«Bake & pack»

- Backwarenverpackungen unter der Lupe -

Nadine Renke, R. Kündig, M. Kinner, M. Kleinert, S. Yildirim

Fachstelle Technologie und Verpackung

Institut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation

ZHAW Wädenswil

2

Departement Life Sciences und Facility Management

• Institut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation

• Institut für Biotechnologie

• Institut für Chemie und Biologische Chemie

• Institut für Facility Management

• Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen

3

Institut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation (ILGI)Prof. M. Kleinert

Administration R. Baumann

FachstelleTechnologie und

Verpackung

FachstelleMikrobiologie

FachstelleErnährung

FachstelleInhaltsstoffe

FachstelleGetränke

Fachstelle Sensorik Fachstelle QM und Lebensmittelrecht

T. Flüeler Dr. N. Fischer

Studiengang BScJ. Javor Qvortrup

Administration B. Zollinger-Janzen

Studiengang MSc,Weiterbildung

Dr. S. Burri

Dr. S. Yildirim Dr. L. FieselerA. Bongartz E. Kirchsteiger-Meier Prof. Dr. C. Brombach

Zentrum für Lebensmittel- und Ernährungsforschung (ZLE)Prof. Dr. C. Gantenbein-Demarchi

Administration S. Raymann

FachstelleAroma

Prof. Dr. K. Bernath

U. BrunnerT. Buser

O. GerberM. HäfeleG. HühnA. KochS. Ries

F. Spescha

S. DossenbachM. KneubühlS. PanareseA. SchlüterC. Wäfler

F. Gama P. HuberV. PedanC. Weber

S. Cook-GummeryE. FischerA. Kilchör

Dr. M. KinnerDr. M. Lamberti

P. MeierN. RenkeF. Richter

P. WahrenbergerS. Wenk

M. AloisiG. Fahrer

S. FreimüllerLeischtfeld

Dr. T. HuberT. Krapf

Dr. S. Miescher Schwenninger

B. OechslinG. Spielmann-

PradaJ. Steinegger

D. von Rickenbach

J. BurkhardM.-L. Cezanne

K. ChatelainN. JuliusJ. Kinner

E. KlauserM. PoppY. Ruoss

E. Walt-Zehnder

S. KoblerS. MeyerS. WickR. Zoller

B. BaumerK. Schuh

N. SteinemannDr. J. Sych

Fachstelle Nachhaltigkeit und

Energie

Dr. J. Buchli

Dr. C. Müller

Zentrum für Inhaltsstoff- und Getränkeforschung (ZIG)Prof. Dr. T. Hühn

Administration K. Schuler / V. Blankl

Organigramm ILGI

Forschungsschwerpunkte der Fachstelle

Backwarentechnologie

Verpackungstechnologie

Forschungsfelder Backwarentechnologie

Rezeptur- & Prozessentwicklung

Brotaroma & Sensorik

Frischhaltung & Lagerstabilität

Verpackungstechnologie

Packaging material producers

Packaging material producers

Packaging convertersPackaging converters

Packaging designersPackaging designers

Packaging machine suppliers

Packaging machine suppliers

Gas suppliersGas suppliers

Other technologysuppliers

Other technologysuppliers

Food IndustryFood Industry

Food PackagingResearch @ZHAW 

Innovative and Sustainable Packaging Development for Optimal Food Quality &

Convenience

Forschungsfelder Verpackungstechnologie

AktiveVerpackung

- Antimikrobielle Folien

- Sauerstoff-Scavenger

- Ethylen-Scavenger

- Feuchte-Absorber

Prozesse und Materialien

- Modifizierte Atmosphäre (MAP)

- Gleichgewichts-atmosphäre

- Bioverpackungen

Integration von Verpackung in Verarbeitung

- Integration der Verpackung in die Lebensmittel-verarbeitung

- Hochdruck-verfahren (HPP)

- Gepulste Lichttechnologie

- Mikrowellen-Technologie

Backwaren-Verpackung

- Teig

- Teilgebackene Backwaren

- Vollgebackene Backwaren

- Lang haltbare Produkte

Untersuchung der Einflüsse von MAP und

Lagerungstemperatur auf die Haltbarkeit von

Teilgebackenen Brötchen

Herstellung Teiglinge Teilbacken

Verpacken auf Tiefziehmaschine

R145 Lagerung

Analysen teilgebackene

BrötchenFertigbacken

Analysen fertiggebackene

Brötchen

Herstellungsprozess teilgebackene Brötchen

NA 20°C

5°C

MAP

pH-Säuregrad

Wasseraktivität

Gesamtfeuchte

Krumenfestigkeit

Sensorik

O2 & CO2-Gehalt

pH-Säuregrad

Wasseraktivität

Gesamtfeuchte

Krumenfestigkeit

Sensorik

Mikrobiologie

50 % CO2/ 50 % N250 % CO2/ 49 % N2 /1% O2

PET/EVEP 80 & Multifol GVA 290

Versuchsüberblick

Verpackungsvarianten und durchgeführte Analysen zur Bewertung des Einflusses der

einzelnen Verpackungsvarianten auf die Brötchenqulität und Haltbarkeit

Produkt Verpackung Lagerung Analysen

Teilgebackene Brötchen

Normalatmosphäre5 °C

20 °C

O2/CO2-Messung pH- Wert/ Säuregrad aw- Wert/ Gesamtfeuchte Krumenfestigkeit Mikrobiologie Sensorik (Dreieckstest und beschreibend vor dem Aufbacken)

MAP (50 % CO2/ 50 % N2)(50 % CO2/ 49 % N2/ 1% O2)

Zeit [d]

0 10 20 30 40 50 60 70

O2-

Kon

zent

ratio

n [%

]

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

18,0

20,0Normalatmosphäre MAP MAP mit 1 % O2

Zeit [d]

0 10 20 30 40 50 60 70

O2-

Kon

zent

ratio

n [%

]

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

18,0

20,0

NormalatmosphäreMAPMAP mit 1 % O2

Veränderung der O2- Konzentration in der Kopfraumatmosphäre der teilgebackenen Brötchen

5°C20°C

- Der Sauerstoffgehalt der NA verpackten Brötchen bleibt unabhängig von der Lagertemperatur (5°C/ 20°C) bis zur sichtbaren

Schimmelausbildung bei 18%

- Die Sauerstoffkonzentration bei den MAP verpackten Brötchen liegt konstant bei 0%

- Bei der 20°C Lagerung nimmt die Sauerstoffkonzentration der MAP + 1% O2 verpackten teilgebackenen Brötchen innerhalb

von 35 Tagen auf 0% ab, während sie bei 5°C Lagerung konstant bei 0.95% liegt.

- Gleichzeitig wurde der CO2-Gehalt analysiert, welcher unabhängig von der Lagertemperatur bei MAP bei ca. 50% lag

bakteriostatischer Effekt des CO2

Chemisch-physikalische Eigenschaften der teil- und aufgebackenen Brötchen

pH-Wert

Säuregrad

Wasseraktivität

Gesamtfeuchte

Krumenfestigkeit

13

Mittels den chemisch-physikalischen Analysen konnte bei

den teil- und aufgebackenen Brötchen kein signifikanter

Unterschied zwischen den beiden Gasatmosphären und

den Lagertemperaturen festgestellt werden

1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.E+06

1.E+07

1.E+08

1.E+09

1.E+10

0 7 25 32 39 48 55 62 69

Schi

mm

elpi

lez

[KB

E/ g

]

Zeit [d]

NormalatmosphäreMAPMAP mit 1 % O2

#

#

Mikrobiologische Haltbarkeit der teilgebackenen Brötchen über die Lagerzeit

• Bei 20°C verschimmelten die teilgebackenen Brötchen unter NA bereits nach 6 Tagen, bei 5°C verlängert sich die Lagerdauer auf 25 Tage. laut Schweizer Hygieneverordnung nicht mehr verkehrsfähig, sobald Schimmelmyzele optisch erkennbar sind

• Bei den unter MAP + 1%O2 verpackten Brötchen ist bei 20°C nach 32 Tagen optisch ein Schimmelmyzel erkennbar

• Bei den unter MAP verpackten Brötchen ist über eine Lagerzeit von 69d sowohl bei 5°C wie auch bei 20°C kein Schimmelmyzel optisch erkennbar laut Schweizer Hygieneverordnung verkehrsfähig

20°C

##

# optisch sichtbares Schimmelwachstum

5°C

1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.E+06

1.E+07

1.E+08

1.E+09

1.E+10

0 7 25 32 39 48 55 62 69

Schi

mm

elpi

lez

[KB

E/ g

]

Zeit [d]

NormalatmosphäreMAPMAP mit 1 % O2

Zusammenfassung

NA MAP + 1% O2 MAP20°C 5°C 20°C 5°C 20°C 5°C

pH K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U.aw K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U.

RH% K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U.Schimmel wachstum 7 d 25 d 32 d >69 d >69 d >69 d

AMK >10E6 - - 32 d 62 d 39 d 69 d

AnMK >10E6 - - 32 d 62 d 39 d 69 d

Sensorik vor dem Aufbacken - Ab 14 d ranzig,

muffigAb 28d ranzig Off-flavour

Ab 56d muffigLeichtes Off-Flavour

Stark klebrig, Off-Flavour

Angenehm aber altbacken

Sensorik nach dem Aufbacken - Off-flavour - - K.s.U K.s.U

Ranking 4 3 2 1

Untersuchung der Einflüsse von MAP auf die Haltbarkeit

von Muffins

Teigherstellung und Portionierung Backen

Verpacken auf Tiefziehmaschine

R145 Lagerung Analysen

Herstellungsprozess Muffins

NA

O2 & CO2-Gehalt

pH-Säuregrad

Wasseraktivität

Gesamtfeuchte

Krumenfestigkeit

Sensorik

Mikrobiologie

MAP30 % CO2/ 70 % N2

20°CFlachfolie PET/EVEP 80 & Ecopet 400T

Versuchsüberblick

Produkt Verpackung Lagerung Analysen

Muffins

Normalatmosphäre

20 °C

O2/CO2-MessungpH- Wert/ Säuregradaw- Wert/ GesamtfeuchteKrumenfestigkeitMikrobiologieSensorik (Dreieckstest)

MAP (30 % CO2/ 70 % N2)

Verpackungsvarianten und durchgeführte Analysen zur Bewertung des Einflusses der

einzelnen Verpackungsvarianten auf die Muffinqualität und Haltbarkeit

Veränderung der O2- und CO2 Konzentration in der Kopfraumatmosphäre der Muffins

21

Zeit [d]

0 10 20 30 40 50 60

O2-

Konz

entra

tion

[%]

0.0

0.5

1.0

1.5

20.0

20.5

21.0

Normalatmosphäre MAP Leerpackung

Zeit [d]

0 10 20 30 40 50 60

CO

2-Ko

nzen

tratio

n

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

20.0

22.0

24.0

26.0

28.0 Normalatmosphäre MAP

• Der Sauerstoffgehalt der NA-verpackten Muffins liegt über die komplette Lagerzeit über 20%• Bei den MAP-Verpackungen ist aufgrund der Permeabilität der Verpackung ein Anstieg bis auf 1%

nachweisbar.• Die CO2-Konzentration nimmt bei den NA-verpackten Muffins aufgrund der Permeabilität der

Verpackung ab.

Chemisch-physikalische & sensorische Eigenschaften von Muffins

pH-Wert

Säuregrad

Wasseraktivität

Gesamtfeuchte

Krumenfestigkeit

Sensorik

22

Die chemisch-physikalischen Analysen sowie der

sensorische Dreieckstest zeigten keine signifikanten

Unterschiede zwischen den beiden

Verpackungsvarianten

Mikrobiologische Haltbarkeit der Muffins über die Lagerzeit

23

1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1.E+05

1.E+06

0 27 36 43 51 58 62

Schi

mm

elpi

lze

[KB

E/ g

]

Zeit [d]

MAP

Normalatmosphäre# optisch sichtbares Schimmelwachstum

#

# #

• Die Gesamtkeimzahl von aeroben und anaeroben mesophilen Keimen liegt bei beiden Verpackungsvarianten unterhalb

der Toleranzgrenze von 106 KBE/g und unterscheiden sich nicht signifikant

• Nach 51 Tagen tritt bei den unter NA verpackten Muffins optisch wahrnehmbares Schimmelpilzwachstum auf

Muffins sind gemäss CH-Hygieneverordnung nicht mehr verkehrsfähig

• Die MAP-Proben hingegen zeigen bis zum Ende der Lagerzeit kein sichtbares Schimmelmyzel

Zusammenfassung

• Während der handelsüblichen Lagerzeit von 30 Tagen treten keine signifikanten

Unterschiede zwischen den unter NA und modifizierter Atmosphäre verpackten Muffins auf.

• Durch den Einsatz von MAP kann unter Beibehaltung der Qualitätsparameter die

mikrobiologische Haltbarkeit der Muffins verlängert werden.

24

Untersuchung der Einflüsse von MAP auf die Haltbarkeit

von Pizzateigen

Teigherstellung und Portionierung

Verpacken auf Tiefziehmaschine

R145

Kühlen-18°C

Lagerung Analysen

Herstellungsprozess Pizzateig

O2 & CO2-Gehalt

pH-Säuregrad

Wasseraktivität

Gesamtfeuchte

Teigklebrigkeit

Sensorik

Mikrobiologie

5°CPET/EVM 80 & Ecopet P450TVentile in Oberbahnfolie

NA MAP50 % CO2/ 50 % N2100 % N2

Versuchsüberblick

Verpackungsvarianten und durchgeführte Analysen zur Bewertung des Einflusses der

einzelnen Verpackungsvarianten auf die Pizzateigqualität und Haltbarkeit

Produkt Verpackung Abkühlung Lagerung Analysen

Pizzateig

Normalatmosphäre mit Ventil

-18 °C 5 °C

O2/CO2-MessungpH- Wert/ Säuregradaw- Wert/ GesamtfeuchteKlebrigkeit des TeigesMikrobiologieSensorik (Bewertung des Teiges auf Abrollbarkeit und Geruch; Beschreibung des aufgebackene Teiges)

Normalatmosphäre ohne VentilMAP mit Ventil(50 % CO2/ 50 % N2)

MAP ohne Ventil(50 % CO2/ 50 % N2)

MAP mit Ventil(100 % N2)

Veränderung der O2- und CO2 Konzentration in der Kopfraumatmosphäre der Pizzateige

28

• Der Sauerstoffgehalt der NA-verpackten Pizzateige sinkt aufgrund der Hefeaktivität innerhalb von 6 Tagen auf 0% bzw. bleibt konstant bei den MAP-Verpackungen

• Nach 6 Tagen Lagerung ist kein signifikanter Unterschied in der CO2-Konzentration zwischen den MAP(50%CO2/50%N2) und NA verpackten Teigen zu erkennen Ursache: Hefeaktivität

• Unter MAP (100%N2) liegt die max. CO2 Konzentration leicht niedriger (80%)• Ohne Ventilapplikation werden die Verpackungen durch den entstehenden Gasdruck in Folge der

Hefeaktivität zerstört

Zeit [d]

5 15 25 350 10 20 30

O2-

Kon

zent

ratio

n [%

]

0

5

10

15

20 Normalatmosphäre mit Ventil Normalatmosphäre ohne Ventil MAP 50/50 mit Ventil MAP 50/50 ohne Ventil MAP N2 mit Ventil

Zeit [d]

5 15 25 350 10 20 30

CO

2-K

onze

ntra

tion

[%]

0

20

40

60

80

100

Normalatmosphäre mit Ventil Normalatmosphäre ohne Ventil MAP 50/50 mit Ventil MAP 50/50 ohne Ventil MAP N2 mit Ventil

Chemisch-physikalische, sensorische und mikrobiologische Eigenschaften von Pizzateig

pH-Wert

Säuregrad

Wasseraktivität

Gesamtfeuchte

Sensorik

Mikrobiologie

Teigklebrigkeit

29

Die chemisch-physikalischen Analysen, die sensorischen

Untersuchungen und die mikrobiologischen Analysen zeigten

keine signifikanten Unterschiede zwischen den

Verpackungsvarianten

mit zunehmender Lagerdauer steigt die Teigklebrigkeit

wodurch sich die Abrollbarkeit verschlechtert

sensorisch veränderte sich der anfängliche buttrig-hefige

Geschmack gegen Ende der Lagerzeit in Richtung buttrig-käsig

Zusammenfassung

• Nach 6 Tagen Lagerung ist zwischen den NA und MAP mit Ventilen verpackten Pizzateigen

kein grosser Unterschied in der Kopfraumzusammensetzung (O2/ CO2) mehr messbar.

Über die Lagerzeit sind bei den chemisch-physikalischen, sensorischen &

mikrobiologischen Untersuchungen keine signifikanten Unterschiede zwischen den

Verpackungsvarianten (NA/ MAP) feststellbar.

• Es ist zu klären, ob durch den Einsatz von MAP auf die Verwendung von Ethanol verzichtet

werden kann.

• Bei verpackten Pizzateig kann in Tiefziehschalen nicht auf eine Ventilapplikation verzichtet

werden, da die Packungen ansonsten aufplatzen.

30

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Wir danken unseren Projektpartnern Multivac,

PanGas und Südpack für die gute Zusammen-

arbeit innerhalbe des Projektes

Kontakt

32

Dr. Selcuk Yildirim

Dozent und Fachstellenleiter

Fachstelle für Technologie und Verpackung

ZHAW – Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften

Campus Reidbach, Postfach

CH-8820 Wädenswil, Schweiz

Tel. +41 58 934 56 31

selcuk.yildirim@zhaw.ch

http://www.lsfm.zhaw.ch/de/science/zle/vtk.html