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Konservierung von Lebensmitteln

Bevor Lebensmittel aus allen Teilen dieser Welt täglich frisch nach Europa transportiert werden, gab es in der Erntezeit ein Überangebot an Lebensmitteln; und im kommenden Winter kein frisches → Obst, → Gemüse oder Getreide. Um der Knappheit vorzubeugen, mussten Lebensmittel konserviert werden. Übliche Verfahren um 1900 waren das Räuchern und Pökeln (Wasserentzug), Einkochen und die Herstellung von Konserven (Erhitzen), das Einlegen z. B. von Sauerkraut und Bohnen sowie die kühle Lagerung von Lebensmitteln. Als Konservierungsmittel, zur Verhinderung der Schimmelbildung, wurde in einem Buch von 1908 die Zugabe von Salicylsäure empfohlen. Diese Methoden wurden im Laufe der Zeit optimiert und durch neuere Verfahren ergänzt.

Ursachen des Verderbs

Sind Obst und Gemüse geerntet, hören die Stoffwechselprozesse in den Lebensmitteln keineswegs auf. So wachsen die Pflanzenteile teilweise auch noch nach der Ernte und es findet Gasaustausch statt (→ Stoffwechsel von Pflanzen). Durch diese Vorgänge werden Reservestoffe aufgebraucht, Wasser geht verloren und Wärme wird entwickelt. Als Folge verändern sich die Eigenschaften der Lebensmittel wie Geruch, Textur, Inhaltsstoffe und Geschmack. Die gebildete Wärme begünstigt mikrobielles Wachstum und chemische Prozesse in den Lebensmitteln.
Lebensmittel können durch Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen und Schimmelpilze verderben (weitere Informationen zu Mikroorganismen stehen im → Kapitel „Gefahren für Lebensmittel“). Für das Wachstum benötigen Mikroorganismen Feuchtigkeit, meist einen neutralen pH-Wert und Wärme. Die optimalen Temperaturen liegen zwischen 15 °C und 50 °C. Bei Zimmertemperatur in einer feuchten Küche gelagerte Lebensmittel bieten also gute Lebensbedingungen für Schimmelpilze, Hefen und Co. Damit das Wachstum von Mikroorganismen auf ein Minimum reduziert wird, müssen ihnen die notwendigsten Lebensgrundlagen genommen werden. Bakterien können durch längeres Erhitzen von Lebensmitteln (70 °C und höher) abgetötet werden. Einige Bakterien wie beispielsweise → Clostridium botulinum bilden hochgiftige Stoffe (Toxine), die häufig ebenfalls durch Hitze deaktiviert werden können. Eine besondere Schwierigkeit stellen hitzeresistente Dauerstadien wie Sporen dar, die teilweise nur bei sehr hohen Temperaturen von 120 °C abgetötet werden. Diese Sporen überdauern das einfache Einkochen, keimen danach aus und bilden anschließend für den Menschen schädliche Gifte. Leichter zu erkennen sind Schimmelpilze. Verschimmelte Lebensmittel sollten immer im Ganzen weggeworfen werden und nicht versucht durch Ausschneiden, Teile zu retten.

Die Reaktion mit Sauerstoff oder Licht kann sich ebenfalls negativ auf Lebensmittel auswirken. → Fett verdirbt (wird ranzig), der Geschmack von → Milch verändert sich unter Lichteinfluss und die Farbe von Lebensmitteln kann sich ändern. Zur Reduzierung der chemischen Prozesse helfen beispielsweise licht- und sauerstoffundurchlässige Verpackungen oder die Zugabe von → Zusatzstoffen wie Antioxidationsmitteln.

Konservierungsverfahren

Entzug von Feuchtigkeit

Eine klassische Art ist das Trocknen von Lebensmitteln wie beim Trockenobst oder Stockfisch/Klippfisch. Ein moderneres Verfahren ist die Sprühtrocknung. Hierfür wird die Flüssigkeit fein zerstäubt und dann in einem Trockenturm getrocknet (z. B. Milchpulver).
Auch durch Zucker kann Lebensmitteln Flüssigkeit entzogen werden, wie beim Kandieren oder dem Kochen von Konfitüre und Marmelade. Der gleiche Effekt ist mit dem Salzen zu erreichen (→ Osmose). Fische sind, wie beim Salzhering, durch Salz haltbar gemacht worden, genauso wie in Salzlösung eingelegte Eier, die sogenannten Soleier. Anders als beim einfachen Salzen sind beim Pökelsalz dem Salz Nitrate wie Kalium- oder Natriumnitrat bzw. Kalium- oder Natriumnitrit (= Nitritpökelsalz) zugesetzt. Das Pökeln führt zu einer Rotfärbung des Fleisches und dem typischen Aroma. Die Verwendung und die Art des Pökelsalzes muss kenntlich gemacht werden [7].

Beim Räuchern wird der Wassergehalt von Lebensmittel um etwa 40 % reduziert, darüber hinaus erhalten sie durch den Rauch ein besonderes Aroma. Geräuchert werden Fisch, aber auch Fleisch und Fleischerzeugnisse. Diese sind in der Regel vor dem Räuchern gesalzen oder gepökelt worden. Ein moderneres Verfahren ist die Gefriertrocknung, bei der Lebensmittel zunächst bei Normaldruck tiefgefroren und danach im Vakuum und Wärme die Produkte getrocknet werden. Bekanntes Beispiel für dieses Verfahren ist der gefriergetrocknete lösliche Kaffee.
Beim Einlegen in Alkohol wird das Wasser in den Lebensmitteln durch den hochprozentigen Alkohol wie Rum oder Weinbrand verdrängt. Das Verfahren wird beispielsweise bei Früchten angewandt. Eine Variante ist das Einlegen in Öl. In den Lebensmitteln wird das Öl aufgenommen, wodurch sich der Energiegehalt stark erhöht (z. B. Thunfisch in Öl oder eingelegte Tomaten).

Reduzierung des pH-Wertes

Im sauren Milieu wird das Wachstum von Mikroorganismen gehemmt. Erreicht wird die Ansenkung des pH-Werts z. B. durch den Zusatz von Zitronensäure oder Essig. Da geschmacklich die Lebensmittel nicht so sauer sein dürfen, wie für eine Konservierung erforderlich wäre, wird das verwendete → Gemüse oder → Obst zuvor gegart, blanchiert oder vorgekocht. Durch die Kombination der Konservierungsverfahren erreicht man eine längere Haltbarkeit. Säure kann auch wie beim Sauerkraut durch Gärungsprozesse entstehen. Das Weißkraut wird hierfür gehobelt und abwechselnd mit → Salz in einen Steintopf eingelegt. Durch das Salz wird dem Kraut Wasser entzogen, es entsteht eine Salzlake, die den Kohl bedeckt. In den folgenden 4-6 Wochen werden die Kohlenhydrate des Krautes in Milchsäure umgewandelt. Bei diesem Konservierungsverfahren bleiben wichtige Nährstoffe erhalten.

Konservierungsmittel

Lebensmittel können auch durch den Zusatz von chemischen Konservierungsmitteln vor dem frühzeitigen Verderb geschützt werden. Konservierungsstoffe wirken in geringen Konzentrationen und sorgen dafür, dass die Vermehrung von Mikroorganismen stark gehemmt oder gestoppt wird, bzw. Mikroorganismen zerstört werden, ohne Lebensmittel geschmacklich zu verändern. Für viele Konservierungsstoffe sind sogenannte ADI-Werte festgelegt.

Als Konservierungsmittel kommen beispielsweise Sorbinsäure (E 200), Kaliumsorbat (E 202), Benzoesäure (E 210), PHB-Ester (E 214-219), Schwefeldioxid (E 220), Orthophenylphenol (E 231), Natriumorthophenylphenolat (E 234) infrage, sowie Kaliumnitrit (E 249), Essigsäure (E 260), Milchsäure (E 270), Borsäure (E 284), Natriumlaktat (E 325) und Kalziumphosphat (E 341) infrage. Die Zugabe von Konservierungsstoffen muss angegeben werden [7].

Bestrahlung

Bei der Bestrahlung von Lebensmitteln werden diese unterschiedlichen Strahlenquellen wie Gamma-, Röntgen- oder Elektronenstrahlen ausgesetzt. Durch die Bestrahlung können nicht nur Mikroorganismen abgetötet, sondern auch Schädlinge wie Insekten und Maden eliminiert werden. Darüber hinaus verhindert es das Keimen z. B. von → Kartoffeln und Zwiebeln. Auch das Nachreifen von → Obst kann hinausgezögert werden. In Deutschland dürfen laut Lebensmittelbestrahlungsverordnung vom 14. Dezember 2000 sowie den EU-Richtlinien 1999/2/EG und 1999/3/EG nur getrocknete → Kräuter und → Gewürze bestrahlt werden. Diese Lebensmittel müssen mit dem Hinweis „bestrahlt“ oder die Angabe „mit ionisierenden Strahlen behandelt“ kenntlich gemacht werden.
Im europäischen Ausland wie Belgien, Frankreich, Italien, Niederlande und dem Vereinigten Königreich dürfen auch andere Lebensmittel bestrahlt werden. Im Vereinigten Königreich sind beispielsweise die Bestrahlung von Obst, Kartoffeln, Fisch, Geflügel und Getreide erlaubt. In Frankreich ist z. B. die Bestrahlung von Getreideflocken und -keimen für Milchprodukte und Geflügel gestattet und in den Niederlanden besteht die Möglichkeit Hülsenfrüchte, Hühnerfleisch, getrocknetes Gemüse und Früchte oder auch Garnelen durch Bestrahlung zu konservieren. Diese Lebensmittel dürfen in Deutschland nur mit einer Ausnahmegenehmigung angeboten werden.

Gesundheitliche Bedenken

Nach Aussage des Bundesamtes für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit werden die Lebensmittel durch die Bestrahlung nicht radioaktiv. Ein gesundheitliches Risiko hat der wissenschaftliche Lebensmittelausschuss der Europäischen Kommission nicht erkannt. Wohingegen das Umweltinstitut München die Bestrahlung von Lebensmitteln kritisch sieht. Zwar bestätigen auch sie, dass eine Anhäufung radioaktiver Strahlung im Körper durch diese Lebensmittel nicht möglich ist, allerdings sehen sie eine Gefahr darin, dass sich durch die Bestrahlung die Produkte chemisch verändern. Durch die längere Lagerung reduziert sich der Vitamin- und Nährstoffgehalt.

Entzug von Sauerstoff

Durch eine sauerstoffundurchlässige Verpackung kann das Nachströmen von Sauerstoff reduziert werden. Eine Steigerung ist die Vakuumverpackung, bei der die vorhandene Luft inklusive Sauerstoff so weit wie möglich entfernt wird. Eine weitere Möglichkeit ist den Sauerstoff in einer Verpackung durch eine sogenannte Schutzatmosphäre auszutauschen. Es handelt sich hierbei abhängig vom Lebensmittel um ein Gas mit unterschiedlichen Anteilen von Kohlendioxid (CO₂), Sauerstoff (O₂) und Stickstoff (N₂). Oftmals sind die Lebensmittel wie Hackfleisch oder Wurstaufschnitt mit dem Hinweis „unter Schutzatmosphäre verpackt“ versehen [8].

Erhitzen

Das Erhitzen von Lebensmitteln wird in vielen Bereichen eingesetzt. So werden beim Einkochen die Lebensmittel bei Temperaturen zwischen 75 °C und 100 °C haltbar gemacht. Eine Erfindung für die leichtere Kriegsführung war die Methode der Konservierung nach Appert. Der 1749 geborene Franzose Nicolas François Appert schaffte es die erste Konserve zu entwickeln, um die Ernährung der Truppen Napoleons zu gewährleisten. Dabei wurden Lebensmittel erhitzt und in luftdicht verschlossenen Flaschen aufbewahrt. Später wurden die Glasflaschen durch Weißblechdosen abgelöst. Die ersten Konserven hatten noch mit sensorischen Beeinträchtigungen zu kämpfen. Später erhitzte man die Konserven mit Überdruck in einem Rotationsautoklaven, wodurch sich die Qualität deutlich verbesserte.

Film: Sendung mit der Maus: Warum ist die Konservendose rund?

Pasteurisieren

Beim Pasteurisieren handelt es sich um ein durch den Chemiker Louis Pasteur (1822-1895) entwickelten Verfahren zur Keimreduktion in → Milch. Die Milch wird erhitzt und dadurch die Mikroorganismen abgetötet. Da die Milch nicht sterilisiert, sondern nur die Keimzahl reduziert ist, kann die Milch nur eine beschränkte Zeit aufgewahrt werden.
Es werden drei Arten der Pasteurisation unterschieden:

Ultrahocherhitzen

Eine weitere Möglichkeit der Konservierung durch das Abtöten von Keimen ist die Ultrahocherhitzung (UHT-Erhitzung oder Ultra-High-Temperature-Verfahren). Bei dieser Methode wird eine Flüssigkeit wie Milch kurzzeitig auf eine Temperatur zwischen 135 °C und 150 °C gebracht. Neben Milch werden auch Suppen und aromaempfindliche Fruchtsäfte auf diese Weise haltbar gemacht. Beim Ultrahocherhitzen werden zwei Arten unterschieden: Beim indirekten Ultrahocherhitzen wird die Milch für etwa 6-10 Sekunden in einem Wärmeaustauscher auf 135-140 °C erhitzt und danach schnell abgekühlt.
Bei der direkten Ultrahocherhitzung wird in die Milch heißer Wasserdampf unter Druck eingeleitet, wodurch die Temperatur auf ca. 150 °C ansteigt und etwa drei Sekunden gehalten wird. Anschließend wird die Milch durch Entspannung im Vakuum rasch abgekühlt. Durch das kurzzeitige Erhitzen kann sich der Vitamingehalt an → Vitamine B1, → B6 und → Pantothensäure verringern. H-Milch lässt sich bei Zimmertemperatur mehrere Monate lang lagern. Es gibt allerdings einen deutlichen Geschmacksunterschied zwischen pasteurisierter Milch und H-Milch → Milch und Milchprodukte.

Kühlen und Tieffrieren

Im → Kapitel „Lebensmittel lagern“ sind die empfohlenen Lagertemperaturen verschiedener Lebensmittel nachzulesen. Die Lagerdauer lässt sich durch Tieffrieren deutlich erhöhen. Bei einer Lagertemperatur von -18 °C ist das Wasser ausgefroren und steht damit den Mikroorganismen nicht zu Verfügung. Darüber hinaus vermehren sich Mikroorganismen bei diesen Temperaturen kaum noch → Kühlschrank.

Moderne Verfahren

Es wird an immer neuen Verfahren gearbeitet, um Lebensmittel zu konservieren. Ziel ist es Konservierungsverfahren zu finden, die Struktur und Geschmack des Lebensmittels möglichst wenig verändern. Ein in den USA, Japan und einigen europäischen Ländern übliches Verfahren ist die Hochdruckbehandlung. Die Technik stammt aus Japan und wurde dort bereits 1990 eingesetzt um Erdbeer- und Kiwikonfitüren haltbar zu machen. Produkte werden einem hohen hydrostatischen Druck (4.000 – 8.000 bar) ausgesetzt, wodurch die Zellwand von Bakterien zusammengedrückt und die Mikroorganismen inaktiviert werden [1,3,4,6].

Ein ebenfalls mit Hochdruck arbeitendes Verfahren ist die Entkeimung durch Hochdruck-Homogenisierung (engl. Ultra High Pressure Homogenisation, UHPH). Es wird beispielsweise in der Milch- und Getränkeindustrie angewandt. In einer Hochdruckpumpe wird die Flüssigkeit zusammengedrückt und anschließend durch eine Düse gespritzt. Auf die Tropfen wirken beim Entspannen Scherkräfte ein, die die Tropfen zerkleinern. Die hohen Drücke von bis zu 1.000 MPa (= 10.000 bar) zerstören Viren, Bakterien und teilweise auch die hitzeresistenten Sporen der Bakterien (z. B. Clostidien) [2].

E-Beam ist eine weitere Technik, um Mikroorganismen unschädlich zu machen. E-Beam heißt Elektronenstrahl-Sterilisationsverfahren. Hierbei wird die Haltbarkeit von Lebensmittel mit Hilfe von Elektronen verlängert. Diese schaden den Bakterien, indem sie ihr Erbgut (DNA, RNA) zerstören. Bei E-Beam werden Elektronen von einer Elektronenquelle ausgesandt und beschleunigt. Ein elektromagnetisches Feld lenkt die beschleunigten Elektronen ab und erzeugt einen senkrechten Vorhang aus Elektronen durch den die Produkte geführt werden. Das Verfahren hat den Vorteil, dass E-Beam Packungen von über 70 cm Höhe durchdringen kann. Tetra-Packs werden beispielsweise mit E-Beam behandelt [2,5].

Um Oberflächen von Mikroorganismen zu befreien eignet sich nicht-thermisches Atmosphärendruckplasma. Ein Plasma ist ein neutrales Gas, das durch Einwirken von Energie zum Leuchten gebracht wird. Das kalte Plasma hat eine mikrobizide Wirkung und kann zukünftig vielleicht auch bei Lebensmitteln angewandt werden [2,4].

Ein vielversprechender Ansatz ist der Einsatz von Bakteriophagen (griech. „Bakterienfresser“) ( BfR: Fragen und Antworten zu Bakteriophagen). Bakteriophagen sind Viren, die bestimmte Bakterien infizieren. Es besteht die Hoffnung durch Phagen zukünftig Bakterien in Lebensmitteln zu bekämpfen [2].

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Weitere Themen

Interessante Links

Deutsches Zusatzstoffmuseum: https://www.zusatzstoffmuseum.de/
Wie wurden im Mittelalter Lebensmittel konserviert? Das Video zeigt wie Lebensmittel den Winter über halten. Video: So bleibt Essen ohne Kühlschrank frisch | Quarks

Quellen

[1] Konradin-Verlag Robert Kohlhammer GmbH (2003): Konservierung von Lebensmitteln. Zugriff am 12.5.2020
[2] Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (2018): Neue Haltbarmachungsverfahren im Lebensmittelbereich. Zugriff am 12.5.2020
[3] Verein für Konsumenteninformation (VKI) (2013): Zukunftsmusik. Zugriff am 12.5.2020
[4] BR | Bayerischer Rundfunk (2015): Video: Wie Lebensmittel haltbar gemacht werden - Faszination Wissen. Zugriff am 12.5.2020
[5] E-BEAM Services (2009): Video: E-BEAM Sterilization Process. Zugriff am 12.5.2020
[6] Forschungskreis der Ernährungsindustrie e. V. (FEI) (2018): Alternativen zur konventionellen Konservierung gesucht: Internationales Forscherteam untersucht Einfluss verschiedener Faktoren auf die Produktqualität bei der Hochdruckbehandlung und beim Ohmschen Erhitzen. Zugriff am 12.5.2020
[7] Verordnung zur Durchführung unionsrechtlicher Vorschriften über Lebensmittelzusatzstoffe (Lebensmittelzusatzstoff-Durchführungsverordnung - LMZDV). Zugriff am 05.08.2021
[8] Dienstleistungszentren ländlicher Raum Rheinland-Pfalz (Hrsg.): Was bedeutet „unter Schutzatmosphäre verpackt“?. Zugriff am 05.08.2021
Verordnung über Anforderungen an die Hygiene beim Herstellen, Behandeln und Inverkehrbringen von bestimmten Lebensmitteln tierischen Ursprungs (Tierische Lebensmittel-Hygieneverordnung – Tier-LMHV vom 08.08.2007). Zugriff am 28.1.2020
Rauh, Michael (Hrsg.): Herstellung von Sauerkraut. Zugriff am 16.5.2016
Europäisches Informationszentrum für Lebensmittel (EUFIC) (Hrsg.) (2004): Konservierungsstoffe: Mit Sicherheit längerer Genuss. Zugriff am 09.05.2020
Die Verbraucher Initiative e. V. (Hrsg.): ADI-Wert: Wie viel Zusatzstoff darf's sein? Zugriff am 09.05.2020
Nabenhauer, Robert (Herausgeber von Nabenhauer Infoprodukte): Vakuumverpackungen. Zugriff am 28.1.2020
Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (Hrsg.): Bestrahlung von Lebensmitteln. Zugriff am 28.1.2020
Verbraucherzentralen in Deutschland (Hrsg.) (2015): Bestrahlung von Lebensmitteln: In Deutschland nur bei Kräutern und Gewürzen. Zugriff am 28.1.2020
Umweltinstitut München e. V. (Hrsg.): EU-Richtlinien in nationales Recht umgesetzt. Bestrahlte Kräuter und Gewürze auch in Deutschland zugelassen. Zugriff am 17.5.2016
Westdeutscher Rundfunk Köln (Hrsg.) (2014): Frischhalten. Nicolas Appert – Erfinder der Konserve. Zugriff am 28.1.2020
Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH (Hrsg.) (2001): Lexikon der Ernährung. Ultrahocherhitzung. Zugriff am 28.1.2020
Max Rubner-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel, Institut für Sicherheit und Qualität bei Milch und Fisch (2015): Standards für Mess-, Regel-, Kontroll-und Sicherheitseinrichtungen von kontinuierlichen und diskontinuierlichen Milchpasteurisieranlagen. Auslegung von Heißhaltern und verfahrenstechnische Weiterentwicklung. Zugriff am 28.1.2020
Tetra Pak: UHT-Behandlung für Lebensmittel und Milchprodukte. Zugriff am 28.1.2020
Schlieper, Cornelia A.: Lernfeld Hauswirtschaft. 2018
Biesalski, Hans Konrad; Grimm, Peter; Nowitzki-Grimm, Susanne: Taschenatlas Ernährung. Georg Thieme Verlag KG Stuttgart 2015
Der Brockhaus Ernährung. Gesund essen, bewusst leben. F.A. Brockhaus/wissenmedia in der immediaONE] GmbH München 2011
Der Brockhaus Ernährung. Gesund essen, bewusst leben. F.A. Brockhaus GmbH Leipzig, Mannheim 2001
Wildfeuer, Dr.: Paul: Kreuz und quer durch den Haushalt. Naturkundliche Streifzüge für Lehrer, Hausfrauen und die reifere Jugend. Verlag Teubner, Leipzig, Berlin 1908
Albrecht, Hedwig: Neues bürgerliches Kochbuch. Verlag von Max Fischer, Dresden 1898

Ausführliche Quellenangaben