Grundlagen der Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln

42. Kulmbacher Woche - Kurzfassung Vortrag

Durch die Hochdruckbehandlung lassen sich in Lebensmitteln Mikroorganismen selektiv abtöten, die wertgebenden Lebensmittelbestandteile jedoch bleiben bei der Behandlung im größtmöglichen Ausmaß erhalten. Bei dieser Form der Haltbarmachung ist es sogar möglich, hochstrukturierte Lebensmittel, wie z. B. Fleischprodukte, in der Endverpackung zu behandeln. Die Wirksamkeit hoher hydrostatischer Drucke bei der Behandlung von Lebensmitteln beruht auf der durch technische Systeme erzwungenen Fluidkontraktion und den damit ausgelösten physikalischen und chemischen Veränderungen. Prinzipiell wird bei der Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln im hydrostatischen System gearbeitet, d. h. die Kräfte im Inneren der Hochdruckanlage befinden sich im Gleichgewicht. Dies wird durch das Eintauchen der verpackten Produkte in ein druckübertragendes Fluid, im Normalfall Wasser, erreicht. Bei Behandlungsdrücken, die nicht selten bei 8000 bar liegen, werden Lebensmittel um bis zu einem Viertel ihres Volumens gestaucht. Diese Kompression ist reversibel, so dass am Ende der Behandlung das ursprüngliche Volumen wieder erreicht wird. Folgende Vorteile verbinden sich mit diesem alternativen, nicht-thermischen Pasteurisationsverfahren:

• Niedrige thermische Belastung des Produkts und kurze Prozesszeiten (kleiner 5 Minuten pro Charge)
• Automatisierbarkeit
• Geringer Energiebedarf (unter 20 kWh/t)
• Behandlung in der Endverpackung

Besonders hervorzuheben ist, dass durch den hydrostatischen Druck neue Möglichkeiten zur Einflussnahme auf den Haltbarmachungsprozess gegeben sind. Interessanterweise wird durch die innere Reibung bei der Kompression die Temperatur um ca. 4-7°C pro 1000 bar erhöht. Bei schnellem Druckaufbau und kurzen Druckhaltezeiten ergibt sich so eine extrem gleichmäßige Temperaturverteilung auch in großvolumigen Produkten. Das ist insofern bemerkenswert, weil dieser physikalische Effekt reversibel verläuft und somit der zusätzliche Vorteil einer schnellen Abkühlung gegeben ist. Durch neu entwickelte industrielle Hochdrucksysteme, die Kompressionszeiten von weniger als 10 s bis 8000 bar ermöglichen, kann die Selektivität des Verfahrens weiter gesteigert werden und ggf. unerwünschte Effekte reduziert oder ausgeschlossen werden. Grund hierfür sind die unterschiedlichen Druck- und Temperaturabhängigkeiten von mikrobieller Abtötung und unerwünschten Begleitreaktionen im Produkt.

Generell sind kurze Prozesszeiten nach schneller Kompression aus Gründen der Auslastung der Druckbehälter und zur Erzielung eines hohen Produktdurchsatzes sehr vorteilhaft. Die spezifische Volumenänderungsarbeit zur Verdichtung wässriger Systeme auf einen Enddruck von 6000 bar beläuft sich auf ca. 10 kWh/t. Die Anzahl der erforderlichen Druckbehälter sowie die Auswahl des Automatisierungssystems richtet sich zunächst nach dem Produktionsvolumen, der Geometrie der Einzelbehälter und der Dauer eines Druckzyklus, der sich aus Befüllen, Komprimieren, Druckhaltezeit, Entspannung und Entleeren zusammensetzt. Daraus abgeleitet ergibt sich das Verhältnis aus dem genutzten zu dem gesamten Druckbehältervolumen als wichtige Kenngröße. Bei Vakuum verpackten Produkten beträgt die Volumenausnutzung ca. 50 % während dieser Wert bei Schutzgasverpackungen durchaus auf unter 30 % abfallen kann. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist daher angeraten, die eingesetzten Verpackungssysteme soweit als möglich an die geometrischen Gegebenheiten der Hochdruckanlagen anzupassen. Bei den meisten Anlagenlieferanten haben die zylindrischen Hochdruckbehälter einen Innendurchmesser von 30 cm und ein Volumen von 120 bis 300 L. Die mögliche Produktionsmenge auf einer 120 L-Anlage mit einer Gesamtzykluszeit von 5 min und einer angenommenen Volumenauslastung von 50% beträgt demnach 720 kg/h. Bei der 300 L-Anlage 1800 kg/h.

Weltweit sind derzeit 91 Hochdruckanlagen im industriellen Einsatz. Es überrascht wenig, dass die Technologie in den Vereinigten Staaten die weiteste Verbreitung gefunden hat, da dort dem Aspekt der Sicherheit in der Produktion von Lebensmitteln mehr Bedeutung beigemessen wird als andernorts. So wird die Hochdruckbehandlung auch in den USA für die Haltbarmachung von Fleischerzeugnissen eingesetzt. Darüber hinaus ist aber seit einigen Jahren auch ein starker Trend zum Einsatz des Hochdrucks bei der Herstellung von Fertiggerichten zu beobachten.

Die längste Tradition haben Hochdruck behandelte Lebensmittel in Japan. Dort nutzt man schon seit Beginn der 90er Jahre nicht nur die Keim abtötende Wirkung, sondern auch andere Hochdruck induzierte Reaktionen wie etwa die Quellung von Stärke. Eine nach einem speziellen Verfahren hergestellte Reiszubreitung ist das älteste am Markt erhältliche Hochdruckprodukt.

Es lässt sich also feststellen, dass hoher hydrostatischer Druck zum Erreichen der hygienischen Sicherheit und zur Verhinderung mikrobiellen Verderbs von Lebensmitteln eingesetzt werden kann und damit grundsätzlich eine Alternative oder Ergänzung zu thermischen Konservierungsverfahren darstellt.

Quelle: Kulmbach [ HEINZ, V., Quakenbrück ]