und erfolgt in zwei Stufen: Zuerst in der Sonne, bis die Lebensmittel 50 bis 70 % Wasser verloren haben, dann im Schatten, damit die Produkte nicht austrocknen und ihren natürlichen Geschmack und ihr Aroma nicht verlieren.

Eindampfung und Konzentration von Lebensmitteln

Diese Methoden der Dehydrierung dienen der Konservierung und können vor der Dehydrierung angewendet werden. Sie reduzieren den Wassergehalt um 1/3 bis 2/3 und senken die Kosten für Transport, Verpackung, Lagerung usw. Einige Lebensmittel werden bevorzugt konzentriert und durch Verdampfung haltbar gemacht. Sie benötigen jedoch möglicherweise zusätzliche Konservierungsmethoden.

Empfang und Lagerung

Aufgrund der großen Obstmengen sollten hydraulische Aufzüge zum Entladen der LKW vorhanden sein. Die Steuerung erfolgt über automatische Waagen, die die Fahrzeuge mit und ohne Obst wiegen.

Reinigung

In einem ersten Schritt werden die Früchte mit Wasser und einer Reinigungs- und Bakterizidlösung (Chlor) besprüht, deren Wirkung durch die Verwendung von Bürsten verstärkt wird. In einem zweiten Schritt werden runde Früchte in allen Positionen mit chloriertem Wasser gespült (einige Unternehmen verwenden chloriertes Warmwasser), wodurch die vorherige Lösung und der Schmutz entfernt werden. Gleichzeitig wird die Kontamination der Oberfläche durch Mikroorganismen reduziert, die den Saft bei der Extraktion verunreinigen könnten.

Auswahl

In diesem Schritt werden Orangen aussortiert, die zerbrochen oder gequetscht sind (kontaminiert mit Mikroorganismen, die die Konservierung beeinträchtigen) und die Extraktion stören würden, da die Ausrüstung für ganze Früchte ausgelegt ist. Diese Auswahl erfolgt visuell und manuell durch geschultes Personal.

Klärung

Der frisch gewonnene Saft wird unabhängig vom ätherischen Öl durch eine Zentrifuge von den Schwebstoffen aus Fleisch- oder Schalenstücken getrennt. Dieser Vorgang beseitigt nicht die charakteristische Trübung des Zitronensafts, d. h. nur die gröbsten Schwebstoffe werden durch eine spezielle kontinuierliche und automatische Zentrifuge entfernt. Es ist auch möglich, Enzymseparatoren zu verwenden, aber für den konzentrierten Saft ist dies nicht erforderlich, da das Ziel nicht darin besteht, ihn zu klären, sondern nur Verunreinigungen zu entfernen.

Pasteurisierung

Die Pasteurisierung dient dazu, den größten Teil der Mikroflora zu eliminieren. Sie inaktiviert Pektinesterasen, die die Stabilität der Trübung zerstören, und die Flüssigkeit verändert ihr natürliches Aussehen deutlich im oberen Bereich. Die Pasteurisierung erfolgt bei einer Temperatur von ca. 92 °C für 45 Sekunden.

Kühlen/Gefrieren

Das Fruchtsaftkonzentrat wird in Bewegung gehalten, um eine gleichmäßige Temperatur und Zusammensetzung zu gewährleisten. Das kalte, konzentrierte und einheitliche Konzentrat wird dann durch zwei Plattenwärmetauscher geleitet, um das Fruchtsaftkonzentrat in zwei Stufen von 25 °C auf 7 °C und anschließend von 7 °C auf -7 °C zu kühlen. Danach wird es verpackt.

Lagerung

Das in geeigneten Behältern verpackte Konzentrat wird bei einer Temperatur von -28 °C gelagert.

Haltbarmachung von Lebensmitteln durch Kälte

Kühllagerung: Bei der Kühlung werden Lebensmittel auf eine Temperatur über dem Gefrierpunkt abgekühlt und dort gehalten. Übliche Temperaturen liegen zwischen -8 und 1 °C. Sie wirkt sich nur auf wärmeempfindliche Produkte aus. Je niedriger die Temperatur, desto langsamer:

• das Wachstum von Mikroorganismen, wobei psychrophile Mikroorganismen die größten Probleme darstellen
• die Stoffwechselaktivität von tierischen Geweben nach der Schlachtung und von pflanzlichen Geweben nach der Ernte
• chemische und enzymatische Reaktionen
• Feuchtigkeitsverlust

Die Kühlung hat einige negative Auswirkungen auf Geschmack, Textur, Nährwert und Farbe. Die Haltbarkeit ist kurz (Tage oder Wochen).

Faktoren, die bei der Kühllagerung kontrolliert werden müssen

1. Temperatur: Jedes Lebensmittel hat seine optimale Temperatur. Die Temperatur sollte während der Lagerung stabil bleiben und nicht mehr als ± 1 °C vom empfohlenen Wert abweichen. Die Türen sollten so selten wie möglich geöffnet werden.
2. Luftfeuchtigkeit: Hohe Luftfeuchtigkeit führt zu Kondensation an kalten Oberflächen von Lebensmitteln und begünstigt das Wachstum von Schimmelpilzen und Risse in einigen Früchten. Niedrige Luftfeuchtigkeit führt zu Feuchtigkeitsverlust, Dehydrierung und Gewichtsverlust der Lebensmittel.
3. Reinigung und Luftzirkulation: Diese tragen zur Wärmeverteilung und zur Zusammensetzung der Luft bei. Die Luft muss regelmäßig erneuert werden, um Gerüche zu beseitigen und aromatische Verbindungen zu entfernen, die von einigen Lebensmitteln freigesetzt werden. Ein zu starker Luftstrom führt jedoch zu Dehydrierung.
4. Kontrollierte Atmosphäre: Hierbei wird die Zusammensetzung des Gasgemischs kontrolliert. Diese Methode wird für die Lagerung großer Mengen von Produkten (z. B. Äpfel und Birnen) verwendet.
5. Licht: Kühlräume sollten dunkel gehalten werden. Manchmal werden UV-Lampen verwendet, um das Wachstum von Schimmelpilzen und Bakterien an der Oberfläche zu reduzieren.

Gefrierlagerung: Eine effiziente Methode, um Fleisch, Gemüse und Fisch über einen längeren Zeitraum zu konservieren.

• Langsames Einfrieren: Dauert mehr als 3 Stunden, um ein Produkt bei Temperaturen von -25 °C ohne Luftzirkulation einzufrieren. Die ersten Eiskristalle bilden sich im Interzellularraum, wodurch Wasser aus der Zelle in den Interzellularraum wandert. Dadurch vergrößern sich die Kristalle und einige Zellwände werden zerstört. Beim Auftauen verliert das Lebensmittel Wasser und wird schlaff, wobei es Salze, wasserlösliche Vitamine und Proteine verliert.
• Schnelles Einfrieren: Dauert weniger als 3 Stunden, um ein Produkt bei Temperaturen von -25 °C mit Luftzirkulation oder -40 °C mit oder ohne Luftzirkulation einzufrieren. Die Luftzirkulation beschleunigt den Wärmeaustausch. Das Wasser wandert nicht, sondern gefriert dort, wo es sich befindet. Es bilden sich mehr Eiskristalle, die gleichmäßiger verteilt sind und die Zellen weniger schädigen, wodurch eine Zerstörung der Membranen vermieden wird. Das Auftauen sollte langsam erfolgen, damit die Lebensmittel die Auftauflüssigkeit mit Salzen, Proteinen, Zuckern usw. wieder aufnehmen können.

Arten von Gefriergeräten

• Luftgefriergeräte (statische Druckluft): Die Wärmeübertragung ist gering und das Einfrieren erfolgt sehr langsam (Verlust der Produktqualität).
• Gefriergeräte mit direktem Kontakt: Die Lebensmittel werden auf parallelen Platten verteilt, in denen das Kältemittel zirkuliert. Es kann ein leichter Druck ausgeübt werden, um den Kontakt der Lebensmittel mit den kalten Oberflächen der Platten zu verbessern (verbessert die Wärmeübertragungszahl und die Gefriergeschwindigkeit).
• Gefriergeräte durch Eintauchen: Die Lebensmittel werden von einem Förderband in ein Kältemittelbad transportiert, das im Gegenstrom fließt. Vorteile: enger Kontakt des Lebensmittels oder der Verpackung mit dem Kältemittel, schnelle Verarbeitung von unregelmäßig geformten Teilen, Erhaltung der Qualität von oxidationsempfindlichen Lebensmitteln (Vermeidung des Kontakts mit Luft). Heutige Anwendungen: Einfrieren von Fisch an Bord und von verpackten Zitrussäften und -konzentraten.
• Kryogenes Gefrieren:
  1. Die Lebensmittel werden mit flüssigem Stickstoff besprüht, wodurch die Oberflächentemperatur drastisch und schnell gesenkt wird.
  2. Anschließend werden sie in einen anderen Bereich gebracht, um die Temperatur zu stabilisieren.
  3. Der letzte Schritt ist das Glasieren mit Wassersprays, wobei die Restkälte der Lebensmittel genutzt wird. Die Endtemperatur beträgt -18 °C, und die Oberfläche der Lebensmittel ist vor Dehydrierung geschützt.

Tiefkühlverpackungen

Diese verhindern die Dehydrierung beim Einfrieren mit Luft oder anderen Systemen, vermeiden Gefrierbrand, der Farbe, Textur, Geschmack und Nährwert von Lebensmitteln verändert, verhindern Rost und die Verunreinigung der Atmosphäre im Inneren der Kammer. Holz, Metall, Glas und Kunststoff werden erfolgreich eingesetzt.

Lebensmittelzusatzstoffe

Dies sind Stoffe, die Lebensmitteln zugesetzt werden, um ihren Geschmack zu erhalten oder zu verändern oder ihr Aussehen zu verbessern. Sie sind unerlässlich, damit wir Lebensmittel haben, die so entwickelt und gepflegt werden, dass sie langfristig verzehrt werden können.

Sie erhalten die Produktkonsistenz, verbessern den Nährwert, erhalten den Geschmack, erhöhen die Empfindlichkeit und den pH-Wert, verbessern den Geschmack und die Farbe.

Klassifizierung von Lebensmittelzusatzstoffen

• Nach ihrem Ursprung:
  • Natürlich: Werden direkt aus Rohstoffen gewonnen.
  • Künstlich: Werden synthetisch hergestellt.
• Nach ihrem Verwendungszweck:
  • Absichtlich: Werden gezielt zu den Produkten hinzugefügt.
  • Zufällig: Gelangen unbeabsichtigt in die Lebensmittel.

Arten von Lebensmittelzusatzstoffen

1. Säuerungsmittel: Sie machen die Aromen lebendig und dienen als Konservierungs- und Antioxidationsmittel.
2. Säureregulatoren: Sie werden verwendet, um den pH-Wert von Lebensmitteln zu verändern oder beizubehalten.
3. Trennmittel, Rieselhilfen: Verhindern die Verklumpung von pulverförmigen Partikeln.
4. Schaumverhüter: Reduzieren oder verhindern die Schaumbildung in Lebensmitteln.
5. Antioxidantien: Verhindern den Verderb von Lebensmitteln durch oxidative Mechanismen.
6. Füllstoffe: Werden verwendet, um die Menge der Lebensmittel zu erhöhen, ohne ihre Eigenschaften zu verändern.
7. Farbstoffe: Werden hinzugefügt, um während der Zubereitung verlorene Farben zu ersetzen oder um Lebensmittel attraktiver zu machen, indem ihre Farbe verändert wird.
8. Farbstabilisatoren: Erhalten die ursprüngliche Farbe der Lebensmittel.
9. Emulgatoren: Sorgen dafür, dass Wasser und Öl vermischt bleiben.
10. Aromen: Verleihen Lebensmitteln bestimmte Aromen oder Düfte. Sie können künstlich oder natürlich sein.
11. Geschmacksverstärker: Verstärken den ursprünglichen Geschmack von Lebensmitteln.
12. Feuchthaltemittel: Verhindern das Austrocknen von Lebensmitteln.
13. Süßungsmittel: Werden hinzugefügt, um die von Lebensmitteln gelieferte Energie zu senken, und haben eine positive Wirkung bei bestimmten Erkrankungen.

Lebensmittelbestrahlung

Elektromagnetische Strahlung: Energie, die sich im Raum ausbreitet.

Bestrahlung: Direkte Exposition eines Materials gegenüber einer radioaktiven Quelle.

Ionisierende Strahlung: Strahlung, die Atome und Moleküle in Ionen umwandeln kann und genügend Energie trägt, um Elektronen aus Molekülen zu entfernen.

Die Bestrahlung ist eine hocheffiziente Technik in der Lebensmittelkonservierung:

• Beseitigung oder Minimierung der mikrobiellen Population
• Hemmung der Keimung bei Zwiebeln und Knollen
• Verzögerung der Reifung von Obst und Gemüse
• Beseitigung von Parasiten
• Entwesung von Getreide, Cerealien, Gewürzen und Früchten

Vorteile der Lebensmittelbestrahlung

• Praktisch keine Erhöhung der Temperatur
• Kann in die Verpackung eindringen
• Erfordert keine Nachbehandlung
• Sehr schnell
• Belastet die Umwelt nicht
• Wirtschaftlich
• Hinterlässt keine Rückstände

Nachteilige Auswirkungen auf Lebensmittel

• Kann Geruch, Farbe und Geschmack negativ verändern
• Kann zu unerwünschten Texturveränderungen führen
• Kann zum Verlust erwünschter funktioneller Eigenschaften führen
• Kann den Gehalt einiger Vitamine verringern
• Kann zur Bildung radiolytischer Produkte führen, von denen einige möglicherweise toxisch sind
• Abhängig vom Wassergehalt, der Dosierung, den Verpackungsbedingungen, der Temperatur und der Atmosphäre

Wirkung ionisierender Strahlung auf Organismen

1. Auswirkungen auf Mikroorganismen:
   • Veränderung der Zellmembran
   • Wirkung auf das Enzymsystem
   • Auswirkungen auf die DNA- und RNA-Kette
   • Veränderung des Energiestoffwechsels
2. Resistenz von Organismen: Die Wirkung ist umgekehrt proportional zur Größe des Moleküls.
3. Dosisanpassung der Inaktivierung
4. Faktoren, die die Strahlenempfindlichkeit von Mikroorganismen beeinflussen:
   • Zusammensetzung des Mediums, z. B. Wassergehalt
   • Bestandteile der Lebensmittel selbst
   • pH-Wert
   • Zusammensetzung der Atmosphäre