Einführung

In der Lebensmittelproduktion sind Produktsicherheit und Haltbarkeit nach wie vor die wichtigsten Ziele der Industrie. Der Hauptgegner bei dieser Arbeit ist die mikrobielle Aktivität, die zum Verderb führt und die Gesundheit der Verbraucher gefährdet. Seit ihrer Erfindung durch den französischen Chemiker Louis Pasteur im 19. Jahrhundert ist die thermische Behandlung die gängigste und konsequenteste Maßnahme zur Bekämpfung von Mikroorganismen. In diesem Bereich gibt es zwei Hauptverfahren, die Pasteurisierung und die Sterilisierung, die zwar unterschiedlich sind, aber leicht verwechselt werden können.

Die Wahl der thermischen Verarbeitungsmethode ist nicht zufällig, sondern eine Entscheidung mit weitreichenden Folgen für die Sicherheit, den sensorischen und ernährungsphysiologischen Wert sowie die kommerzielle Durchführbarkeit eines Produkts. Diese Entscheidung bestimmt die Logistik der Lagerung und des Vertriebs, den Verpackungsbedarf und schließlich die Erfahrung des Verbrauchers. Dieser Artikel bietet eine methodische Untersuchung der Pasteurisierung und Sterilisierung, beginnend mit den Grundlagen und fortfahrend mit einem Vergleich der Betriebsvariablen und Auswirkungen der beiden Verfahren. Wir werden untersuchen, wie sie in der Industrie eingesetzt werden, eine Struktur für die Auswahl des Verfahrens bereitstellen und erklären, warum die Ausrüstung eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung konsistenter und sicherer Herstellungsergebnisse spielt.

Eine Einführung in die Pasteurisierung und Sterilisierung

Der Verderb von Lebensmitteln ist eine direkte Folge der Existenz und des Wachstums von Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen und Schimmelpilzen. Diese Organismen katalysieren zusammen mit der enzymatischen Aktivität der Lebensmittel selbst Zersetzungsreaktionen, die Textur, Geschmack, Aroma und Aussehen verändern und das Produkt unbrauchbar machen. Darüber hinaus können einige pathogene Mikroorganismen, darunter Clostridium botulinum, Salmonellen und Listeria monocytogenes, zu ernsthaften Erkrankungen führen, wenn sie nicht erfolgreich entfernt werden.

Die Wärmebehandlung ist eine der wichtigsten Konservierungsmethoden, da sie durch den Einsatz von Wärmeenergie die lebenswichtigen Proteine und Enzyme eines Mikroorganismus zerstört und ihn dadurch zum Absterben bringt. Der Grad dieser mikrobiellen Reduktion hängt von der Intensität der eingesetzten Wärme ab, gemessen an der Temperatur und der Zeitdauer. Dabei gehen Sterilisation und Pasteurisation in unterschiedliche Richtungen.

Pasteurisierung ist eine relativ milde Wärmebehandlung, meist bei Temperaturen unter 100 °C (212°F). Ihr Hauptziel ist es, pathogene Bakterien oder krankheitsverursachende Mikroorganismen abzutöten, um ein Produkt für den Verzehr sicher zu machen. Außerdem wird die Zahl der verdorbenen Organismen stark verringert, wodurch sich die Haltbarkeit des Produkts bei Kühltemperaturen verlängert. Dennoch ist die Pasteurisierung nicht dazu gedacht, alle mikrobiellen Organismen abzutöten; hitzeresistente Bakterien und bakterielle Sporen überleben die Behandlung.

Sterilisation, ist wiederum eine Hochtemperaturbehandlung, die darauf abzielt, alle Mikroorganismen (sowohl vegetative Zellen als auch sehr resistente bakterielle Sporen) abzutöten. Dabei werden in der Regel feuchte Wärme, Druck und Hitze verwendet, um das Produkt in einem geschlossenen Behälter auf Temperaturen von deutlich über 100 o C, etwa 121 o C (250 o F), zu erhitzen. Das daraus resultierende Produkt ist kommerziell steril, d. h. es enthält keine lebensfähigen Organismen, die sich während der Lagerung bei normalen Temperaturen entwickeln könnten, und ermöglicht daher eine lange Haltbarkeit bei Raumtemperatur.

Pasteurisierung vs. Sterilisierung: Die wichtigsten Unterschiede

Die beiden Verfahren unterscheiden sich jedoch in ihrer Anwendung, und die Ergebnisse sind signifikant, auch wenn bei beiden Verfahren Wärme eingesetzt wird. Diese Unterscheidungen sind für jeden Lebensmittelhersteller wichtig. Ein Vergleich der wichtigsten Merkmale beider Verfahren ist in der folgenden Tabelle zu finden.

Der Qualitätskonflikt: Sterilisation vs. Pasteurisierung

Die Entscheidung für eine Pasteurisierung oder Sterilisierung wirkt sich direkt und quantitativ auf die sensorischen Eigenschaften des Endprodukts aus, d. h. auf seinen Geschmack, seine Textur, seine Farbe und seinen Geruch. Die Intensität und Dauer der Hitzeeinwirkung sind direkt proportional zu diesen Veränderungen.

Bei Produkten, die pasteurisiert werden, sind die Veränderungen recht gering. Bei Milch beispielsweise ist eine der gängigsten Formen der Pasteurisierung, das HTST-Verfahren (High-Temperature Short-Time), mit einer extrem kurzen Erhitzung der Flüssigkeit und einer anschließenden schnellen Abkühlung verbunden. Diese schnelle und hohe Wärmeübertragung wird im Allgemeinen durch den Einsatz von Platten- oder Röhrenwärmetauschern erreicht. Es ist eine wirksame Methode, um Krankheitserreger abzutöten und gleichzeitig den vom Verbraucher gewünschten frischen, cremigen Geschmack zu erhalten. Dabei bleiben vor allem feine Geschmacksstoffe erhalten, was anhand von Parametern wie den po-Werten (Pasteurization Units) gemessen werden kann - ein wichtiger Aspekt bei Premiumprodukten, bei denen die sensorische Qualität einen noch höheren Preis hat.

Durch die Sterilisation wird eine wesentlich höhere Wärmebelastung auf das Produkt ausgeübt, die eine Kaskade von chemischen und physikalischen Reaktionen auslöst und den Nährwert des Lebensmittels beeinflusst. Ein wichtiger Faktor ist die Maillard-Reaktion, die chemische Reaktion zwischen Aminosäuren und reduzierenden Zuckern. Diese Reaktion ist bei einigen Produkten wie Dosensuppen, Eintöpfen und Fleischsaucen erwünscht, da sie dadurch reichhaltiger und farbintensiver werden und einen komplexeren und schmackhafteren Geschmack erhalten. Bei anderen Produkten ist dies jedoch schädlich. So führt beispielsweise die Anwendung hoher Temperaturen bei sterilisierter Milch (H-Milch) zu einem charakteristischen karamellisierten Geschmack und einer dunkleren Farbe als bei der pasteurisierten Version, was eine direkte Folge der Hochtemperaturreaktionen ist.

Sie hat auch einen erheblichen Einfluss auf die Textur. Die Sterilisation, die mit hohen Temperaturen und Druck verbunden ist, kann dazu führen, dass Pektine in Gemüse und Obst zerfallen und Proteine in Fleisch denaturiert werden, was zu einer viel weicheren, manchmal breiigen Textur führt. Dies zeigt sich bei Gemüsekonserven wie grünen Bohnen oder Karotten, die im Vergleich zu frischem oder gefrorenem Gemüse deutlich weicher sind. Dies ist ein typisches und akzeptables Merkmal von Konserven, aber es wäre kein wünschenswertes Merkmal eines als frisch gekennzeichneten Produkts.

Allgemeine Anwendungen in der Lebensmittelindustrie

Die praktischen Anwendungen der beiden Verfahren sind wahrscheinlich der beste Weg, um den theoretischen Unterschied zwischen ihnen in der gesamten Lebensmittelindustrie zu verstehen. Welche Methode man wählt, hängt von der Art des Lebensmittels, dem Zielmarkt und der Vertriebskette ab.

Pasteurisierung in Aktion

Die Pasteurisierung ist üblich bei Produkten, die pasteurisiert und in einer gekühlten Vertriebskette verkauft werden und die nach relativ kurzer Zeit verzehrt werden.

• Molkereiprodukte: Im Einzelhandel werden die meiste Frischmilch und eine große Menge anderer Molkereiprodukte als Sicherheitsmaßnahme pasteurisiert (in der Regel durch HTST), ohne den frischen Geschmack zu beeinträchtigen.
• Fruchtsäfte: Hochwertige Säfte, die nicht aus Konzentrat hergestellt sind, werden in der Regel im Kühlregal verkauft und sind oft pasteurisiert, um ihre feinen Aromen und leuchtenden Farben zu bewahren.
• Bier und Wein: Die Pasteurisierung hemmt die Hefeaktivität und tötet verderbliche Mikroorganismen ab, wodurch das Endprodukt stabilisiert wird und in einigen Fällen nicht mehr gefiltert werden muss.
• Flüssige Eier: Sie werden den Verbrauchern und der Gastronomie angeboten und sind pasteurisiert, um die Möglichkeit von Salmonellen zu beseitigen.

Sterilisation in Aktion

Die Konservenindustrie und die Industrie für haltbare Lebensmittel stützen sich auf die Sterilisation, bei der die Produkte über lange Zeiträume ohne Kühlung gelagert werden können.

• Dosengemüse und -obst: Dies ist die Grundlage für die meisten herkömmlichen Konserven. Mais, Erbsen und Pfirsiche werden eingemacht oder in Gläser abgefüllt und sterilisiert, damit sie in der Speisekammer sicher und stabil sind.
• Fleisch- und Fischkonserven: Thunfisch, Lachs, Hühnerfleisch und andere Fleischprodukte werden in ihren Dosen sterilisiert und bieten eine Quelle für haltbares Eiweiß.
• Verzehrfertige Mahlzeiten und Suppen: Es gibt eine große Auswahl an Suppen, Chilis und Fertiggerichten, die in Dosen oder retortenfähigen Beuteln sterilisiert werden, um sie für die Verbraucher bequem zu machen.
• Tiernahrung: Nass- und Trockenfutterprodukte für Haustiere in Dosen oder Beuteln werden sterilisiert, um eine lange Haltbarkeit und mikrobiologische Sicherheit zu gewährleisten.

Die Wahl des richtigen Verfahrens für die Produktion

Die Wahl eines geeigneten thermischen Verfahrens ist ein strategischer Schritt, und daher sind die Produkt-, Markt- und Logistikfaktoren sorgfältig zu bewerten. Im Folgenden sind die wesentlichen Fragen aufgeführt, die ein Hersteller bei seiner Entscheidung berücksichtigen sollte:

1. Welche Haltbarkeitsdauer streben Sie an?

Die Sterilisation ist die einzige Alternative, wenn das Produkt mehrere Monate oder Jahre in einem bestimmten Zeitraum haltbar sein soll. Die Pasteurisierung ist angemessen und weniger heftig, wenn Ihr Produkt schnell verbraucht werden soll.

2. Benötigt Ihr Vertriebskanal eine Lagerung im Freien?

Betrachten Sie Ihre gesamte Lieferkette. Für den Fall, dass Ihr Produkt bei Raumtemperatur versandt, gelagert und ausgestellt werden muss, wird ein kommerziell steriles Produkt benötigt. Die Logistik bestimmt auch die Art des Behälters, den Sie verwenden können, einschließlich gekühlter Kartons und regalfähiger Dosen.

3. Wie empfindlich ist Ihr Produkt gegenüber Hitze?

Beurteilen Sie die Auswirkungen von hoher Hitze auf den Geschmack, die Textur und die Nährwerteigenschaften Ihres Produkts. Für empfindliche Produkte ist die mildere Hitze der Pasteurisierung vorzuziehen. Bei robusten Produkten können die durch die Sterilisation hervorgerufenen Veränderungen akzeptabel sein.

4. Was ist die pH-Wert der Lebensmittel?

Der Säuregehalt eines Produkts ist ein entscheidender Parameter. Die Sporen von Clostridium botulinum werden von Natur aus durch Lebensmittel mit hohem Säuregehalt (pH 4,6) wie Fleisch und den meisten Gemüsesorten, so dass säurearme Lebensmittel mit voller Kraft sterilisiert werden müssen, um haltbar zu sein.

Die entscheidende Rolle von kommerziellen Sterilisationsgeräten

Die Sterilisation ist eine strategische Entscheidung. Diese Strategie funktioniert jedoch nur, wenn sie richtig umgesetzt wird, und das hängt von der Qualität und Genauigkeit Ihrer Ausrüstung ab. Ein kommerzieller Sterilisator oder eine Retorte ist nicht nur eine Maschine, sondern ein Kontrollpunkt, der die Sicherheit Ihres Produkts und die Integrität Ihrer Marke gewährleistet. Wenn die Temperatur, der Druck oder das Timing nicht konstant gehalten werden, kann dies zu katastrophalen Fehlern führen, einschließlich Verderb oder sogar gesundheitlichen Problemen.

Aus diesem Grund ist die Zusammenarbeit mit einem professionellen Hersteller nicht verhandelbar. Bei Levapack haben wir Sterilisationslösungen durch starke Technik entwickelt, um verlässliche Sterilisationslösungen zu liefern. Wir sind in der Lage, einen umfassenden und internen Ansatz zu bieten. Unsere erfahrenen Ingenieure konstruieren und fertigen jede Dosensterilisator aus hochwertigem, rostfreiem Edelstahl, um die höchsten Standards der Lebensmittelsicherheit zu erreichen. Und wir wissen, dass keine Produktionslinie der anderen gleicht. Deshalb bieten wir einen hohen Grad an Individualisierung - wir passen jede Maschine genau an Ihre Behältertypen, Ausstoßraten und Ihr Fabriklayout an, um eine reibungslose Integration zu gewährleisten und die beste Leistung zu liefern.

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Jenseits der Hitze: Die Zukunft der Konservierung

Obwohl die thermische Verarbeitung ein Industriestandard ist, werden Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Lebensmittelkonservierung fortgesetzt, um ihre Grenzen zu erweitern. Aufgrund der Nachfrage der Verbraucher nach frischeren, nahrhafteren und weniger verarbeiteten Lebensmitteln werden verschiedene nicht-thermische Verfahren immer beliebter. Sie zielen darauf ab, die Mikroorganismen ohne oder mit weniger Hitze zu zerstören und so die ursprünglichen Eigenschaften der Lebensmittel effizienter zu erhalten.

• Hochdruckverfahren (HPP): Bei diesem Verfahren werden versiegelte Lebensmittel durch heißes Wasser als Druckmedium einem sehr hohen hydrostatischen Druck (normalerweise 300-600 MPa) ausgesetzt. Dieser Druck verändert die Zellaktivitäten von vegetativen Bakterien, Hefen und Schimmelpilzen, ohne kovalente Bindungen zu zerstören, und bewahrt kleine Moleküle wie Vitamine und Aromastoffe.
• Gepulstes elektrisches Feld (PEF): Dies geschieht durch kurze Impulse eines elektrischen Hochspannungsfeldes auf ein flüssiges Lebensmittel zwischen zwei Elektroden. Diese Impulse erzeugen Poren in den Zellmembranen der Mikroorganismen und inaktivieren sie. Es handelt sich um einen energie- und zeiteffizienten Mechanismus, der vor allem bei flüssigen Produkten wie Säften und Milch angewendet wird.

Obwohl diese Technologien vielversprechende Vorteile bieten, sind sie nicht frei von Kritikpunkten, wie z. B. prohibitive Kapitalkosten und Unwirksamkeit gegenüber bakteriellen Sporen. Kurz- bis mittelfristig werden sie höchstwahrscheinlich eher als Ergänzung denn als Ersatz für herkömmliche thermische Verfahren eingesetzt werden, vor allem in der Kategorie der säurearmen, lagerfähigen Lebensmittel, bei denen eine absolute Letalität der Sterilisation erforderlich ist.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Ist UHT-Milch sterilisiert oder pasteurisiert?

Ultrahocherhitzte Milch (UHT) ist eine kommerziell sterile Milch. Sie durchläuft ebenfalls eine Art Sterilisationsprozess, bei dem die Milch schnell auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann schnell abgekühlt wird. Durch diesen Prozess werden alle Mikroorganismen, einschließlich der Sporen, abgetötet, so dass das versiegelte Produkt monatelang bei Raumtemperatur gelagert werden kann.

Kann ich Lebensmittel zu Hause wirksam sterilisieren?

Zum Sterilisieren von säurearmen Lebensmitteln zu Hause ist ein Druckkonservengerät erforderlich. Ein Druckkonservengerät ist ein Spezialgerät, das Temperaturen über dem Siedepunkt von Wasser erreichen kann, was notwendig ist, um Botulismus-Sporen zu zerstören. Ein normales kochendes Wasserbad ist nur für Lebensmittel mit hohem Säuregehalt sicher.

Zerstört die Sterilisation alle Nährstoffe in Lebensmitteln?

Nein, es werden nicht alle Nährstoffe abgetötet. Der Sterilisationsprozess wirkt sich vor allem auf die hitzeempfindlichen Vitamine aus, darunter Vitamin C und einige B-Vitamine. Die Makronährstoffe (Proteine, Fette, Kohlenhydrate) und Mineralstoffe werden jedoch kaum beeinträchtigt. Die Lebensmittelkonserven haben auch einen Nährwert.

Was ist "kommerzielle Sterilität"?

Kommerzielle Sterilität ist der Zustand, der sich ergibt, wenn einem Lebensmittel so viel Wärme zugeführt wird, dass es keine Mikroorganismen mehr enthält, die sich unter normalen, nicht gekühlten Lagerungs- und Vertriebsbedingungen im Lebensmittel vermehren können. Es handelt sich nicht um vollständige Sterilität, sondern um ein kanonisches Kriterium für haltbare Lebensmittelkonserven.

Warum erfordern säurehaltige Lebensmittel manchmal nur Pasteurisierung für die Langzeitlagerung?

Der Säuregehalt (pH <4,6) von Lebensmitteln wie Tomaten und Essiggurken ist für die Entwicklung schädlicher Bakterien wie Clostridium botulinum tödlich. Dieses Bakterium ist nicht in der Lage, in einem stark sauren Medium zu wachsen und sein tödliches Toxin abzusondern. Daher ist eine geringere Wärmebehandlung erforderlich, um das Erzeugnis bis zum Öffnen haltbar und gut zu machen.

Schlussfolgerung

Die Entscheidung zwischen Pasteurisierung und Sterilisierung ist keine rein technische Entscheidung, sondern vielmehr eine strategische Entscheidung an der Basis der Lebensmittelproduktion. Die Pasteurisierung zerstört nicht die feinen sensorischen und ernährungsphysiologischen Qualitäten, die frische Produkte benötigen, während die Sterilisierung die bakterielle Belastung fast vollständig beseitigt und die vollständige Sicherheit und langfristige Haltbarkeit bietet, die für den Vertrieb in großen Mengen und bei Raumtemperatur erforderlich ist. Die richtige Richtung hängt ausschließlich von der Art Ihres Produkts, den Marktzielen und der Vertriebskapazität ab. In beiden Fällen hängt der Erfolg letztendlich davon ab, wie sorgfältig und vertrauenswürdig das Verfahren ist, und dieses Kriterium kann nur mit professionellem Fachwissen und mit Hilfe von hochwertigen und maßgeschneiderten Geräten erfüllt werden.