8 2021 | moproweb.de 17
Innovative Technologien
Die mikrobielle Sicherheit und Haltbarkeit in der Kühlkette bzw. bei
Raumtemperatur wird aktuell für pflanzliche Drinks (analog zur
Konsummilch) durch die thermischen Verfahren Pasteurisation
bzw. UHT-Behandlung erreicht (siehe Teil 1). Die Pasteurisation ist
darauf ausgerichtet, vegetative pathogene Mikroorganismen abzutöten.
Verderbniserreger werden reduziert, können jedoch im
Produkt heranwachsen, weshalb die Produkte im Kühlregal gelagert
werden müssen. Sofern im Produkt der pH-Wert unter 4,5
liegt, wie z. B. in Säften, oder andere „Hürden“ vorhanden sind (hoher
Salz- oder Zuckergehalt) kann auch außerhalb der Kühlkette für
längere Zeit gelagert werden, da Sporenbildner nicht auskeimen
und keine Toxine bilden können. Liegt der pH-Wert des Produkts
im neutralen Bereich und sind keine weiteren „Hürden“ vorhanden,
wie bei pflanzlichen Drinks, müssen die bakteriellen Sporen abgetötet
werden, da sie ansonsten bei Raumtemperatur auskeimen
und das Produkt verderben. Für pflanzliche Drinks, die bei Raumtemperatur
gelagert werden sollen, ist somit eine Sterilisation
notwendig. Hierbei ist die UHT-Behandlung (135 – 150 °C/wenige
Sekunden) mit weniger als 3 % Verlust an thermolabilem Thiamin
(B1) gegenüber der Sterilisation (110 – 121 °C/40 – 20 min) mit
einem Verlust größer 30 % zu bevorzugen.
Nun führt eine thermische Behandlung bekanntermaßen jedoch
nicht nur zur Inaktivierung von Mikroorganismen, sondern
es können auch Proteine/Enzyme denaturiert/inaktiviert werden,
Vitamine verloren gehen, Kochgeschmack und Farbänderungen induziert
werden 12, 18-20. Entsprechend wird seit Jahrzehnten an
nicht-thermischen Verfahren zur Haltbarmachung geforscht und
deren Eignung für verschiedene Lebensmittelapplikationen getestet.
Dies sind z. B. Verfahren wie die Ultra-Hochdruck-Homogenisierung
(UHPH), Ultraschall (US), Pulsed Electric Fields (PEF), Pulsed
Light (PL). Problematisch ist bei allen Technologien, dass sie zwar
meist vegetative Mikroorganismen inaktivieren oder reduzieren
können, jedoch nicht die bakteriellen Sporen, was jedoch für einen
außerhalb der Kühlkette zu lagernden (pH-neutralen) pflanzlichen
Drink notwendig wäre. Prinzipiell ist jedoch je nach Matrix und gewählten
Prozessparametern eine Haltbarkeitsverlängerung für
pasteurisierte Produkte möglich, wie anhand ausgewählter Beispiele
gezeigt werden soll.
In mehreren Studien wurden pflanzliche Drinks, z. B. Mandel,
Soja, mit Ultra-Hochdruck-Homogenisierung (UHPH) kombiniert
mit einer Pasteurisation behandelt. Der Druckbereich lag zwischen
100 und 350 MPa 11, wobei neben der gewünschten Mikroorganismeninaktivierung
u. a. auch Proteine/Enzyme denaturiert/inaktiviert
werden. Insgesamt hängt das Ausmaß der druckinduzierten
Modifikationen ebenso wie bei thermischen Verfahren von den
gewählten Prozessparametern und dem jeweiligen Rohstoff ab
11, 12, 21. Im Fall eines Mandeldrinks verlängerte eine zusätzliche
UHPH-Behandlung (Labormaßstab) bei 200 MPa (Eintrittstemperatur
75 °C) die Haltbarkeit im Vergleich zum ausschließlich pasteurisierten
Drink um eine Woche 51. Cruz et al. 11 verdeutlichen
am Beispiel Sojamilch, dass durch die UHPH-Behandlung (300 MPa,
Eintrittstemperatur 40 °C) zwar die Partikelgröße zu reduzieren
ist, jedoch werden auch die Proteine denaturiert und aggregieren.
Dies kann wiederum die Koaleszenz der emulgierten Fettkugeln
fördern und damit die physikalische Stabilität des Sojadrinks reduzieren
11.
Berücksichtigt man a) den hohen Energiebedarf der UHPH-Behandlung,
die zudem b) in Kombination oder auf dem Temperaturniveau
der Pasteurisation durchgeführt werden muss, womit die
thermische Belastung mindestens auf dem Niveau einer Pasteurisation
liegt, erscheint die UHPH-Behandlung für die Anwendung
bei (pH-neutralen) pflanzlichen Drinks als wenig erfolgversprechend.
Die Ultraschall(US)-Behandlung (16 – 100 kHz) basiert auf dem
Erzeugen kontrollierter Kavitationsenergie und es finden sich
zahlreiche Studien im Bereich der Partikelzerkleinerung, des Emulgierens
und Entgasens sowie der Enzym- und Mikroorganismeninaktivierung
in flüssigen Medien 22, 23. Implodieren die Kavitationsblasen,
treten lokal Temperaturen um die 5000 K und Drücke
von 50 MPa auf, wodurch Partikel zerkleinert und auch feine, stabile
Emulsionen gebildet werden können 23-25. So konnten Maghsoudlou
et al. 26 im Laborexperiment zeigen, dass durch eine US-Behandlung
die physikalische Stabilität eines Mandeldrinks verbessert
wird. Ebenso wurde im Labormaßstab die Emulsionsstabilität bei
einem Kokosnussdrink verbessert, sofern ausreichend Emulgator
vorhanden war 27, 28. Beobachtet werden kann ebenfalls eine
Mikroorganismeninaktivierung, die auf die Bildung freier Radikale
und Wasserstoffperoxid zurückzuführen ist 29. Beide bekanntermaßen
oxidativ wirkend und damit auch Inhaltsstoffe pflanzlicher
Drinks angreifend, z. B. ungesättigte Fettsäuren, so dass durch US
ein Fehlaroma bei fetthaltigen Produkten induziert werden kann.
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