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Hydrostatischer Hochdruck – Betrachtung der Funktionalität und

Produktsicherheit von mariniertem Putenfleisch

vorgelegt von Diplom-Ingenieurin

Johanna Schmidgall

von der Fakultät III – Prozesswissenschaften der Technischen Universität Berlin

zur Erlangung des akademischen Grades

Doktor der Ingenieurwissenschaften - Dr.-Ing. –

genehmigte Dissertation

Promotionsausschuss: Vorsitzender: Prof. Dr. Dipl.-Ing. Bernhard Senge 1. Gutachter: Prof. Dr. Dipl.-Ing. Dietrich Knorr 2. Gutachter: Prof. Dr. Dipl.-Ing Stefan Töpfl Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 9.April.2013

Berlin 2013

D 83

Danksagung

Diese Arbeit beendet einen Lebensabschnitt, den ich ohne die Unterstützung vieler

Menschen nicht so erfolgreich hätte bewältigen können. An dieser Stelle möchte ich

all diesen Menschen meinen Dank mitteilen.

Ich danke meinem Doktorvater Herrn Professor Dr. Dietrich Knorr, dessen

Unterstützung ich mir stets sicher sein konnte.

Ich danke meinem Betreuer Prof. Dr. Stefan Töpfl, der mir die Möglichkeit gab meine

Arbeit in seiner Abteilung zu schreiben und mir nicht zuletzt auch durch private

Gespräche zu einem freundschaftlichen Wegbegleiter wurde.

Ich danke allen Mitarbeitern des DIL, die mir stets Ansprechpartner waren und meine

Arbeit durch ihre Ideen, ihre Anregungen und ihre konstruktive Kritik bereicherten,

mir aber auch viele Aufgaben abnahmen und mich in angespannter und gestresster

Laune ertrugen. Und nicht zu vergessen die, durch ihre privaten Gespräche und

Treffen, zu wesentlichen Begleitern und Freunden meines Lebens wurden.

Ich danke vor allem meinem Ehemann, sowie meinen engen Freunden, meinen

Geschwistern und meinen Mitbewohnerinnen, die mir stets Mut zugesprochen und

mich in meiner Arbeit bestärkt haben. Wären sie nicht für mich da gewesen, hätte ich

meine Arbeit in dieser Form nicht durchführen können.

Und nicht zuletzt danke ich meinen Eltern, die mit ihrer Lebensart und

Lebenseinstellung die Grundsteine für meinen Weg gelegt haben.

“Im normalen Leben wird es einem oft gar nicht bewusst, dass der Mensch überhaupt

unheimlich viel mehr empfängt, als er gibt, und dass Dankbarkeit das Leben erst

reich macht.“

(Dietrich Bonhoeffer)

Inhaltsverzeichnis I

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ........................................................................................................ I Abkürzungs- und Symbolsverzeichnis ....................................................................... III Abbildungsverzeichnis ................................................................................................ V

Tabellenverzeichnis ................................................................................................... IX Einleitung .................................................................................................................... 1 1. Theorie ........................................................................................................... 3

1.1. Tierische Lebensmittel ................................................................................... 3 1.2. Fleisch ........................................................................................................... 4

1.2.1. Aufbau und Zusammensetzung des Skelettmuskels ................................. 4

1.3. Geflügelfleisch ............................................................................................... 9 1.4. Milch und Milchprodukte (Weichkäse) ......................................................... 11

1.5. Weichkäse ................................................................................................... 12 1.5.1. Käseherstellung ....................................................................................... 13 1.5.2. Milchproteine ........................................................................................... 17

1.6. Pathogene und verderbniserregende Mikroorganismen auf Geflügelfleisch und Milchprodukten ...................................................................................... 19

1.6.1. Salmonella ............................................................................................... 21

1.6.2. Listerien ................................................................................................... 22 1.7. Marinaden .................................................................................................... 24

1.8. Hydrostatischer Hochdruck (thermodynamische Grundlagen) ..................... 27 1.9. Biochemische Veränderungen unter Hochdruck .......................................... 30

1.9.1. Druckeffekte auf Wasser ......................................................................... 31 1.9.2. Druckeffekte auf Proteine ........................................................................ 31

1.9.3. Druckeffekte auf Kohlenhydrate und Hydrokolloide ................................. 33 1.9.4. Druckeffekte auf Lipide und Biomembranen ............................................ 35 1.9.5. Druckeffekte auf Nukleinsäuren ............................................................... 35

1.9.6. Druckeffekte auf Lebendesysteme (Zellen) ............................................. 36 1.9.7. Druckeffekte auf komplexe Lebensmittelsysteme: Fleisch- und

Käseprodukte ........................................................................................... 44 1.10. Hochdruckbehandlung in Lebensmitteln: Wirtschaftlichkeit und Anwendungen

54 1.11. Verbraucherakzeptanz ................................................................................. 55

1.12. Gesetzlicher Status für hochdruckbehandelte Lebensmittel ........................ 56

1.13. Bauarten von Hochdruckanlagen ................................................................. 57

2. Material und Methoden ................................................................................ 58 2.1. Vorbereitung der Geflügelproben ................................................................. 60

2.1.1. Marinieren ................................................................................................ 60 2.2. Käseherstellung ........................................................................................... 62 2.3. Mikrobiologische Untersuchungen ............................................................... 64

2.3.1. Rezepte für Nährmedien und Agar .......................................................... 66 2.3.2. Inaktivierung von Leitkeimen in Geflügelfleisch ....................................... 70 2.3.3. Erstellen von p/T-Diagrammen ................................................................ 71 2.3.4. Nachweis von sublethalgeschädigten Salmonella ssp. ............................ 72 2.3.5. Mikrobiologische Untersuchung des Käses ............................................. 74

2.4. Chemische und physikalische Untersuchungen........................................... 76

2.4.1. Untersuchungsmethoden ......................................................................... 77

2.5. Sensorik ....................................................................................................... 85 3. Ergebnisse und Diskussion .......................................................................... 86

Inhaltsverzeichnis II

3.1. Mikrobiologische Ergebnisse im Lebensmittel Putenfleisch ......................... 86 3.1.1.Screening auf Druckresistenz und Bestimmung eines „Leitkeims“ in

Putenfleisch ............................................................................................. 86 3.1.2.Einfluss von Prozessparametern auf die Inaktivierung von L. gelidum in

Putenfleisch ............................................................................................. 90

3.1.3.Lagerung und Haltbarkeit von hochdruckbehandeltem Putenfleisch bei unterschiedlichen Lagerbedingungen ...................................................... 93

3.2. Mikrobiologische Ergebnisse im Lebensmittel Käse .................................. 103 3.3. Sublethale Schädigungen am Beispiel Keim Salmonella enterica ssp.

Thyphimurium ............................................................................................ 108

3.4. Einfluss des Zusatzes von Marinadenbestandteilen auf die funktionelle Beschaffenheit von hochdruckbehandeltem Putenfleisch .......................... 120

3.5. Einfluss verschiedenere Prozessparameter auf die Funktionalität von mariniertem Putenfleisch ........................................................................... 137

3.6. Einfluss einer Hochdruckbehandlung auf die Funktionalität von Rohmilchkäse 178

3.7. Sensorik von hochdruckbehandeltem Putenfleisch .................................... 180 3.8. Sensorik des Camemberts ......................................................................... 184

4. Zusammenfassung .................................................................................... 186

5. Ausblick ..................................................................................................... 189 6. Summary ................................................................................................... 193 7. Anhang ...................................................................................................... 195

Werdegang und Liste der Publikationen ................................................................. 248

Eidesstattliche Erklärung ........................................................................................ 252 Literatur .................................................................................................................. 253

Abkürzungs- und Symbolverzeichnis III

Abkürzungs- und Symbolverzeichnis

A. butzleri Arcobacter butzleri

A. cryaerophilus Arcobacter cryaerophilus

Asco Ascorbinsäure

B. cereus Bacillus cereus

B. thermosphacta Bacillus thermosphacta

C Camembert

C. maltaromaticum Carnobacterium maltaromaticum

Carbo Carbonat

CCP Colloidal calcium phosphate

CHP Hochdruckbehandelter Camembert

cp Wärmekapazität [

DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft

DNA Desoxyribonukleinsäure

DSC Differential Scanning Calorimetry

GPC Gel-Permeations-Chromatographie

gram (-) Gram negativ

gram (+) Gram positiv

H+ Wasserstoffkation

HP High pressure

J Joule

K Reaktionskonstante

K Kelvin

KbE Koloniebildende Einheit

kg Kilogramm

L. curvatus Lactobacillus curvatus

L. sakei ssp. Sakei Lactobacillus sakei ssp. Sakei

LM Lebensmittel

m³ Kubikmeter

min Minuten

MO Mikroorganismen

mol Mol

MPa Megapascal

N Anzahl

N0 Anfangkeimgehalt [

]

Abkürzungs- und Symbolverzeichnis IV NaCl Natriumchlorid (Kochsalz)

NCASO Keimzahl ermittelt auf CASO Agar [

NPN Nicht Protein Stickstoff

NPS Nitritpökelsalz

NXLD Keimzahl ermittelt auf XLD [

]

OD Optische Dichte

OH- Hydroxidion

p Druck [Pa]

Pa Pascal

P-COOH Carbonsäure

POZ Peroxidzahl

R Allgemeine Gaskonstante

RNA Ribonukleinsäure

S. Typhimurium Salmonella Typhimurium

SASPS Sauer lösliche Sporenproteine

SDS sodium dodecyl sulfate

polyacrylamide gel electrophoresis

T Temperatur [°C]

TBARS Thiobarbituric acid reactive

substances

Temp. Temperatur [°C]

WHC Water holding capacity [%]

WW Wechselwirkung

ZDG Zentraler Verband der Deutschen

Geflügelwirtschaft

∆G Gibb´sche Energie [

]

∆H Enthalpiedifferenz [

]

∆S Entropiedifferenz [

]

∆V Volumendifferenz [m³]

Abbildungsverzeichnis V

Abbildungsverzeichnis

1) Abbildung 1: Aufbau des Muskels. ............................................................................. 6

2) Abbildung 2: Strukturaufbau von Penicillium candidum. ............................................13

3) Abbildung 3: Druck-Temperatur Phasendiagramm verschiedener Stärkearten nach

einer 15-minütigen isothermalen Druckbehandlung (barley malt (Heinz et al. 2005),

maize (Buckow et al. 2009), rice (Rubens and Heremans 2000), potato (Rumpold

2005), wheat (Bauer and Knorr 2005), tapioca (Rumpold 2005)). .............................34

4) Abbildung 4: Hochdruckanlage der Firma Hiperbaric (ehem. NC- Hyperbaric), Model

Wave 6000/55 und schematische Darstellung des indirekten Druckaufbaus. ............58

5) Abbildung 5: Schema des Nachweissublethal geschädigter Salmonella ssp. In

Geflügelfleisch. Die Differenz der Lebendkeimzahlen zwischen XLD und CASO-Agar

wurde als sublethal geschädigte Zellen definiert. Peptonwasser und CASO erlauben

eine Recoveryphase der Zellen, wohingegen XLD dies unterbindet und direkt nur

überlebende Keime dedektiert. .................................................................................74

6) Abbildung 6: Bestimmung der k0 durch lineare Regression der Inaktivierungen bei p =

400 MPa und T = 1; 4; 10; 20 und 30 °C. ..................................................................92

7) Abbildung 7: Darstellung der ln(k) Werte über 1/T für die Druckstufe 400 MPa. ........93

8) Abbildung 8: POZ von vakuumverpackten (A) und schutzgasverpackten (B),

hochdruckbehandelten (500 MPa, 3 min) Putenproben. ......................................... 100

9) Abbildung 9: pH-Wert von vakuumverpackten (A) und schutzgasverpackten (B),

hochdruckbehandelten (500 MPa, 3 min) Putenproben. ......................................... 100

10) Abbildung 10: Putenfleisch mariniert mit Wasse und von Paprikaoleorosin vor einer

Hochdruckbehandlung und nach 500 MPa, 3 min. .................................................. 101

11) Abbildung 11: Hochdruckbehandelte und unbehandelte Käse in der Reifungskammer

nach einer Woche Reifung. Die Käse 1, 2 und 3 wurden vor dem Salzbad einer

Hochdruckbehandlung unterzogen. 4, 5 und 6 wurden nach dem Salzbad

hochdruckbehandelt und die Käse unter 7 wurden keiner Hochdruckbehandlung

unterworfen. ............................................................................................................ 107

12) Abbildung 12: Lebendkeimzahlen von S. Thyphimurium DIL 23 in phy.

Kochsalzlösung vor einer Hochdruckbehandlung (N0) und nach einer HP-Behandlung

von 400 MPa, 3 min, 20 °C (N1) und nach Revitalisierungsphase von 24 h............. 117



von 400 MPa, 3 min, 4 °C (N1) und nach Revitalisierungsphase von 24 h............... 117



von 400 MPa, 3 min, 4 °C (N1) und nach Revitalisierungphase von 24 h. ............... 118



von 400 MPa, 3 min, 4 °C (N1) und nach Revitalisierungphase von 24 h. ............... 118

16) Abbildung 16: Anteil sublethal geschädigter Mikroorganismen von S. Thyphimurium

DIL 23 nach einer HP-Behandlung von 400 MPa, 3 min. ........................................ 119

17) Abbildung 17: Anteil sublethal geschädigter Mikroorganismen von S. Thyphimurium

DIL 3395 nach einer HP-Behandlung von 400 MPa, 3 min. .................................... 119

18) Abbildung 18: Farbemessungen für Putensteak mit verschiedenen Zusätzen vor (0,1

MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (Prozesswasser 16 ± 3 °C, Haltezeit 3

min). ....................................................................................................................... 122

Abbildungsverzeichnis VI

19) Abbildung 19: L*-Wert (A) und a*-Wert (B) von Putensteak mit verschiedenen

Zusätzen vor (0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (Prozesswasser 16 ±

3 °C, Haltezeit 3 min). ............................................................................................. 124

20) Abbildung 20: Schneiddruck für Putenfsteak mit Zusatz von Zitronensäure und NaOH

bei verschiedenen Druckstufen. .............................................................................. 126

21) Abbildung 21: SDS-PAGE und GPC-Messungen von Putenfsteak mit Zusatz von

Zitronensäure (pH 2,3) und NaOH (pH 10,3)........................................................... 127

22) Abbildung 22: DSC-Messung von Putensteak mariniert mit NaOH (A) (pH 10,3) und

Zitronensäure (B) (pH 2,3) vor (0,1 MPa) (schwarz) und nach einer

Hochdruckbehandlung (500 MPa) (rot). .................................................................. 128

23) Abbildung 23: Schneiddruck für Putenfleisch mit Zusatz von Ascorbinsäure und

Natriumcarbonat bei verschiedenen Druckstufen. ................................................... 129

24) Abbildung 24: SDS-PAGE von Putensteack mariniert mit Ascorbinsäure oder

Natriumcarbonat ohne Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) und nach einer

Hochdruckbehandlung (500 MPa). .......................................................................... 131

25) Abbildung 25: DSC-Messung von Putensteak mariniert mit Ascorbinsäure (A),

Natriumcarbonat (B)und Wasser (C) vor einer Hochdruckbehandlung (0,1 MPa)

(schwarz) und nach einer Behandlung (500 MPa) (rot). .......................................... 132

26) Abbildung 26: GPC-Messung von Putensteak nur mit Wasser, ohne

Hochdruckbehandlung bei 0,1 MPa (blau) und bei 500 MPa (Magenda)

druckbehandelt. ...................................................................................................... 132

27) Abbildung 27: GPC-Messung von Putensteak mariniert mit Ascorbinsäure, ohne

Hochdruckbehandlung bei 0,1 MPa (rot), und bei 500 MPa (blau)

hochdruckbehandelt. ............................................................................................... 133

28) Abbildung 28: GPC-Messung von Putensteak mariniert mit Natriumcarbonat, ohne

Hochdruckbehandlung bei 0,1 MPa (rot) und bei 500 MPa (grün) druckbehandelt. . 133

29) Abbildung 29: L*-Wert von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen vor (0,1 MPa)

und nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa). ................................................. 134

30) Abbildung 30: Schneiddruck von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen vor (0,1

MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa). ........................................ 135

31) Abbildung 31: Temperaturverlauf (grün und gelb) von Putenbrust während einer

Hochdruckbehandlung mit 600 MPa. Temperaturverlauf von reinem Wasser (orange

und blau). ................................................................................................................ 137

32) Abbildung 32: Farbwerte für Putensteak mit 10 % Wasser bei verschiedenen Drücken

und Temperaturen (L*-Wert oberste Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert

untere Datenreihe). ................................................................................................. 141

33) Abbildung 33: a*-Werte für Putensteak mit 10 % Wasser bei verschiedenen Drücken

und Temperaturen. ................................................................................................. 142

34) Abbildung 34: Schneiddruck für Putensteak mit 10 % Wasser bei verschiedenen

Drücken und Temperaturen. ................................................................................... 143

35) Abbildung 35: GPC-Messung von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe, bei 0,1 MPa

mit Starttemperaturen 4 (schwarz), 20 (hell grün) und 40 °C. .................................. 145

36) Abbildung 36: GPC-Messung von Putensteak mit Wasserzugabe nach einer

Hochdruckbehandlung von 500 MPa, mit Starttemperaturen 4 (schwarz), 20

(hellgrün) und 40 °C (dunkelgrün). .......................................................................... 145

37) Abbildung 37: SDS-PAGE von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe bei 4, 20 und 40

°C und Umgebungsdruck (0,1 MPa) und nach einer Druckbehandlung (500 MPa). 146

Abbildungsverzeichnis VII

38) Abbildung 38: REM Aufnahmen von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe, vor (0,1

MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (400 MPa und 600 MPa). .................. 147

39) Abbildung 39: DSC-Messung von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe bei

verschiedenen Drücken und Temperaturen. ........................................................... 147

40) Abbildung 40: Drip loss von Putensteak mariniert mit 10 % Wasserzugabe bei

verschiedenen Druckstufen und Temperaturen. ...................................................... 148

41) Abbildung 41: Farbmessung für Putensteak mariniert mit NaCl (L*-Wert obere

Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe). .................... 150

42) Abbildung 42: Farbmessung für Putensteak mariniert mit Ascorbinsäure (L*-Wert

obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe). .......... 150

43) Abbildung 43: Farbmessung für Putensteak mariniert mit Natriumcarbonat (L*-Wert


44) Abbildung 44: Schneiddruck von Putensteak mariniert mit NaCl (A), Ascorbinsäure

(B) und Natriumcarbonat (C). .................................................................................. 152

45) Abbildung 45: SDS-PAGE von Putensteak mit NaCl-, Ascorbinsäure- oder

Natriumcarbonatzugabe vor einer Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) und nach einer

Druckbehandlung von 500 MPa. ............................................................................. 154

46) Abbildung 46: Drip loss von Putensteak mit Wasserzugabe und NaCl oder

Natriumcarbonat bei verschiedenen Druckstufen und Temperaturen. ..................... 155

47) Abbildung 47: Farbmessung von Putenkeulen mariniert mit reinem Wasser (L*-Wert


48) Abbildung 48: Farbveränderungen von Putenkeulen mariniert mit NaCl. ............... 160

49) Abbildung 49: Farbmessungen von Putenkeulen mariniert mit Ascorbinsäure. ....... 160

50) Abbildung 50: Farbmessungen von Putenkeulen mariniert mit Natriumcarbonat. .... 161

51) Abbildung 51: Bild von hochdruckbehandelten (500 MPa, 3 min) Putenkeulen mit

Natriumcarbonat und reiner Wassermarinade. ........................................................ 161

52) Abbildung 52: Schneiddruck von Putenkeulen mit 10 % Wasserzugabe (A) und NaCl

Zugabe (B). ............................................................................................................. 162

53) Abbildung 53: Schneiddruck von Putenkeulen mit Ascorbinsäurezugabe (A) und

Natriumcarbonatzugabe (B). ................................................................................... 163

54) Abbildung 54: GPC-Messung von Keulen mit Wasserzusatz ohne Druckbehandlung

für 4 (schwarz), 20 (blau) und 40 °C (grün). ............................................................ 163

55) Abbildung 55: GPC von Keulen mit Wasserzusatz bei 4 °C und den Drücken 0,1 MPa

(schwarz) und 500 MPa (rot). .................................................................................. 164

56) Abbildung 56: GPC von Keulen mit Wasserzugabe bei 20 °C Starttemperatur und den

Drücken 0,1 (schwarz) und 500 MPa (rot). .............................................................. 164

57) Abbildung 57: GPC von Keulen mit Wasserzugabe bei 40 °C Starttemperatur und den

Drücken 0,1 (schwarz) und 500 MPa (blau). ........................................................... 165

58) Abbildung 58: GPC von Keulen mit Wasserzusatz bei 500 MPa mit den

Starttemperaturen 4 (rot), 20 (schwarz), 40 °C (blau) . ............................................ 166

59) Abbildung 59: DSC-Messung von Keulen mit Wasserzugabe bei 4 °C (A) und 20 °C

(B) Behandlungstemperatur vor einer Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) (schwarz) und

nach einer Behandlung (500 MPa) (rot). ................................................................. 167

60) Abbildung 60: DSC-Messung von Keulen bei 40 °C Behandlungstemperatur vor einer

Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) (schwarz) und nach einer Behandlung (500 MPa)

(rot). ........................................................................................................................ 168

61) Abbildung 61: SDS-PAGE für Putenkeulen mit Wasserzugabe bei verschiedenen

Temperaturen sowie vor einer Hochdruckbehandlung und nach 500 MPa. ............. 169

Abbildungsverzeichnis VIII

62) Abbildung 62: Drip loss von Putensteak mit Emulsionsmarinade und dem Zusatz von

NaCl (A), Natriumcarbonat (B) und Ascorbinsäure (C) bei verschiedenen Druckstufen

und Behandlungstemperaturen. .............................................................................. 171

63) Abbildung 63: L*-Werte für Putenfleisch mariniert mit Emulsionen und dem Zusatz

von NaCl (A), Natriumcarbonat (B) und Ascorbinsäure (C) bei verschiedenen

Druckstufen und Behandlungstemperaturen. .......................................................... 172

64) Abbildung 64: Schneiddruck für Putensteak mariniert mit Emulsionen und dem Zusatz

von NaCl (A) und Natriumcarbonat (B) bei verschiedenen Druckstufen und

Behandlungstemperaturen. ..................................................................................... 173

65) Abbildung 65: REM Aufnahmen von Putenfleisch mit Emulsionsmarinade ohne

Hochdruckbehandlung und nach einer Hochdruckbehandlung (200 und 500 MPa).

............................................................................................................................... 174

66) Abbildung 66: Drip loss von Putenkeulen mit Emulsionsmarinade und dem Zusatz

von NaCl (A), Natriumcarbonat (B), Ascorbinsäure (C)bei verschiedenen Druckstufen

und Behandlungstemperaturen. .............................................................................. 175

67) Abbildung 67: L*-Werte für Putenkeulen mariniert mit Emulsionen und dem Zusatz

von NaCl (A), Ascorbinsäure (B) und Natriumcarbonat (C) bei verschiedenen

Druckstufen und Behandlungstemperaturen. .......................................................... 176

68) Abbildung 68: Schneiddruck für Putenkeulen mariniert mit Emulsionen und dem

Zusatz von NaCl (A) und Natriumcarbonat (B) bei verschiedenen Druckstufen und

Behandlungstemperaturen. ..................................................................................... 177

69) Abbildung 69: Dualer Vergleichstest von hochdruckbehandeltem und unbehandeltem

mariniertem Putenfleisch über eine Lagerung von 25 Tagen mit der Frage: „Welche

Probe ist heller ?“. ................................................................................................... 181



Probe ist saftiger ?“. ................................................................................................ 181



Probe ist härter ?“. .................................................................................................. 182



Probe weist einen Fremdgeschmack auf ?“. ........................................................... 182

73) Abbildung 73: Putenfleisch nach oder

vor einer Hochdruckbehandlung mit anschließendem Grillen bei 230 °C für 2 min . 183

74) Abbildung 74: Inaktivierung für 600 MPa für verschiedene Haltezeiten und

Temperaturen (4, 10, 20, 30 °C). ............................................................................ 207

75) Abbildung 75: Wachstumskurve für Salmonella enterica ssp. Thyphimurium. ......... 208

76) Abbildung 76: Ergebnisse des Oszillationstestes von Camembert ohne

Hochdruckbehandlung ............................................................................................ 246

77) Abbildung 77: Ergebnisse des Oszillationstestes von Camembert mit

Hochdruckbehandlung (500 MPa, 5min, 20°C) ....................................................... 247

Tabellenverzeichnis IX

Tabellenverzeichnis

1) Tabelle 1: Grenzwerte von pathogenen Erregern in Rohmilcherzeugnissen

(Milchverordnung 2000) ............................................................................................11

2) Tabelle 2: Obligatorische Kriterien: Pathogene Keime ..............................................11

3) Tabelle 3: Verschiedene Labpräparate und Labenzyme (Krüger und Krenkel 1968;

Schalinatus und Behnke 1974) .................................................................................14

4) Tabelle 4: Kaussmann-White-Schema (nach Neidhardt et al. 1987) .........................22

5) Tabelle 5: Reaktionen und ihr Reaktionsvolumen (mod. nach Jaenicke 1983) ..........31

6) Tabelle 6: Inaktivierungen in Lebensmitteln mittels Hochdruck von verschiedenen

Mikroorganismen bei unterschiedlichen Behandlungsbedingungen ..........................47

7) Tabelle 7: Behandlungsparameter zu den durchgeführten Versuchsreihen ..............59

8) Tabelle 8: Bestandteile der Modellmarinaden auf Wasserbasis ................................61

9) Tabelle 9: Leitkeime zur Untersuchung der möglichen Inaktivierung bei 450 MPa, 3

min, 4 °C sowie reinem und mariniertem Putenfleisch ..............................................71

10) Tabelle 10: Lebendkeimzahlbestimmung verschiedener Spezies bei

unterschiedlichen Kulturbedingungen (Temperatur, Agar, Inkubationszeit) ...............71

11) Tabelle 11: Eingesetzte Salmonellen mit Besonderheiten .........................................73

12) Tabelle 12: Laufbedinungen der SDS-Page ..............................................................79

13) Tabelle 13: Inaktivierung von verschiedenen Mikroorganismen in phys.

Kochsalzlösung während einer Hochdruckbehandlung (n = 2 – 3) ............................88

14) Tabelle 14: Untersuchte Mikroorganismen und deren erzielte Inaktivierung in

Putenfleisch bei 450 MPa und 3 min Haltezeit (n = 2 – 3) ........................................89

15) Tabelle 15: Parameter für die Modellierung bei 400MPa ...........................................92

16) Tabelle 16: Keimzahlen ohne Hochdruckbehandlung von reinem Putenfleisch,

gelagert bei verschiedenen Atmosphären .................................................................95

17) Tabelle 17: Keimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa, 3 min) von

reinem Putenfleisch, gelagert bei verschiedenen Atmosphären ................................95

18) Tabelle 18: Keimzahlen ohne Hochdruckbehandlung von Putenfleisch mariniert mit

grüner Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen Atmosphären .......................99


Putenfleisch mariniert mit einer grünen Modellmarinade, gelagert unter

verschiedenen Atmosphären ....................................................................................99

20) Tabelle 20: Farb- und Wasserhaltekapazität Messung in Putenfleisch unmariniert vor

einer HP (Tag 0) und nach 500 MPa/3 min (Tag 1) über eine Lagerzeit von 14 Tagen

............................................................................................................................... 102

21) Tabelle 21: Farb- und Wasserhaltekapazität Messung in Putenfleisch mariniert vor


unter Schutzgas ...................................................................................................... 102

22) Tabelle 22: Farb- und Wasserhaltekapazität Messung in Putenfleisch mariniert vor


unter Vakuum ......................................................................................................... 102

23) Tabelle 23: L. innocua Keimzahlen von Camembert unbehandelt und

hochdruckbehandelt an verschiedenen Stellen des Käseherstellungsprozesses .... 104

24) Tabelle 24: Lebendkeimzahlen der L. innocua von Camembert direkt nach einer HP-

Behandlung und nach einer Lagerung des fertigen Käses von zwei Wochen ......... 104

25) Tabelle 25: L. innocua Keimzahlen im Camenbert nach der Trocknung und in Puffer

(Peptonwasser) mit HP und ohne ........................................................................... 105

Tabellenverzeichnis X

26) Tabelle 26: Milchsäurebakterien in der Milch bis zum getrockneten Käse und nach

einer HP Behandlung (600 MPa, 5 min) .................................................................. 106

27) Tabelle 27: Inaktivierung von S. Thyphimurium DIL 23 und DIL 3395 in Salinen bei 20

°C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min, ermittelt auf CASO und XLD

............................................................................................................................... 115

28) Tabelle 28: Lebendkeimzahlen [log KbE/g] von S. Thyphimurium DIL 23 und DIL

3395 in Putenfleisch mit 0,2 % NaCarbonat-Zugabe (Na2CO3) bei 20 °C und 4 °C

Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min, ermittelt auf CASO und XLD ................. 115

29) Tabelle 29: Lebendkeimzahlen [log KbE/g] von S. Thyphimurium DIL 23 und DIL

3395 in Putenfleisch und Putenfleisch mit 1 % NaCl-Zugabe bei 20 °C und 4 °C

Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min, ermittelt auf CASO und XLD ................. 116

30) Tabelle 30: Lebendkeimzahlen ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL

23 in Käse bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ............... 116

31) Tabelle 31: Enthalpiemessungen der DSC von Putensteak mit Zusatz von

Natriumcarbonat, Ascorbinsäure und reinem Wasser vor einer Hochdruckbehandlung

(0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa) .................................. 131

32) Tabelle 32: pH-Wert von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen nach

unterschiedlichen Druckbehandlungen ................................................................... 139

33) Tabelle 33: Differenz der pH-Werte von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen in

Bezug zu den pH-Werten bei Umgebungsdruck (0,1 MPa) ..................................... 140

34) Tabelle 34: Enthalpie Messung der DSC von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe,

behandelt bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken .................................. 149

35) Tabelle 35: pH-Wert für Putenkeulen mit unterschiedlichen Zusätzen bei

verschiedenem Druck ............................................................................................. 157

36) Tabelle 36: Differenz der pH-Werte von Putenkeulen mit unterschiedlichen Zusätzen

in Bezug auf den pH-Wert bei 0,1 MPa ................................................................... 158

37) Tabelle 37: Enthalpie Messung der DSC von Putenkeulen mit Zusatz von 10 %

Wasser bei unterschiedlichen Drücken und Behandlungstemperaturen .................. 166

38) Tabelle 38: Ergebnisse der Farbbestimmung des Käses mit und ohne HPP ........... 179

39) Tabelle 39: Bratverlust von Putenfleisch mit und ohne Hochdruckbehandlung beim

Grillen bei 230 °C, 2 min ........................................................................................ 180

40) Tabelle 40: Prüfschema für sensroische Beurteilung von gegartem Putenfleisch .... 195

41) Tabelle 41: Prüfschema für sensorische Beurteilung von Camembert .................... 196

42) Tabelle 42: Inaktivierung von S. Thyphimurium nach einer Hochdruckbehandlung in

phys. Kochsalzlösung (450 MPa, 3 min) und nach einer Lagerung/Revitalisierung in

Peptonwasser (MPN) .............................................................................................. 197

43) Tabelle 43: Keimzahlen ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23und

DIL 3395 in Putenfleisch bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min

............................................................................................................................... 197

44) Tabelle 44: Inaktivierung von S. Thyphimurium nach einer Hochdruckbehandlung in

Putenfleisch (450 MPa, 3 min) und nach einer Lagerung/Revitalisierung in

Peptonwasser (MPN) .............................................................................................. 199

45) Tabelle 45: Keimzahlen ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23

und DIL 3395 in Putenfleisch mit NaCl bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur,

400 MPa, 3 min ....................................................................................................... 199


und DIL 3395 in Putenfleisch mit Na2CO3 bei 20 °C und 4 °C

Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ............................................................... 200

Tabellenverzeichnis XI


und DIL 3395 in Käse bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min

............................................................................................................................... 201

48) Tabelle 48: Inaktivierung von L.gelidum bei verschiedenen Prozessparametern (p, T)

(n = 3 -2) ................................................................................................................. 202

49) Tabelle 49: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in

Saline bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ..................................... 203

50) Tabelle 50: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 3395

in Saline bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ................................. 204


Saline bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ....................................... 204


in Saline bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ................................... 204


Putenfleisch bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ........................... 205


in Putenfleisch bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ........................ 205


Putenfleisch bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ............................. 205


in Putenfleisch bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min.......................... 206


Putenfleisch+NaCl bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ................. 206


in Putenfleisch+NaCl bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min .............. 206


Putenfleisch+NaCl bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ................... 206


in Putenfleisch+NaCl bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ................ 207

61) Tabelle 61: Optische Dichte (OD) und Lebendkeimzahlen der verschiedenen S.

Thyphimurium Spezies ........................................................................................... 209

62) Tabelle 62: pH-Werte und Schneiddruck von Putensteaks mit Wasserzusatz nach

verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen ................................... 210

63) Tabelle 63: Drip loss und Farbmessung von Putensteaks mit Wasserzusatz nach

verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen ................................... 211

64) Tabelle 64: pH-Werte und Schneiddruck von Putensteaks mit Wasser- und

Ascorbinsäurezusatz nach verschiedenen Druckstufen und

Behandlungstemperaturen ...................................................................................... 213

65) Tabelle 65: Drip loss und Farbmessung von Putensteaks mit Wasser- und

Ascorbinsäurezusatz nach verschiedenen Druckstufen und


66) Tabelle 66: pH-Werte und Schneiddruck von Putensteaks mit Wasser- und

Natriumcarbonatzusatz nach verschiedenen Druckstufen und


67) Tabelle 67: Drip loss und Farbmessung von Putensteaks mit Wasser- und

Natriumcarbonatzusatz nach verschiedenen Druckstufen und


Tabellenverzeichnis XII

68) Tabelle 68: pH-Werte und Schneiddruck von Putensteaks mit Wasser- und NaCl-

Zusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen ............... 219

69) Tabelle 69: Drip loss und Farbmessung von Putensteaks mit Wasser- und NaCl-

Zusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen ............... 220

70) Tabelle 70: Schneiddruck und pH-Werte von Putenkeulen mit verschiedenen

Marinaden auf Wasserbasis nach verschiedenen Druckstufen und


71) Tabelle 71: Drip loss und Farbwerte von Putenkeulen mit verschiedenen Marinaden

auf Wasserbasis nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen 229

72) Tabelle 72: Physikalische und chemische Analysen von Putensteaks mit

Emulsionsmarinade und verschiedenen Zusätzen nach verschiedenen

Hochdruckbehandlungen ........................................................................................ 232

73) Tabelle 73: Physikalische und chemische Analysen (pH-Wert und Schneiddruck) von

Putenkeulen mit Emulsionsmarinade und verschiedenen Zusätzen nach

verschiedenen Hochdruckbehandlungen ................................................................ 235

74) Tabelle 74: Physikalische und chemische Analysen (Drip loss und Farbwerte) von

Putensteak mit Emulsionsmarinade und verschiedenen Zusätzen nach


75) Tabelle 75: Physikalische und chemische Analysen (Drip loss und Farbwerte) von

Putenkeulen mit Emulsionsmarinade und verschiedenen Zusätzen nach



gelber Modellmarinade, gelagert unter Schutzgas .................................................. 244


Putenfleisch mariniert mit einer gelben Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen

Atmosphären .......................................................................................................... 244


roter Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen Atmosphären ........................ 245


Putenfleisch mariniert mit einer roten Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen

Atmosphären .......................................................................................................... 245

Einleitung 1

Einleitung

Der Geflügelfleischverbrauch hat sich in den vergangenen Jahren in Deutschland stetig

erhöht. Die MEG (Marktinfo Eier & Geflügel) hat die Pro-Kopf-Verbräuche von

Geflügelfleisch für die EU sowie einzelne Mitgliedsstaaten erstellt. 2009 wurde für die EU ein

Pro-Kopf-Verbrauch von 23,1 kg, das waren 100 g mehr als im Jahr zuvor, berechnet. In

Deutschland lag der Pro-Kopf-Verbrauch von Geflügelfleisch 2009 bei 18,6 kg, 20 % unter

dem EU-Durchschnitt (ZDG). Überwiegend wird Geflügelfleisch in Form von zubereiteten

Convenience- oder Grillprodukten in frischer und gefrorener Form gekauft. Nach Änderung

der EG-Verordnung Nr. 1234/2007 über eine gemeinsame Organisation der Agrarmärkte

hinsichtlich der Vermarktungsnormen für Geflügelfleisch ist es nicht mehr erlaubt, frisches

Fleisch als frisch zu verkaufen, wenn es im Laufe des Herstellungsprozesses eingefroren

wurde ((BfR); EG 2009). Vorgefertigte und gewürzte Produkte weisen eine artenreiche

Mikroflora auf. Die Mikroorgansimen stammen zum einen aus den Zutaten (Gewürze,

Fleisch, Marinaden …) und zum anderen aus Verarbeitungs- und Prozessschritten. Für die

Industrie stellen kurze Distributionszeiten besonders bei saisonalen und meteorologischen

Schwankungen Probleme hinsichtlich der Planbarkeit des Absatzes dar. Eine thermische

Behandlung kommt bei frischen Produkten nicht in Frage und chemische

Haltbarkeitsverfahren stoßen beim Verbraucher auf keine große Akzeptanz. Als nicht-

thermisches Pasteurisationsverfahren bewährt sich das Hochdruckverfahren in der

Lebensmittelindustrie. Die Kinetik erwünschter (z. B. Inaktivierungsprozesse) und

unerwünschter (z. B. Denaturierung von Proteinen) Reaktionen innerhalb von Produkten

hängt von den Prozessbedingungen (Druckprofil, Behandlungszeit, Behandlungstemperatur)

sowie Produkteigenschaften (Tierart, pH-Wert, Zusatzstoffe wie Pökelsalz etc.) ab. Ziel

dieser Arbeit war es daher, mögliche unerwünschte Reaktionen im Produkt während einer

Hochdruckbehandlung zu unterbinden und im Gegenzug unter Bewahrung des

Frischecharakters ein mikrobiologisch sicheres und lagerstabiles Lebensmittel zu

produzieren. Aus mikrobiologischer Sicht lag der Fokus dieser Arbeit auf dem Einfluss und

der Steuerung von sublethal geschädigten Mikroorganismen, da diese gerade bei

Lagerungen von Lebensmitteln ein Risiko darstellen. Es wurden Reaktionen, vor allem

Denaturierungsprozesse und chemische Reaktionen, aber auch Schädigungsmechanismen

von MO während einer Hochdruckbehandlung und deren Beeinflussung durch gezielte

Marinadenrezepturen untersucht.

Neben dem Fleisch stellt auch Käse ein weiteres proteinreiches Lebensmittel dar. Gerade

Rohmilchkäse wird vielerorts von Konsumenten aufgrund des vollmundigen Aromas und

Einleitung 2

Geschmacks verzehrt. Bei der Herstellung von Rohmilchkäse wird auf eine thermische

Pasteurisierung der Kuhmilch, die bei der industriellen Käseproduktion Standard ist,

verzichtet. Ohne dieses Konservierungsverfahren verbleiben die originären

Milchsäurebakterien in der Milch und sorgen für den typischen Rohmilchcharakter. Ein

Nachteil kann jedoch der Verbleib von verderbniserregenden und pathogenen

Mikroorganismen in der nicht erhitzten Milch sein. Somit kann nach der Herstellung von einer

unzureichenden Abtötung dieser Bakterien ausgegangen werden. Basierend auf einer

grundlegenden Aufklärung der produktabhängigen Reaktionen (Proteindenaturierung,

Fettoxidation etc.) sowie der Untersuchung der Inaktivierungen von relevanten pathogenen

Mikroorganismen und Verderbniserregern sollen effiziente Behandlungsbedingungen für eine

Hochdruckbehandlung für Rohmilchkäse entwickelt werden. Dabei stehen die Auswahl des

Zeitpunktes einer Hochdruckbehandlung im Prozess selbst sowie geeigneter

Prozessbedingungen (p, t, T) und die Sicherung von qualitätsentscheidenden

Kontrollpunkten (mikrobiologische Sicherheit und sensorische Funktionalität) im

Vordergrund.

Theorie 3

1. Theorie

1.1. Tierische Lebensmittel

Nach der EU-Verordnung sind Lebensmittel wie folgt rechtlich definiert: „Lebensmittel sind

alle Stoffe oder Erzeugnisse, die dazu bestimmt sind oder von denen nach vernünftigem

Ermessen erwartet werden kann, dass sie in verarbeitetem, teilweise verarbeitetem oder

unverarbeitetem Zustand von Menschen aufgenommen werden (Artikel 2) […]“ (EU-

Verordnung VO EG 178/2002). Häufig werden Lebensmittel nach dem Ursprung der

Rohwaren in tierische und pflanzliche sowie sonstige Produkte gegliedert. Zu den tierischen

Lebensmitteln zählen neben Fleisch, Wurstwaren und Eiern, Fisch und Fischprodukte auch

Milchprodukte wie Butter, Joghurt, Käse, Quark und Sahne. In Bezug auf die vorliegende

Arbeit wird in den folgenden Kapiteln näher auf Fleisch bzw. Geflügelfleisch und Käse, vor

allem Rohmilchkäse, als Milchprodukt eingegangen.

Theorie 4

1.2. Fleisch

Der Begriff Fleisch wird allgemein als Synonym für Teile der Skelettmuskulatur warmblütiger

Schlacht- und Wildtiere verwendet. Zu den Fleischbeschaffenheitsmerkmalen zählen

Wasserbindungsvermögen und pH-Wert. Der pH-Wert ist der negativ dekadische

Logarithmus der H3O+-Konzentration. Der normale pH-Wert-Verlauf von Fleisch nach der

Schlachtung verläuft über mehrere charakteristische Phasen. Ein End-pH-Wert kleiner 5,7

charakterisiert eine überstürzte Glykolyse im post-mortalen Zustand, womit oft eine

verschlechterte Fleischbeschaffenheit und Qualität einhergeht (PSE, pale, soft, exudativ)

(Niewiarowicz et al. 1979). Ein pH-Wert im Bereich von 5,8 - 6,3 zeichnet eine normale

Fleischqualität aus, liegt der pH-Wert höher, handelt es sich um DFD-Fleisch (dark, firm,

dry). Bei Geflügelfleisch liegt 24 h nach der Schlachtung ein normaler pH-Wert im Bereich

von 5,51 - 5,86 vor (Lee et al. 1979). Neben dem pH-Wert sind zur Charakteristik von Fleisch

weitere Parameter zu zählen: Das Wasserhaltungsvermögen beispielsweise beschreibt die

Eigenschaft, fleischeigenes oder zugesetztes Wasser festzuhalten (Hamm 1972). Bei der

industriellen Herstellung von Geflügelfleisch kommt es durch den Prozessschritt Brühen zu

einer Wasserzugabe. Das Fremdwasser, das hierdurch oder durch Reinigungsschritte oder

Kühlverfahren aufgenommen wird, wird in der Haut und in geringem Anteil in der Muskulatur

gespeichert. Um aber wirtschaftliche Vorteile durch die damit einhergehende

Gewichtszunahme bei zu viel Fremdwasserzuführung zu unterbinden, ist die Bestimmung

des Wasser-Eiweiß-Verhältnisses ein weiterer Parameter für die Beschaffenheit und Qualität

von Fleisch.

1.2.1. Aufbau und Zusammensetzung des Skelettmuskels

Unter Fleisch versteht man zumeist Teile der Skelettmuskulatur, dies kann bis zu 50 % des

Körpergewichts ausmachen (Prändl et al. 1988). Der Muskel ist mit dem Bindegewebe

Epimysium umgeben und läuft zur Sehne aus. Er setzt sich aus einzelnen

Muskelfaserbündeln zusammen. Diese sind im Durchschnitt 2 mm dick und werden vom

Perimysium umgeben. Zwischen den einzelnen Bündeln kann Fett eingelagert sein. Die

Muskelbündel bestehen aus Muskelzellen, die eine Länge von bis zu 2 cm und einen

Durchmesser von 10 - 100 µm aufweisen. Die Muskelbündel sind mit dem Perimysium

umgeben (Szentkuti 2000). Die Zellen sind ebenfalls von einem Bindegewebe umgeben,

dem sogenannten Endomysium. Die Zellmembran der Muskelzellen heißt Sarkolemm und

Theorie 5

umschließt unter anderem das Sarkoplasma. Über diese Membran erfolgt die Übertragung

von Signalen oder der Stoffaustausch in den Zellen. Eine Muskelfaser enthält hunderte von

Muskelzellen, die in Sarkomere unterteilt sind, es handelt sich dabei um eine mehrkernige

Zelle. Die Zellkerne sind in das sarkoplasmatische Reticulum eingebettet. Des Weiteren

enthält die Muskelzelle Mitochondrien, die anaerob ATP erzeugen.

Die Myofibrillen sind aus dem Sarkomer aufgebaut, wobei jedes Sakomer aus der Hälfte

zweier I-Banden und einem zentralen A-Band besteht. Die I-Bande ist mit dünnen Z-

Scheiben durchzogen. Dünne Filamente gehen von beiden Seiten von der Z-Linie weg bis

hin zu den unter dem Elektronenmikroskop dunkel erscheinenden A-Banden. Die Z-Linie

enthält das α-Aktin.

Durch die dünnen und dicken Filamente findet die Muskelkontraktion statt. Dabei kommt es

zur Verkürzung zwischen den Z-Linien. Dicke und dünne Filamente machen ca. 70 - 75 %

des myofibrillären Eiweißes aus. Besonders Myosin und Aktin sind, indem sie miteinander in

Kontakt treten können, für die Kontraktion des Muskels verantwortlich.

Aktin ist der Hauptbestandteil der dünnen Filamente. Bei physiologischer Ionenstärke

polymerisiert das kugelförmige Aktin zu F-Aktin in Filamentenform aus. Diese Filamente

stellen eine Art Kette dar, wobei das Nuplin parallel verlaufende Proteine des Aktin-Polymers

umschließt und stabilisierend wirkt. In der A-Bande befindet sich die H-Zone, welche durch

die M-Linien geteilt wird (Schwägele 2003). Weitere wichtige Proteine, die bei der Regulation

der Muskelkontraktion eine wichtige Rolle spielen, sind: Tropomyosin und Troponin. Das

fadenförmige Tropomyosin windet sich um die Aktinfilamente und ist zu beiden Seiten in die

Rille der Filamente eingelagert. Zwischen den Fäden des Tropomyosins liegt das Troponin.

Es besteht aus globulären Proteinen, dem Troponin C, welches in der Lage ist, Calcium zu

bilden. Troponin besitzt zwei Domäne, die Ca2+-Ionen binden können. Das Troponin T lagert

sich an das Tropomyosin, sodass sich das Troponin I an das Aktin binden kann. Dadurch ist

die Bindungsstelle für das Myosin blockiert, gleichzeitig bewirkt dieser Vorgang eine

Hemmung der ATPase-Aktivität.

Myosin ist der Hauptbestandteil der dicken Filamente und in Wasser sowie physiologischer

Kochsalzlösung unlöslich. Die Myosin-Einheit ist aus einem Stab aufgebaut, der aus zwei

umeinander geschwungene Helices und einem doppelköpfigen globulären Teil (S1-

Köpfchen) besteht. Myosin weist enzymatische Aktivitäten auf. Darüber hinaus lagert sich

Myosin bei der Muskelkontraktion an Aktin, Hauptbestandteil der dünnen Filamente, an. Der

Muskel wird durch elektrische Impulse über Nerven stimuliert. Eine Calcium-Ausschüttung

Theorie 6

leitet die Kontraktion ein und es kommt zur reversiblen Bindung des Myosin an das Aktin

(Schwägele 2003).

Abbildung 1: Aufbau des Muskels.

Theorie 7

Chemische Zusammensetzung des Fleisches

Fleisch setzt sich im Durchschnitt wie folgt zusammen: 76 % Wasser, 22 %

Stickstoffsubstanzen, 1 % Mineralstoffe und 0,5 % Kohlenhydrate. Bei Geflügel liegt der

Fettgehalt zwischen 1 - 1,5 % (Eisenbrand und Schreier 1995).

Proteine werden in drei Gruppen eingeteilt:

1. Skleroproteine. Diese sind wasserunlöslich und dienen der Stützfunktion, z. B.

Kreatin, Kollagen.

2. Globuläre Proteine. Sind in Wasser oder verdünnter Salzlösung löslich, z. B.

Albumine, Globuline.

3. Protein-Komplexe. Diese setzen sich aus Proteinen und anderen Bausteinen

zusammen, z. B. Glykoproteine (Karlson 1988).

Ernährungsphysiologische Bedeutung von Fleisch

Fleisch dient als Quelle wertvoller Eiweiße, daneben liefert es Fette, Mineralstoffe und

Vitamine.

Dem Fleischeiweiß wird ein höheres ernährungsphysiologisches Potential als pflanzlichem

Eiweiß zugesprochen. Im menschlichen Körper können körpereigene Proteine nur aus einem

bestimmten Anteil von Aminosäuren selbst aufgebaut werden. Die sogenannten essentiellen

Aminosäuren müssen über die Nahrung aufgenommen werden. Der Nährwert von Eiweiß

kann unter anderem durch den Chemical Score nach Mitchell und Block und dem EAA-Index

(essential Amino-Acid Index) bestimmt werden, bei dem das Vollei als Bezugsgröße dient.

Fleisch kann grob in Muskeleiweiß und Kollagen eingeteilt werden. Das Fettgewebe wird

dem Bindegewebesystem zugeordnet. Die Tierart, Rasse sowie das Alter, das Geschlecht

und die Fütterung bestimmen den Fettgehalt und die Fettzusammensetzung. Wie bei den AS

enthält tierisches Fett essentielle Fettsäuren wie Linolsäure, Linolensäure und

Arachidonsäure, das auch als Vitamin F bezeichnet wird. Diese FS kommt vorwiegend in

Landtieren, in deren Leber und im Gehirn vor. Die Gesamtgehalte an essentiellen Fetten

sind abhängig von der Tierart. Neben dem Fettgewebe liegen Fette auch als Strukturlipide im

Fleisch vor. Strukturlipide sind reich an ungesättigten Fettsäuren mit 20 - 22 C-Atomen.

Diesen FS wird ein hoher ernährungsphysiologischer Wert beim Aufbau körpereigener

Theorie 8

Substanzen zugesprochen. Überwiegend dienen Fette allerdings aufgrund ihres

Brennwertes als Energiequelle (Schwägele 2003).

Fleisch ist ebenfalls ein Lieferant von wichtigen Vitaminen. Die in Fleisch enthaltenen

Vitamine der B-Gruppe sind zwar hitzelabil, dennoch sind sie reichlich enthalten und

ernährungsphysiologisch betrachtet ein wichtiger Bestandteil im Lebensmittel Fleisch.

Organische Verbindungen im Fleisch liegen meist gebunden vor, wohingegen anorganische

Substanzen oft zur Aufrechterhaltung des osmotischen Drucks dienen. Daher ist Fleisch

zudem ein wichtiger Lieferant für Mineralstoffe (Schwägele 2003).

Theorie 9

1.3. Geflügelfleisch

Der Geflügelfleischverbrauch in Europa lag 2008 bei 23,1 kg pro Kopf (Krauter 2009). Die

deutsche Geflügelfleischerzeugung ist 2008 auf 1,21 Mio. t deutlich um 8 % zum Vorjahr

gestiegen, Tendenz weiter steigend (Krauter 2009). Bei Putenfleischerzeugnissen macht das

eine Erhöhung um 6,7 % und bei Hähnchenfleischerzeugnissen um 8,4 % aus (Krauter

2009). Dabei erfreuen sich vor allem küchenfertige Produkte, sogenannte

Convenienceprodukte, immer größerer Beliebtheit. Geflügelfleisch zeigt im Vergleich zu

anderen Fleischsorten ein wenig stark ausgeprägtes Fleischaroma (Nagengast 2006).

Bei der Muskulatur zeichnet sich das Geflügelfleisch durch eine große Faserdichte, feste

Fügung und feine Faserung aus. Ein Grund für die Zartzheit von Geflügel ist der geringe

Anteil an intramuskulärem Bindegewebe. Ein Hähnchenbroiler weist im Brustgewebe 1,46 %

und im Schenkel 3,38 % Bindegewebseiweiß vom Gesamteiweiß auf (Richter et al. 1989).

Die Zuordnung zum hellen oder dunklen Fleisch hängt mit dem Anteil an roten und weißen

Muskelfasern sowie dem Gehalt an Myoglobin (Muskelfarbstoff) zusammen. So enthält der

Brustmuskel eines Broilers nur 5 - 10 % rote und 90 - 95 % weiße Muskelfasern. Im

Oberschenkel verschiebt sich das Verhältnis von weißen 70 - 80 % zu den roten 20 - 30 %

Muskelfasern(Richter et al. 1989). Je rötlicher, dunkler das Fleisch, desto mehr rote

Muskelfasern sind im jeweiligen Muskelstück enthalten. Die wichtigsten Merkmale der

Geflügelfleischqualität sind Aussehen, Zartheit, Saftigkeit, Aroma und Verarbeitungseignung

(funktionelle Merkmale wie Emulgierfähigkeit und Wasserbindevermögen). Für die

Kaufentscheidung des Verbrauchers ist vor allem das Aussehen des Produkts entscheidend.

So sind Farbe und Beschaffenheit ein wichtiges Bewertungskriterium bei ganzen

Tierkörpern. Ausschlaggebend für die endgültige Zufriedenheit des Verbrauchers sind

Zartheit, Saftigkeit, angenehmer Geruch und arttypischer Geschmack des zubereiteten

Produkts. Substanzverlust (Kochverlust) beim Garen (Grillen, Kochen) darf nicht übermäßig

auftreten, da das Fleisch sonst an Genusswert verliert. Das Aroma und damit der

Geschmack hängen vom Fettgehalt und seiner Zusammensetzung ab. Geflügelfleisch, das

für die Weiterverarbeitung verwendete wird, muss emulgierfähig sein und ein gutes

Wasserbindungsvermögen aufweisen. Die Emulgierfähigkeit, das Wasserbindungsvermögen

sowie der pH-Wert sind nach Geflügelart und -muskel unterschiedlich. So hat das

Brustfleisch ein schlechteres Wasserbindungsvermögen und Emulgierfähigkeit als das

Schenkelfleisch (Branscheid 2007). Der Nährstoffgehalt des essbaren Broilerteils beträgt

33,6 % Trockenmasse, 17,4 % Rohprotein, 13,3 % Rohfett und 0,95 % Rohasche (Richter et

al. 1989). Diese Zusammensetzung bezieht sich auf den ganzen Schlachtkörper und weicht

Theorie 10

je nach Körperteil davon ab. Neben dem Nährstoffgehalt sind noch weitere wichtige

Qualitätsmerkmale für den Verbraucher wichtig wie z. B. Farbe, Schlachtkörpergewicht,

Abdominalfett, Sensorik und Keimbelastung.

Der Schlachtkörper muss nach der Schlachtung von rund 30 °C auf 4 °C innerhalb einer

Stunde abgekühlt werden. Nach der Totenstarre (Rigor Mortis) folgt die postmortale Reifung

des Geflügelfleisches, die zur Lösung der Totenstarre führt. Während der Reifung tragen

fleischeigene glykolytische und proteolytische Enzyme zur Absenkung des pH-Wertes bei.

Die Kühllagerung erfolgt bei -2 °C bis +4 °C und darf maximal sieben Tage ab Schlachtung

bis zum Verkauf an den Verbraucher betragen.

Theorie 11

1.4. Milch und Milchprodukte (Weichkäse)

Kuhmilch besteht aus 87,3 % Wasser, 3,7 % Fett und 2,3 % Gesamtprotein. Bei der

industriellen Herstellung von Käse wird meist pasteurisierte Kuhmilch eingesetzt, während

beim Rohmilchkäse auf diese Erhitzung verzichtet wird. Die dadurch erhaltenen originären

Milchsäurebakterien der Milch sorgen für den typischen Rohmilchcharakter, dessen

einzigartiger Geschmack von vielen Verbrauchern bevorzugt wird. Nachteilig dabei ist jedoch

der Verbleib von verderbniserregenden und pathogenen Mikroorganismen in der nicht

erhitzten Milch.

Um eine gesundheitliche Gefährdung des Verbrauchers auszuschließen, erfolgt die

Rohmilchkäseherstellung nach strengen hygienischen und mikrobiologischen Auflagen

(sieheTabelle 1).Für die vorliegende Arbeit wurde Camembert als Modellmatrix gewählt,

daher soll im theoretischen Teil auf dieses Produkt näher eingegangen werden.

Tabelle 1: Grenzwerte von pathogenen Erregern in Rohmilcherzeugnissen (Milchverordnung 2000) Kriterium Grenzwert [KbE/ml]

Keimzahl bei +30 °C (pro ml) ≤ 100.000 Gehalt an somatischen Zellen (pro ml) ≤ 400.000 Staphylococcus aureus (pro ml) 2.000 Listeria monocytogenes außer Hartkäse (25 g)

n.n.

Salmonellen (in 25 g) n.n. Sonstige Krankheitserreger (insbesondere Listeria monocytogenes und verotoxinbildende Escherichia coli) und deren Toxine

Dürfen nicht in Mengen vorhanden sein, welche die Gesundheit der Verbraucher gefährden können

Tabelle 2: Obligatorische Kriterien: Pathogene Keime

Art der Keime Erzeugnisse Anforderungen (ml oder g)1

Listeria monocytogenes Käse außer Hartkäse Sonstige Erzeugnisse

keine in 25 g keine in 1 g

Salmonella spp. Sämtliche, keine in 25 g Ferner dürfen Krankheitserreger (insbesondere verotoxinbildende Escherichia coli) und deren Toxine nicht in Mengen vorhanden sein, die die Gesundheit der Verbraucher beeinträchtigen können

Theorie 12

1.5. Weichkäse

Weichkäsesorten unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht von anderen Käsearten wie Hart-

oder Schnittkäse. Sie besitzen nicht nur einen höheren Wassergehalt und eine weichere

Konsistenz, sondern reifen von außen nach innen. Die Reifung (proteolytische und

lipolysische Aktivitäten) im Weichkäse wird im Wesentlichen durch die Mikroorganismen,

welche an der Oberfläche wachsen, verursacht. Dabei unterscheidet man zwei Arten von

Schimmelpilzen, den Schmier- und Oberflächenschimmel.

Reifungskulturen wie Rot- und Gelbschmiere finden ihre Anwendung bei Weichkäsen mit

Schmierenbildung und werden per Hand auf die Oberflächen der Käse aufgetragen. Bei

diesen Kulturen handelt es sich um eine Mischflora bestehend aus Bacterium

linens,Mikrokokkensowie Hefen. Verbreitete Sorten von Weichkäse mit Schmierkulturen sind

Limburger, Romadur, Münster- (frz. Munster-) und Weinkäse.

Typische Vertreter für Außenschimmel sind Camembert und Brie (Kielwein 1994). Bei dem

Außenschimmel handelt es sich vorzugsweise um Pilze der Gattung Penicillium mit Mycel

und septierten Konidien. Bestandteile der Konidienträger wie Metula, Sterigma und

Verzweigungen sowie deren Anordnung sind strukturell verschieden. Die Verzweigungen der

Konidienträger können einfach oder mehrfach sowie symmetrisch und asymmetrisch sein.

Unverzweigte, meist sehr langkettige Konidien werden häufig an den Enden der Sterigmen

gebildet. Ihre Farbe reicht von weiß bis häufiger gelb, blau oder grau-grün mit runder bis

ovaler Form. Da die verzweigten Konidienträger und Konidienketten ein pinselartiges

Gebilde haben, bekam diese Gattung ihren speziellen Namen Penicillium (Pinselschimmel)

(Riemelt et al. 2003).

Bisher sind über 100.000 Pilzarten bekannt, zu den in der Käsereitechnologie verwendeten

gehören jedoch lediglich die folgenden:

der weiße Camembertschimmel Penicillium candidum, welcher häufig auch als

Penicillium caseicolum bezeichnet wird

der blaue Roquefortschimmel Penicillium roqueforti

der blaue Camembertschimmel, der Penicillium camemberti

Die Vertreter des weißen Camembertschimmels (Penicillium candidum, Penicillium

caseicolum) unterscheiden sich nur in der Farbe ihrer Konidien sowie des Mycels. Daher

werden sie in der Literatur häufig als eine Art zusammengefasst (Riemelt et al. 2003). Das

Theorie 13

Wachstumsoptimum von Penicillium candidum liegt bei 22 °C, die Lebensfähigkeit erstreckt

sich von 4 - 30 °C. Er wächst streng aerob und bildet ein hohes Luftmycel aus. Am 7. Tag

des Wachstums werden die Konidien abgeschnürt. Diese sind rund und besitzen einen

Durchmesser zwischen 2 - 4,5 µm (Abbildung 2). Eine neutrale und eine saure Proteinase

sowie unterschiedliche Peptidasen sorgen für den Eiweißabbau. Ein vollständig ausgereifter

Camembert enthält Penicilliumkolonien von ca. 3 x 107/cm² Käseoberfläche (Riemelt et al.

2003). Bei nicht vollständiger Ausreifung des Schimmels können sich Fremdschimmel wie

beispielsweise Mucor ausbilden. Von besonderer Bedeutung bei der Herstellung des

Camemberts ist, dass die Konidien vor dem Salzbad auskeimen, da sie durch NaCl

gehemmt werden (Riemelt 2003).

Abbildung 2: Strukturaufbau von Penicillium candidum.

1.5.1. Käseherstellung

Schematisch wird Käse in folgenden Schritten hergestellt: Milch wird Koagulantien

(Lab/Säure) zugesetzt, es entsteht eine Gallerte (Koagulum), diese wird mechanisch in

Bruch und Molke geteilt.

Die Käsefertiger, auch Käsekessel oder Koagulatoren genannt, dienen der Bruchbereitung,

Dicklegung sowie der anschließenden Bruchbearbeitung der Gallerte bei entsprechenden

Temperaturen. Die Temperierung erfolgt in der Regel über einen Doppelmantel, die

Prozesstemperatur liegt im Wachstumsoptimum der Starterkulturen. Heute erfolgt die

Theorie 14

Bruchbearbeitung im Industriebetrieb meist über eine mechanische Einrichtung mit

veränderbaren Schneid- und Rührwerkzeugen. Die Starterkulturen ermöglichen ein schnelles

Vorreifen und einen Abfall des pH-Wertes um 0,1 - 0,2 (Kessler 1988). Dies ermöglicht dem

Lab ein schnelleres Dicklegen. Zudem dienen die Starterkulturen später der Reifung im Käse

und beeinflussen wesentlich die Proteo- und Lipolyse. Zusätzlich zur Kulturzugabe wird

Calciumchlorid beigemengt. Durch das zusätzliche Einbringen von Calcium wird das

Caseingerüst, welches maßgeblich für die Struktur des Käses verantwortlich ist, verstärkt.

Zudem kann eine leichte Geschmacksverbesserung erzielt werden. Die para-k-Casein- bzw.

Casein-Komplexe gerinnen unter Labwirkung bei Vorhandensein von ionisierten Ca-Ionen zu

einer gallertartigen Masse. Ist die Zugabemenge von Calciumchlorid zu hoch, kann der

Geschmack in Richtung bitter tendieren. Die Zugabe von Natriumnitrat hemmt das

Wachstum von Verderbniskeimen wie dem Sporenbildner Clostridium Botulinum. Dieser ist

unerwünscht und kann in Milchprodukten zu Fehlgärungen führen. Die Lab-Gerinnungszeit

beträgt in der Regel 15 - 45 min und hängt von der „Labstärke“ ab (Kessler 1988) (Tabelle

3).

Tabelle 3: Verschiedene Labpräparate und Labenzyme (Krüger und Krenkel 1968; Schalinatus und Behnke 1974)

Echtes Lab (Chymosin)

Naturmagenlab/Kälberlab Aus getrocknete Kälbermägen, mit Wasser oder Molke angesetzt

Labextrakt/-pulver Konserviertes, industriell aufkonzentriertes Flüssiglab bzw. trockene Präparate aus Kälbermägen (75 % Chymosinanteil)

Labpasten von kleinen Wiederkäuern Konzentrierte Enzyme aus Mägen von Ziegen oder Lämmern,

Labersatzenzyme

Pepsine Gewonnen aus Rind, Geflügel, Schwein etc. Mikrobielles Lab („Pilzlab“) Proteasen aus Mucor- oder Endothia-

Stämmen Klonlab („Genlab“) gentechnisch gewonnenes „tierisches“

Chymosin B wird mikrobiell hergestellt mithilfe von E. coli, Schimmelpilzen oder auch Hefen

Nachdem sich die Gallerte ausgebildet hat, kommt das Bruchschneiden. Es gilt, je kleiner die

Bruchstücke, desto stärker ist der Molkeablauf, da sich die verfügbare Oberfläche vergrößert

und die Wegstrecke für das ablaufende Wasser zunehmend verkürzt wird.

Durch das Zerteilen des Bruches in definierte Bruchkörner wird der Molkeaustritt gefördert.

Dadurch entsteht das sogenannte Bruch-Molke-Gemisch. Die Bruchkorngröße hängt von der

Theorie 15

jeweiligen Käsesorte ab. Je niedriger der Wassergehalt der entsprechenden Käsesorte,

umso kleiner ist das Bruchkorn. Je kleiner die Teilchen, desto größer ist auch deren

spezifische Oberfläche, wodurch vermehrt Molke austreten kann. In Weichkäse, wie

beispielsweise Camembert, sind die Bruchkörner in der Regel 20 x 20 mm groß.

Das anschließende Verziehen dient ebenso wie das Schneiden der Zerkleinerung der

Bruchkörner und soll zusätzlich einen gleichmäßigen Temperaturausgleich im Bruch-Molke-

Gemisch bewirken. Außerdem soll ein Zusammenwachsen des Bruches verhindert werden.

Durch das kontinuierliche Rühren des Bruches wird dieser in Schwebe gehalten, der

Molkeaustritt gefördert und somit ein Verklumpen des Bruches verhindert. Das Kontrahieren

der Bruchkörner wird verlangsamt. Ziel des Rührens ist aber nicht nur, die Molke vom

Bruchkorn zu trennen, sondern auch die Zerkleinerung des Bruches zu unterstützen und die

Synärese weiterzuführen. Auch hier soll, wie schon beim Verziehen, das Zusammenkleben

der Bruchstücke unterbunden werden, um den Molkenabfluss nicht zu verhindern.

Um einem zu starken Abfall des pH-Wertes entgegenzuwirken, wird die Molke abgezogen,

wodurch ein wesentlicher Anteil der durch die Starterkulturen produzierten Milchsäure

entfernt wird. Zudem wird so der Waschvorgang vorbereitet.

Der Austausch von Molke durch Wasser soll die Säuerung stoppen und die Hautbildung auf

dem Bruchkorn unterstützen. Zudem wird durch die Wasserzugabe weiterhin Molke aus den

Bruchkörnern gespült. Nach dem Waschen erfolgen die Ausformung und das Wenden. Die

Zeit zwischen der Formung und dem Einbringen des Käses in das Salzbad wird als

Thermalzeit bezeichnet. Diese Zeit wird benötigt, um die gewünschte Säuerung sowie die

Lochbildung, Konsistenz und Entwicklung des Edelschimmels beim Weichkäse zu

beeinflussen. Der während der Thermalzeit erreichte pH-Wert hat zusätzlich eine

konservierende Bedeutung hinsichtlich des Gehalts an coliformen Keimen. Somit kann einer

Frühblähung entgegengewirkt werden. Ziel-pH-Werte von 5,3 bis 5,4 sollten in möglichst

kurzer Zeit erreicht werden.

Das Einbringen von Natriumchlorid durch Einlegen des Käses in Salzbäder dient nicht nur

der Geschmacksbildung, sondern hat auch die Aufgabe, den Käse zu konservieren und

resistenter gegen Verderbniskeime zu machen. Zudem wird die Rindenbildung unterstützt

und weiterhin Molke aus dem Käse entfernt. Ebenfalls werden nicht erwünschte Keime auf

der Oberfläche gehemmt, damit später ein gleichmäßiges Wachstum des Schimmelpilzes

vorausgesetzt werden kann (Kessler 1988).

Zu den wichtigsten Vorgängen während des Salzbades gehören die Diffusion von

Natriumchlorid und Wasser. Der osmotische Druck ist durch den hohen Salzgehalt der Lake

Theorie 16

gegenüber der wässrigen Phase des Käses sehr hoch. Durch dieses Konzentrations- und

Druckgefälle diffundiert das Salz aus der Lake in den Käse und Wasser aus dem Käse in die

Lake. Die Ionen des Kochsalzes des Wassers diffundieren dabei langsamer als die kleinen

Wassermoleküle.

Diese Diffusionsvorgänge haben folgende Auswirkungen auf den Käse (Kessler 1988):

Festigkeit der Rinde steigt

Kochsalz lagert sich verstärkt in der Rindenzone des Käses an

Rindenzone der Käsematrix entwässert und verdichtet sich (Schrumpfung der Poren)

Durch die verdichtete Rinde sinken die Durchlässigkeit für Wasser sowie die darin

gelösten Stoffe und Gase

Die Konzentration des Salzes wirkt sich auf die nachstehenden Größen aus:

Aufnahme des Salzes in den Käse

Mikroorganismen im Salzbad

Wasserverlust des Käses

Narbenbeschaffenheit

Caseinquellung in der Rindenzone

Durch den oben beschriebenen Diffusionsprozess werden Natriumionen gegen Calcium in

dem Caseingerüst ausgetauscht. Dieser Prozessschritt wird auch bei der

Schmelzkäseherstellung mittels Schmelzsalzen angewendet. Die Wasserbindung und die

damit einhergehende Quellung des para-Caseins in der Rinde nehmen zu. Besonders gut ist

dies bei niedrig konzentrierten Salzbädern zu beobachten, in denen die Salzkonzentration

weniger als 10 % beträgt. Dadurch wird die Käserinde weich und glitschig und kann teilweise

Auflösungserscheinungen zeigen. Je höher die Temperatur der Salzlake, desto schneller

verläuft die Aufnahme des NaCl in den Käse. Unterhalb von 10 °C ist dieser Vorgang

deutlich verlangsamt. Ebenfalls nimmt die Quellung des Caseins mit steigender Temperatur

zu. Je tiefer die Temperatur, desto stärker wird die Fettkristallisation gefördert und dadurch

auch die Verfestigung der Käselaibe. Das Wachstum von Mikroorganismen wird durch

höhere Temperaturen begünstigt. In der Regel heißt es: Je tiefer die Salzbadtemperatur,

desto höher die Trockenmasse im Käse. Durch die Ansäuerung der Lake bekommt das

Salzbad einen konservierenden Effekt und schränkt so das Wachstum nicht erwünschter

Theorie 17

Mikroorganismen ein. Zudem beeinflusst er das Austreten des Calciums aus den

Käsenarben und damit die Salzaufnahme sowie die Oberflächenbeschaffenheit des Käses.

Als Richtwert gilt, dass der pH-Wert des Salzbades ungefähr dem des ungesalzenen Käses

entsprechen sollte. Ein zu niedriger pH-Wert führt zu denaturierten Proteinen sowie einem

verstärkten Wasserverlust der Oberfläche, wodurch weniger Salz im Käse aufgenommen

wird. Zusätzlich verliert der Käse Calcium aus dem Caseingerüst, wodurch der Narben nicht

mehr optimal trocknen kann. Dies kann jedoch bei geschmierten Käsen gewünscht sein. Ist

der pH-Wert zu hoch, wird der Narben trocken, hornig und neigt zum Fettschwitzen. Listerien

sind gegenüber erhöhten Salzkonzentrationen relativ resistent und können somit einige Tage

in der Lake überleben. Liegt die Salzkonzentration bei gleichzeitig niedriger

Milchsäurekonzentration zwischen 15 und 25 % NaCl, sind die Chancen der Listerien, den

Salzvorgang zu überleben, umso höher. Das Salzbad bietet demnach optimale Bedingungen

für pathogene Keime wie Listeria monocytogenes, in den Käse und somit in den Menschen

zu gelangen und dessen Gesundheit zu gefährden.

Als letzter Prozessschritt steht die Reifung und anschließende Verpackung der Käselaibe.

1.5.2. Milchproteine

Milcheiweiß ist ein heterogenes Gemisch verschiedener Komponenten und besteht aus 95 %

Eiweiß (Reineiweiß) und 5 % Nicht-Protein-Stickstoffkomponenten (NPN-Gehalt). Der

Reineiweißgehalt ist in Casein und Molkeneiweiß unterteilt. Bei Kuhmilch beträgt der

Rohproteingehalt 3,3 % davon sind 0,15 % NPN. Obwohl der Rohproteingehalt bezogen auf

die Milchtrockenmasse nur gerade einmal 25 % ausmacht, hat diese Inhaltstoffkategorie

dennoch eine überragende technologische Bedeutung. Analytisch kann man den

Reinproteingehalt bei einem eingestellten pH-Wert von 4,6 und einer anschließenden

Filtration in Casein (Präzipitat) und dem Filtrat der Molke trennen und unterscheiden. Die

Molkeneiweiße machen dabei ca. 20 % des Reineiweißgehalts aus (Töpel 2004). Die Milch

der Wiederkäuer wird den Caseinmilcharten zugeordnet, im Gegensatz dazu zählt

beispielsweise die Frauenmilch zu den Albuminmilcharten, wobei diese Unterteilung vom

Milcheiweiß-Verhältnis (Casein:Albumin) abhängig ist. Der Prozentsatz des Caseins bei

Kuhmilch beträgt somit 80 % und wird als „Caseinzahl“ bezeichnet.

An der Membran der Fettkügelchen sind Eiweißkörper angelagert. Diese bestehen

überwiegend aus Glykoproteinen und Lipoproteinen. Auch zwischen Kern und Membran der

Theorie 18

Fettkügelchen sind Proteine bspw. Das Enzym Xanthinoxidase eingelagert. Mengenmäßig

sind die Proteine der Fettkügelchenmembran unbedeutend mit weniger als 1 % des

Gesamtmilcheiweißgehalts, allerdings besitzen sie eine hohe technologische Bedeutung

z. B. als Emulsionsstabilisierung oder Schutz vor vorzeitiger Hydrolyse der Milch (Töpel

2004).

Casein ist in vier Eiweiß-Untereinheiten und ein partikulär suspendiertes Proteid mit einem

Mineralstoffgehalt von ca. 10 % aufgeteilt. Der isoelektrische Punkt liegt bei 4,6. Die

Caseinmonomere sind das alpha s1 und s2, das ß- und das k-Casein. Mengenmäßig sind

das alpha s1 sowie das ß-Casein im Verhältnis 3:1 zum alpha s2 und k-Casein vorhanden.

Die Monomerproteine liegen aggregiert in gelösten Micellen vor, wobei diese durch

hydrophobe (apolare) und hydrophile (polare) Bindungen sowie über H-Brücken und

Calcium-Phosphat-Brücken stabilisiert werden (Töpel 2004). Eine Aggregation der einzelnen

Micellen wird durch Abstoßung von negativen Nettoladungen bei einem pH-Wert von 6,7 und

durch Schutzkolloide aus KH-haltigen Monomerproteinen verhindert. Die kugelförmigen

Caseinmicellen setzen sich aus Untereinheiten zusammen, entweder kompakt-globulär oder

diffus-faserig. Die alpha und ß-Caseinate besitzen ein hydrophobes Zentrum, das k-Casein

hingegen besitzt eine hydrophobe Oberfläche.

Der technologisch relevante Aspekt ist die Gerinnungsfähigkeit des Caseins. So dissoziiert

sich CCP und Calcium bei einem pH-Abfall unter 6,7 von den Serinphosphatbindungen ab.

Bei einem pH-Wert von 4,6, also am isoelektrischen Punkt von Casein, überwiegen die

hydrophoben Bindungen und es kommt zu einer momentanen Destabilisierung, sodass

Säurecasein gerinnen und ausflocken kann. Beim Abtrennen dieses Säurekoagulates wird

das Milchserum, die Molke gewonnen. Eine weitere Zerlegung des k-Caseins kann durch

eine proteolytische Reaktion hervorgerufen werden. Dabei wird durch das Enzym Lab das

Micellen-stabilisierende k-Casein in zwei Teile zerlegt. Dabei entsteht ein hydrophober N-

terminaler Rest, das Para-k-Casein und ein hydrophiler C-terminaler Rest, das

Glykomakropeptid. Die Schutzkolloidfunktion wird gestört, wodurch im nächsten Schritt die

hydrophoben Bindungen überwiegen und das Labcasin zum Ausflocken bringen.

Theorie 19

1.6. Pathogene und verderbniserregende Mikroorganismen auf

Geflügelfleisch und Milchprodukten

Zu den häufigsten krankheitserregenden Mikroorganismen im Bereich Geflügelfleisch zählen

die Zoonoseerreger Salmonella und Campylobacter. Für Deutschland konnte im Jahr 2010

das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL 2011) eine

Belastung in Putenfleisch von 17,3 % Campylobacter und 5,5 % Salmonellen feststellen. Das

ist ein vergleichbares Niveau zum Vorjahr. Unter den Serovaren sind insbesondere

S. Enteritidis und S. Typhimurium von Bedeutung. Die Nachweisrate für Salmonellen in

Planproben von Geflügelfleisch betrug im Jahre 2008, 10,2 % (Hartungund Käsbohrer 2010).

Wie bei Hähnchenfleisch zeigte sich auch bei Fleisch von Gänsen sowie Fleischvon Puten

ein Anstieg der Salmonellenbelastungen 2008. Bei der amtlichen Lebensmittelüberwachung

zeigt sich in 2009 eine leicht fallende Tendenz des Salmonellen-Vorkommens bei Fleisch.

Bei Geflügelfleisch, insbesondere fiel der Wert in 2009 deutlich im Vergleich zum Vorjahr auf

6,8 % ab (Hartung und Käsbohrer 2011). Hinsichtlich Campylobacteriosen zeigen

Risikoschätzungen, dass etwa 47 % der in Deutschland aufgetretenen Fälle auf

Hähnchenfleisch zurückgeführt werden können. Aus den Daten für 2006 geht hervor, dass

Campylobacter hauptsächlich bei Geflügelfleisch als am häufigsten untersuchte

Lebensmittelgruppe mit 31,89 % positiven Planproben (2005: 34,01 %) nachgewiesen wurde

(Hartung und Käsbohrer2007). Bei Fleisch von Masthähnchen ergab sich die höchste, wenn

auch rückläufige Campylobacter-Rate mit 38,98 % (2005: 42,13 %). Aus den

Campylobacter-positiven Proben für Geflügelfleisch wurden insbesondere C. jejuni isoliert,

wobei C. jejuni in zwei Drittel der Fälle vorkam.

Außerdem treten weitere Zoonoseerger wie beispielsweise der Arcobacter spec.oder

Listeriamonocytogenes auf. Insbesondere die Spezies A. butzleri und A. cryaerophilus sind

auf Geflügelfleisch vertreten (Mac et al. 2006). Für marinierte Geflügelfleischprodukte sind

bisher keine statistischen und kaum Literaturdaten verfügbar. Es konnte für C. jejuni gezeigt

werden, dass das Überleben in marinierten und nicht marinierten Hähnchenschlegeln

vergleichbar ist (Perko-Mäkelä et al. 2000). Daher kann davon ausgegangen werden, dass

die Grundbelastung in mariniertem Geflügelfleisch vergleichbar zu nicht mariniertem Fleisch

ist. Hinzu kommen pathogene Mikroorganismen, welche durch Zutaten oder Prozessschritte

wie das Marinieren eingebracht werden. Hierbei sind insbesondere die Sporenbildner

Clostridiumperfringens und Bacilluscereus, welche überwiegend aus Gewürzen stammen, zu

nennen. Beide Erreger wurden sowohl in kommerziellen Marinaden als auch bei Lagertests

in den marinierten Produkten nachgewiesen (Mahler et al. 2004). Das Auskeimen der

Theorie 20

Sporen wird durch Absenken des pH-Wertes sowie das Einstellen des aW-Wertes oder des

Salzgehalts unterbunden. Für Marinaden und marinierte Fleischzubereitungen existieren in

Deutschland keine rechtlichen Regelungen bzw. Richt- und Warnwerte. In der Verordnung

(EG) Nr. 2073/2005 der Kommission über mikrobiologische Kriterien für Lebensmittel werden

zwar für die Fleischzubereitungen Prozesshygienekriterien genannt, aber keine

Lebensmittelsicherheitskriterien für das Inverkehrbringen von marinierten Fleischprodukten.

Die Haltbarkeit von Produkten und somit auch die Zusammensetzung der Verderbnisflora

wird durch die Lagerbedingungen sowie die Be- und Verarbeitung der Produkte selbst

beeinflusst. Frisches Geflügelfleisch wird im Handel üblicherweise bei einer Temperatur von

2 – 7 °C angeboten. Somit verschiebt sich die Flora in Richtung psychrotropher und

mesophiler Bakterien, deren Wachstumstemperatur bis 4 °C herabreicht. In Abhängigkeit

von den Lagerbedingungen, ob Schutzgas oder Vakuum, kann die Mikroorganismenflora

selektiv verändert werden. Unter aeroben Bedingungen dominieren Spezies der Gattungen

Aeromonas, Brochotrix, Pseudomonas, Shewanella und der Familie Enterobacteriacea.

Unter Schutzgas oder Vakuum verschiebt sich die Flora in Richtung fakultativ anaerob und

anaerobe Bakterien. Durch den Prozessschritt des Marinierens werden ebenfalls die

ökologischen Bedingungen für die Bakterien verändert. Der pH-Wert wird gesenkt und

zusätzliche Nährstoffe wie Fett und Kohlenhydrate werden in das Lebensmittel eingebracht.

Außerdem werden über die Zutaten der Marinade (insbesondere Gewürze) weitere

Mikroorganismen hinzugefügt. Für marinierte Geflügelfleischprodukte ergibt sich dadurch

eine Verderbnisflora, in welcher Milchsäurebakterien der Gattungen Carnobacterium,

Enterococcus, Leuconostoc und Lactobacillus vorkommen können (Björkroth 2005).

Rohmilchkäse wird als ein hochriskantes Lebensmittel eingeschätzt. Auf ihn können

verschiedene Lebensmittelvergiftungen, die durch Salmonellen, Escherichia coli,

Staphylococcus aureus und Listeria monocytogenes ausgelöst wurden, zurückgeführt

werden. Diese Mikroorganismen vermehren sich auch noch bei den in der Kühlung

herrschenden Temperaturen. Trotz allem wird Rohmilchkäse weltweit verkauft und ist bei

einigen Konsumenten wegen seines ausgeprägten und einzigartigen Aromas sehr beliebt.

Das Aroma von Käse aus nicht pasteurisierter Milch ist dagegen weniger ausgeprägt (Voigt

2010). Listerien werden überwiegend oder ausschließlich auf der Käserinde gefunden, was

durch das aerobe bis fakultativ anaerobe Wachstumsverhalten der Listerien zu erklären ist

(Loessner 2000). Aus dem Bericht für Lebensmittelsicherheit 2007 vom BVL geht hervor,

dass bei der Untersuchung von Rohmilchkäse verschiedenster Sorten aus Hofkäsereien von

insgesamt 271 Proben vier Listeria monocytogenes positive Proben festgestellt wurden.

Theorie 21

E. coli und Campylobacter ssp. Konnten nicht nachgewiesen werden. Der Grenzwert für

Listerien in Rohmilchkäse liegt bei Weichkäse bei 1,0 x 10 KbE/g (VO (EG) Nr. 2073/2005).

1.6.1. Salmonella

Salmonella gehört zu den obligat pathogenen Enterobacteriaceae. Diese Familie umfasst

gram (-), nicht sporenbildende, fakultativ anaerobe Stäbchen, die vorzugsweise im Magen-

Darm-Trakt des Menschen und der Tiere vorkommen. Salmonella können aerob und

anaerob wachsen und sind peritrich begeißelt. Sie zählen zu den Laktose negativen

Enterobacteriaceae und werden in zwei Spezies eingeteilt, zum einen in die Spezies der

Salmonella enterica mit den Subspezien enterica, salmae, arizonae, houtenae, bongori und

indica. Zur Subspezie enterica zählen 2.500 Serovatypen, welche sich in der

Polysaccharidzusammensetzung der Zellwand, auch O-Antigen genannt, und/oder in der

Proteinzusammensetzung der Geißel (H-Antigen) unterscheiden (Neidhard et al. 1987).

S. Enteridis können eine Entzündung der Darmschleimhaut mit Brechdurchfall

(Gastroenteritis) verursachen. Hauptreservoir der krankheitserregenden Salmonellen ist der

Darmtrakt von Tieren. Häufig werden Salmonellen in Geflügelbeständen nachgewiesen. Die

Kontaminationskette bei Tieren kann bereits bei den Eintagsküken beginnen, da bestimmte

Salmonellen den Eidotter kontaminieren können. Zusätzlich kommen Infektionsquellen wie

verunreinigtes Futter, Kot und Nagetiere hinzu. Während des Schlachtprozesses stellt vor

allem die Verunreinigung durch Kot ein Problem dar, sodass es zu Kreuzkontamination

während des Brühens oder des Rupfens kommen kann. Nach der deutschen Hackfleisch-

Verordnung darf aufgrund des erhöhten Risikos bei diesem Fleisch kein Hackfleisch aus

Geflügel frisch auf den Markt gebracht werden.

Das oben erwähnte O-Antigen ist ein Bestandteil der Lipopolysacharidschicht und führt zu

einer hitzeresistenteren Oberfläche der Organismus. Die einzelnen Lipopolysaccharide sind

in eine Kernzone und eine Seitenkette unterteilt. Gerade in der Zusammensetzung der

Seitenketten unterscheiden sich die verschiedenen Serovatypen. Neben dem O-Antigen

differenzieren sie sich des Weiteren in der Zusammensetzung des H-Antigens. Die

unterschiedlichen O-Antigene werden mit Zahlen bezeichnet und die H-Antigene mit

Nummern (Neidhardt et al. 1987). Mithilfe der diagnostischen Antigen-Tabelle des

Kauffmann-White-Schemas können die Serovatypen eingeteilt werden (siehe Tabelle 4).

Theorie 22

Tabelle 4: Kaussmann-White-Schema (nach Neidhardt et al. 1987)

Gruppe Serovar O-Antigene H-Antigene Phase 1 Phase 2

B S. Paratyphi B S. Thypimurium

1, 4, 5, 12 1, 4, 5, 12

b i

1, 2 1, 2

D S. Typhimurium S. Enteritidis S. Panama

1, 9, 12, Vi 1, 9, 12 1, 9, 12

d g, m e, v

- - 1, 5

Salmonellen können Wochen bis hin zu Jahren in der Umwelt lebensfähig bleiben.

Gegenüber dem Einfrieren sind sie jedoch relativ sensitiv, werden aber zum Großteil nur

sublethal bei einem Einfrierprozess geschädigt. Der D-Wert beträgt bei 65 °C

stammspezifisch zwischen 0,02 und 0,25 Minuten. Die Wachstumstemperaturen weisen

Werte um die 37 °C (Optimum) mit einem Minimum von -7 °C bis zu Maximalwerten von

48 °C auf. Stammspezifische pH-Minimumwerte liegen bei 4,0 – 4,5, die Maximalwerte um

7,0 (Neidhardt et al. 1987).

1.6.2. Listerien

Listerien sind gram (+), frei bewegliche, fakultativ anaerobe Stäbchen (Hain et al. 2006). Zur

Gattung Listeria zählen die Arten Listeria monocytogenes, L. innocua, L. ivanovii,

L. seeligeri, L. welhimeri, L. grayi. Von diesen Listerienarten sind nur L. monoctogenes und

L. ivanovii pathogen. Während L. ivanovii überwiegend ein Tierpathogen ist, ist

L. monocytogenes dagegen sowohl ein Tier- als auch ein Humanpathogen (Hain et al. 2006).

Listerien weisen ein psychotrophes, oligotrophes Verhalten mit einer Resistenz gegen

chemische und physikalische Einflüsse auf. Die Bildung von Biofilmen verstärkt diese

Resistenzen. Des Weiteren kommen Listerien im Darm von Menschen und Tieren vor

(Hetzer 1994).

Das Bakterium Listeria monocytogenes ist ein ubiquitäres intrazelluläres Pathogen, welches

für mehrere Ausbrüche von lebensmittelbezogenen Krankheiten verantwortlich gemacht

wird. Die ausgelöste Erkrankung wird Listeriose genannt und kann in bis zu 24 % der Fälle

tödlich verlaufen. Besonders gefährdet sind Schwangere, deren ungeborene Kinder (Farber

and Peterkin 1991), kleine Kinder, alte Menschen (Loessner 2000) und immungeschwächte

Menschen (Farber and Peterkin 1991). Listerien werden dabei über kontaminierte,

verzehrfertige Lebensmittel übertragen. Besonders häufig findet die Übertragung durch

kontaminierten Käse statt (Madigan and Martinko 2009). L. monocytogenes ist bei extremen

Theorie 23

Bedingungen, wie sie auch oft in Lebensmitteln auftreten, lebensfähig. Solche extremen

Bedingungen sind hohe Salzkonzentrationen sowie Temperatur- und pH-Wert-Extreme

(Glaser et al. 2006). L. monocytogenes kann bei +4 °C (der üblichen Kühlschranktemperatur)

noch gut wachsen (Loessner 2000), was erklärt, warum auch hohe Konzentrationen an

Listerien in gekühlten Produkten wie Käse gefunden werden. Der Keim ist in einem

Temperaturspektrum von 1 – 45 °C vermehrungsfähig (Loessner 2000).

Listeria innocua ist ein nicht pathogener Listerienstamm, welcher sowohl in der Umwelt als

auch in Lebensmitteln oft zusammen mit L. monocytogenes vergesellschaftet ist (Glaser et

al. 2006).

Listerien können durch Dauerausscheider, Verschleppung oder schlechte Hygiene im

Lebensmittelbetreib in die Lebensmittel gelangen. In letzterem Fall ist die

Produktkontamination zumeist entweder auf fehlerhaft konstruierte und schlecht zu

reinigende Anlagenteile oder falsche Prozessführung zurückzuführen (Loessner 2000). Es ist

jedoch oft nicht mehr möglich, eine Listereininfektion auf das auslösende Lebensmittel

zurückzuführen, da bei dieser Erkrankung mit sieben bis zehn Tagen eine lange

Inkubationszeit vorliegt (Hetzer 1994).

Theorie 24

1.7. Marinaden

Nach Frey (1999) ist der Begriff Marinade gerade in der Fleischtechnologie noch nicht

rechtlich definiert, dennoch lassen sich im Zusammenhang mit Fisch einige Definitionen in

der Literatur finden. Nach den Leitsätzen des Deutschen Lebensmittelbuches handelt es sich

bei Marinadenerzeugnissen um Fisch, der mittels Essig, Genusssäuren und Salzen auch

unter Zugabe von Würzen ohne Wärmeeinwirkung gar gemacht wird. Nach Artikel 5 der

EWG-Verordnung Nr. 2136/89 des Rates vom 21. Juni 1989 über gemeinsame

Vermarktungsnormen für Sardinenkonserven sind Aufgussarten für Sardinen ebenfalls zu

den Marinaden zu zählen.

Im Lebensmittelrecht ist allerdings der Begriff Marinade nicht im Zusammenhang mit einer

Fleischveredlung bekannt und definiert (EWG 1989a). Nach Artikel 2 der Richtlinie

77/99/EWG des Rates vom 21. Dezember 1976 zur Regelung gesundheitlicher Fragen bei

der Herstellung und dem Inverkehrbringen von Fleischerzeugnissen und einigen anderen

Erzeugnissen tierischen Ursprungs (Gesundheitsrechtlinie) dienen Marinaden von Fleisch

und Fleischerzeugnissen der Haltbarmachung (EWG 1989b). In der Industrie unterscheidet

man Marinaden für Fleischerzeugnisse aufgrund unterschiedlicher Zusammensetzung. Es

gibt zum einen sogenannte Fettmarinaden oder Würzöle, zum anderen die

Emulsionsmarinaden mit oder ohne Gemüseeinlagerung. Frey (1999) unterscheidet

zusätzlich Marinaden aus Wasser mit Quellstoffen und Würzzubereitungen auf Zuckersirup-

Basis.

Würzöle basieren zumeist auf Sonnenblumen- oder Sojaöl, die mit öllöslichen

Aromakomponenten gewürzt werden. Diese sind aufgrund ihrer Konsistenz in der Lage,

Schwebebestandteile zu verteilen und dadurch das Fleisch und die Fleischstruktur optisch

ansehnlicher erscheinen zu lassen.

Die emulgierten Marinaden sind echte Emulsionen aus Öl und Wasser, zum Teil mit

Emulgatoren, Verdickungsmitteln und eventuell Stabilisatoren. Sie sind aufgrund ihrer

mayonaiseartigen Struktur gut deckend und lassen wenig vom Fleischgewebe und dessen

Struktur erkennen. Emulgatoren werden dabei in natürlich (Phospholipide), synthetisch

(Spans, Sorbitanester gesättigter FS oder ungesättigter FS) und anionenaktiv (Ester der

Genusssäuren) gegliedert.

Bei Marinaden auf Wasserbasis kann der Einsatz von Quellstoffen bewirken, dass Kräuter

und andere Bestandteile in der Schwebe gehalten werden und dadurch ein optisch

ansehnliches Bild für den Verbraucher entsteht.

Theorie 25

Laut den Leitsätzen des Deutschen Lebensmittelbuches zählen zu den Gewürzen und

Kräutern Pflanzenbestandteile, die aufgrund ihres Gehalts an natürlichen Stoffen als

geschmacks- und oder geruchsgebende Zutat zum Lebensmittel dazugegeben werden.

Alle verwendeten Zusatzstoffe müssen natürlich nach der Zulassungsverordnung zugelassen

sein. Im Falle von mariniertem Grillfleisch dürfen nur Stoffe eingesetzt werden, welche für

Fleisch zugelassen sind.

Mariniertes Grillfleisch stellt ein Fleischerzeugnis, definiert nach § 2 der Fleischverordnung,

dar: „Erzeugnis, dem Würzstoffe, Zusatzstoffe oder Lebensmittel zugefügt worden sind oder

das einem Verfahren zur Haltbarmachung unterzogen worden ist, aber weder“ frischem

Fleisch noch Fleischerzeugnis entspricht. Allerdings wurde dieser Paragraph im Jahre 1999

aufgehoben.

Weitere Bestandteile von Marinaden können zum Beispiel die Zugabe von Nitriten oder Nitrat

sein. In den meisten Ländern erfolgt diese in Form von Kali- oder Natriumsalzen. Dabei ist

die Menge oder die Restmenge gesetzlich limitiert. In erster Linie werden diese Substanzen

beigefügt, um eine höhere mikrobiologische Stabilität zu erreichen und das Myoglobin zu

einem hitzebeständigen Nitrosomyoglobin zu oxidieren (Branscheid 2007). Gerade im

Hinblick auf die mirkobiologische Stabilität rücken zunehmend antimikrobiologische

Substanzen aus Gewürzextrakten in den Mittelpunkt der Diskussion. Karabagias et al. (2011)

untersuchten die Auswirkungen verschiedener ätherischer Öle aus Pflanzenextrakten auf

Lammfleisch und stellten fest, dass Thymian- und Oreganoextrakte in Lammfleisch unter

MAP-Verpackung zu einer verlängerten Haltbarkeit führen. Er untersuchte Konzentrationen

von 0,1 bis 0,3 % v/w. Bei höheren Konzentrationen konnte er sensorische Abweichungen

feststellen. Beim Einsatz dieser Extrakte hingegen konnte Karabagais hinsichtlich des

Gehalts von TBARS relativ geringe Werte über eine verlängerte Lagerung um 25 Tage

nachweisen. Allerdings zeigt sich beim Einsatz von ätherischen Ölen zunehmend ein

Zusammenhang zwischen Sensorik und Qualität im Hinblick auf die Art der Verpackung

(d. h. Luftzusammensetzung in der Endverpackung). Auch Mielnik et al. (2008) konnten beim

Einsatz von Kräutersud aus Rosmarin eine Reduzierung der TBARS- Werte feststellen. Dies

führten sie allein auf die antioxidative Wirkung der Substanzen im Sud zurück. Beim Einsatz

von Thymian oder Salbeiextrakten auf mariniertem Fleisch konnte er hingegen eine höhere

Fettoxidation als bei Rosmarin herausstellen.

Theorie 26

Herstellung

Fettmarinaden bestehen zum Großteil aus Fett, in das Gewürze und weitere Bestandteile

kalt eingerührt werden. Bei Emulsionsmarinaden wird eine Emulsion aus Fett, zumeist

Speiseöl und Wasser, hergestellt, in die ebenfalls Gewürze und teilweise weitere stückige

Gemüse eingearbeitet werden können. Zunächst werden die Gewürze sowie die weiteren

Bestandteile im Fett dispergiert und stabilisiert. Diese Masse wird über Wärmetauscher für

wenige Minuten auf über 90 °C erhitzt und anschließend wieder heruntergekühlt. Im

nächsten Schritt werden Wasser und Öl vorgemischt, im Anschluss daran erfolgt die Zugabe

von Emulgatoren und Stabilisatoren. Dem Emulgieren schließt sich ein Erhitzen auf 90 –

95 °C für 2 min an.

Theorie 27

1.8. Hydrostatischer Hochdruck (thermodynamische Grundlagen)

Die erste Behandlung von einem Lebensmittel, Milch, erfolgte bereits 1899 durch Hite. Er

konnte zeigen, dass mithilfe einer Hochdruckbehandlung eine verlängerte Haltbarkeit durch

Inaktivierung von Mikroorganismen erzielbar war. Erste systematische und wissenschaftlich

fundierte Untersuchungen erfolgten von Bridgman (1914). Die Anwendung von

hydrostatischem Hochdruck zählt zu den nicht-thermischen Verfahren. Eine uniaxiale Kraft

wird über ein übertragendes Medium, zumeist Wasser, uniaxial, isostatisch auf ein

Lebensmittel übertragen. Dabei befinden sich keine Scherkräfte im Lebensmittel und es

erfolgen die Inaktivierung von Mikroorganismen sowie chemische Änderungen unabhängig

von Geometrie und Größe des zu behandelnden Systems (Torres and Velazquez 2005).

Heutzutage werden in der industriellen Anwendung Drücke im Bereich von 400 – 700 MPa

angewendet (San Martín et al. 2002). Die homogene Wirkung und der Erhalt der

geometrischen Beschaffenheit der Lebensmittel kann nur bei Lebensmitteln ohne Hohlräume

sichergestellt werden. Außerdem muss das Lebensmittel eine Mindestmenge an frei

verfügbarem Wasser enthalten, da die Druckempfindlichkeit von bestimmten

Makromolekülen nur in Lösung gegeben ist (Ternes et al. 2005).

Die Erzeugung des Drucks kann durch einen Kolben geschehen, der direkt auf ein

hydraulisches Medium wirkt (Barbosa-Cànovas et al. 1998), oder indirekt durch einen

Druckverstärker erfolgen. Der Druckverstärker pumpt Wasser bis zum gewünschten

Betriebsdruck in den Druckraum. Nach Ablauf der gewählten Behandlungszeit wird der

Druck schlagartig auf Umgebungsdruck abgesenkt, was zu einer Volumenveränderung des

Lebensmittels auf Ausgangsvolumen führt (Bleier et al. 2005). Da bei stückigen

Lebensmitteln der Druck über ein flüssiges Medium übertragen wird, müssen diese

dementsprechend vakuumiert verpackt sein, um den Eintritt des druckübertragenden

Mediums zu verhindern. Aus diesem Grund kommt aktuell eine Hochdruckbehandlung in der

Lebensmittelindustrie im Batchsystem vor. Allerdings birgt die Verpackung auch den

positiven Effekt einer rekontaminationsfreien Lebensmittelpasteurisation.

Nach Le Chatelier resultiert aus einer Druckveränderung, dass sich alle chemischen

Reaktionen in Richtung des kleinsten Ausgangsvolumens verändern (Earnshaw 1996).

Anders gesagt, Druck bevorzugt Prozesse mit einer negativen Volumenänderung. Für eine

grundlegende Gleichgewichtsreaktion BA ist die Änderung der freien Energie ,

Gipp´sche Energie, eine Funktion aus der thermischen Energie E , der Volumenänderung

V und der Entropieänderung S abhängig von der Temperatur T und dem Druck p:

G

Theorie 28

STVpEG (1)

Die Volumenänderung ist der Unterschied zwischen dem Endvolumen und dem

Initialvolumen in cm³/mol. Ist die Temperatur konstant, kann die Gleichung (1)

folgendermaßen ausgedrückt werden:

TTinitialfinal dpKdRTdpGdVVV )/ln()/( (2)

Wobei R die allgemeine Gaskonstante ist und K die Gleichgewichtskonstante von

chemischen Reaktionen.

Unter adiabaten Bedingungen gibt die folgende Gleichung die adiabate Erwärmung der

Temperatur unter Druckanstieg wieder:

pppSc

T

T

V

c

T

P

T

)(

)(

(3)

Die adiabate Erwärmung ist abhängig von der Kompressibilität, den chemisch-physikalischen

Eigenschaften des Stoffes, der Druckhöhe und der Temperatur während der

Druckeinwirkung. Patazca et al. (2007) ermittelten die adiabatische Erwärmung von Wasser

und kamen auf Durchschnittswerte von 3 °C pro 100 MPa. Für Hühnerfleisch (Brustgewebe)

ermittelten die Autoren bei einer Starttemperatur von 25 °C vergleichbare Werte von 3,0 –

3,1 °C/100 MPa.

Der Effekt des Drucks auf den Schmelzpunkt wird durch die Clausius-Clapeyron-Gleichung

beschrieben:

H

VT

dP

dT m

(4)

Aufgrund der Enthalpie- und der Volumenänderung steigt die Schmelztemperatur mit

Druckanstieg. Dies trifft nicht für Wasser zu. Selbst bei Raumtemperatur liegt Wasser bei

1.000 MPa noch als Eis (IV) vor, das sich aufgrund der höheren Dichte von „normalem“ Eis

unterscheidet. Die Clausius-Clapeyron-Gleichung beschreibt sehr gut den Effekt auf

Phospholipide. Hoher Druckbevorzugt eine kristalline Struktur in Fetten in Abhängigkeit von

der Länge und der Anzahl an ungesättigten Bindungen der Kohlenwasserstoffkette (geht auf

das Prinzip von Le Chatelie zurück). Dieser Sachverhalt spielt gerade bei Biomembranen

eine große Rolle, wenn es um die Inaktivierung von Mikroorganismen geht. Noch komplexer

Theorie 29

wird es, wenn in die Membranen Proteine integriert sind, die ebenfalls eine

Phasenumwandlung unter hohem Druck durchlaufen. Übergänge und Reaktionen, die einen

Unterschied in freier Energie zwischen dem Edukt und dem Produkt vorweisen, sind durch

Veränderung ihres Volumens und der Entropie gekennzeichnet. Phasenübergänge und

molekulare Umorientierung sind dabei sowohl von der Temperatur als auch von dem Druck

abhängig und müssen daher immer in Bezug auf Temperatur und Druck beschrieben werden

(Heinz and Knorr 2002).

Theorie 30

1.9. Biochemische Veränderungen unter Hochdruck

Makromoleküle wie Proteine oder Polysaccharide werden in ihrer Struktur durch nicht

kovalente Bindungen gefestigt. Effekte auf derartige Bindungen werden entsprechend ihrem

Reaktionsvolumen gefördert oder destabilisiert. Die Coulombsche Kraft sowie

Dehydratationsreaktionen und hydrophobe Interaktionen besitzen ein positives

Reaktionsvolumen und werden unter Druck daher destabilisiert. Wasserstoffbrücken haben

annähernd eine Volumenänderung um die Null cm3mol-1, daher werden sie unter Druck kaum

verändert.

Niedermolekulare Moleküle wie beispielsweise Monosaccharide oder die Primärstruktur von

Proteinen werden durch kovalente Bindungen gefestigt. Der Energieeintrag beim

hydrostatischen Hochdruckverfahren ist zu gering, um diese Bindungen zu verändern. Die

Bildung kovalenter Bindungen ist mit einer negativen Volumenänderung verbunden, daher

werden diese bis zu Drücken von 200 MPa kaum verändert (Gross and Jaenicke 1994).

Einzelne Reaktionen wie die Menschutkin-Reaktion oder die Diels-Alder-Reaktion sowie

polare Cycloaddition werden unter Hochdruck begünstigt (Tauscher 1996).

Wie bereits erwähnt, bewirkt eine Druckerhöhung eine Verschiebung des chemischen

Gleichgewichts in Richtung des kleinsten Ausgangvolumens. In Tabelle 5 sind einzelne

Reaktionen und deren V aufgetragen, dabei handelt es sich um reine Reaktionen, d. h.

Löslichkeitsparameter und Milleubedingungen, welche zu Interaktionen führen können, sind

dabei nicht berücksichtigt. Der Tabelle kann man entnehmen, dass beispielsweise eine

Ionisierung unter Druck gefördert wird. Dies führt in biologischen Systemen dazu, dass pH-

Schwankungen intrazellulär nicht mehr so gut abgepuffert werden können (Jaenicke 1983).

Im Lebensmittel, abgesehen von Einstoffsystemen wie bspw. Wasser, liegen alle

Bestandteile in Lösung vor. Deshalb sind die Angaben zu Reaktionen, wie sie in Tabelle 5

dargestellt sind, nur Richtwerte.

Theorie 31

Tabelle 5: Reaktionen und ihr Reaktionsvolumen (mod. nach Jaenicke 1983)

Reaktion Beispiele Delta V [cm3mol-1]

Protonenformation Wasserdissoziation H+ + OH-

H2O Carbonsäure P-COO- + H+

P-COOH Aminogruppe P-NH3+

P-NH2 + H2O

+21,3

+10

+20

Hydrophobe Hydratation CH4 Hexan CH4 Wasser -22,7 Hydratation von polaren Bindungen

n-Propanol n-Propan und Wasser

-4,5

Proteine Mikrotobule Formation +90 Proteindenaturierung Myoglobin pH 5, 20 °C -98

1.9.1. Druckeffekte auf Wasser

Unter Hochdruck wird der Schmelzpunkt von Wasser gesenkt (Rastogi et al. 2007), so ist

Wasser noch bei -20 °C unter hohen Drücken flüssig, nach einem Druckabfall kommt es zur

schlagartigen Kristallbildung und eine mikrokristalline Struktur bildet sich aus. Die Bildung

kompakter Wasserstrukturen wird gefördert, die Ice 1 Struktur wird gehemmt, da diese mit

einer Volumenzunahme verbunden ist (Cheftel and Culioli 1997). Eine

Hochdruckbehandlung führt zudem zu einer adiabatischen Erwärmung in Wasser oder

wasserhaltigen Lebensmitteln um etwa 3 °C pro 100 MPa(Rastogi et al. 2007). Diese

Erwärmung ist reversibel. Anders als andere Stoffsysteme scheint Wasser relativ

inkompressibel, so verringert sich das Volumen von Wasser bei einem Druck von 500 MPa

auf 87 % (Bleier et al. 2005). Weiter wird unter hohem Druck das Dissoziationsgleichgewicht

von reinem Wasser verschoben. Es kommt vermehrt zur Ionenbildung OH- und H+-Bildung.

1.9.2. Druckeffekte auf Proteine

Es gibt drei Haupteinflussgrößen, die zu einer Proteindenaturierung führen: 1) Hitze, 2)

Chemikalien, 3) Druck. Der Einfluss von Temperatur und Chemikalien führt zumeist zu einer

irreversiblen Umfaltung/Denaturierung der Proteine, bedingt durch den Verlust von

kovalenten Bindungen und Aggregationsreaktionen. Somit werden bei Chemikalien direkt die

Bindungen verändert. Die Proteinveränderungen unter hohem Druck sind mit einer

Veränderung der Balance zwischen destabilisiertem und stabilisiertem Protein verbunden.

Proteine sind dreimal weniger kompressibel als beispielsweise Alkane. Das liegt daran, dass

Theorie 32

bei Abnahme des Volumens viele unpolare Bindungen in Lösung gehen, was eine

Destabilisierung der inneren Proteinstruktur zur Folge hat (Jaenicke 1983). Im Gegensatz zu

Denaturierungsprozessen, ausgelöst durch thermische Energie oder Chemikalien, werden

bei hohem Druck keine kovalenten Bindungen gebrochen (das betrifft vor allem die

Primärstruktur). Es kommt vielmehr zu einem veränderten Löslichkeitsverhalten von

Proteinen anhand einer Strukturveränderung. Trockene Proteine unterliegen keiner

Denaturierung, denn die Ausbildung von tertiären Strukturen ist neben der Innerenstruktur

vor allem von dem Solvatationsanteil der Struktur abhängig (Heremans 1982; Van Edlik and

Hubbard 1996).

Zhang et al. (1995) konnten anhand des Enzyms RNAse A den Beweis erbringen, dass eine

druckinduzierte Denaturierung im Gegensatz zur Denaturierung unter hohen Temperaturen

nur eine partielle Umfaltung oder Auffaltung beinhaltet (wurde durch Spektralmessungen

ermittelt). Daraufhin stellte er die These auf, dass vor allem Wasserstoffbrückenbindungen

im Rückgrat des Enzymproteins für eine Stabilisierung der Struktur unter Hochdruck

verantwortlich waren und diese unter Druck kaum beeinflusst wurden.

Jede chemische Reaktion, so auch Denaturierungsprozesse, können durch die Freie

Gibbs’sche Energie und die damit verbundene chemische Gleichgewichtskonstante

beschrieben werden (siehe Gleichung (1)). Das Volumen von Molekülen, gerade von

Makromolekülen, wird zum einen durch die innere Struktur und das Löslichkeitsverhalten

(Kontakt mit Lösungsmittel) bestimmt (Van Edlik and Hubbard 1996). Schwache Bindungen

stabilisieren dabei die Tertiärstruktur von Proteinen. Dazu zählen H-Brücken, ionische

Bindungen, hydrophobe Wechselwirkungen und mit Ausnahme die kovalenten

Disulfidbrücken. Betrachtet man die Reaktionsvolumina bei einer Dissoziation dieser

Bindungen in Tabelle 5, ist ersichtlich, dass unter Druck kovalente Bindungen stabilisiert,

ionische Bindungen wie hydrophobe Wechselwirkungen destabilisiert und H-Brücken

stabilisiert oder leicht destabilisiert werden. Je nachdem, welche Bindungen für die

Tertiärstruktur von Proteinen verantwortlich sind, werden diese verändert, was zum Verlust

der nativen Struktur führt, es kommt zum Auffalten der Struktur. Veränderungen der

Strukturen von Proteinen unter Druck sind vor allem an der Oberfläche und der hydrierten

Sphäre zu beobachten, die Reste von AS bleiben annähernd unbeeinträchtigt im Inneren des

Proteins.

Die Veränderung der Proteinstrukturen unter Druck ist zunächst reversibel (2-Phasen-

Modell) und lässt sich thermodynamisch durch die freie Energiedifferenz

beschreiben. In dem Fall, dass diese Energiedifferenz einen bestimmten Wert überschreitet,

handelt es sich um eine irreversible Veränderung der nativen Struktur. Deren Darstellung in

G

Theorie 33

einem p/T-Diagramm führt zu einem elliptischen Phasenverlauf. Bei der Integration der

Gibbs’schen Gleichung ergeben sich verschiedene Stoffkonstanten, die eine Denaturierung

in Abhängigkeit vom jeweiligen Protein beschreiben, wie unter anderem der

Kompressibilitätsfaktor und die Wärmekapazität. Diese Konstanten sind ebenfalls druck- und

temperaturabhängig (Smeller 2002). Neben dem Druck und den Stoffkonstanten des

Proteins sind noch weitere SysteMParameter wie Temperatur, Zeit, pH-Wert und Ionen für

die Veränderungen der Proteinstruktur unter Druck verantwortlich.

Die Veränderung im Protein selbst vollzieht sich nicht homogen verteilt. Anhand der NMR-

Spektroskopie lässt sich erkennen, dass Proteine unterschiedliche Regionen an

Kompresibilitäten besitzen, so werden bestimmte Regionen unter Druck stärker beeinflusst

als andere.Eine Auffaltung des Proteins kann mit einer Dissoziation von Proteinkomplexen in

Subunits einhergehen.

Neben der Veränderung der Proteinstruktur an sich ist die umgebende Lösung ebenfalls

Änderungen unter Druck ausgesetzt. Wassermoleküle besitzen beispielsweise eine erhöhte

Fluidität und können besser in das Protein eindringen, das Löslichkeitsverhalten verändert

sich.

Zusammenfassend lässt sich sagen, eine Denaturierung erfolgt in zwei Hauptschritten: Zum

einen kommt es durch die Zerstörung von Bindungen zur Desaggregation und Auffalten von

Proteinen, zum anderen wird die Oberfläche für Interaktionen mit dem Lösungsmittel (und

anderen gelösten Bestandteilen) vergrößert (Heremans and Smeller 1998). Die strukturellen

Veränderungen von Proteinen sind somit neben Druck und Zeit auch abhängig vom

umgebenden Lösungsmittel und dem Protein selbst (Balny et al. 1997).

Aus einer veränderten Proteinstruktur können anschließende Reaktionen modifiziert werden.

So kann eine partielle Auffaltung eine vermehrte proteolytische Aktivität zur Folge haben.

1.9.3. Druckeffekte auf Kohlenhydrate und Hydrokolloide

Monomere oder Disaccharide werden unter Hochdruck kaum beeinflusst. Bei polymeren

Sacchariden wie auch bei Proteinen kann es aufgrund von Phasenwechselreaktionen zu

strukturellen und damit funktionellen Veränderungen kommen. Der Sol-Gel-Übergang bei

Polysacchariden kann sowohl mit einem positiven als auch mit einem negativen

einhergehen. Bei ι- und κ-Carrageen ist dies beispielsweise bei einer positiven V

Theorie 34

Volumenveränderung der Fall. Bei Agarose und Gelatine zeigt sich ein anderes Bild. Der

Übergang zur Gelphase ist dabei mit einer negativen Volumenänderung verbunden und wird

unter Hochdruck begünstigt (Mozhaev et al. 1994).

Stärke kann ebenfalls druckinduzierte Gele bilden, abhängig von der umgebenden Matrix

und dem Druck sowie der Temperstur. Stärke mit einem höheren Gehalt an Amylose ist

druckresistenter als Stärke mit einem geringeren Gehalt. Bis zu einem Druck von 900 MPa

wurden für Stärke mit hohem Amylosegehalt keine Quellen der Stärkekörner gefunden. Das

bedeutet, die B-Stärke ist druckresistenter als die sogenannte A-Stärke (Ezaki and Hayashi

1992). Stute et al. (1996) beschrieben die Gelatinisierung von Wachsstärke bei 600 MPa und

20 °C nach 15 min Haltezeit. Die Gelbildung hängt stark von der Stärkeart selbst ab, wie in

Abbildung 3 zu sehen ist. Gerstestärke im Vergleich zur Kornstärke ist drucksensitiver als

beispielsweise die Kartoffelstärke, diese zeigt eine starke Quellung unter hohem Druck (Stolt

et al. 2000). Die druckinduzierten Veränderungen führt zu einem Verlust der kristallinen

Struktur von Stärkekörnern, einhergehend mit einem Anstieg der Viskosität. Mit steigendem

Wassergehalt sinkt die Gelbildungstemperatur unter Druck (Gekko 1992) .

Der Effekt von Druck auf Hydrokolloide ist nicht so weit geklärt. Lösungen von

Hydrokolloiden werden kaum verändert unter Druck. Für Pektin zeigt sich ein Anstieg der

Viskosität in Abhängigkeit vom pH-Wert und dem Gehalt an Metyhlveresterungen. Der

Mechanismus ist dabei nicht vollständig geklärt, es kommt wohl zu veränderten Interaktionen

zwischen den Molekülen (Gustin et al. 1997).

Abbildung 3: Druck-Temperatur Phasendiagramm verschiedener Stärkearten nach einer 15-minütigen isothermalen Druckbehandlung (barley malt (Heinz et al. 2005), maize (Buckow et al. 2009), rice (Rubens and Heremans 2000), potato (Rumpold 2005), wheat (Bauer and Knorr 2005), tapioca (Rumpold 2005)).

Theorie 35

1.9.4. Druckeffekte auf Lipide und Biomembranen

Fette sind relativ drucksensitiv. Cheftel and Culilio 1997 beschreiben, dass der

Schmelzpunkt von Fetten unter Druck steigt. Die kristalline Struktur wird gefördert, schon bei

Raumtemperatur liegen viele Fette in fester Form vor, was von der Länge der

Kohlenstoffkette und der Anzahl an Doppelbindungen abhängt.

Gerade Lipidschichten besitzen aufgrund ihres amphiphilen Charakters eine geordnete

Struktur. Die Strukturformen sind dabei stark von Druck, Temperatur, Wassergehalt und

Ionenstärke abhängig. Zumeist ordnen sich Phospholipide, wie sie in Zellmembranen von

Mikroorganismen vorkommen, in Bilayerstrukturen an. Dabei zeigt sich bei gesättigten

Phospholipiden verstärkt, aber auch bei ungesättigten Phospholipiden ein Phasenübergang

unter Druck. Bei der Erhöhung des Drucks richten sich die Alcyl-Reste aus. Durch eine

Verlängerung der Gesamtlänge des Moleküls kommt es zu einem Verlust an Seitenketten

oder Verzweigungen und Knicke, die Bilayerstruktur verdünnt sich. Dieser Effekt ist

kombiniert mit einem Phasenübergang von Fetten von flüssig zu Gelformen.

Bei barophilen Mikroorganismen wurde ein höherer Anteil ungesättigter FS in den

Membranen gefunden oder die Fähigkeit, die Membranzusammensetzung von gesättigten

hin zu ungesättigten FS-Resten zu verändern. Dadurch erreicht die Membran eine höhere

Fluidität und unterliegt weniger stark einer Veränderung unter Druck.

1.9.5. Druckeffekte auf Nukleinsäuren

Nukleinsäuren selbst, wie sie in der DNA und RNA vorkommen, werden durch H-Brücken

stabilisiert und sind daher relativ resistent gegenüber einer Veränderung bei hohen Drücken.

Verändeurngen resultieren vielmehr aus veränderten Interaktionen mit Wasser und Ionene

die unter Hochdruck verändert freigesetzt werden (Mentrè and Hui Bon Hoa 2001).

Theorie 36

1.9.6. Druckeffekte auf Lebendesysteme (Zellen)

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wirkung einer Hochdruckbehandlung auf

Zellen von Säugetieren und höheren Mikroorganismen wie Hefen (Eukaryoten) bis 200

MPaeinen programmierten Zelltod hervorruft. Eine Druckbehandlung über 300 MPa führt zu

veränderten Stoffwechselwegen in den Zellen.

Prokaryoten oder Bakterien weisen eine höhere Druckresistenz auf als die höheren Zellen

(Eukaryoten). Die Inaktivierung von Bakterien, Hefen, Schimmelpilzen und sogar von Viren

unter Hochdruck ergibt sich aus Veränderungen der Zellmembranintegrität sowie der

Modifizierung der metabolischen Vorgänge. Dem zugrunde liegen die Inaktivierung von

Enzymen (Barbosa et al. 1998), die Agglomeration oder Denaturierung von Zellproteinen

(Farr 1990), aber auch Veränderungen der Permeabilität von Zellmembranen (Cheftel and

Culioli 1997). Einflussfaktoren sind dabei verschiedene Stämme und Spezies (Patterson

2005), Wachstumsphasen (Casadei et al. 2002) und Milieubedingungen

(Ionenkonzentrationen, protektive Wirkung einzelner Bestandteile). Vor allem der aw-Wert,

aber auch die Prozessparameter (Temperatur, Druck und Haltezeit) spielen eine

entscheidende Rolle. Wachstumsphasen von Mikroorgansimen und Wachstumsparameter

wie z. B. Wachstumstemperatur beeinflussen die Beschaffenheit der Zellmembran, sodass

es zur Beeinflussung und Schädigung unter Druck kommt (Smelt 1998). Des Weiteren

konnte Aertsen et al. (2005) in Abhängigkeit der Wachstumsphasen unterschiedlichen

endogenen intrazellülären oxidativen Streß bei E. coli feststellen. Somit führen eine Vielzahl

von Inaktivierungsmechanismen unter Hochdruck zu einer Inaktivierung von MO, dabei

bestehen verschiedene Wechselwirkungen mit weiteren Faktoren wie z.B.

Wachstumsphasen oder Inhaltstoffe des behandelten Mediums.

Smelt (1998) beschreibt eine protektive Wirkung von Kohlenhydraten. Dabei ordnet er die

Zunahme einer schützenden Wirkung von verschiedenen Zuckern in der Reihenfolge von

Trehalose > Saccharose > Glucose > Fruktose > Glycerol an.

Nicht jede Hochdruckbehandlung führt zum Zelltod, sondern zum Beispiel durch die De novo

Protein Biosynthesen können einige Schädigungen reversibel verlaufen. Um den

Zusammenhang zwischen Zelltod und reversiblen Schädigungen besser zu verstehen, soll in

Kürze auf die einzelnen Schädigungsmechanismen in Mikroorgansimen unter Hochdruck

eingegangen werden.

Theorie 37

In der Literatur wird zumeist eine Permeabilisierung der Membranen als Ursache der

Inaktivierung von MO beschrieben (Pagàn and Mackey 2000). Diese Permeabilisierung, die

sich zum Teil reversibel zeigt, kann zu einem Leck für Ionen und andere extrazellulare

Komponenten führen (Shimada et al. 1992), wodurch die Ionenstärke im Zellsystem

verändert wird. Viele Enzyme benötigen für ihre Strukturen Ionen als Nebenbestandteil.

Durch ein Eindringen von Ionen kann es zu Veränderungen der Struktur bis hin zum Erliegen

der Enzymaktivität kommen. Der Hauptbestandteil von Membranen sind Phospholipide,

daneben finden sich Proteine und Transportsysteme sowie Cholesterin etc. Die Membran ist

in einer Bilayer-Struktur formatiert, während einer Hochdruckbehandlung kommt es zu einem

Phasenwechsel der enthaltenen Fetten. Im Rahmen der Dekompression geht die

ursprüngliche Struktur verloren, es kommt zur Porenbildung, das Cytoplasmamaterial kann

entweichen. Mikroorganismen mit mehrfach ungesättigten Fettsäuren in der Membran, wie

z. B. bei Tiefsehbakterien, zeigen eine erhöhte Resistenz gegenüber Veränderungen der

Membran unter Druck (Heremans 1992). Wie bereits erwähnt, besitzen MO in den

unterschiedlichen Wachstumsphasen verschiedene Drucktoleranzen (Casadei et al. 2002).

Dies kann mit der veränderten Zusammensetzung und erhöhten Fluidität der

Bilayermembran in der logerithmischen Wachstumsphase im Vergleich zur stationären

Wachstumsphase zusammenhängen. Aus der unterschiedlichen

Membranzusammensetzung von gram (+) und gram (-) Mirkoorganismen resultiert ebenfalls

eine verschieden starke Hochdruckresistenz, gram (+) MO weisen tendenziell eine höhere

Drucktoleranz auf (Shigehisa et al. 1990). Auch die Prozessparameter, vor allem die

Temperaturen während einer Hochdruckbehandlung besitzen ebenfalls einen Einfluss auf

die Inaktivierung von MO. Dabei wird angenommen, dass Temperaturen außerhalb des

optimalen Wachstumsbereiches des jeweils untersuchten MO zu einer erhöhten

Inaktivierung führen können und eine Druckbehandlung im optimalen Wachstumsbereich

hingegen durch Beeinflussung der Membranen und Zellwände der MO zu einer höheren

Drucktoleranz beiträgt (Winter et al. 2002). Bei anderen Wirkprinzipien zur Inaktivierung von

MO wie z. B. eine Hitzebehandlung wird ebenfalls oft eine Resistenz mit dem Aufbau und der

Zusammensetzung der Membranen in Korrelation gebracht. So konnten Ng et al. 1969

anhand eines hitzeresistenten Stammes von Salmonella Senftenberg einen Zusammenhand

zwischen Aufbau der Membran und Hitzeresistenz feststellen. Über die oben beschriebene

Permeabilisation hinaus beschreiben Ritz et al. (2000) und (2001), dass es bis hin zu einer

kompletten Ablösung der Membran von der Zellwand kommen kann.

Neben der Veränderung von Membranen und Zellwänden ist unter Hochdruck ein Ablösen

mambrangebundener Enzyme möglich. Dabei ist die Membranzusammensetzung

entscheidend und wie die Proteine in der Membran gebunden sind. Enzyme werden unter

Theorie 38

hohem Druck denaturiert und können sich durch die Veränderungen von der Membran

ablösen. Hoover et al. (1989) schreiben über Effekte auf die ATPase in der Zellmembran,

durch deren Desintegration unter Druck es zu einem veränderten Säure-Basen-Haushalt in

den Mikroorganismen kam.

Doch nicht nur membrangebundene Enzyme verändern sich unter Druck. Es kommt zu einer

reversiblen oder irreversiblen Denaturierung sämtlicher Proteine und Enzyme. Im Bereich um

300 MPa zeigten sich irreversible Denaturierungungen der Proteine/Enzyme (Hoover et al.

1989). Für membrangebundene Enzyme wie beispielsweise die ATPase konnten Smelt et al.

1994 eine reversible Denaturierung in Korrelation mit der Zusammensetzung der Membran

feststellen. Diese Denturierungsreaktionen beeinflussen zunehmend den Stoffwechsel der

Zellen. Der Verlust der nativen Struktur der membrangebundenen und intrazellularen

Enzyme konnte mithilfe von SDS-Untersuchungen von hochdruckbehandelter S.

Thyphimurium durch Ritz et al. 2000 bewiesen werden. Diese Arbeitsgruppe konnte

unterschiedliche Druckresistenzen von vereinzelten Enzymen feststellen. Im Zusammenhang

mit einer Enzyminaktivierung konnte Smelt (1998) eine Korrelation zwischen Hitzetoleranz

und Drucktoleranz von Mikroorganismen nachweisen. Ein niedriger pH-Werte kann eine

Proteindenaturierung steigern. Den Zusammenhang zwischen dem pH-Wert des

umgebenden Mediums und der druckinduzierten Denaturierung membrangebundener

Enzyme beschreiben Alpas et al. (2000). Dabei lassen die Ergebnisse darauf schließen,

dass bei Lebensmitteln mit annähernd neutralem pH-Wert eine schlechtere Haltbarkeit nach

einer Hochdruckbehandlung zu befürchten ist im Vergleich zu sauren Lebensmitteln.

Alle Veränderungen an MO, sei es die Denaturierung von Proteinen oder die Veränderung

der Membranen, beruhen auf einfachen chemischen Gesetzen und sind daher nicht nimmer

irreversibel, sie können zum Teil auch reversibel sein und der MO kann sich nach einer

Revitalisierungsphase wieder erholen. Die Arbeitsgruppe Ulmer et al. (2009) bewies, dass

die Anzahl sublethal geschädigter MO (also MO, die sich nach einer Hochdruckbehandlung

erholen können) mit Druckanstieg sinkt und dass der Zelltod mit der irreversiblen

Schädigung von Enzymen direkt einhergeht. Molina-Höppner et al. (2004) untersuchten den

Einfluss verschiedener Zusatzstoffe wie NaCl und Saccharose im Zusammenhang mit

Inaktivierungsmechanismen während einer Hochdruckbehandlung bei Lactococcus lactis.

Dabei konnten sie feststellen, dass membrangebundene Enzyme stärker durch Saccharose

als durch NaCl geschützt werden. NaCl scheint vor allem bei höheren Prozesstemperaturen

die Phospholipidschicht vor Phasenübergängen während einer Hochdruckbehandlung zu

schützen. Saccharose hingegen scheint eher eine Schutzfunktion für Proteine zu

übernehmen. Es besteht somit die Möglichkeit, die reversible oder irreversible Denaturierung

Theorie 39

von membrangebundenen Proteinen durch Zugabe von Inhaltsstoffen gezielt zu

beeinflussen, hierzu liegen allerdings noch keine genaueren Experimente vor.

Neben dem Grad der Schädigung durch die Anwendung von hydrostischem Druck sind aber

auch Wachstumsbedingungen nach einer Behandlung (während der Revitalisierungsphasen)

für das Ausmaß an erzielbarer Inaktivierung entscheidend. Fujii et al. (1996) zeigten für

E. coli, V. parahaemolyticus und L. monocytogenes, dass das Ausplattierungsmedium auf

die Inaktivierungszahlen sowie die Recoveryphasen erheblichen Einfluss besitzt. Selektive

Medien und Agar lassen meist eine geringere Anzahl an lebenden Keimen feststellen als

unselektive Medien. Dies ist wohl auf einen zusätzlichen Stress wie z. B. Antibiotikazusätze

zurückzuführen, die ein Erholen und Reparaturmechanismen während der Inkubation von

sublethal geschädigten MO hemmen. Auch die Wachstumsphasen und das Medium, in dem

die MO mit Druck behandelt werden, besitzen einen Einfluss auf die Inaktivierung oder

sublethale Schädigung von MO (Satomi et al. 1995a). Satomi et al. (1995b) suchten für

E. coli und V.parahaemolyticus nach Medien und Behandlungsbedingungen, die eine

Erholung (Revitalisierung) nach einer Hochdruckbehandlung unterstützen oder hemmen.Sie

fandenfürE. Coli heraus, dass Nutrient-Medium in geringer Konzentration von < 1 % NaCl,

einem neutralem pH-Wert sowie Inkubationstemperaturen zwischen 30 und 37 °C eine

optimale Recoveryphase ermöglicht. Für V. parahaemolyticus konnte bei einer areoben

Inkubation ebenfalls auf dem Vollmedium Nutrient ein gutes Wachstum nachgewiesen

werden. Dabei zeigte sich aber, das dieses MO variablere NaCl-Konzentrationen (0,5 – 3 %)

bei gleich bleibender Recoveryphase duldete. Ein weiteres Resümee dieser Arbeit war, dass

ein neutraler pH-Wert förderlich für die Erholungsphase ist. Die Temperatur spielt bei der

sogenannten Recoveryphase oder Erholungsphase, aber auch bei der Anzuchtsphase eine

bedeutende Rolle. Shearer et al. (2010) untersuchten den Effekt von Wachstums- und

Recoverytemperaturen an L. monocytogenes. Sie konnten zeigen, dass es keinen

signifikanten Unterschied bei den Druckresistenzen dieses Stammes gab, wenn die

Wachstumstemperaturen einer Hochdruckbehandlung zwischen 10 und 25 °C lagen. Bei

einer Inkubationstemperatur über 25 °C stieg auch die Druckresistenz innnerhalb der

einzelnen Stämme an. Nach einer Hochdruckbehandlung zeigten sich bei

Wachstumstemperaturen von 4 bis 20 °C deutlich höhere Recovery-, Erholungsphasen als

bei Temperaturen über 20 °C. Mackey et al. (1994) untersuchten den Einfluss von

Temperaturen während einer Revitalisierungsphase von Salmonellen und fanden heraus,

dass sie sich bei höheren Temperaturen (über 30 °C) besser erholen als bei niedrigeren

Temperaturen (7 – 22 °C). Doch nicht nur die Temperatur, auch weitere Bedingungen wie

die Sauerstoffversorgung nach einer Hochdruckbehandlung spielen eine Rolle bei der

Revitalisierung. Für einen E. coli Stamm konnten Aertsen et al. (2005) eine besseres

Theorie 40

Wachstum nach einer Druckbehandlung unter anaeroben Bedingungen feststellen als unter

aeroben Bedingungen.

In weiteren Arbeiten wird über die sublethale Schädigung von MO berichtet (Garriga et al.

2004). Welche Schädigungen und Reparaturmechanismen für eine Recoveryphase im

Lebensmittel entscheidend sind, wurde noch nicht vollständig geklärt. Auch der Einfluss der

Inkubationsbedingungen und der Lagerbedingungen nach einer Druckbehandlung im

Lebensmittel ist noch nicht vollständig entschieden.

Weitere Zellfunktionen oder Zellkomponenten, die neben Enzymdenaturierungen und

Permeabilisation der Membranen sensitiv gegenüber einer Hochdruckbehandlung reagieren,

sind z. B. die Riposome. Durch eine Inhibierung der Ribosomfunktion kann es zum Erliegen

der Vermehrungsfähigkeit kommen (Lee andKaletunc 2010). Des Weiteren wird die

Proteinbiosynthese geschädigt (Simpson and Gilmann 1997). Vakuolen werden komprimiert,

wobei durch unterschiedliche Kompressibilitätsfaktoren je nach chemischer

Zusammensetzung ein Druck- und Spannungsgradient innerhalb lebendiger Zellen zu einer

Zellzerstörung führt (Patterson 2005). Eine direkte Schädigung des Erbmaterials, DNA, und

die damit verbundene Inhibierung der Translation und Transkription wird in der Arbeit von

Chilton et al. (2001) beschrieben. Es soll zu einer Zusammenlagerung der DNA kommen.

Das dadurch bedingte „Verkleben“ ist zwar reversibel, führt aber zu einem verzögerten

Wachstum der Mikroorganismen. Ebenfalls kommt es unter hohem Druck zur chomosomalen

DNA Kondensation (Sato et al. 2001).

Aus der Literatur ist bekannt, dass es durch Anwendung von Hitze oder anderem Stress zu

einer sogenannten Stresskonditionierung bei MO kommen kann. Stress führt zu einer

Änderung der Genregulierung und zu einer Schutzantwort auf weiteren Stress

(Stressantworten sind z. B. Phospatransferaseproduktion oder Expression von Genen an der

Zellelangation etc.) (Thakur and Nelson 1998). Bei Stress auf die Membran, wie es z. B. bei

einer Druckbehandlung der Fall ist, ist der Genfaktor rpoS aktiv, was zur veränderten

Transkription unter Stressbedingungen führt (Kilimann et al. 2006). Bei ausreichendem

Wissen über Homeostasegene und Revitalisierungsprozesse könnte man im Lebensmittel

gezielte Stresssituationen während einer Lagerung hervorrufen und entsprechend dem

Hürdenprinzip eine hohe mikrobiologische Sicherheit erzielen. So konnte Jaenicke (1983)

feststellen, dass MO nach einer Druckbehandlung anfälliger für oxidativen Stress bei einer

aeroben Lagerung sind.

Theorie 41

Wie bereits schon öfters angerissen, besitzt auch das behandelte Medium einen Einfluss auf

die Inaktivierung von MO. Patterson (1995) untersuchte eine Vielzahl von Mikroorganismen

in verschiedenen hochdruckbehandelten Medien. Es konnte eine erhöhte Resistenz in UHT-

Milch im Vergleich zu Phosphat-Saline-Puffern für Salmonella Typhimurium und Salmonella

Enteritidis nachgewiesen werden. Bei Gervillaet al. (1997a) wurden E. coli und

Pseudomonasfluorescens ebenfalls in Puffersystemen im Vergleich zu Milch untersucht.

Gerade die E. coli Stämme zeigten hierbei eine erhöhte Druckresistenz im realen

Lebensmittelsystem. Gervilla et al. (1997b) fanden für Listeria innocua 910 CECT heraus,

dass eine Druckbehandlung bei 2 °C in Milch eine höhere Inaktivierung erzielt als bei 25 °C.

Der Autor selbst führt dies auf den hohen Fettanteil der Milch zurück, indem er bei höheren

Temperaturen von einer verstärkten protektiven Wirkung des Fettes in der Milch ausgeht.

Der Einfluss der Prozessparameter T und t wurde in zahlreichen Schriften über

Modellierungen zur Inaktivierungskinetik untersucht. Es zeichnet sich stets keine lineare

Kinetik ab, es kommt zum sogenannte Tailling und einer Schulterform in Abhängigkeit von

untersuchten Anfangstemperaturen (Kalchayanand et al. 1998). Patterson and Kilpatrick

(1998) untersuchten ebenfalls Effekte zwischen Temperatur und Druck. Sie zeigten, dass bei

höheren Temperaturen > 50 °C synergistische Effekte von Druck und Temperaturen

existieren, und konnten für Geflügelfleisch und UHT-Milch dadurch eine gute Inaktivierung

(mehr als 5 log, bei 50 °C, 500 MPa, 15 min) von beispielsweise E. coli O157:H7 NCTC

12079 und S. aureus nachweisen. Bei diesen Untersuchungen wurde der Zusammenhang

zwischen Temperatur und Druck mathematisch mit der Gompertz-Gleichung beschrieben. Im

unteren Druckbereich (200 – 350 MPa) steigt die Inaktivierung mit zunehmender

Temperatur. Erkmen (2009) modellierte für S. Thyphimurium im Trypton-Soja-Medium

Inaktivierungskinetiken. Die dabei untersuchten Temperaturen reichten von 15 bis 45 °C. Er

änderte das Gompertz-Modell ab und beschrieb den Einfluss der Temperatur auf der

Grundlage der Arrhenius- und Square-Rott-Modelle. Nach dieser Modellierung steigt die

totale Inaktivierung mit Druckanstieg und verlängerter Haltezeit. Inaktivierungsmodelle von

S. Thyphimurium in UHT-Milch wurden von Guan et al. (2005) beschrieben. Dabei wurde

eine S-förmige Überlebenskurve bei hohen Drücken (500 – 600 MPa) festgestellt.

Der Zusatz bestimmter Stoffe zum Medium, in dem die MO druckbehandelt werden, oder die

Zugabe nach einer Hochdruckbehandlung kann den Anteil an geschädigten MO beeinflussen

(Kilimann et al. 2006). Moline-Gutierrez untersuchte zum Beispiel den Einfluss verschiedener

pH-Werte und konnte durch Messungen feststellen, dass die Schädigung der

Cytoplasmamembran vom pH-Wert abhängt und direkten Einfluss auf die pH-Homeostase

besitzt. In der Arbeit von García-Graellis et al. (1999) wurde gezeigt, dass sich durch eine

Druckbehandlung die Sensitivität von E. coli gegenüber Nisin und Lysozym erhöht.

Theorie 42

Doch neben dem Einfluss der Prozess-, Produkt- oder Lagerparameter sind auch innerhalb

der MO Unterschiede zu finden. So wurde beispielsweise für drei Stämme von

L. monocytogenes aus unterschiedlichen Isolationsmedien eine hohe Streubreite betreffend

ihrer Resistenz gegenüber einer Hochdruckbehandlung gefunden (Simpson and Gilmour

1997).

Die Druckwirkung auf Sporen soll hier nur kurz behandelt werden, da es nicht zum

Haupthema der hier vorliegenden Arbeit zählt. Hochdruck kann eine alternative Möglichkeit

zur thermischen Sterilisation darstellen (Mathys et al. 2009). Bakterielle Endosporen sind

sehr resistent, nicht nur gegenüber antimikrobiologischen Stoffenoder einer thermischen

Behandlung auch gegenüber einer Hochdruckbehandlung. Daher können diese allein durch

Drücke bis 600 MPa nicht inaktiviert werden (Wuytack et al. 1998). Aus der Literatur ist aber

bekannt, dass durch Kombinationen mit anderen thermischen oder nicht thermischen

Verfahren in Lebensmitteln durchaus eine Sterilisation mittels Hochdruck erzielt werden kann

(Bull et al. 2009). Dabei spielen pH, Ionenzusammensetzung und andere Inhaltsstoffe eine

Rolle sowohl bei der für Hochdruck beschriebene Keimung von Sporen als auch bei der

anschließenden Inaktivierung dieser gekeimten Sporen (Wuytack and Michiels 2001). Neben

der Kombination mit anderen Technologien (zumeist thermisch) wird zur Sterilisation bspw.

Das sogenannte Hürdenprinzip mit dem antimikrobiologischen Zusatzstoffen Nisin kombiniert

(Gao and Ju 2008). Gao and Ju (2008) konnten mit einem kombinierten Verfahren aus

Hochdruck und Nisin als antimikrobiologischer Wirkstoff bei Cl. Botulinum eine maximale

Inaktivierung von 6 log Zyklen bei moderaten 545 MPa und 51 °C (Haltezeit von 13,3 min)

und einer Konzentration von 128 lU/ml Nisin modellieren. Bereits in dieser Arbeit konnte

allerdings gezeigt werden, dass das umgebende Medium entscheidend für die

Inaktivierungsvorgänge von MO ist, im realen Lebensmittelsystem Milch konnte bereits für

niedrige Drücke und Temperaturen die gleiche Inaktivierung erzielt werden.

Lebensmittelbezogene Angaben über Inaktivierung oder das Keimungsverhalten von Sporen

vor allem für Cl. botulinum sind nur sehr wenig bekannt. Ananta et al. (2001) untersuchten

Bacillus-Sporen daher in der Lebensmittelmatrix wie Broccoli- und Kokosnussmus. Daraus

ergaben sich intressante Schlussfolgerungen. Zunächst einmal konnte gezeigt werden, dass

Lebensmittel im Vergleich zu Puffersystemen eine schützende Wirkung auf die erzielbare

Inaktivierung von Sporenbildnern ausüben. Dabei ist gerade der Wassergehalt, in dieser

Arbeit am Beispiel von Kokosnussmus mit 10 – 30 % Feuchte, entscheidend. Mit Anstieg des

Wassergehalts kann die Inaktivierung gesteigert werden. Neben dem Einfluss der

Lebensmittel und deren Zusammensetzung unterscheiden sich Inaktivierungskinetiken auch

innerhalb einer Spezies (Reddy et al. 2006). Auch hier soll kurz auf die einzelnen Reaktionen

Theorie 43

während einer Hochdruckbehandlung, die zu einer Inaktivierung oder zu einem Auskeimen

führt, eingegangen werden: Die Rezeptoren in der Spore Cortex, die ein Auskeimen

einleiten, werden durch Cortex-lytische Enzyme nach einer HP-Behandlung hydrolysiert. Das

Auskeimen wird über einen Anstieg an extern liegender Dipicolinsäure durch ein Leak der

Membran und andere kleine säurelösliche Sporenproteine (SASPs) eingeleitet und messbar

(Paidhungat et al. 2000). Auch bei Sporen zeigen sich Varianzen verschiedener

Druckresistenzen in Abhängigkeit von Art und Genus der Mikroorganismen (San Martín et al.

2002). Als sehr druckresistent wurde von Margosch et al. (2004) der Bacilus

amyloliquefacies befunden, der in zukünftigen Arbeiten als Leitkeim definiert werden könnte,

um eine Gleichheit der Sterilisation zu thermischen Behandlungen zu zeigen. Ebenfalls eine

starke Druckresistenz in Abhängigkeit des Typus zeigt der gefährliche Toxinbildner

Cl. Botulinum in Untersuchungen ebenfalls von Margosch et al. (2006). Aber neben der

Druckresistenz spielt der gekoppelte Einfluss von Druck und Temperatur gerade auf

Auskeimungs- und Inaktiviierungskinetiken eine große Rolle. In mehreren Arbeiten wird

beschrieben, dass je nach untersuchtem Sporenbildner ein Temperaturfenster existiert, in

dem schon kleine Temperaturerhöhungen zu einer großen Steigerung der Inaktivierung bei

gleichem Druck führen. Bei B. anthracis in der Arbeit von Cléry-Barraud et al. (2004) führt ein

Temperaturanstieg zwischen 70 und 75 °C im Druckbereich von 500 MPa zu einer

signifikanten Steigerung der Inaktivierung. Ebenfalls eine höhere Inaktivierungsrate für Cl.

Botulinum wurde bei Temperaturen zwischen 90 – 100 °C und Drücken von 600 – 900 MPa

gefunden (Margosch et al. 2006). Eine Minimierung der Prozesszeiten in diesen

Temperaturbereichen kann im Hinblick auf die Produktsicherheit von großer Bedeutung sein.

Die These für die Veränderung der Inaktivierungsraten in bestimmten Temperaturfenstern

könnte sein, dass unterhalb einer kritischen Temperatur kein Effekt auf das Auskeimen von

Sporen zu finden ist und somit nur sensible Sporen während einer Hochdruckbehandlung

getötet werden können. Über dieser unteren kritischen Temperatur bis zu einer weiteren

höheren kritischen Temperatur kommt es zu einer Keimung, dadurch wird der Sporenbildner

sensitiv gegenüber einer Hochdurckbehandlung. Oberhalb von einer oberen kritischen

Temperatur wird der Keimungsweg zerstört, d. h. bei Anwendung von Drücken unter 100

MPa werden die Sporen nicht inaktiv, bei Drücken über 100 MPa besteht die Möglichkeit,

durch Umgehen der Keimungswege sensitive Sporen zu töten. Diese Temperaturen zeigen

neben ihrer Stammabhängigkeit auch eine Abhängigkeit von der umgebenden Matrix, z. B.

reichhaltige Lebensmittel und deren aw-Wert (Ananta et al. 2001).

Äußere Faktoren, damit sind vor allem Lebensmittelsysteme gemeint, und innere Faktoren

tragen zu einer unterschiedlichen Druckresistenz von Mikroorganismen bei. So könnenneben

Theorie 44

Wachstumsphase, Art und Spezies der Mikrobiota sowie Membranzusammensetzung auch

umgebende Faktoren wie Art und Stärke der Ionen, aw-Wert,alsoauch

Lebensmittelbestandteile wie Fette und Kohlenhydrate eine protektive Wirkung auf

Mikroorganismen während einer Hochdruckbehandlung haben (Seyderhelm et al. 1996),

zum anderen zeigen sich Revitalisierungsprozesse im Lebensmittel in Abhängigkeit der

Nährstoffzusammensetzung ect. Daher ist es unerlässlich, Untersuchungen direkt im

Lebensmittel durchzuführen und dabei auch die Lagerung des Produktes zu beachten.

1.9.7. Druckeffekte auf komplexe Lebensmittelsysteme: Fleisch- und

Käseprodukte

Die im vorangegangen Kapitel beschriebenen chemischen Reaktionen eröffnen

verschiedene Anwendungsfelder einer Hochdruckbehandlung im Lebensmittelbereich. Zum

einen kann eine Hochdruckbehandlung als Pasteurisation oder Sterilisationsverfahren

eingesetzt werden, zum anderen kann sie durch Protein Modifikation und gezielte

Phasenübergänge zur Strukturierung in Lebensmitteln dienen. Nach Le Chatelie werden

unter Druck Reaktionen gefördert, deren Endvolumen sich gegenüber dem

Ausgangsvolumen verringern. Das Phasengleichgewicht zwischen nativer, aktiver und

inaktiver bzw. denaturierter Konfirmation wird durch die Gibbs´sche Freie Energie

ausgedrückt. Tiefere Temperaturen fördern exothermal Reaktionen, hoher Druck fördern

hierbei Reaktionen mit einer positiven Volumenänderung. Dabei ist das Volumen von

Systemen zum einen durch das innere Volumen der Moleküle selbst bestimmt, aber auch

durch die Wechselwirkungen mit der Umgebung, dem Lösungsmittel. Somit sind

Veränderungen unter Hochdruck in komplexen Lebensmitteln schwer zu interpretieren und

vorherzusagen.

Hierbei soll dieses Kapitel eine kleine Zusammenfassung von Effekten in

Lebensmittelsystemen explizit für Fleischprodukte und Käseprodukte darstellen. Die

Grundlage sämtlicher Reaktionen in Lebensmittelsystemen unter Hochdruck bildet dabei

immer, dass bei druckinduzierten Veränderungen die zu überwindende Aktivierungsenergie

durch das Aktivierungsvolumen ausgedrückt wird. Das Volumen der einzelnen reagierenden

Stoffe wird durch einen Strukturanteil und einen Solvatationsanteil bestimmt. Die Struktur

umfasst die Beweglichkeit, Bindungslängen und Bindungswinkel etc. der Moleküle

zueinander. Die Bildung neuer kovalenter Bindungen bspw. verringert den Strukturanteil,

wohingegen eine Spaltung von kovalenten Bindungen eine Erhöhung des

Theorie 45

Aktivierungsvolumens bewirken würde. Andere Reaktionen, welche eine Verringerung des

Volumens auslösen, sind z. B. die Bildung von Wasserstoffbrücken oder die Dissoziation von

Ionenbindungen. Der Solvatationsanteil kann durch Polarität sowie Dipolinteraktionen etc.

verändert werden und wird daher durch die Milieubedingungen wie Ionenkonzentrationen

des Lebensmittelsystems beeinflusst.

Hochdruck, wie bereits beschrieben, bewirkt bei Wasser beispielsweise eine verstärkte

Dissoziation der H2O-Moleküle, das Ionenprodukt wird verändert. Dies hat wiederum einen

Einfluss auf andere Bestandteile wie beispielsweise Proteine und deren

Löslichkeitsverhalten. Wasser unter hydrostatischem Druck verhält sich annähernd

inkompressibel, wohingegen bei Polymeren wie Proteinen oder Kohlenhydraten eine starke

Volumenänderung eintritt. Gleichzeitig erfolgt bei einer Druckbehandlung eine adiabate

Erwärmung, wodurch Proteine thermisch verändert werden. In wässrigen Systemen liegt die

Erwärmung bei ca. 3 °C/100 MPa. Proteine verändern ihre Sekundär- und Tertiärstruktur, die

Primärstruktur wird nicht beeinflusst. Ionenbindungen in der Tertiärstruktur beispielsweise

werden begünstigt und unter Hochdruck verstärkt, auch Wasserstoffbrückenbindungen

können gefördert werden, wenn sie zu einer Volumenabnahme des Systems beitragen.

Hydrophobe Bindungen werden durch Solvatisierung der apolaren Oberflächen aufgrund

einer sinkenden Dielektrizitätskonstante von Wasser unter Hochdruck verstärkt.

Hochdruckinduzierte Proteinveränderungen können somit im Fleisch wesentliche funktionelle

und qualitative Eigenschaften verändern, unter anderem sind hier die

Festigkeit/Textureigenschaften zu erwähnen (Cheftel and Dumay 1996; Cheftel and Culioli

1997). Die Muskelproteine (vor allem die myofibrillären Proteine) unterliegen im unteren

Druckbereich (bis ca. 300 MPa) einer partiellen Auffaltung, was zu einer erhöhten Löslichkeit

führt, in höheren Druckbereichen kommt es zur Gelbildung und irreversibler Denaturierung

der Proteine (Suzuki et al. 1992). Zum anderen ist in der Literatur beschrieben, dass die

Veränderung des roten Muskelfarbstoffes, Myoglobin, zu einer Farbaufhellung in Fleisch

nach einer Hochdruckbehandlung führt (Cheftel 1997; Suszuki et al. 2006). Gerade die

Aufhellung von Fleisch durch eine druckinduzierte Denaturierung des globulären Anteiles

des Myoglobin stellt einen Anspruch an die Optimierung von Prozessparametern für die

Industrie dar. Zumeist soll das nicht thermische Verfahren als Pasteurisationsschritt

eingesetzt werden. Vor allem die Tertiärstrukturen des aus 153 AS bestehenden Proteins

Myoglobin werden unter Hochdruck verändert. Das aktive Zentrum besteht aus einem Eisen-

kern, diese Stelle ist verantwortlich für die Sauerstoffversorgung des Muskels. Die

Veränderung des Proteins Myoglobin unter Hochdruck lässt sich in zwei Hauptreaktionen

unterteilen. Zum einen kommt es zur Ablösung der aktiven Gruppe einhergehend mit einer

Oxidation und zum anderen zur Denaturierung der globulären Struktur. Durch den Verlust

Theorie 46

der Struktur und der Oxidation des Eisenkerns verliert das Eiweiß seine im Muskel

farbgebende Eigenschaft und das Fleisch erscheint weiß und bleich wie nach einem

thermischen Erhitzungsschritt. Jaenicke (1983) schrieb, dass das Myoglobin in saurem

Milieu eine gesteigerte Denaturierung aufweist als unter basischen Bedingungen. Dem

entgegen beschreibt die Arbeitsgruppe von Wackerbarth et al. (2009), dass die Veränderung

des Myoglobin nicht auf eine Oxidation des Eisenkerns zurückzuführen ist, sondern durch

Resonanz-Raman-Messungen verdeutlichte diese Arbeitsgruppe, dass sich die Koordination

des Hämanteil im Kern des Myoglobins ändert. Der Einsatz des Hochdrucksverfahrens wird

daher vor allem bei frischem und vorverarbeitetem, prozessiertem Fleisch mit seiner

artenreichen Flora angewandt. Eine erfolgreiche Haltbarkeitsverlängerung über mindestens

eine Woche von rohem Rindfleisch bei den Behandlungsparametern von 520 MPa, 260

Sekunden Haltezeit zeigten Jung et al. (2003). Auch Hugas et al. (2002) bewiesen, dass die

Hochdrucktechnologie einen hohen Schutz vor pathogegen Fleischmikroorganismen wie

Salmonellen und Listerien in rohem und mariniertem Schweinefleisch bieten kann. Smelt

(1998) befasst sich in seinem Review in der Zeitung Trends in Food Science vorzugsweise

mit der Anwendung des Hochdrucks als Pasteurisationsverfahren. Dabei wird darauf

hingewiesen, dass sowohl Inaktivierungsmechanismen als auch Lagerbedingungen zu

Abweichungen der im Labor in Pufferssystemen gemessenen Ergebnisse beitragen! In

Tabelle 6 sind Beispiele für Inaktivierungen in Geflügelfleisch und anderen Fleischsorten

aufgelistet. Andrès et al. (2004) behandelten Schinken bei 400MPa und konnten über eine

Lagerung keine Farbveränderung nachweisen. Es zeigte sich sogar, dass bei einer Lagerung

mit 5 % Restsauerstoff das Nitrosomyoglobin noch stabiler war als bei einer Lagerung ganz

ohne Sauerstoff. Allerdings konnte diese Arbeitsgruppe einen hohen Gehalt an TBARS und

einen Abbau von Vitamin E über die Lagerung von hochdruckbehandeltem Schinken

nachweisen. Diese Arbeitsgruppe stellte in Bezug der Fettoxidation fest, dass eine

Zerkleinrung des Schinken zu einem Anstieg an Bildung von Radikalen und verstärkte

Oxidation führt.

Theorie 47

Tabelle 6: Inaktivierungen in Lebensmitteln mittels Hochdruck von verschiedenen Mikroorganismen bei unterschiedlichen Behandlungsbedingungen

Mikroorganismus Substrat Druck [MPa]

Haltezeit [min]

Temp. [°C]

Inaktivierung [log KbE]

Referenz

Campylobacter jejuni

Schweine-fleisch

300 10 25 6 Shigehisa et al. 1991

Escherichia coli O157:H7

Geflügel-fleisch

600 15 20 3 Patterson et al. 1995

Staphylococcus aureus

Geflügel-fleisch

600 15 20 3 Patterson et al. 1995

Listeria monocytogenes CA

Geflügel-fleisch

375 15 20 2 Patterson et al. 1995

Listeria monozytogenes

Geflügel-fleisch

500 1 40 3.8 Chen et al. 2007

Neben diesen Pasteurisationsverfahren nimmt die Hochdrucktechnologie zusätzlich eine

Stellung als Prozessschritt ein. Dabei ist gerade im Fleischbereich das „kalte Kochen“ zu

nennen. Hochdruck führt durch seine Modifikationen von Tertiärstrukturen der Proteine zur

Veränderung von Funktionalität und Rheologie von Fleischmatrizen. Sikes et al. (2009)

untersuchten den Kochverlust und Anteile der Proteine von niedergesalzenem Rinderbrät

nach einer Hochdruckbehandlung. Dabei zeigte die Arbeitsgruppe, dass bei

gleichbleibendem Kochverlust die Salzkonzentration bei Würsten mit Hochdruck vermindert

werden kann im Vergleich zum normalen Herstellungsverfahren. Die Ergebnisse der SDS-

Page zeigten einen erhöhten Anteil an löslichen Myofibrillareproteinen nach einer

Hochdruckbehandlung im Vergleich zu thermischen Prozessen. Angsupanich and Ledward

(1998) beschreiben den Verlust von Säureresten von AS an der Oberfläche nach einer

Hochdruckbehandlung von Proteinen, einhergehend mit einem Anstieg des pH-Wertes. Dies

führt zu einem Entfalten der Proteine und somit zu einer verbesserten WHC. Kruk et al.

(2011) untersuchten Effekte einer Hochdruckbehandlung auf Hühnerfleisch. Sie stellten eine

gute Inaktivierung von für S. Thyphimurium und L. monocytogenes sowie E. coli fest.

Darüber hinaus zeigten sie, dass auch über eine Lagerung von 14 Tagen bei 4 °C kein

weiteres signifikantes Wachstum dieser Mikroorganismen messbar war. Rheologische

Untersuchungen von Kruk et al. (2011) verdeutlichten, dass es vor allem bei Drücken über

300 MPa zu einer Verfestigung und Aufhellung des Hühnerfleisches kam. Auch der Gehalt

an TBARS und Stoffen stellvertretend für eine Fettoxidation stiegen nach einer

Hochdruckbehandlung und Lagerzeit an. Iwasaki et al. (2006) zeigten für Hühnerfleisch unter

Zugabe von 0,2 % NaCl, dass das unter Druck ausgebildete Netzwerk eine feine und

Theorie 48

dreidimensionale Struktur aufweist. Eine Druckbehandlung bis 200 MPa und eine

anschließende thermische Bearbeitung führten zu einem Elastizitätsanstieg der Proteingele,

wohingegen eine weitere Steigerung des Drucks zu einer Abnahme der

Elastizitätseigenschaften führt (Iwasaki et al. 2006). Eine Verfestigung des Fleischgewebes

mit steigendem Druck wurde auch von den Autoren Ma and Ledward (2004) beschrieben.

Beim Rindermuskel longissimus dorsi zeigten diese Autoren, dass bei höheren

Temperaturen zwischen 60 und 70 °C eine Druckbehandlung wieder zu einem

weichmachenden Effekt beiträgt. Dieser Effekt geht wohl auf eine Veränderung des

Kollagenanteils bzw. Eiweißabbaus zurück, wie die DSC-Analyse zeigte. Nach Ma and

Ledward (2004) sind vor allem H-Brücken für die Konfirmation von Kollagen verantwortlich.

Daher führt erst eine Temperaturerhöhung dazu, dass diese Proteinbestandteile aufgelöst

bzw. unter Druck verändert werden. Bei niedrigeren Temperaturen führt eine

Druckbehandlung vom Muskel longissimus dorsi zu einem starken Verlust der Farbe und

einer Abnahme der Wasserbindefähigkeit (Druck größer als 200 MPa) (Marcos et al. 2010).

Auch Zamri et al. (2006) konnte ab einer Temperatur von 50 °C in Kombination mit Druck

wieder eine Abnahme der Verfestigung in Hühnerfleisch nachweisen. Marcos et al. (2010)

wies einer veränderte Zusammensetzung der sarkoplasmatischen Proteine nach. Die

Veränderung der Löslichkeit und Zusammensetzung von Proteinen wirkt sich auf die

Quelleigenschaften von Muskelfleisch aus, was zu einer Abnahme der WHC führt. Auf der

Grundlage solcher Untersuchungen wird zunehmend versucht, durch Zugabe von

Substanzen mit hohem Faseranteil und der Wahl eines geeigneten Druckregimes die

Funktionalität von Fleischmassen zu beeinflussen. Bei einer Untersuchung der Karottenfaser

in Schweinewurst konnte Mᴓller (2011) eine Zunahme und verbesserte Immobilisierung von

Wasser bei einem thermisch, hochdruckkombinierten Verfahren feststellen. Carballo et al.

(2001) untersuchten den Zusatz verschiedener Bestandteile wie NaCl und Harnstoff zu

Putenfleischbrät. Dabei stellten sie fest, dass Urea ähnliche Wirkungen wie eine reine

Hochdruckbehandlung auf die Fleischproteine besitzt, es kommt zur Destabilisierung von

hydrophoben Wechselwirkungen, was im Resultat ein weicheres Gel als ein thermisch

induziertes besitzt. NaCl hingegen zerstört Wasserstoffbrücken sowie elektrostatische

Bindungen und erhöht dadurch die Bereitschaft der Proteine für hydrophobe WW. Eine

Behandlung der Proteine mit Urea und eine anschließende Hochdruckbehandlung führen zu

einem Anstieg der Festigkeit von gebildeten Gelen, es kann also von einem synergistischen

Effekt ausgegangen werden. Eine Hochdruckbehandlung führt zu einem Anstieg der

Hydrophobizität und sulfhaydryl Komponenten im Putenbrät (Carballo et al. 2001).

Bei sensorischen Untersuchungen von Fleisch nach einer Hochdruckbehandlung lässt sich

kaum eine Veränderung feststellen. Rivas-Cañedo et al. (2009) untersuchten das Profil leicht

Theorie 49

flüchtiger Komponenten in zerhacktem Rind- und Hühnerbrustfleisch. Dabei zeigte sich, dass

sich einige flüchtige Komponenten verändern bzw. deren Zusammensetzung nach einer

Hochdruckbehandlung variiert. Rivas-Canedo et al. (2009) führten dies auf eine veränderte

Aktivität bestimmter Enzyme zurück. Sie zeigten, dass 2,3 Butanedione und 2 Butanone

vermehrt gebildet werden, wohingegen der Gehalt an Alkanen und Benzolen tendenziell

nach einer Hochdruckbehandlung abnimmt. Kruk et al. (2011) wiesen einen Abbau von

Alkohol und Aldehydanteilen nach einem Druck von 450 MPa im Fleisch nach. Eine

umfangreiche Zusammenstellung von Veränderungen im Fleisch nach einer

Hochdruckbehandlug ist bei Cheftel and Culioli (1997) zu finden. Sie beschreiben, dass es

nach einer Hochdruckbehandlung direkt preRigor zu einem schnellen pH-Abfall durch einen

Abbau von Glycogen durch das Schlüsselenzym Phosphatase kommt. Die ATPase wird bei

Hasenfleisch mehr und bei rotem Fleisch weniger stark inaktiviert. Das bedeutet, die

Phosphorylase Kinase ist so lange aktiv, bis sie durch die Calciumkonzentration im Cytosol

gehemmt wird. Der hydrolytische Abbau von extrazellulärer Matrix wird durch die

Inaktivierung von hydrolytischen Enzymen unterbunden, d. h. zum Beispiel der

Kollagenabbau durch Cathepsin B sinkt signifikant. Dem entgegen wird aber die Autolyse bei

einer Druckbehandlung zwischen 300 – 500 MPa gesteigert. Weiter beschrieben Cheftel and

Culioli (1997), dass es zur Desintegration des Actomyosins ab 150 MPa kommt, Aktin

denaturiert bereits bei 100 MPa und Myosin bei 200 MPa. ATP soll demnach eine protektive

Wirkung auf die Veränderung von F-Aktin und G-Aktin besitzen. Dabei hängen alle

Veränderungen stark von der Ionenstärke des Systems ab. Niedrigere Salzkonzentrationen

erhöhen die Löslichkeit von Muskelproteinen bei geringerem Druck. Neben den

Veränderungen der Proteine beschreibt diese Gruppe auch, dass es bei einer HP-

Behandlung über 200 MPa zu einer vermehrten Ranzigkeit und einem höheren Gehalt an

freien Fettsäuren kommen kann. Auch Hayakawa et al. 1996 beschreiben die Gelbildung von

Proteinen. Sie dokumentieren eine Zerstörung von hydrophoben und Ionenbindungen vor

allem zwischen Drücken von 100 – 400 MPa, einhergehend mit einer veränderten

Dissoziationskonstante von Wasser, die zu einer veränderten H-Brückenbildung an der

Oberfläche von Proteinen führt. Ebenfalls wird eine Gelbildung mit veränderter Löslichkeit

der Proteine in Huhn und Schweinefleisch durch eine Druckbehandlung induziert,

beschrieben von Jimènez-Colmenero et al. (1998a und b). Diese Autoren stellen bei 400

MPa einen höheren Drip loss fest als bei Gelen bei 200 MPa gebildet werden. Sie

beschreiben, dass es neben dem Verlust an Disulfidbrücken und Umorientierung von H-

Brücken vor allem zu einem Abbau von myofibrillaren Proteinen (vor allem havy-chain)

kommt. Optisch werden hochdruckinduzierte Gele von Muskelproteinen, egal ob vom Fisch

oder vom Huhn, als mehr glänzend beschrieben im Vergleich zu thermisch induzierten Gelen

(Trespalacios and Pla 2007). Weiter zeigte diese Arbeitsgruppe auf, dass allein durch eine

Theorie 50

Druckbehanldung bei 250/300 MPa ohne Temperatur keine vollständige Gelbildung im

Putenfleisch erzielbar war. Eine Hochdruckbehandlung über 150 MPa post rigor nach Cheftel

and Culioli (1997) führt zu einer veränderten Zartheit, ein Verschwinden von Nuplin

(stabilisiert die Aktinfilamente) ist zu finden.Diesereine Druckbehandlung führt ebenfalls zu

einer Denaturierung der Molkenproteine (Lòpez-Fandino 1996; Scollard et al. 2000; O‘Reilly

et al. 2001). Es ist ein Anstieg der Viskosität mit steigendem Drucklevel in

hochdruckbehandelter Milch zu erkennen, was durch eine Desintegration der Milch-Micellen

erklärt wird. Dabei sind beispielsweise im unteren Druckbereich (200 MPa) Auffaltungen von

globulären Proteinen wie ß-Lactoglobulin entscheidend (Lòpez-Fandino 1996). ß-

Lactoglobulin ist anfälliger für eine druckinduzierte Denaturierung als Albumin oder α-

Lactoalbumin (Felipe et al. 1997). In einem Druckbereich von ca. 200 MPa faltet sich β-

Lactoglobulin auf und verlässt so seine globuläre Struktur. Die freien hydrophoben Gruppen

bewirken eine Assoziation mit dem κ-Casein, wodurch man bei der Käseherstellung

beispielsweise eine höhere Ausbeute durch den Einbau von Molkenproteinen in die

Käsematrix erzielen kann. Zusätzlich besitzen Molkenproteine ein gutes

Wasserbindevermögen, was noch einmal zu einer erhöhten Käseausbeute führt. Jedoch

muss man gleichzeitig mit einer Abnahme der Qualität der jeweiligen Käsesorte rechnen

(O'Reilly et al. 2001). Die Wasserbindung kann auf die Hydratation der Proteinoberfläche

(Gaucheron et al. 1997) oder auf Wasser, das im feineren Gelnetzwerk gehalten wird,

zurückgeführt werden. Bei Produkten mit hohen Wassergehalten wie beispielsweise

Frischkäse kann dies erwünscht sein. Bei Produkten mit höheren Trockenmassen wie

Cheddar kann jedoch eine Veränderung der Textur und Qualität zu einem neuen

Produktcharakter führen (Kheadr et al. 2002). Die Gelbildung von Milch-Molkeproteinen und

die Stärke der gebildeten Gele hängen nicht nur von der Art der Proteine ab, sondern auch

von deren Konzentration (Van Camp and Huyghebaert et al. 1995). Mit Zunahme der

Proteinkonzentration wächst die Porengröße des druckinduzierten Gelnetzwerks (Cheftel

and Dumay 1996). Mit Zunahme des Drucks steigt die Stärke der gebildeten Gele, die

Haltezeit des Drucks hat dabei keinen nennenswerten Einfluss auf die Porosität von Gelen

aus ß-lactoglobulin, gebildet durch Druck. Die Temperatur hingegen besitzt einen größeren

Einfluss, so ist bei Raumtemperatur für Milchproteine keine vollständige Denaturierung unter

Druck beobachtet worden (Tedford et al. 1998). En weiterer Einflussfaktor ist der pH-Wert.

Die gebildeten Gele sind umso härter, je höher der alkalische oder neutraler der pH-Wert ist.

Durch eine Denaturierung dieser Proteine kann in einem bestimmten Druckbereich eine

verbesserte Interaktion mit k-Casein erzielt werden. Das ist mit einer größeren

Käseausbeute durch höheren Proteingehalt und verbessertes Wasserbindevermögen

verbunden (Gaucheron 1997). In höheren Druckbereichen (> 400 MPa) konnte eine

stabilisierende Wirkung während der Dicklegung beobachtet werden, was auf eine

Theorie 51

Veränderung in der Gelbildung, d. h. Entstehung eines dichteren Netzwerks, zurückzuführen

ist. Die Lab-Gerinnungszeit und die anschließende Reifung werden ebenfalls durch die

Hochdruckbehandlung von Milch beeinflusst (Lòpez-Fandino et al. 1996; Messens et al.

1998; Scollard 2000). Sensorische Parameter eines Cheddar-Käses zeigten, dass eine

Verkürzung der Reifung durch Anwendung des hydrostatischen Hochdrucks möglich ist

(Malone et al. 2003). Unterhalb von 200 MPa ist die Labgerinnungszeit verkürzt, steigt aber

mit einer Zunahme des Drucks wie auch die β-Lactoglobulindenaturierung (Lopez-Fandiño et

al. 1996). Dies ist wahrscheinlich auf die Bildung intermolkeularer Disulfidbrücken

zurückzuführen (Skovgaard 2003). Eine gezielte Inaktivierung mit Hochdruckbehandlung von

z. B. Listerien, E. coli undSalmonellen aus der originären Milchflora wurde ebenfalls

beschrieben (Mussa et al. 1998; López-Pedemonte et al. 2007; Linton et al. 2008). Sublethal

geschädigte Mikroorganismen, die sich während einer Reifung bzw. Lagerung nicht erholen,

sondern weiter absterben, beschreiben Trujillo et al. (2000). Untersuchungen zur

Inaktivierung von Listerien, E. coli und Salmonellen aus der originären Milchflora wurden

bereits beschrieben, dabei konnten in hochdruckbehandelter Milch sowie Käsen positive

Ergebnisse mit teilweise kompletter Inaktivierung des jeweiligen Keims erzielt werden

(Mussa et al. 1998; López-Pedemonte et al. 2007; Linton et al. 2008). Der Verderbniskeim E.

coli konnte mittels Hochdruck abgetötet werden und auch während der Lagerung und

Reifung wurde kein erneutes Wachstum festgestellt (Trujillo et al. 2000). Veränderungen

bezgl. Der Zusammensetzung von Käse im Vergleich zu standardmäßig hergestelltem Käse

konnten dabei nicht gefunden werden (Linton et al. 2008). In Kombination mit Bakteriozinen

(Nisin) konnten (Arqués et al. 2005) mit moderaten Drücken und Druckhaltezeiten positive

Inaktivierungen und eine verbesserte Haltbarkeit erzielen. Positiv ist dabei im Hinblick auf

den Erhalt des Rohmilchcharakters zu erwähnen, dass die originären Milchsäurebakterien

druckresistenter sind als Rekontaminationskeime wie L. monocytogenes (Mussa et al. 1998;

O´Reilly 2001). Eine Optimierung der Prozessparameter einer Rohmilchbehandlung bzw. die

Hochdruckbehandlung während der Käseherstellung sowie die Erfüllung der geforderten

mikrobiologischen Sicherheit bedürfen nach wie vor eines erhöhten und differenzierten

Forschungsaufwandes.

Hochdruckbehandelter in Salzlake verpackter Gouda wurden bei 300 MPa Behandelt

(Messens et al. 1998). Dabei konnte im Laufe der Reifung ein verstärkter Abbau von β-

Casein und damit einhergehend ein höherer Anteil an γ-Casein in der Serumphase

beobachtet werden. Dies wurde auf die gesteigerte Aktivität des Plasmins zurückgeführt,

dessen Wirkung durch den Zusammenbruch des Gelnetzwerks verstärkt wurde. Eine

Hochdruckbehandlung des Käses könnte somit die Proteolyse steigern und somit die

Reifungszeit verkürzen (Messens et. al., 1998). Käse aus hochdruckbehandelter Milch

Theorie 52

besitzen eine gesteigerte proteolytische Aktivität, infolge des höheren pH-Wertes durch den

erhöhten Wassergehalt im Käse. Jedoch muss man gleichzeitig mit einer Abnahme der

Qualität der jeweiligen Käsesorte rechnen. Der Proteolyseanstieg verläuft proportional zum

Druck und Reifegrad des Käses. Diese Käse werden jedoch meist einer

Hochdruckbehandlung von mehreren Stunden oder auch Tagen ausgesetzt. Vorgereifte

Käse benötigen einen geringeren Energieeintrag um die Reifung zu beschleunigen. Somit

kann man die gleichen Ergebnissen bei niedrigeren Drücken erhalten, ähnlich denen von

Käse, die direkt nach der Herstellung hochdruckbehandelt wurden. Somit kann man die

Kosten, die durch die Hochdruckbehandlung zusätzlich entstehen, senken.

Durch die Hochdruckbehandlung eines Cheddar-Käses konnte dessen Reifung um mehrere

Monate verkürzt werden, gemessen an dem Anteil an freien Aminosäuren sowie

sensorischen Parametern. Dieser als auch ein Parmesankäse wurden nach einer

Verkostung mit dem jeweiligen Standard als gleichwertig beurteilt (Rynne et. al., 2008). Das

Labenzym Chymosin zeigte bei Drücken bis zu 800 MPa noch eine relative hohe

Restaktivität. Zudem konnte ein verstärkter Abbau des -S1-Caseins beobachtet werden

(Malone et. al., 2003). Die Wirkung von Chymosin bei der Glykomakropeptidspaltung kann

negativ beeinflusst werden durch ein denaturiertes β-Lactoglobulin in hochdruckbehandelter

Milch, das sich dieses mit den Caseinen interagiert (Lopez-Fandino et al. 1997).

Das milchoriginäre Enzym Plasmin ist bei Drücken bis 600 MPa relativ druckresistent, wird

darüber aber wesentlich inaktiviert. Die Ausprägung der Inaktivierung ist aber auch von der

Anwesenheit und dem Gehalt an β-Lactoglobulin abhängig. Casein hingegen stabilisiert

Plasmin, was es unanfälliger gegen eine Inaktivierung macht. Plasmin ist wesentlich an der

Bildung von γ-Caseinen und Proteosepeptonen aus β-Casein beteiligt. Die

Hochdruckbehandlung kann somit Reifungsmechanismen im Käse oder Jogurt beeinflussen.

In Gouda konnte z. B. eine beschleunigte Reifung durch eine Behandlung des Käses bei 300

MPa erzielt werden (Scollard et al. 2000). Bitterfehler im Käse sind häufig auf die Abspaltung

des Carboxyl-terminalen Fragments von β-Casein zurückzuführen. Eine Möglichkeit, dem

entgegenzuwirken, ist beispielsweise die gesteigerte Enzymfreisetzung von

hochdruckbehandelten Starterkulturen, die zwar geschädigt werden, aber im Laufe der

Reifung wieder vermehrungsfähig sind. Daher könnte man diese Kulturen vorab separat

hochdruckbehandeln, um eine bewusste Schädigung der Zellwände herbeizuführen und das

Freisetzen der Enzyme zu fördern. Die Mikroorganismen werden nun der Kesselmilch vor

der Käseherstellung zugegeben, um der Bitterkeit somit entgegenzuwirken (O'Reilly et al.

2001).

Theorie 53

In Fisch und Fischprodukten ist vergleichbar zum Fleisch bei einer Druckbehandlung eine

Gelbildungen gezeigt worden. So konnte bei Fischpasten ab 300 MPa eine Gelformation

festgestellt werden (Fellow 2005). Fischgele, hergestellt mittels Hochdruck, werden als glasig

und weich beschrieben, mit einer uniformeren Textur als thermisch induzierte Gele. Die

native Farbe und der native Geschmack bleiben hierbei erhalten (Ohshima et al. 1993). Auch

Eiproteine unterliegen ebenfalls einer Gelbildung unter hohen Drücken (> 400 MPa). Dabei

wird allerdings das Riboflavin beispielsweise nicht zerstört wie bei einer thermischen

Behandlung. Die hochdruckinduzierten Eigele sind ebenfalls weniger hart als thermische

induzierte Gele und weisen eine gummiartige Struktur auf (Dumoulin et al. 1998).

Bei Drücken über 300 MPa vermutete man lange Zeit kaum eine Änderung in pflanzlichen

Systemen wie Gemüse oder Obst (Knorr et al. 1998). Mittlerweile gibt es verschiedene

Literaturquellen, die eine Texturverfestigung abhängig von Druck und Behandlungszeit

beschreiben (Basak and Ramaswamy 1998).

Theorie 54

1.10. Hochdruckbehandlung in Lebensmitteln: Wirtschaftlichkeit

und Anwendungen

Die ersten Untersuchungen zur Verlängerung einer Haltbarkeit fanden bereits 1899 durch

Hite bei Milch statt. Erste industrielle Anwendungen folgten beinahe ein Jahrhundert später

1990 in Japan. Mittlerweile sind ca. 130 Produkte auf dem Markt, bei denen die

Hochdrucktechnologie angewandt wird. Der isostatische Druck in Industrieanlagen wird

zumeist durch ein indirektes Verfahren erzeugt. Dabei wird der Druck über Pumpsysteme

erzeugt. Das druckübertragende Medium ist in den meisten Anwendungsgebieten in der LM-

Industrie Wasser und wirkt nach den Gesetzmäßigkeiten von Pascal.

Hochdruckverfahren: Nutzen und Wirtschaftlichkeit

Neben der Temperatur bietet somit die Anwendung des hydrostatischen Hochdrucks die

Möglichkeit, Strukturierungs- und Inaktivierungsprozesse im Lebensmittel zu erzielen.

Vorteile der Nutzung dieser Technologie im Vergleich zu thermischen Verfahren sind vor

allem in der geringen Energiemenge und der gleichmäßigen Wirkung des Drucks in jedem

Volumenelement des Lebensmittels zu sehen. Nachteilig wirken sich die hohen

Investitionskosten aus. Eine produktspezifische Kosten-Nutzen-Analyse ist immer

erforderlich. Oftmals kann durch kurze Prozesszeiten und höhere Drücke die Effizienz der

Anlage gesteigert werden. Diesen Änderungen sind allerdings technische Grenzen gesetzt,

sodass andere Einflussfaktoren, vor allem synergetische Effekte wie die Temperatur

berücksichtigt werden müssen. Somit ist es unerlässlich, Kenntnisse über die Druck- und

Temperaturbedingungen im Lebensmittel während einer Behandlung zu erhalten, um

möglichst schnell und exakt die richtigen Prozessparameter zu wählen.

Automatisierungstechniken und Behältervolumina richten sich nach der Prozessgröße,

Geometrie der Behälter und den Druckzyklen. Es gilt in weiteren Entwicklungen das

Nutzvolumen in Hochdrucksystemen (Volumen für das Produkt) zu vergrößern.

Neben den Investitionskosten fallen weitere Kosten für Arbeit oder Wartung an. Eine

Preiskalkulation ist schwierig, da eine Optimierung des Hochdruckverfahrens auf das

Produkt für den wirtschaftlichen Einsatz unerlässlich ist. Günstige Betriebseinstellungen

müssen demnach neben hoher Inaktivierung von Mikroorgansimen simultan auftretende

Produktschädigungen vermeiden und Zielgrößen der Anlagenparameter beinhalten.

Theorie 55

1.11. Verbraucherakzeptanz

Bei Verbraucherstudien zeigte sich, dass Rindfleisch betreffend der Zartheit und der

Saftigkeit bis zu einer HP von 200 MPa beim Verbraucher auf große Akzeptanz stößt

(Sorensonet al. 2011). Erhebliche Hindernisse für die Verbraucherakzeptanz von

hochruckbehandelten Lebensmitteln zeigen sich zunehmend in dem Mangel an

Informationen über neuartige Technologien (Sorenson et al. 2011). Dabei sieht der

Verbraucher vor allem den Mangel an Informationen bzw. mangelnde Versuche in Bezug auf

die Lebensmittelqualität und Veränderungen in komplexen Lebensmittelsystemen. Sorencon

et al. (2011) untersuchten die Akzeptanz von gekühlten Fertigprodukten und

hochdruckbehandelten Produkten. 300 Verbraucher wurden befragt und es zeichnete sich

ab, dass gerade niedrigere Druckbehandlungen von den meisten akzeptiert wurden.

Theorie 56

1.12. Gesetzlicher Status für hochdruckbehandelte Lebensmittel

Es gibt zwei Standpunkte die gesetzliche Regulation von hochdruckbehandelten

Lebensmitteln betreffend, einen innerhalb der EU und einen außerhalb der EU. Außerhalb

der EU gibt es keine Legislation für Hochdruckprozesse. Dennoch sind in beiden Märkten,

auch innerhalb der EU, hochdruckbehandelte Lebensmittel erhältlich. Innerhalb der EU sind

die nationalen Regulierungen für die Lebensmittelsicherheit durch europäische Direktiven in

den meisten Fällen ersetzt worden.

Die „Novel food“ Verordnung kann auf hochdruckbehandelte Lebensmittel angewandt

werden. Nach der Novel-Food-Verordnung (EG Nr. 258/97) sind Lebensmittel, die einem

Druck von über 150 MPa unterzogen werden, als neuartig anzusehen (DFG 2004). Nach

dieser Verordnung zählen alle Techniken als neuartige Zubereitungs- und Verarbeitungsform

wenn Folgendes zutrifft: „Lebensmittel und Lebensmittelzutaten, bei deren Herstellung ein

nicht übliches Verfahren angewandt worden ist und bei denen dieses Verfahren eine

bedeutende Veränderung ihrer Zusammensetzung oder der Struktur der Lebensmittel oder

der Lebensmittelzutaten bewirkt hat, was sich auf ihren Nährwert, ihren Stoffwechsel oder

auf die Menge unerwünschter Stoffe im Lebensmittel auswirkt“ (ebd.). Allerdings sind bereits

gleiche Produkte auf dem europäischen Markt erhältlich oder es kann eine Gleichheit mit

Lebensmitteln mit thermischem Verfahren gezeigt werden, die die Novel-Food-Verordnung

umgehen, und es greifen nationale Regulierungsbedingungen. Für eine Vielzahl von HP-

Produkten konnte die Bewahrung der Qualität (z. B. Nährwert) bereits gezeigt werden,

sodass sie nicht der Novel-Food-Verordnung unterlagen (DFG 2004). Am 06. Dezember

2004 wurde das Hochdruckverfahren daher von der DFG auf seine Unbedenklichkeit neu

bewertet. So lieferten hochdruckbehandelte Lebensmittel keinen Hinweis auf mikrobielle,

toxikologische oder allergene Risiken als Folge dieser Behandlung. Von einer generellen

Bewertung, die aufgrund von Erkenntnissen der bereits auf dem Markt befindlichen Produkte

vorliegen, wird derzeit abgeraten. Daher ist bei Einbezug neuer Produktkategorien immer

eine Einzelprüfung der hochdruckbehandelten Lebensmittel erforderlich (ebd.).

Generell bleibt allerdings festzuhalten, das jedes Produkt, das hochdruckbehandelte Zutaten

enthält oder an sich ein solches ist, ist mit dem Zusatz „hochdruckpasteurisiert“ zu

kennzeichnen (Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaft, Aktenzeichen K(2001)1462).

Theorie 57

1.13. Bauarten von Hochdruckanlagen

Er gibt verschiedene Anlagenbauer für industriell einsetzbare Hochdrucksysteme. Unter

anderem sind die Firma NC-Hiperbaric aus Spanien, UHDE aus Deutschland und ACB aus

Frankreich zu nennen. Die erhöhten Kosten von ca 15 Cent pro kg behandeltes Produkt sind

hierbei auf die hohen Investitionskosten sowie Wartungen und Batchverfahren

zurückzuführen. Die Sicherheit solcher Anlagen wird in Amerika von der ASME (American

society of mechanical engeneering) geprüft. Dabei ist vor allem die Tauglichkeit des

Druckbehälters zu überprüfen. Das Material dieser Behälter ist zumeist legierter Stahl. Bei

der Ausführung als Monoblock sind die Behälter auf einen Betriebsdruck von 400 – 600 MPa

limitiert. Daher wird oft die Anfertigung über Spulenwickelmodule oder Drahtwickelmodule

eingesetzt. Der Gewinn oder die Nutzung des Hochdruckverfahrens für die Industrie ist in der

unabhängigen Behandlung von Größe oder Geometrie des Lebensmittels zu sehen. Bei

diesem Prozess treten somit keine Randzonen auf. Weiter zeichnet sich das Verfahren durch

seinen geringen Energieaufwand und dadurch, dass kein Abfall anfällt, aus.

Material und Methoden 58

2. Material und Methoden

Die Hochdruckbehandlung erfolgte in einer kleinindustriellen Anlage der Firma Hiperbaric,

Model Wave 6000/55 (Burgos, Spanien) am Deutschen Institut für Lebensmitteltechnik e.V.

(Quakenbrück, Deutschland). Die Anlage arbeitet bei Raumtemperatur mit Maximaldrücken

bis zu 600 MPa, bei einem Füllvolumen von 55 l und einem Druckgradient von 100 MPa/min.

Dabei wird das Prinzip der indirekten Kompression verwendet. Die Anlage wird horizontal

befüllt und der Produktraum mit Wasser geflutet. Anschließend erfolgt der Druckaufbau,

indem druckverstärkende Pumpen aus einem Tank Wasser in den Produktraum pumpen

(Abbildung 4).

Abbildung 4: Hochdruckanlage der Firma Hiperbaric (ehem. NC- Hyperbaric), Model Wave 6000/55 und schematische Darstellung des indirekten Druckaufbaus.

Eine Temperierung der Proben wurde erreicht, indem diese selbst vortemperiert wurden und

die anschließende Hochdruckbehandlung in einem Rohr aus PVC-Hartplastik (Abbildung 5),

welches mit Wasser temperierbarierbar war, durchgeführt wurde. Zusätzlich wurde das

Prozesswasser der Anlage im Tank mithilfe von Eisblöcken auf die Temperaturen 4 und

10 °C heruntergekühlt. Bei Temperaturen über 20 °C wurden um die vortemperierte Probe

Wasserbeutel mit den gewünschten höheren Temperaturen gelegt, sodasss beinahe der

gesamte Probenraum der Anlage mit Wasserbeuteln mit der gewünschten

Behandlungstemperatur ausgefüllt war. Vor und nach einer Hochdruckbehandlung wurde die

Temperatur der Proben gemessen. Diese lagen mit einer Schwankung von ±2 °C bei den

gewünschten Prozesstemperaturen.


Die Proben selbst, sowohl der Käse als auch das Fleisch, wurden je nach Versuchsansatz

vorbereitet und in Polyethylenbeutel (Siegelrandbeutel der Firma Schulte und Co, Llohne,

Deutschland) in der Multivac Typ C200 (Wolfertschwenden, Deutschland) unter Vakuum

verpackt.

Abbildung 5: Temperierbarer Probenbehälter.

Die Parameter für eine Hochdruckbehandlung von Geflügelfleisch und Käse richteten sich

nach dem Versuchsansatz und umfassten den gesamten Druckbereich von 300 bis 600

MPa, zumeist bei einer Haltezeit von 3 min, die Temperaturen variierten vornehmlich im

Bereich 4 – 30 °C. Ein Einblick in die verschiedenen Versuchsreihen sollTabelle 7 geben. Sie

erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, so wurden einzelne Versuche durchgeführt,

denen keine weitere Bedeutung beigemessen werden soll.

Tabelle 7: Behandlungsparameter zu den durchgeführten Versuchsreihen

Untersuchungen Behandlungsparameter

Druck [MPa] Temperatur [°C] Zeit [min]

Einfluss von Marinadenbestandteilen bei Putenfleisch

300 – 600 4 – 30 3

Inaktivierungskinetiken in Putenfleisch 300 – 600 4 – 50 1 – 7 Sublethale Schädigungen von Salmonella Thyphimurium

450 4 und 20 3

Mikrobiologische Untersuchung im Käse 300 – 600 4 und 20 5 Physikalische Untersuchungen im Käse 300 – 600 4 und 20 5


2.1. Vorbereitung der Geflügelproben

Je nach Versuchsreihe wurden die Proben vorbereitet. Das Putenfleisch wurde am selben

Tag des Versuchsansatzes von der Firma Geestland (Wildeshausen, Deutschland) bezogen.

Um den Einfluss verschiedener Marinaden zu untersuchen, wurden Putensteaks mit einem

Gewicht zwischen 120 – 160 g, oder Stücke (3cm lang, breit und hoch) von Putenkeulen,in

einem Vakona Tumpler MGHJ 20 (Vakona, Lienen) mit Modellmarinaden bei -1,0 bar für 60

min mariniert. Nach einer Temperierung und der anschließenden Hochdruckbehandlung

erfolgten verschiedene physikalische und chemische Analysen.

Das Fleisch für mikrobiologische Untersuchungen wurde ebenfalls von der Firma Geestland

bezogen, wobei der Tag der Schlachtung auch dem Versuchstag entsprach, um eine

möglichst geringe mikrobiologische Vorbelastung zu erhalten. Für die Untersuchungen auf

sublethale Schädigungen wurde das Fleisch vor den Versuchen vakuumverschlossen und

bei 200 MPa dreimal für 3 min „vorpasteurisiert“, um die native Flora möglichst gering zu

halten.

2.1.1. Marinieren

Es wurde der Einfluss verschiedener pH-Werte und Salzkonzentrationen auf die

Produkteigenschaften untersucht. Im ersten Schritt wurden zunächst Marinaden auf

Wasserbasis analysiert, da diese besonders gut in das Fleisch eindringen. Die einzelnen

Bestandteile der Marinade und deren Zusammensetzung sind Tabelle 8 zu entnehmen. Um

die natürlich bedingten Schwankungen der Rohware Putenfleisch möglichst gering zu halten,

wurde Fleisch innerhalb der ersten 24 h nach Schlachtung und Zerlegung verwendet. Das

Fleisch wurde bei -1,0 mbar Vakuum für 60 min im Tumbler (Vakona, Lienen) mit 10 %

Marinadenzugabe mariniert. Im Anschluss an eine Vakuumverpackung in Pothyethylenbeutel

(Schulte, Lohne, Deutschland) wurden die Proben hochdruckbehandelt.

Weiterführende Versuche umfassten den Einfluss von Marinaden auf Emulsionsbasis. Die

Grundemulsion bestand aus 30 % Rabsöl (Rabso, Deutschland) und 70 % Leitungswasser.

Als Stabilisator wurde 1 % des Compound M12310 von der Firma AVO (Belm, Deutschland)

dazugegeben. Nach Angaben des Hersteller enthäkt dieser Compound Molkenproteine als

Emulgatoren und Stabilisatoren. Die Grundemulsion wurde im Dispermat LC 30 der Firma


VMA Getzmann (Reichdorf, Deutschland) homogen vermischt. Die Wasserphase wurde

vorgelegt, der Compound sowie anschließend das Öl wurden bei 4.000 U/min für 180 sec

untergemischt.

Tabelle 8: Bestandteile der Modellmarinaden auf Wasserbasis

pH-Wert der Marinade

Zusatzstoffe der Marinade

Hersteller

Eingesetzte Menge [% pro kg Marinadenlöung]

1,9 – 2,1 Ascorbinsäure (E300)

AVO Werke August Beisse GmbH (Belm, Deutschland)

10

Meersalz (Aquasale mit Jod) Nord-Süd Salzhandelgesellschaft mbH (Heilbronn, Deutschland)

10

NaCl Superasel (Amersfoort, Niederlande)

10 10

Tetranatriumdiphosphat (E450)

Frutarom Savory Solution GmbH (Korntal-Münchingen, Deutschland)

10

7,0 – 7,2 Tri-Natriumcitrat (E331) AVO Werke August Beisse GmbH (Belm, Deutschland)

10

Natriumcarbonat (E500) AVO Werke August Beisse GmbH (Belm, Deutschland)

2

Chlorophyll (E 140) AVO Werke August Beisse

GmbH

(Belm, Deutschland)

1

Kurkuma AVO Werke August Beisse

GmbH

(Belm, Deutschland)

1

10,1 – 10,3 Natronlauge NaOH Merck (Darmstadt, Deutschland)

10

Paprikaoleorosin (E 160c) AVO Werke August Beisse GmbH (Belm, Deutschland)

1

2,3 – 2,5 Zitronensäure Merck (Darmstadt, Deutschland)

10


2.2. Käseherstellung

In den folgenden Abschnitten wird die Herstellung des Rohmilchcamemberts beschrieben.

Die Herstellung des Rohmilchkäses erfolgte in Kooperation des Deutschen Instituts für

Lebensmitteltechnik e.V. und der Hochschule Osnabrück (University of Applied Sciences).

Der Camembert wurde in der Käserei (Wabezentrum, Wallenhorst) der Hochschule

produziert.

Die Rohmilch wurde nach Ankunft in der Käserei in den Käsefertiger (ASTA Eismann GmbH,

Food Technology, Deutschland) gegeben und über den Doppelmantel erwärmt. Die Kontrolle

der Temperatur erfolgte über einen im Käsefertiger integrierten Temperaturfühler (pt-100,

Negele Industrieelektronik AG, Deutschland). Für das optimale Wachstum der

Starterkulturen wurde eine Temperatur von 38 °C eingestellt. Nachdem die Zieltemperatur

erreicht war, wurden die Starter- und Schimmelpilzkulturen sowie das Calciumchlorid unter

ständigem Rühren zugegeben. Für die Herstellung des Camemberts wurden mesophile und

thermophile Milchsäurebakterien F-DVS ST-120 und F-DVS CHN-13 der Christian Hansen

GmbH (Nienburg, Deutschland) sowie ein Edelschimmel der Gattung Penicillium (SWING FD

PCA-1) eingesetzt. Zusätzlich zu den Kulturen wurde 0,15 g/l Calciumchlorid zugemengt.

Nach Erreichen eines pH-Wertes von ca. 6,50 konnte das mit sterilem Wasser verdünnte

Lab (Verhältnis 1:5) zugegeben werden. Als Gerinnungsenzym wurde Chymosin der Firma

Christian Hansen mit der Produktbezeichnung „Chymax Plus“ verwendet. Die

durchschnittliche „Labstärke“ liegt bei ca. 200 IMCU/ml. Die vom Hersteller empfohlene

Dosierung betrug 30 – 60 IMCU/l Milch. Daraufhin erfolgte die Dicklegungfür ca. 20 – 30 min.

Im Anschluss an das Dicklegen erfolgte das Schneiden der Gallerte. Nach dem Entzug der

Molke wurde der Bruch anschließend in die gelochten Camembert-Formen gegeben. Die

Formen wurden 2 x nach jeweils 30 min und daraufhin alle 60 min gewendet. Anschließend

wurde der Käse für ca. 1 h ins Salzbad (pH = 4,8, Baumé-Wert = 20) gelegt. Die Temperatur

des Salzbades entsprach der des Reifungsraumes.

Nach dem Salzvorgang kam der Käse zunächst auf Horden, um abtrocknen zu können. Das

Trocknen der Käse wurde im Reifungsraum durchgeführt. Um den abgetrockneten Käse

nach dem Salzbad mit P. candidum zu besprühen, wurde der Schimmelpilz abermals in

sterilem Wasser unter der Zugabe von 1 % NaCl gelöst.


Die Käseleiber wurden unter Vakuum in Polyethylenbeutel verpackt (vergl. Vorbereitung der

Geflügelproben). Nach einer Temperierung und der anschließenden Hochdruckbehandlung

erfolgten verschiedene physikalische und chemische Analysen.


2.3. Mikrobiologische Untersuchungen

Chemikalien und Geräte

0,01M MnCl2 Roth (Karlsruhe, Deutschland)

1M Ca(NO3)2 Sigma Aldrich(Hamburg,Deutschland)

1mM FeSO4 Roth (Karlsruhe, Deutschland)

Agar-Agar BD (Franklin Lakes, NJ, USA)

Anaerogen Oxoid (Wesel, Deutschland)

Ascorbinsäure AVO (Belm, Deutschland)

Autoklav Systec VX95 Systec (Wettenberg, Deutschland)

Bakteriologisches Pepton BD (Franklin Lakes, NJ, USA)

BaltonBroth CM0983 Oxoid (Wesel, Deutschland)

BHI-D Biomèrieux, (Frankfurt, Deutschland)

Broth-Listeria Base Bouillon CM 1066 Oxoid (Wesel, Deutschland)

Campygen Oxoid (Wesel, Deutschland)

Campylobacter Blood Free Selective Agar CMA0739

Oxoid (Wesel, Deutschland)

CASO-Agar Roth (Karlsruhe, Deutschland)

CASO-Bouillon Roth (Karlsruhe, Deutschland)

DWS Spirallplater Meintrup DWS (Lähde-Holte, Deutschland)

Ethanol (100 %iger) Roth (Karlsruhe, Deutschland)

Fleischextrakt BD (Franklin Lakes, NJ, USA)

Glukose Fluka (Buchs, Schweiz)

Interscience Stomacher Interscience (Saint Nom, Frankreich)

K2HPO4 * 3 H2O Roth (Karlsruhe, Deutschland)

LA Moulinette 1000 Tefal (Offenbach/Main, Deutshcland)

Laborschüttler Vortex Scientific industries (New York, USA)


Lactose Neolab (Heidelberg, Deutschland)

Memmert Brutschrank INE 600 Memmert (Schwabach, Deutschland)

MgSO4 * 7 H2O Merk (Darmstadt, Deutschland)

MgSO4 * 7 H2O Merck (Darmstadt, Deutschland)

MnSO4 Merk (Darmstadt, Deutschland)

MnSO4 * H2O Merk (Darmstadt, Deutschland)

MRS Broth CM0359 Oxoid (Wesel, Deutschland)

Na2-ß-glycerophosphat (BGP) Sigma Aldrich (Hamburg, Deutschland)

Natriumchlorid Roth (Karlsruhe, Deutschland)

Palcam Agar CM0877 Oxoid (Wesel, Deutschland)

Pepton BD (Franklin Lakes, NJ, USA)

Pepton von Casein Oxoid (Wesel, Deutschland)

Peptonwasser, gepuffert Roth (Karlsruhe, Deutschland)

Pseudomonas Agar CM0559 Oxoid (Wesel, Deutschland)

Pseudomonas Supplement C-F-C Oxoid (Wesel, Deutschland)

Soja Pepton Oxoid (Wesel, Deutschland)

Trypticase soy broth Oxoid (Wesel, Deutschland)

Trypton BD (Franklin Lakes, NJ, USA)

TryptonSoya Agar CM0131 Oxoid (Wesel, Deutschland)

Tween 80 Roth (Karlsruhe, Deutschland)

XLD Roth (Karlsruhe, Deutschland)


2.3.1. Rezepte für Nährmedien und Agar

Physiologische Kochsalzlösung

NaCl 8,5 g

Aquadeion. Ad. 1l

pH 5,9 ±0,1

Sterilisation: 20 min bei 121 °C

Saline-Pepton

NaCl 8,5 g

Aquadeion. Ad. 1l

Trypton 1 g

pH 5,9 ±0,1


Nährmedium (Nutrient Agar/Broth)

DSMZ Medium Nr. 1

Pepton* 5,0 g/l

Fleischextrakt* 3,0 g/l

Agar-Agar 17,0 g/l

MnSO4H2O 20,0 mg/l (2 ml Stammlösung 10 g/l)

* Anstelle von 5,0 g Pepton und 3,0 g Fleischextrakt 8,0 g einsetzen.

pH 7,0 ± 0,1

Sterilisation: 15 min bei 121°C


DifcoSporulation Medium (DSM, Schaeffer’sSporulation Medium)

Ref. Harwood und Cutting (Hrsg.) Molecular Biological Methods for Bacillus.

Pepton* 5,0 g/l

Fleischextrakt* 3,0 g/l

Agar-Agar 20,0 g/l

KCl 1,0 g/l

MgSO4x 7H2O 0,12 g/l

* Anstelle von 5,0 g Pepton und 3,0 g Fleischextrakt 8,0 g einsetzen.

pH auf 7,0 bis 7,2 einstellen und 15 min bei 121°C autoklavieren. Folgende Lösungen

(sterilfiltriert) bei 50 °C zugeben:

1M Ca(NO3)2 1 ml/l

0,01M MnCl2 1 ml/l

1mM FeSO4 1 ml/l

Tryptocase Soy Yeast Extract Medium

Trypticase soybroth 30,0 g/l

Hefeextrakt 3,0 g/l

Agar-Agar 15,0 g/l

Einstellen des pH-Wertes auf 7,0 – 7,2


Nutrient Agar

Pepton 5,0 g/l

Fleischextract 3,0 g/l


Agar-Agar 15,0 g/l

pH 7,0

Für Bacillus Stämme Zugabe von 10,0 mg MnSO4x H2O für Nährmedium

Sterilisation: 20 min bei 121°C

mMRS-Medium

Medium zur Kultivierung von Laktobazillen

(DE MAN et al. 1960; STOLZ 1995, modifiziert)

Pepton 10 g

Fleischextrakt 8 g

Hefextrakt 4 g

Glucose 22 g

K2HPO4 x 3 H2O 2,6 g

MgSO4 x 7 H2O 0,2 g

MnSO4 0,05 g

Tween 80® 1 g

Aquadeion. Ad 1 l

pH 6,2 ± 0,2


M17-Medium für Lactococcus (DSMZ Medium Nr. 449)

Pepton von Casein 5 g/l

Soya Pepton 5 g/l

Bakteriologisches Pepton 5 g/l


Hefeextrakt 2,5 g/l

Ascorbinsäure 0,5 g/l

MgSO4 *7 H2O 0,25 g/l

Na2-β-glycerophosphat 19 g/l

Lactose 5 g/l

pH= 6,9 – 7,1


Sterilfiltration der Lactose

SG Agar

Ref. Harwood und Cutting (Hrsg.) Molecular Biological Methods for Bacillus

Pepton 10,0 g/l

Fleischextrakt 6,0 g/l

Agar-Agar 20,0 g/l

KCl 2,0 g/l

MgSO4 x 7H2O 0,5 g/l

pH auf 7,0 bis 7,2 einstellen


Folgende Lösungen bei 50 °C sterilfiltriert zugeben:

1M Ca(NO3)2 1 ml/l

0,01M MnCl2 1 ml/l

1mM FeSO4 1 ml/l

50 % (w/v) Glucose 2 ml/l


2.3.2. Inaktivierung von Leitkeimen in Geflügelfleisch

Zu Beginn der Doktorarbeit wurde die Inaktivierung verschiedener Bakterienstämme und

Spezies bei 450 MPa, 3 min und 4 °C bestimmt. Dabei sollte eine Auswahl geeigneter

„Leitkeime“ für mariniertes Putenfleisch mit hoher Druckresistenz getroffen werden. Die

Auswahl an Keimen für diese Voruntersuchung orientierte sich an nativen Verderbniskeimen

von mariniertem Putenfleisch. Die gewählten Stämme und Spezies sind der Tabelle 9 zu

entnehmen. Die Mikroorganismen wurden in einer Übernachtkultur im Flüssigmedium auf ca.

107 – 109 KbE/g herangezogen. Die Bakteriensuspension wurde doppelt mit physikalischer

Kochsalzlösung gewaschen, abzentrifugiert (2.000 g, 10 min, 4 °C) (Multifuge X3R, Heraeus,

Osterode, Deutschland) und in 10 ml sterilem Wasser aufgelöst. 81 g Putenfleisch wurde auf

0,1 g genau mit der Kernwaage EG 4200-2NM (Balingen, Deutschland) eingewogen. Für die

Versuche wurde hygienisch hochwertiges Rohmaterial (Schlachttag = Versuchstag) in

kleinen gleich großen Stücken (ca. 2 auf 2 cm, 1 – 1,5 cm Höhe) verwendet. Messer und

Pinzetten zur Einwaage wurden mit 70 %igem Ethanol (Firma Roth, Karlsruhe, Deutschland)

abgeflammt.

Der Gesamtkeimgehalt wurde parallel mittels Oberflächen-Spatel-Verfahren auf Plate Count

bestimmt. Das Putenfleisch wurde mit 9 ml der jeweiligen Mikroorganismussuspension

beimpft und für 4 min im Stomacher homogenisiert. Für die anschließende

Hochdruckbehandlung wurden die Proben unter Luftabschluss verpackt. Parallel wurden 10

ml der Mikroorganismensuspension (als Vergleichsprobe) vakuumverpackt und ebenfalls

hochdruckbehandelt. Aufgrund der hohen gesundheitlichen Gefährdung der

humanpathogenen Mikroorganismen wurden die Proben mit pathogenen Keimen doppelt in

Polyethylenbeutel verpackt. Vor und nach der Hochdruckbehandlung sowie von der

Referenzprobe (natives Putenfleisch ohne zugesetzte Mikroorganismen) wurde die

Lebendkeimzahlen auf Selektiv- oder Vollagar (Tabelle 10) mittels Spiralplater bestimmt.

Inaktivierung wurde berechnet durch:

(

) (5)

N Lebensdkeimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung [KbE/g]

N0Lebendkeimzahlen vor einer Hochdruckbehandlung [KbE/g]


Tabelle 9: Leitkeime zur Untersuchung der möglichen Inaktivierung bei 450 MPa, 3 min, 4 °C sowie reinem und mariniertem Putenfleisch

Projektstämme: Risikogruppe Anzahl der Spezies

DSM-Nr.

Arcobacterbutzleri 2 3 8739T Arcobactercryaerophilus 2 3 7289T Arcobacterskirrowii 1 1 7302T Bacillus cereus 2 4 31T Brochothrixthermosphacta 1+ 1 20171T Campylobacter coli 2 3 4689T Campylobacterjejunisubsp. jejuni 2 3 4688T Campylobacter lari ssp. lari 2 3 11375T Carnobacteriumpiscicola (maltaromaticum)

2 1

Lactobacillus curvatusssp. curvatus 1 1 20019T Lactobacillusoligofermentans 2 1 Lactobacillussakissp. sakei 1 3 20017T

Leuconostocgelidum 1 1 5578T Listeria monozytogenes 2 1 20600T Salmonella Thyphimerium 2 1

Tabelle 10: Lebendkeimzahlbestimmung verschiedener Spezies bei unterschiedlichen Kulturbedingungen (Temperatur, Agar, Inkubationszeit)

Mikroorganismen Agar Inkubationsbedingungen

Milchsäurebakterien mMRS, MRS 48 h, 30 °C Arcobacter, Listerien BHI 48 h, 30 °C Carnobacterien, Brochotrix, Bacillus

PC 48 h, 30 °C

2.3.3. Erstellen von p/T-Diagrammen

Zur Ermittlung des Einflusses verschiedener Drücke, Haltezeiten und Temperaturen wurden

p/T-Kinetiken erarbeitet. Zu unterschiedlichen Prozessparametern und verschiedenen

Lebendmitteln (reines Putenfleisch, mariniertes Putenfleisch etc.) wurde die Inaktivierung

von Leuconostocgelidum (DSM 55781T) bestimmt.

In einer Moulinette wurde das Lebensmittel zerkleinert. 10 g Fleisch auf 0,1 g genau wurden

steril mit abgeflammten Spateln an der Kernwaage EG 4200-2NM (Balingen, Deutschland) in

sterile Stomacherbeutel eingewogen. Der Keim Leuconostoc gelidum (DSM 55781T) wurde

in einer Übernachtkultur im Flüssigmedium auf ca. 107– 109 KbE/g herangezogen. Die

Bakteriensuspension wurde doppelt mit physikalischer Kochsalzlösung gewaschen,

abzentrifugiert (2.000 g, 10 min, 4 °C) (Multifuge X3R, Heraeus, Osterode, Deutschland) und

in 10 ml sterilem Wasser aufgelöst. Mit je 1 ml Keimsuspension wurden die 10 g


Fleischproben beimpft und 60 s im Stomacher homogenisiert, anschließend

vakuumverschlossen und für 30 min auf die entsprechende Temperatur temperiert.

Nach der Hochdruckbehandlung wurde zur Bestimmung der Lebendkeimzahl auf MRS-Agar

die Probe dekadisch verdünnt und mittels Spiralplater ausplatiert. Zur Kontrolle wurde jeweils

eine Gesamtkeimzahl auf Plate-Count-Agar bestimmt.

Die Platten wurden für 48 h inkubiert. Wobei die MRS-Platten bei 25 °C, die Plate-Count-

Platten bei 30 °C bebrütet wurden.

2.3.4. Nachweis von sublethalgeschädigten Salmonella ssp.

In Abbildung 5 ist schematisch dargestellt, mit welchem Versuchsaufbau der Nachweis von

sublethal geschädigten Mikroorganismen erfolgte. Zunächst wurden die Versuche in

physiologischer Kochsalzlösung (9 ml Kochsalzlösung + 1 ml Keimsuspension) durchgeführt.

Die sterilisierte Kochsalzlösung wurde mit Salmonellen beimpft und einer

Hochdruckbehandlung unterzogen. Der weitere Verlauf entspricht dem wie bei beimpftem

Fleisch. Um eine Grundbelastung des Fleisches möglichst gering zu halten und kaum

Veränderungen des nativen Fleisch-Charakters gewährleisten zu können, wurden

Putenbrüste direkt nach der Schlachtung und Zerlegung bei 200 MPa für 3 min jeweils

dreimal hochdruckbehandelt (vergl. Vorbereitung von Geflügelproben). Dadurch konnte

sichergestellt werden, dass der Anfangskeimgehalt immer unter 100 KbE/g lag. Durch die

Erfassung der Lebendkeimzahlen vor einer Beimpfung mit Salmonella Thyphimurium und vor

einer Hochdruckbehandlung wurde überprüft, ob das unbehandelte Fleisch Salmonellen

enthielt. Konnten Salmonellen auf dem unbehandelten Fleisch nachgewiesen werden, wurde

der Versuch verworfen.

Vor jedem Versuchstag wurde S. Thyphimurium auf CASO-Agar ausgestrichen und über

Nacht bei 37 °C inkubiert. Aus der Agar-Platte wurden mit Einwegimpfösen unter der

Cleanbench Einzelkolonien entnommen und in 10 ml CASO-Bouillon in Glasröhrchen

aufgefangen, nach kurzem Vortexen erfolgte die Inkubation bei 37 °C für 24 h, die Röhrchen

wurden dabei bei 200 upm im Vortexer geschüttelt.

Aus dem Putenfleisch wurden aus der Mitte des Fleischstückes Proben entnommen und in

einer mit 70 %igen Ethanol sterilisierten Mulinette zerkleinert.


Es wurden 10 g des Fleisches eingewogen und mit ca. 108 KbE/g Salmonella Thyphimurium

versetzt. Dabei wurde über die Messung der optischen Dichte darauf geachtet, dass sich die

Zellen jeweils in der stationären Wachstumsphase befanden. Nach einer 4-minütigen

Homogenisierung im Stomacher wurde das Fleisch vakuumverpackt und auf die

gewünschten Prozesstemperaturen temperiert. Das Temperieren dauerte 10 min. Danach

erfolgte einer Hochdruckbehandlung der Proben bei 400 MPa für 3 min. Direkt nach der

Hochdruckbehandlung wurden die Lebendkeimzahlen auf XLD und Caso bestimmt sowie

eine MPN Verdünnungsreihe in Peptonwasser angesetzt. Die Inkubation der Platten und der

MPN-Ansätze (Peptonwasser) wurden ohne Schütteln bei 37 °C für einen Tag inkubiert.

Nach 8 und 24 h erfolgte nochmals die Bestimmung der Lebendkeimzahlen aus der MPN

Anreicherung in Peptonwasser auf XLD und CASO-Agar, Inkubation ebenfalls wieder bei

37°C.

Sollte der Einfluss verschiedener Zusätze auf den Gehalt an sublethal geschädigtem MO

untersucht werden, wurden zu dem Fleisch in die Mulinette die Bestandteile wie NaCl oder

NaOH in Form steriler wässriger Lösung zugesetzt und mit vermengt.

Der prozentuale Anteil an sublethal geschädigten MO wurde berechnet durch:

(

) (

) (6)

NCasoKeimzahl auf CASO-Agar

NXLDKeimzahl auf XLD-Agar

N0Keimzahl auf XLD-Agar oder CASO-Agar zum vor HP

Tabelle 11: Eingesetzte Salmonellen mit Besonderheiten

Salmonella DIL-Nr. Besonderheit

S. enterica ssp. Thyphimurium

23 druckresistent

S. enterica ssp. Thyphimurium

3395 gen. Modifiziert


Abbildung 5: Schema des Nachweissublethal geschädigter Salmonella ssp. In Geflügelfleisch. Die Differenz der Lebendkeimzahlen zwischen XLD und CASO-Agar wurde als sublethal geschädigte Zellen definiert. Peptonwasser und CASO erlauben eine Recoveryphase der Zellen, wohingegen XLD dies unterbindet und direkt nur überlebende Keime dedektiert.

2.3.5. Mikrobiologische Untersuchung des Käses

Es wurden 10 g der Milch bzw. des Käses oder Käsezwischenproduktes vor und nach einer

Hochdruckbehandlung entnommen. Anschließend wurden 90 ml der Verdünnungsflüssigkeit

(Salz-Pepton-Lösung) zugegeben und das Gemisch für 30 – 60 Sekunden homogenisiert.

Die untersuchten Käse- bzw. Milchproben wurden mit der Verdünnungsflüssigkeit im

Stomacher durchmischt. Es wurde eine dezimale Verdünnungsreihe (0,1 ml Erstverdünnung

auf 0,9 ml Verdünnungsflüssigkeit usw.) angelegt. Dies wurde für alle quantitativen

Nachweismethoden durchgeführt. Mittels Oberflächenausstrichverfahren wurden die

Keimzahlen im Doppelansatz ermittelt.

Im Käse wurde eine erzielbare Inaktivierung an verschiedenen Prozessschritten während der

Käseherstellung untersucht. Dabei diente als Leitkeim L. innocua. Es wurde eine

Hochdruckbehandlung nach dem Abzug der Molke vom geformten Bruch vor dem Salzbad

sowie nach dem Salzbad als auch vom fertigen Käse durchgeführt. Neben der Bestimmung

der Inaktivierung wurden auch physikalische und chemische Analysen durchgeführt.

HP (400

MPa, 4

u. 20°C)


Quantitativer Nachweis von Listeria ssp.

Der Nachweis von Listerien erfolgte auf einem Palcam-Nährboden mittels

Oberflächenspatelverfahren. Die Proben wurden bei 37 ± 1 °C für 48 ± 2 h im Brutschrank

inkubiert.

Nachweis von originären Milchsäurebakterien

Der Nachweis erfolgte auf MRS-Nährboden mittels Oberflächenspatelverfahren. Die

Inkubation erfolgt im Brutschrank bei 30 ± 1 °C für 48 ± 2 h.

Nachweis von meso- und thermophilen Starterkulturen

Die eingesetzten Starterkulturen wurden quantitativ zusammen auf einem Nährmedium

bestimmt, da es analytisch kaum möglich war, diese gesondert voneinander auszuwerten.

Die Probe wurde pro Verdünnungsstufe auf einen M17-Nährboden überführt und mit einem

Spatel ausgestrichen. Die Inkubation erfolgt im Brutschrank bei 30 ± 1 °C für 48 ± 2 h. Die

Bebrütungstemperatur liegt im optimalen Bereich der mesophilen Kulturen.

Anreicherung von Listeria innocua

Listeria innocua (DSM 20649) wurde zunächst bei 25 °C mit der ONE Broth-Listeria Base

Bouillon angereichert. Die Dauer der Anzucht belief sich auf 24 Stunden. Die Keimzahl lag

bei etwa 109 KbE/g.

Nachweis von Listeria innocua

Für den Nachweis von Listeria innocua wurde der Palcam Agar Base verwendet. Die

Inkubation erfolgte bei 37 °C für 48 Stunden.

Die Probe wurde pro Verdünnungsstufe auf einen M17-Nährboden überführt und mit einem

Spatel ausgestrichen. Die Inkubation erfolgte im Brutschrank bei 30 ± 1 °C für 48 ± 2 h. Die

Bebrütungstemperatur liegt im optimalen Bereich der mesophilen Kulturen.


2.4. Chemische und physikalische Untersuchungen

Um Einflüsse einer Hochdruckbehandlung auf die proteinreichen Matrizen Putenfleisch und

Rohmilchkäse zu untersuchen, wurden verschiedene chemische und physikalische

Methoden gewählt, die in diesem Kapitel kurz vorgestellt werden.

Der Einfluss verschiedener Marinaden wurde bei den Putenproben untersucht.

Bei den Käseprodukten wurde der Einfluss unterschiedlicher Prozessschritten analysiert.4

Chemikalien und Geräte

1-Dekanol, p.a. (Nr. 8.03463) Merck (Darmstadt, Deutschland)

Borsäure 2 % in Milli-Q Sigma Aldrich (Hamburg, Deutschland)

Carrez I (Kaliumhexacyanoferrat (II) in Wasser)

Merck (Darmstadt, Deutschland)

Carrez II (Zinkacetat in Eisessig /Wasser) Merck (Darmstadt, Deutschland)

Cuterio Pre Cast 4 – 20 % TrisHCl, Sigma Marker Wide Range 6.500 – 205.000 kDa

Sigma Aldrich (Hamburg, Deutschland)

Digital Ultraturrax T25 IKA (Staufen, Deutschland)

DSC 2920 CE TA Instrument (Alzenau, Deutschland)

Einstechelektrode AT 206 Ebro (Ingoldstadt, Deutschland)

Eisessig, p.a. Sigma Aldrich (Hamburg, Deutschland)

Extraktionseinheit Unit B-815 Büchi (Essen, Deutschland)

FaltenfilterTyp 595 Schleicher & Schüll (Düren, Deutschland)

GaschsomatographFat Determination B-820 Büchi (Essen, Deutschland)

Hexan, p. a. 95 % (Nr. A16C11X) Firma LabScan

HPLC-Alliance System, Waters 2695 Separations Module

Waters (Milford MA, USA)

Jod Roth (Karlsruhe, Deutschland)

KatalysatorTyp Kjeltabs CT Gerhardt (Königswinter, Deutschland)


Laemmli-puffer Sigma Aldrich (Hamburg, Deutschland)

Minolta Chroma-Meter CR-200 Minolta (München, Deutschland)

Mixer Modul ES3 HP3A Blendtec (Utah, USA)

Natriumthiosulfat-Maßlösung, c = 0,005 mol/L

Fulka (Buchs, Schweiz)

Natronlauge Riedel-deHaen (Seelze, Deutschland)

Platin-Elektrode 6.0431.100 Metrohm (Filderstadt, Deutschland)

Rheometer AR 2000 TA Instrument (Alzenau, Deutschland)

Rotationsverdampfer Büchi (Essen, Deutschland)

Salpetersäure 65 % Merck (Darmstadt, Deutschland)

Salpetersäure 65 % Merck (Darmstadt, Deutschland)

Salzsäure (0,5 N) Riedel-de-Haen (Seelze, Deutschland)

Silbernitrat (0,1 N) Merck (Darmstadt, Deutschland)

Superdex 200 10/300 GE Healthcare (München, Deutschland)

Titrationsautomat Titrino 716 Metrohm (Filderstadt, Deutschland)

Titrino DMS 716 Metrohm (Filderstadt, Deutschland)

Trockenschrank INE600 Memmert (Schwabach, Deutschland)

Waters 2695 Alliance Seperation Module Waters (Milford MA, USA)

Zentrifuge Univeral 320R Hettich (Mühlheim an der Ruhr, Deutschland)

2.4.1. Untersuchungsmethoden

pH-Wertmessung

Die Messung des pH-Wertes erfolgte mithilfe einer Einstechelektrode der Firma Ebro mit der

Bezeichnung AT 206. Die Kalibrierung wurde mittels einer basischen (pH 7,01 ± 0,02) und

einer sauren Pufferlösung (pH 4,01 ± 0,02) durchgeführt. Für die Reinigung von

eiweißhaltigen Pufferlösungen wurde ein Elektrodenreiniger (Pepsin-HCl-Gemisch)

verwendet. Die Elektrode wurde in einer Kaliumchloridlösung mit einer Konzentration von 3

mol/l aufbewahrt. Das pH-Meter wurde stets am Tag der Nutzung neu kalibriert.


Farbmessung

Zur Erfassung der Farbveränderungen wurde die Farbe anhand einer Fünffachbestimmung

mit dem Minolta Chroma-Meter CR-200 (München, Deutschland) bestimmt. Zur Messung

wird das L*a*b*-System angewandt (Loos et al. 1989). Jede Farbe wird dabei im

dreidimensionalen Farbraum durch den Farbort mit den Koordinaten L*a*b* dargestellt. Die

L-Werte bilden die Helligkeitsachse und stehen auf den a* und b* Achsen senkrecht. Dabei

wird die Rot-Grün-Achse durch die a*-Werte und Gelb-Blau-Achse durch die b*-Werte

dargestellt. Aus den ermittelten L*a*b*-Farbwerten kann mit folgender Formel die

Gesamtfarbdifferenz berechnet werden.

√ (7)

Gesamtstickstoff (Gesamtproteinbestimmung)

Nach § 64 LFGB L06.00-7 wurde der Rohproteingehalt in g/100g nach Kjeldhal bestimmt.

Proteingehalt der löslichen Proteine

Um eine Veränderung des Anteils an löslichen Proteinen quantitativ zu bestimmen, wurde 1

g Fleisch klein geschnitten und mit der 20-fachen Menge an einer 1 %igen NaCl-Lösung

versetzt. Bei 20.000 U min-1 wurde für 1 min mit dem Ultraturrax (IKA T25 Digital Ultraturrax,

Staufen, Deutschland) homogenisiert. Anschließend wurde der Überstand abzentrifugiert

(15.000 U min-1) mit der Zentrifuge HettichUniveral 320R (Mühlheim an der Ruhr,

Deutschland) und nach Kjeldhal (siehe Gesamtproteingehalt) der Anteil des Proteingehalts

im Überstand bestimmt.

Porteinzusammensetzung qualitativ (SDS-Page)

Die Auftrennung der Zusammensetzung löslicher Proteinanteile erfolgte mit der SDS-PAGE

(Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese). Die Proteine werden hierbei im

elektrischen Feld nach Größe getrennt. Große Proteine haben eine kürzere Laufstrecke als

kleine Proteine. Die Probenaufarbeitung erfolgte bei Raumtemperatur. Es wurde 1 g klein

geschnittenes Fleisch mit der 20-fachen Menge NaCl-Lösung (1 %ig) versetzt. Bei 20.000 U

min-1 wurde für 1 min mit dem Ultraturrax (IKA T25 Digital Ultraturrax, Staufen, Deutschland)

homogenisiert. Anschließend wurden 10 µl des Überstandes nach dem Zentrifugieren in der


Zentrifuge Universal 320R (Hettich, Mühllheim an der Ruhr) (15.000 U min-1) in 250 µl

Laemmlipuffer in E-Cups aufgefangen und bei 95 °C für 5 min im Wasserbad erhitzt. Das

Laufmittel der Elektrophorese besteht aus 12,1 g Tris/7,5 g Glycin/1,0 g SDS auf 1 Liter mit

bidest. H2O gelöst. Es werden folgende Gele und Molekularmarker verwendet: CuterioPre

Cast 4 – 20 % TrisHCl, Sigma Marker Wide Range 6.500 – 205.000 kDa (Sigma Aldrich).

Laufbedingungen siehe Tabelle 12.

Tabelle 12: Laufbedinungen der SDS-Page

Zeit [min]

Spannung [V]

Stromstärke [mA]

Leistung [Watt]

10 200 100 150 50 200 60 150

GPC-Bestimmung

Die GPC-Analyse erfolgte mittels einer Waters 2695 Alliance SeperationModule (Waterd,

Milford MA, USA). Als Puffer wurde ein wasserlöslicher Phosphatpuffer (0,15 M) verwendet.

Proben wurden bei Raumtemperatur vorbereitet und bei einer Flussrate von 0,5 ml min-1n

einer Superdex 200 10/300 aufgetrennt (10 * 300 mm, 13µ, GE Healthcare, München,

Deutschland). Peakdetektion erfolgte bei 214 nm.

DSC-Messungen

Die Differential-Scanning-Calometrie Methode ist eine Methode, um Strukturveränderungen

von Polymeren wie z. B. Proteinen nachzuvollziehen. Dabei wurd der Enthalpiestrom von

mariniertem Fleisch im Vergleich zu einer Referenzprobe gemessen und dadurch ein auf den

Denaturierungsgrad rückgeschlossen. Hierzu wurde 0,20 0,01 mg Fleisch in einen

Aluminiumtiegel eingewogen und verschlossen. Zunächst wurde die Probe auf 5 °C

heruntergekühlt und 5 min temperiert. Im Anschluss erfolgte die Erhitzung im

Temperaturbereich zwischen 5 und 95 °C mit einer Heizrate von 5 K min-1n in der DSC 2920

CE der Firma TA Instrument (Alzenau, Deutschland).


Texturanalyse

Mit dem Textur-Analyser Expert TA-XT2 (Texas Instruments, Hannover, Deutschland) wurde

die Festigkeit der Probe nach und vor der HP-Behandlung bestimmt. Diese Texturanalyse

dient zur Bestimmung der Druck-Zug-Belastung im Messbereich bis 50 N. Das Messer

(Prüfkörper) fährt dabei mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 2 mm s-1 nach unten

(Kompression). Die Maximalkraft zur angegebenen Messtrecke wird bestimmt. Somit ist die

Maximalkraft abhängig vom Prüfweg und dem Widerstand der Probe selbst. Gemessen wird

somit der Widerstand, den das Probestück entgegensetzt. Beim Fleisch erfolgte die

Materialprüfung durch ein Messer, das quer zur Faserung mit einer Geschwindigkeit v = 1

mm s-1 in einer Halbschale geführt wird. Darstellung der Ergebnisse erfolgt in einem Kraft-

Weg-Diagramm und unter Angabe der Maximalkraft pro Fläche. Die Proben wurden in

Stücke der Kantenlänge 3 auf 3 cm und einer Höhe von 1,5 ± 0,2 cm (abh. Vom Putensteak)

vorgeschnitten. Es wurde darauf verzichtet, eine einheitliche Höhe zurechtzuschneiden, da

dadurch bereits eine Veränderung der nativen Struktur bewirkt würde. Die Untersuchungen

erfolgte im Dreifachansatz von verschiedenen Putenstücken.

Oszillation

Der Oszillationsversuch erfolgte mit einem Rheometer der Firma TA Instruments (AR 2000).

Dabei werden Strukturelemente gedehnt, jedoch nicht zerstört. Sobald die Kraft nicht mehr

auf die Matrix einwirkt, wird die ursprüngliche Struktur soweit wie möglich wiederhergestellt.

Mithilfe des Speichermoduls G‘ und des Verlustmoduls G‘‘ lassen sich Rückschlüsse auf die

elastischen und viskosen Eigenschaften im Käse ziehen. Dadurch ist man in der Lage, die

Struktur sowie das Proteinnetzwerk des hochdruckbehandelten und unbehandelten

Camemberts näher zu beschreiben.

Das Speichermodul G‘ kennzeichnet die Spannung, die aufgewendet werden muss, um eine

reversible Deformation zu erzeugen. Bei dem Verlustmodul G‘‘ hingegen geht es um die

Spannung, die aufgewendet werden muss, um Energie in eine andere Energieform (z. B.

thermische Energie) umzuwandeln.

Aus diesen Modulen beiden lässt sich der Verlustfaktor mit der nachstehenden Formel

berechnen

(8)


Drip loss

WHC definiert die Fähigkeit von Fleisch verstanden, eigens Wasser, bei Anwendung einer

Bestimmten Kraft festzuhalten. Drip loss entspricht dabei dem Tropfsaftverlust. Die

ausgepresste Flüssigkeitsmenge ist eine Funktion des angewandten Drucks, mathematisch

ausgedrückt V = f(p). Die WHC wurde mit einer modifizierten Pressmethode nach

Grau/Hamm (1952) (Hamm 1972) bestimmt. Hierzu wurden 1 ± 0,19 g Fleischstücke

(quadratisch 1 cm auf 1 cm und ca. 2 mm hoch) zwischen zwei Filterpapierstücken für 5 min

mit einem Gewicht von 5 kg belastet. Der Verlust an Fleischsaft wurde gravimetrisch

bestimmt und bezieht sich auf das Gesamtgewicht. Die Bestimmung erfolgte ebenfalls an

drei verschiedenen Versuchstagen in je einem Doppelansatz, um eine möglichst weite

Streuung gewährleisten zu können.

(8)

Bestimmung des Gesamtfettgehalts

Die Untersuchung zur Bestimmung des Gesamtfettgehalts wurde mithilfe der Methode nach

Caviezel durchgeführt. Diese ermöglicht es, den Gesamtfettgehalt und auch das

Fettsäureprofil in kurzer Zeit zu erfassen. Das Fett wird dabei unter Zugabe eines internen

Standards (Tridekansäure) und eines hochsiedenden, relativ polaren Lösungsmittels

extrahiert und anschließend mit Kaliumhydroxid alkalisch aufgeschlossen. Die Verseifung

erfolgt in der BÜCHI Extraktion Unit B-815. Die entstehenden Kaliumsalze werden unter

Zugabe von Natriumhydrogenphosphat in die entsprechenden Fettsäuren überführt,

anschließend gaschromatographisch in der BÜCHI Fat Determination B-820 getrennt und

daraufhin mittels Flammenionisationsdetektor gemessen. Der Gesamtfettgehalt kann

gleichzeitig in den Triglyceridanteil umgerechnet werden.

Bestimmung des Kochsalzgehalts

Die Bestimmung des Kochsalzgehalts erfolgte über den Nachweis des Chloridanteils nach

Volhard (Anonym 2005c). Das Chlorid in der Probe wurde mit einem Überschuss an

Silbernitrat-Lösung zunächst ausgefällt und abfiltriert. Anschließend erfolgte die Rücktitration

mit einer Ammoniumthiocyanat-Lösung. Dadurch wurde der Überschuss der Silber-Ionen in

Anwesenheit von Eisen(III)-Ionen unter Bildung von rotem Eisen(III)-thiocyanat zur Indikation

des Äquivalenzpunktes ermittelt (§ 64 LFGB L 06.00-5).


Anteil an extrahierbarem Fett

Für die Ermittlung des extrahierbaren Fettanteils muss die spezifische Oberfläche des Käses

zunächst vergrößert werden. Um durch einen erhöhten Energieeintrag eine Schädigung der

Struktur und somit ein zusätzliches Austreten an extrahierbarem Fett zu verhindern, wurden

die Käse in gefrorenem Zustand zerkleinert. Dazu wurde zunächst Trockeneis in einem

Mixer (Blendtec, Modul ES3 HP3A) in den Pulverzustand überführt. Anschließend wurde der

Käse, welcher zuvor in Scheiben vorzerkleinert wurde, in den Mixer mit dem

Trockeneispulver gegeben, schockgefroren und gleichzeitig bis auf eine Pulvergröße von

wenigen Millimetern Durchmesser zerkleinert. Nach der Zerkleinerung wurden die Proben bis

zur Analyse des extrahierbaren Fettanteils bei 4 °C gelagert.

Die Untersuchung erfolgte anschließend nach folgendem Prinzip.

Der extrahierbare Fettanteil wird mittels Petroleumbenzin aus der Käsematrix gelöst.

Daraufhin wird das Lösungsmittel über einen Rotationsverdampfer entfernt. Über die

Rückwaage der verwendeten Kolben kann der Anteil des Fettes bestimmt werden. Das

Verfahren ist an die Methoden zur Bestimmung des extrahierbaren Fettanteils nach

Kielmeyer und Schuster (1986) angelehnt.

Die Berechnung des Anteils an extrahierbarem Fett wird in der folgenden Formel

beschrieben.

[

[

[ [ (9)

Bestimmung der Trockenmasse und des Wassergehalts

Bei der Bestimmung der Trockenmasse (Anonym 2005b) wird zunächst das Leergewicht

einer Nickel- oder Aluminiumschale eingewogen. Anschließend werden 3 g der

vorzerkleinerten Probe in die Schale gegeben und erneut gewogen. Die Probe wird nun

mithilfe eines Glasstabes sorgfältig verrieben und daraufhin bei 105 °C für 4 h im

Trockenschrank getrocknet. Im nächsten Schritt werden die Proben im Exsikkator gekühlt

und die Schale erneut gewogen. Die Trocknung wird so lange fortgesetzt, bis die

Gewichtskonstanz erreicht wurde. Die Trocknung erfolgt dabei für 30 min (§ 64 LFGB L

06.00-3).


Der Wassergehalt ergab sich aus der Differenz der eingewogenen Probe und der ermittelten

Trockenmasse.

Laktosebestimmung

Der Gehalt an Laktose wurde anhand einer HPLC-Hausmethode bestimmt. Dabei wurde ein

Teil der Rohmilchprobe mit Milli-Q-Wasser (Millipore Corporation, USA) versetzt und unter

Wärmeeinfluss für einige Zeit gerührt. Anschließend wurden die in der Probe enthaltenen

Proteine mit Carrez I (1,5 g/l Kaliumhexacyanoferrat-Lösung) und II (3,0 g/l Zinkacetat-

Dihydrat) gefällt. Mit Milli-Q-Wasser wurde dann auf ein definiertes Volumen aufgefüllt und

daraufhin filtriert. Aus dem Filtrat wurde ein Aliquot entnommen, in ein Vial gegeben und mit

Acetonitril (ACN) auf 1 ml aufgefüllt. Ein ACN-Wasser-Gemisch dient als Eluent, in dem die

Probe isokratisch über eine amino-modifizierte Kieselgelphase (-NH2) gefahren wurde. Die

Detektion erfolgte schließlich mithilfe eines Brechungsindex-Detektors (Waters 2996

Photodiode Array Detector). Die Trennung wurde auf dem HPLC-Alliance System (Waters

2695 Separations Module) der Firma Waters Corporation durchgeführt.

Bestimmung der POZ (Peroxidzahlen)

Zunächst wurde das Fett aus dem Probematerial per Kaltextraktion gewonnen. Dazu wurde

am Tag der Analyse die Probe zerkleinert. Ca. 100 – 500 g Probenmaterial wurden in eine

Braunglasflasche gefüllt und mit ca. 200 – 300 ml Hexan aufgefüllt, zwei Stunden auf einen

Schüttler gestellt und rühren gelassen. Das Lösungsmittelextrakt wurde mittels Faltenfilter in

einen Rundkolben abgefiltert. Das Filtrat wurde trocken einrotiert (Bad 40 °C). Der

Rückstand wurde min. 10 Minuten abgekühlt.

Vom Rückstand wurden 0,9 g bis 1,1 g Fett in ein Becherglas (100 ml) eingewogen. Es

wurden 10 ml Lösungsmittelgemisch (Eisessig/Dekanol 3:2) sowie 200 SlKaliumjodidlösung

dazugegeben und gemischt. Das Becherglas wurde für 1 min ins Dunkle gestellt. Im

Anschluss erfolgte die Zugabe von 50 ml entmin. Wasser. Das gebildete Jod im Gemisch

wurde mit 0,005 M Natiumthiosulfatlösung titriert. In gleicher Weise wurde (ohne

Fetteinwaage) der Blindwert erstellt. Die Titration erfolgte im Titrino, die Auswertung über die

Berechnung (über Titrino):


[

]

(10)

C00– Probeneinwaage in Gramm

C01– 5 bei Verwendung einer 0,005 M Natriumthiosulfatlösung

C22– Verbrauch in ml Natriumthiosulfatlösung für den Blindwert

C23– Titer der verwendeten Thiosulfatlösung

EP1– Verbrauch in ml Natriumthiosulfatlösung die Probe

Das Verfahren erfolgte in Anlehnung an § 64 LFGB: L13.00-6.


2.5. Sensorik

Um festzustellen, ob Veränderungen der Sensorik, durch Hochdruck induziert, auch noch

nach einer Zubereitung im Fleisch von Prüfpersonen wahrnehmbar sind und das über eine

Lagerdauer von 21 Tagen, wurden sensorische Untersuchungen mit einem Expertenpanel

durchgeführt. Für die sensorische Verkostung wurden Putensteaks mit 10 % einer

Emulsionsmarinade mit Zusatz von 0,2% Natriumcarbonat und 1 % NaCl (auf das kg

Fleisch) mariniert (siehe Kap. 2.1.1.). Im Anschluss daran werden diese Proben unter

Vakuum verpackt und die Hälfte des Probenmaterials wird bei 500 MPa für 3 min

hochdruckbehandelt. Die Proben wurden bei 4 °C gelagert. Vor jeder Verkostung wurde eine

mikrobiologische Untersuchung auf den Gesamtkeimzahlgehalt durchgeführt.

Für die sensorische Verkostung wurde an jedem Prüftag vor Beginn der Prüfung frisches

Putenfleisch als Referenz mariniert. Sowohl die hochdruckbehandelten Proben als auch die

frischen Proben wurden in einem Kontaktgrill bei 200 °C auf Kerntemperatur von 70 °C bei

ca. 2 min gebraten. Die Proben wurden zu 3 auf 3 cm große Vierecke zugeschnitten und

noch warm den Probanden zur Verkostung gereicht. Das Panel umfasste eine Anzahl von 12

Teilnehmern. Der Prüfbogen ist im Anhang zu sehen.

Um festzustellen, inwiefern sich der hochdruckbehandelte Camembert von dem

konventionell hergestellten Camembert im Hinblick auf die Sensorik unterscheidet, wurde mit

12 Testpersonen eine sensorische bzw. optische Beurteilung des Käses durchgeführt.

Camembert hochdruckbehandelt und unbehandelt wurden hinsichtlich der Optik, dem

Geruch und durch Tasten mit den Fingern miteinander verglichen. Der Prüfbogen ist im

Anhang zu sehen. Dabei bezog sich Frage 1 auf die ganzen Camembertlaibe. Frage 2 und 3

waren anhand von Camembertzuschnitten (ca. 3 auf 3 cm) auf einem separaten Teller zu

beurteilen.

Ergebnisse und Diskussion 86

3. Ergebnisse und Diskussion

3.1. Mikrobiologische Ergebnisse im Lebensmittel Putenfleisch

In den folgenden Unterkapiteln sollen die mikrobiologische Ergebnisse und Ergebnisse zur

Lagerstabilität einer Hochdruckbehandlung von Putenfleisch, Brustfleisch (Steak) und unter

Kap. 3.2, dem Rohmilchcamembert, dargestellt werden. Hierbei wird zunächst auf die

mikrobiologischen Untersuchungen eingegangen, im Anschluss erfolgt die Darstellung der

physikalischen und chemischen Messungen.

3.1.1.Screening auf Druckresistenz und Bestimmung eines

„Leitkeims“ in Putenfleisch

Wie im Theorieteil beschrieben, besitzt rohes vorverarbeitetes Putenfleisch eine artenreiche

native Mikroorganismenflora. Zunächst wurde auf der Grundlage des Standes des Wissens

in Bezug auf Mikroorganismen typische Vertreter der Verderbnis- und pathogenen Flora auf

Geflügelfleisch ausgewählt. Je nach vorhandenen Mikroorganismen in der Stammsammlung

des Deutschen Instituts für Lebensmitteltechnik e.V. (Quakenbrück, Deutschland) wurde eine

Auswahl an insgesamt 20 verschiedenen Stämmen getroffen. Dabei wurde darauf geachtet,

falls vorhanden, dass verschiedene Spezies und Isolationsmedien bei den Mikroorganismen

gewählt wurden.

Um für weitere Versuche eine Auswahl an Mikroorganismen treffen zu können, wurden die

verschiedenen Stämme bzw. Spezies auf ihre Drucktoleranz bei 450 MPa, 3 min und 18 ±

2 °C (Wassertemperatur der Anlage), Probentemperatur 4 °C untersucht. Auf dieser

Vorauswahl beruhend, sollten weitere Versuche z. B. Kinetiken erarbeitet werden.

Die Mikroorgansimen wurden über Nacht in Flüssigmedium angezogen, das Fleisch beimpft

und die Probe vakuumiert, direkt am Anschluss erfolgte die Hochdruckbehandlung. Die

Lebendkeimzahlbestimmung erfolgte mittels Oberflächenspatelverfahren, die

Inkubationsmedien und Bedingungen sind dem Material und Methodenteil zu entnehmen.

Um eine Überprüfung der Ergebnisse und eine Wiederholbarkeit festzustellen, wurden diese

Untersuchungen im Doppel- oder Dreifachansatz durchgeführt. Die Inaktivierung wurde

berechnet nach:


(

) (5)

N Lebensdkeimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung [KbE/g]

N0 Lebendkeimzahlen vor einer Hochdruckbehandlung [KbE/g]

Im Fall, dass nach einer Hochdruckbehandlung die Keimzahlen der Lebendbestimmung

unter der analytischen Nachweisgrenze lagen, wurde für N der Wert der Nachweisgrenze

eingegeben. Die Nachweisgrenze in diesem Vorversuch lag bei 100 KbE/g, da die

umfangreiche Analytik unter Zuhilfenahme des Spiralplaters erfolgte. Die untersuchten

Mikroorganismen zeigten im Mittel eine Inaktivierung von 0,5 bis 4 log Zyklen bei den

gewählten Behandlungsparametern von 450 MPa, 4 °C (Starttemperatur) und einer Haltezeit

von 3 min (Tabelle 13 und Tabelle 14). Bei dem sogenannten Vorversuch wurde auf eine

Temperierung des Prozesswassers verzichtet, die Temperaturen des Anlagenwassers lagen

bei 18 ± 2 °C.

In diesem Versuchsansatz wurde die höchste Drucktoleranz im Putenfleisch für

Leuconostoc gelidum mit einer Inaktivierung < 1 log festgestellt. Interessanterweise zeigte

derselbe Keim in phys. Kochsalzlösung eine gute Inaktivierung > 4 log Zyklen. Allerdings

stellt in dieser Arbeit Putenfleisch bzw. Geflügelfleisch das Bezugssystem dar, sodass sich

die Auswahl an Keimen für weiterführende Untersuchungen danach richtet. Generell wurde

in Putenfleisch eine schlechtere Inaktivierung als in phys. Kochsalzlösung gemessen. Eine

protektive Wirkung von realen Lebensmittelsystemen auf die Inaktivierung von

Mikroorganismen ist schon länger bekannt (Patterson 1995).

C. maltamaricum DIL 973 als auch eine weitere Milchsäurebakterie L. sakei ssp. sakei

DIL 667 sowie der DSM Typstamm L. sakei zeigen ebenfalls eine gute Resistenz gegenüber

Hochdruck.


Tabelle 13: Inaktivierung von verschiedenen Mikroorganismen in phys. Kochsalzlösung während einer Hochdruckbehandlung (n = 2 – 3)

Mikroorganismen DIL Nr. Inaktivierung [log (N/N0)]

A. butzleri 746 -6,35

A. butzleri DSM 8739T -6,20

A. butzleri 747 -4,00

A. cryaerophilus 748 -4,45

A. cryaerophilus 752 -6,42

A. skirrowii 750 -6,46

B. thermophacta DSM 20171T -4,37

B. thermosphacta 841 -6,7

C. maltaromaticum 973 -2,7




L. curvatus DSM 20019T -5,52

Listeria monocytogenes DSM 20600T -4,85

L. sakeissp. sakei 667 -2,76

L. sakeissp. sakei 668 -5,56

L. sakeissp. sakei DSM 20017T -4,05

Leuconostoc gelidum DSM 5578T -4,32

S. Typhimurium 23 -4,60

S. Typhimurium 3395 -5,53

Die erhöhte Toleranz/Resistenz gegenüber hydrostatischem Hochdruck des Leuconostoc,

der zur Familie der Milchsäurebakterien zählt, könnte auf das Gram-Verhalten

zurückzuführen sein, es handelt sich um gram (+) Mikroorganismen. Bei Untersuchungen

anderer Geflügelfleischsorten wie z. B. Hühnerfleisch wurde eine Verschiebung der nativen

Begleitflora nach einer Hochdruckbehandlung in Richtung gram (+) Bakterien festgestellt

(Linton et al. 2004). Die Inaktivierung von Mikroorganismen durch eine

Hochdruckbehandlung ist auf eine veränderte Permeabilität der Zellmembran

zurückzuführen, hierbei ist neben Proteindenaturierungen eine Veränderung in der

Phospholipiddoppelschicht entscheidend (Kato and Hayashi 1999). Während des

Druckaufbaus sinkt die Fluidität der Membran, MO mit weniger fluiden Membranen sind

sensitiver gegenüber einer Hochdruckbehandlung. Hieraus ist die höhere Sensibilität

gram (-) Mikroorganismen gegenüber hydrostatischem Hochdruck abzuleiten (Yaldagard et

al. 2002).


Tabelle 14: Untersuchte Mikroorganismen und deren erzielte Inaktivierung in Putenfleisch bei 450 MPa und 3 min Haltezeit (n = 2 – 3)

Mikroorganismus DIL-Nr. Inaktivierung

[log N/N0]

A. cryaerophilus 748 -2,75 ± 0,01

A. cryaerophilus 752 -2,88 ± 0,03

A. butzleri 746 -5,11 ± 0,16

A. butzleri 747 -4,38 ± 0,29

A. butzleri 751 -4,32 ± 0,81

C. maltaromaticum 973 -1,56 ± 0,95




B. cereus 744 -3,59 ± 0,19

B. cereus 745 -2,56 ± 0,73

B. cereus 742 -4,05 ± 0,21

B. cereus 743 -3,98 ± 0,03

B. thermosphacta 841 -4,37 ± 0,17

L. sakei ssp. sakei 667 -5,70 ± 0,01

L. sakei ssp. sakei 668 -1,18 ± 0,45

L. sakei ssp. sakei DSM 20019T -6,10 ± 0,60

L. curvatus DSM 20019T -6,10 ± 0,60

Leuconostoc gelidum DSM 5578T -0,25 ± 0,16

S. Typhimurium 23 -2,49 ± 0,24

S. Typhimurium 3395 -3,78 ± 0,05

Allerdings zeigen die ersten beiden Stämme der gram (-) Arcobacter im Vergleich zum

gram (+) L. curvatus ebenfalls eine hohe Druckresistenz (Tabelle 13 und Tabelle 14). Die

oftmals verallgemeinerte Annahme, dass gram (+) MO druckresistenter sind als gram (-)

(Van Opstal et al. 2005), kann hierbei nicht bestätigt werden.

Unterschiede in den Inaktivierungen innerhalb einer Spezies sind sowohl für thermische als

auch auf Hochdruck basierende Verfahren aus der Literatur bekannt (Smelt et al. 1998).

Haiqiang et al. (2009) untersuchten die Inaktivierung von L. monocytogenes-Stämmen und

beschrieben Unterschiede in der Toleranz gegenüber einer Hochdruckbehandlung, konnten

allerdings die Ursachen dafür nicht vollständig klären. Die Ergebnisse der ersten Versuche

der vorliegenden Arbeit zeigten ebenfalls deutliche Unterschiede der erzielbaren

Inaktivierung unterschiedlicher L. sakei ssp. sakei-Stämme (Tabelle 14). Für die Gattung der

Acrobacter und Carnobacter konnte keine solch ausgeprägte Stammspezifität festgestellt

werden. Die Arbeitsgruppe Liu et al. (2012) beschreiben ebenfalls eine hohe Diversität

innerhalb eines MO-Stammes z.B. C. jejuli (Untersuchungen wurden dabei in Geflügelfleisch

durchgeführt).


Nach diesen ersten Vorversuchen wurde L. gelidum als Leitkeim für weitere kinetische

Untersuchungen in Putenfleisch gewählt, er repräsentiert dabei gerade die Verderbnisflora.

Als pathogene Keime für weiterführende Untersuchungen wurden aufgrund aktueller

Berichte in der Fleisch- und Käseindustrie Salmonella und Listeria gewählt.

3.1.2.Einfluss von Prozessparametern auf die Inaktivierung von

L. gelidum in Putenfleisch

In den anschließenden Versuchen wurden verschiedene Prozesseinstellungen (Temperatur,

Druck, Haltezeit) auf die erzielbare Inaktivierung von L. gelidum in Putenfleisch untersucht.

Analysiert wurden dabei die Temperaturen 1, 4, 10, 20, 30 und 50 °C. Die Haltezeit variierte

zwischen 1, 3, 5 und 7 Minuten. Es wurden die Druckstufen 400, 450, 525 und 600 MPa

gewählt.

Die Ergebnisse der Inaktivierungsstudie für L. gelidum in Putenfleisch sind im Anhang

dargestellt. Zum Teil sind die Standardabweichungen sehr groß, was damit zu erklären ist,

dass die Versuche aufgrund des Umfangs nur in dreifacher Bestimmung durchgeführt

werden konnten und bereits bei der Probenvorbereitung sowie der Versuchsvorbereitung

(Temperieren etc.) große Fehler entstehen können.

Die Ergebnisse zeigen, dass bei den höheren Druckstufen 525 MPa und 600 MPa kein

linearer Verlauf der Inaktivierung zu finden ist (Abbildung 74 im Anhang).Für 400 MPa kann

die Annahme, dass die Inaktvierung steigt mit verlängerter Haltezeit bestätigt werden

(Erkmen 2009). Die Inaktivierungen bei 525 und 600 MPaliegen sehr nahe an der

Nachweisgrenze, unabhängig von der Haltezeit. Es ist keine Regression durch den Nullpunkt

möglich. Die Versuche wurden in einer kleinindustriellen Anlage durchgeführt, die einen

Druckaufbau von 100 MPa/min besitzt. So kann davon ausgegangen werden, dass der

Effekt der Druckaufbauzeit und der Effekt, der nur von der Haltezeit bei 500 MPa wirkt, nicht

separiert werden kann. Die meiste Inaktivierung der MO wird bereits vor Erreichen des

Enddrucks stattgefunden haben. Bei so langen Druckaufbauzeiten erwies sich auch eine

angemessene Temperierung als schwierig. Gerade bei Temperaturen über 20 °C war ein

deutlicher Wärmeabtransport an das Prozesswasser und den Behandlungsraum nicht

auszuschließen. Bei dem untersuchten Produkt von rohen Proteinen sollte aber auch ein

thermisches Denaturieren der Proteine vermieden werden. Kalkuliert man die adiabatische

Erwärmung von überschlagenen 3 °C/100 MPa mit ein, so stellen Temperaturen von 4 bis


20 °C den Hauptfokus in dieser Arbeit dar. Vergleicht man die Ergebnisse der Mikrobiologie

mit den Ergebnissen der Funktionalität, so besitzt der Druck den größten Einfluss auf

Veränderungen der nativen Matrix. Deshalb wurde auch der Schwerpunkt auf moderate

Drücke bis max. 500 MPa gelegt. Wie die Ergebnisse (siehe Anhang) hier zeigen, kann bei

450 – 500 MPa auch von einer ausreichenden Inaktivierung ausgegangen werden.

Daher erfolgt der Ansatz einer Modellierung ausschließlich und symbolisch an der

Druckstufe für 400 MPa (Abbildung 6, die graphische Darstellung der Modellierungsansätze

für die Druckstufe 600 MPa sind dem Anhang beigefügt).

Im ersten Schritt wurde die Zeitabhängigkeit der Abtötung bestimmt durch:

(11)

für T und p konstant.

Im zweiten Schritt wird die Abhängigkeit von k(T,p) von p bestimmt bei T = konstant durch

(Tabelle 15):

( )

(12)

In Abbildung 7 sind die ln(k) Werte über 1/T für die Druckstufe 400 MPa dargestellt und

zeigen die Schwierigkeit einer Modellierung für diesen Versuchsaufbau.


400 MPa

Zeit h

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Ina

ktiviie

run

g lo

g (

N/N

0)

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

1 °C

Plot 1 Regr

4 °C

Plot 2 Regr

10 °C

Plot 3 Regr

20 °C

Plot 4 Regr

30 °C

Plot 5 Regr

Abbildung 6: Bestimmung der k0 durch lineare Regression der Inaktivierungen bei p = 400 MPa und T = 1; 4; 10; 20 und 30 °C.

Tabelle 15: Parameter für die Modellierung bei 400MPa

T [°C] T [k] 1/T [1/K] -k(T) [1/h] ln(k(T)) R²

1 274 0,0036 0,7124 -0,3392 0,9752

4 277 0,0036 1,1264 0,1190 0,8737

10 283 0,0035 1,5603 0,4449 0,9996

20 293 0,0034 0,9930 -0,0070 0,9930

30 303 0,0033 2,1887 0,7833 0,9944

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30


1/T

0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 0,0036 0,0037

ln (

k(T

))

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Col 4 vs Col 6

Plot 1 Regr

Abbildung 7: Darstellung der ln(k) Werte über 1/T für die Druckstufe 400 MPa.

3.1.3.Lagerung und Haltbarkeit von hochdruckbehandeltem

Putenfleisch bei unterschiedlichen Lagerbedingungen

In einem Lagertest unter verschiedenen Atmosphären bei 4 °C wurde die Entwicklung der

Keimzahlen von unmariniertem und mariniertem Putenfleisch (Steak) untersucht. Dabei

wurden Proben je unter Vakuum und unter Schutzgas sowie normaler Atmosphäre verpackt.

Es sollte geklärt werden, ob MO, die nicht vollständig inaktiviert wurden, unter verschiedenen

Lagerbedingungen weiter anwachsen können und ob eine synergistische Beziehung

zwischen Behandlung und Lagerbedingung besteht.

Marinaden wurden, in dem Fall eine Modellmarinade, in Anlehnung an industrierelevante

Rezepte verwendet. Es wurde jeweils eine Emulsion aus 70 % Rapsöl und 30 % Wasser mit

10 % NaCl, 2 % Natriumcarbonat und 1 % eines Emulgiercompound (AVO, Belm)

angefertigt. Hinzu kam einmal ein grünfärbendes Mittel Chlorophyl (flüssig) (AVO, Belm), ein

rotfärbendes Paprikaoleorosin (flüssig) (AVO, Belm) und ein gelbfärbendes Mittel, Kurkuma

(Pulver) (AVO, Belm). Dies geschah, um zum einen den Probenumfang zu vergrößern und


zu schauen, ob bereits kleine Änderungen sowie der Zusatz von Öl in der Marinade zu

veränderten Lagereigenschaften führen.

Bei den mikrobiologischen Analysen wurde der Test nach dem Erreichen einer

Gesamtkeimzahl von 107 KbE/g abgebrochen. Bereits nach sieben Tagen Lagerung wurden

bei allen Fleischproben ohne HP (high pressure, Hochdruck) unter normaler Atmosphäre

diese Grenze überschritten. Aber auch bei den Proben unter Schutzgas und Vakuum lag die

Keimzahl bei unbehandeltem Fleisch bereits nach sieben Tage über 106 KbE/g (Tabelle 16).

Bei Putenfleisch, das bei 500 MPa behandelt wurde, zeigte sich, dass eine Lagerung unter

Vakuum zur schlechtesten Haltbarkeit im Vergleich zu Proben, gelagert unter normaler

Atmosphäre und Schutzgas, führt (Tabelle 17). Nach 21 Tage wurde in Proben, die unter

Vakuum verpackt wurden, eine Keimzahl von 107 KbE/g überschritten. Betrachtet man die

differenzierten Keimzahlen, so zeigt sich gerade bei diesen Proben ein gutes Wachstum der

zumeist fakultativ anaeroben Milchsäurebakterien. Dies würde auch die Ergebnisse aus dem

ersten Screeningversuch auf Drucktoleranz ergänzen, bei dem Milchsäurebakterien relativ

resistent gegenüber HP sind und während einer geeigneten Lagerung daher, aus

Ermangelung weiterer Begleitflora, stärker heranwachsen konnten. Das MO der Gattung

Milchsäurebakterien relativ resistent sind ist aus der Litertur bereits bekannt (O´Reilly et al.

2001; Molina-Höppner et al. 2004).

Auch bei den Proben unter normaler Atmosphäre konnte für Milchsäurebakterien ein gutes

Wachstum festgestellt werden. Lediglich die Lagerung unter Schutzgas ergab selbst nach 21

Tagen Lagerung eine Keimzahl nahe der Nachweisgrenze von 100 KbE/g für

Milchsäurebakterien.

Festzuhalten bleibt, dass eine Hochdruckbehandlung zu einer Verlängerung der Haltbarkeit

führt. Durch die Wahl von bestimmten Lagerbedingungen wie z. B. Schutzgas kann die

Haltbarkeit noch weiter gesteigert werden.


Tabelle 16: Keimzahlen ohne Hochdruckbehandlung von reinem Putenfleisch, gelagert bei verschiedenen Atmosphären

Tabelle 17: Keimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa, 3 min) von reinem Putenfleisch, gelagert bei verschiedenen Atmosphären

Keimzahl [KbE/g] von

Verpackung Tage aerobe Gesamtkeimzahl

anaerobe Gesamtkeimzahl Milchsäurebakterien Pseudomonaden Enterobacteriaceae

normale Atmosphäre

1 1,60E+05 2,00E+03 3,00E+03 1,00E+02 1,60E+05

7 1,30E+08 1,00E+06 1,20E+08 1,40E+03 8,40E+08

Vakuum- verpackung

1 1,00E+02 1,00E+02 4,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

7 3,10E+06 1,20E+06 1,80E+06 2,70E+03 1,60E+05

Schutzgas- verpackung

1 8,40E+05 3,00E+03 3,20E+04 1,00E+02 7,60E+05

7 5,00E+06 1,30E+06 2,80E+06 1,00E+02 1,30E+06




normale Atmosphäre

1 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

7 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

14 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

21 5,50E+04 1,00E+02 4,00E+04 1,00E+02 9,00E+04

Vakuum-verpackung

1 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

7 4,50E+04 6,00E+02 2,00E+03 1,00E+02 3,00E+04

14 2,00E+05 1,00E+02 1,50E+03 1,00E+02 2,00E+05

21 6,50E+07 3,00E+04 5,30E+07 3,50E+03 2,90E+07

Schutzgas-verpackung

1 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

7 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

14 3,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

21 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02


Wie erwartet, wurde bei dem Putenfleisch mariniert mit Modellmarinade ohne

Hochdruckbehandlung bereits nach sieben Tage eine Keimzahl gleich oder größer 107 KbE/g

erreicht (Tabelle 18 und Anhang). Dabei lag der Anfangskeimgehalt, durch Rekontamination

des Marinierungsschrittes, leicht über dem von reinem Fleisch. Bei hochdruckbehandelten

Proben wurde bei Putenfleisch, das unter Schutzgas gelagert wurde, eine Verlängerung der

Haltbarkeit bis auf 26 Tage festgestellt. Der Verlauf oder die Entwicklung der Keimzahlen

sind relativ unabhängig von der Modellmarinade daher sind hier nur die Ergebnisse für die

grüne Modellmarinade dargestellt die restlichen Ergebnisse sind dem Anhang zu

entnehmen. Die grüne Marinade weist eine leicht verringerteAnfangskeimzahl auf, wobei

dies auch auf die heterogene Anfangsbelastung des Rohmaterials zurückzuführen sein kann.

Die Endkeimzahlen der aeroben Gesamtkeimzahl sind nach 26 Tage Lagerung unter

Schutzgas mit Hochdruckbehandlung bei mariniertem Fleisch 2,4×106 KbE/g für grüne

Marinade (Tabelle 18), 1,0×108 KbE/g für gelbe Marinade (Anhang) und mit 1,4×107 KbE/g

bei roter Marinade (Anhang) deutlich höher als bei unmariniertem nativen Fleisch mit

1,0×102 KbE/g (Tabelle 17). Die Marinadenbestandteile haben somit keinen positiven Effekt

auf eine Lagerung. Hierbei sei erwähnt das abgesehen von Natriumcarbonat und 1 % NaCl

aufs Kilogramm Fleisch kaum Wirkstoffe enthalten sind die eine Verbesserte Lagerung

unterstützen könnten. Es konnte allerdings auch keine Verbesserte Inaktivierung bei Zugabe

dieser Salze festgestellt werden. Das marinierte Fleisch hingegen, welches unter Vakuum

gelagert wurde, wies bereits nach 16 Tagen eine aerobe Gesamtkeimzahl von 2,23 –

4,45×108 KbE/g (unabhängig von der Marinade) auf. Wohingegen bei unmariniertem

Putenfleisch die Keimzahl nach 21 Tagen gerade einmal eine vergleichbare Ausprägung mit

6,5×107 KbE/g erreichte (Tabelle 17).

Abschließend kann man also davon ausgehen, dass unabhängig von dem Fleischprodukt

selbst eine weitere Lagerungsstabilität durch Auswahl der richtigen Lagerbedingung (z. B.

unter Schutzgas) zusätzlich zu einer Hochdruckbehandlung erzielt werden kann, dass aber

eine zusätzliche Haltbarkeitsverlängerung in diesem Fall nicht durch den Zusatz von

weiteren Salzen und Inhaltstoffen in der vorliegenden Arbeit erzielt werden konnte.

Vergleichend konnten Rodríguez-Calleja et al. (2012) in Hühnerbrustfilet ebenfalls eine

verlängerte Haltbarkeit durch Kombination von Schutzgasverpackung und

Hochdruckbehandlung (300 MPa) und Zusätzen von antimikrobiologischen Substanzen,

dabei konnten sie eine Lagerungszeit von 26 Tagen ermitteln. Durch den Zusatz von Salzen

wie z.B. Lactate konnte bei Patterson et al. (2011) eine verbesserte Reduktion des Keimes L.

monocytogenes in Hühnerbrust gezeigt werden. Diese Wirkung konnte die hier zugefügten

Salze NaCl, Carbonat nicht bewirken.Im Gegenteil, eine Erklärung könnten schützende

Wirkungen auf die MO, ausgehend von einzelnen Salzen, während einer


Hochdruckbehandlung geben. Die Wirkung von Salzen auf die Schädigung und auf den

Gehalt an geschädigten (sublethalen) MO sollte in weiteren Versuchen am Modellkeim S.

Thyphimurium untersucht werden.

Um zu sehen, ob gefärbte Marinaden einen Einfluss auf die Farbentwicklung, den Drip loss

(Wasserhaltekapazität) sowie weitere chemische Parameter über eine Lagerung hinweg

besitzen, wurden von marinierten Proben zusätzlich zu den mikrobiologischen Analysen

weitere Parameter bestimmt.

Bei der Bestimmung der POZ, die eine Fettoxidation nachweisen sollte, zeigte sich ein

erhebliches Problem bezüglich des geringen Fettanteils der Probe. Weiterhin verdeutlichten

die Versuche, dass die Farbstoffe durchaus einen Einfluss auf die Fettextraktion besitzen.

Paprikaoleorosin und Kurkuma könnten aufgrund ihres chemischen Aufbaus als Emulgator

fungieren, bei diesen Proben konnte für eine richtige POZ-Bestimmung zu wenig Fett

extrahiert werden. Die Fettextraktion lag bei gelbmariniertem Fleisch gerade mal bei 0,41 ±

1,6 g/100 g. Daher sind die Ergebnisse für diese Marinaden zu vernachlässigen. Bei den

grünmarinierten Proben lag die Fettextaktion bei 0,88 ± 0,16 g/100 g nicht bedeutend höher.

Bei diesen grünmarinierte Proben, unter Vakuum verpackt, zeigte sich ein Anstieg der

Peroxidzahlen vor allem innerhalb der ersten sieben Tage Lagerung, danach flacht der

Kurvenverlauf etwas ab (Abbildung 8). Die POZ bei Proben ohne Hochdruck am Lagertag 0

und die Proben direkt nach einer Hochdruckbehandlung (Lagertagag 1) sind deutlich

geringer als nach einer Lagerung von sieben Tagen. Cheah and Ledward (1997)

untersuchten den Einfluss von antioxdiativen Substanzen z.B. Ascorbinsäure oder NaEDTA

auf eine Fettoxidation von hochdruckbehandeltem Fleisch, dabei stellten sie die Hypothese

auf das eine Fettoxidation durch während der Hochdruckbehandlung freigesetze Ionen

begünstigen wird. Eine stärkere Oxidation von Fett konnte in dieser Arbeit bestätigt werden

darüber hinaus scheint die Lagerung einen Einfluss auf die POZ-Entwicklung zu besitzen,

was nicht verwunderlich ist da auch bei unbehandelten Fleischproben ein Verderb durch

Fettoxidation bekannt ist, dennoch scheint der Hochdruck diesen Prozess zu beschleunigen.

Parallel wurde der pH-Wert der Proben bestimmt (Abbildung 9). Der Verlauf des pH-Wertes

stimmt gut mit dem Verlauf der POZ überein (bei grünen Marinaden). Es ist auch zunächst

ein steiler Anstieg zu erkennen, der gegen Ende der Lagerung gegen ein Maximum tendiert.

Vergleicht man die POZ von Proben unter Vakuum mit Proben, die unter Schutzgas verpackt

worden sind, so liegt die POZ bei Schutzgas bei 258 mval/kg nach einer Lagerung von 14

Tagen deutlich über dem gemessenen Wert von vakuumverpackten Proben mit 46,4 mval/kg

Fett (Abbildung 8). Die Schutzgasverpackung scheint nach mikrobiologischen Erkenntnissen

zwar eine deutlich bessere mikrobiologische Stabilität zu erzielen, bei Betrachtungen des

Fettverderbs kann dies nicht bestätigt werden. Für eine genauere Aussage sollte in weiteren


Versuchen allerdings reines Putenfett untersucht werden, da bei den geringen

Fettextraktionswerten eine Interpretation der Ergebnisse kaum möglich ist. Der pH-Wert

unter Schutzgas verpackten Proben steigt bei einer Lagerung auf Werte um die 6,1 und

damit vergleichbar wie Proben, die unter Vakuum verpackt wurden, allerdings scheint ein

pH-Anstieg hier schneller zu geschehen (was mit der POZ-Messung korreliert) (Abbildung 9).


Tabelle 18: Keimzahlen ohne Hochdruckbehandlung von Putenfleisch mariniert mit grüner Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen Atmosphären





1 3,00E+04 4,00E+04 2,00E+02 6,50E+02 4,15E+03

7 2,15E+07 2,75E+07 6,75E+04 7,75E+05 1,95E+05

Vakuum- verpackung

1 2,50E+04 2,90E+04 3,50E+03 6,50E+03 7,45E+03

7 2,75E+06 2,35E+06 1,95E+03 8,25E+05 8,75E+04

Tabelle 19: Keimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa, 3 min) von Putenfleisch mariniert mit einer grünen Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen Atmosphären





1 2,10E+03 2,40E+03 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

5 1,50E+03 2,90E+03 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

12 3,00E+03 2,00E+03 3,50E+02 1,00E+02 1,00E+02

15 8,75E+03 1,10E+04 5,00E+03 1,00E+02 1,00E+02

20 3,80E+05 1,20E+06 2,68E+05 1,00E+02 1,00E+02

26 2,40E+06 2,00E+04 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

Vakuum-verpackung

1 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

5 8,50E+02 2,00E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

12 2,16E+07 5,45E+06 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

16 2,23E+08 2,05E+08 1,00E+07 4,20E+06 8,05E+04


Lagertage

0 2 4 6 8 10 12 14 16

PO

Z (

mval/kg F

ett

)

0

10

20

30

40

50

60

70

Grüne Marinade

Gelbe Marinade

Rote Marinade

Lagertage

0 5 10 15 20 25 30 35

PO

Z (

mval/kg F

ett

)

0

100

200

300

400

500

600

Grüne Marinade

Gelbe Marinade

Rote Marinade

Abbildung 8: POZ von vakuumverpackten (A) und schutzgasverpackten (B), hochdruckbehandelten (500 MPa, 3 min) Putenproben.

Lagertage

0 2 4 6 8 10 12 14 16

pH

-Wert

5,8

5,9

6,0

6,1

6,2

6,3

6,4

6,5

Grüne Marinade

Gelbe Marinade

Rote Marinade

Lagertage

0 5 10 15 20 25 30 35

pH

-Wert

5,7

5,8

5,9

6,0

6,1

6,2

6,3

6,4

Grüne Marinade

Gelbe Marinade

Rote Marinade

Abbildung 9: pH-Wert von vakuumverpackten (A) und schutzgasverpackten (B), hochdruckbehandelten (500 MPa, 3 min) Putenproben.

Der L*-Wert für natives Putenfleisch steigt bedingt durch die Hochdruckbehandlung direkt

nach dem Verfahren (Ergebnisse zwischen Tag 0 vor HP und Ergebnis von Tag 1 nach HP)

am stärksten an. Über eine Lagerungszeit hinweg sind dann kaum Veränderungen messbar

(Tabelle 20). Der a*-Wert (Rotwert) steigt leicht zu Beginn des Versuches an, bleibt aber

gerade bei vakuumverpacktem Fleisch annähernd konstant. Bei Schutzgasverpackungen ist

der Farberhalt nicht so stark ausgeprägt, nach 14 Tagen ist das hellste Produkt messbar mit

A B

A B


einem L*-Wert > 80. Der Tropfsaftverlust, oder auch Drip loss genannt, zeigt bei unter

Schutzgas verpacktem Material gegen Ende der Lagerung die höchsten Werte mit 35,48 ±

0,98 %.

Abbildung 10: Putenfleisch mariniert mit Wasse und von Paprikaoleorosin vor einer Hochdruckbehandlung und nach 500 MPa, 3 min.

Bei Fleisch, das mit einer farbgebendem Marinade mariniert wurde, ist kein totaler Erhalt der

Farbe feststellbar. Auch optisch waren die Veränderungen des nativen Fleischgewebes noch

durch die Marinade hindurch erkennbar (Abbildung 10). Dennoch sind bei einer dunklen

Marinierung mit Chlorophyll (grün) die dunkelsten Fleischproben mit den niedrigsten L*-

Werten nach der Lagerung messbar. Dabei zeigt sich die Verpackung unter Schutzgas, im

Vergleich zu einer Vakuumverpackung, mit synergistischen Effekten betreffend des

Farberhaltes (Tabelle 20 und Tabelle 21). Bak et al. (2012) zeigten,dass es in den ersten 5

Lagertagen von hochdruckbehandeltem Fleisch zu einem Verlust des Rotwertes und einem

Anstieg des Gelbwertes kommt. Dies kann in der vorliegenden Arbeit nur zum Teil bestätigt

werden, unter Vakuum verpackte marinierte Proben und unter Schutzgas verpackte Proben

ohne Marinade zeigen einen Verlust des a*-Wertes. Bei Proben mit roter Marinade, unter

Schutzgas verpackt zeigen nach einer Hochdruckbehanldung ein Anstieg des a*-Wertes,

was in diesem Fall durch die Freisetzung von Farbpikmenten aus dem Paprikaoleorosin

erklärt werden könnte. Die ansonst relativ über die Lagerung relativ konstanten leicht

Reduzierten a*-Werte mit dem geringen Myoklobingehalt des Rohmaterials zusammen

hängen. Bak et al. (2012) führen Ergebnisse auf die Veränderung des Eisenkerns während

der Lagerung nach einer Hochdruckbehandlung zurück.

Ohne HP 500 MPa

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0309174012001489#bb0020


Tabelle 20: Farb- und Wasserhaltekapazität Messung in Putenfleisch unmariniert vor einer HP (Tag 0) und nach 500 MPa/3 min (Tag 1) über eine Lagerzeit von 14 Tagen

Verpackung Tag L*-Wert a*-Wert b*-Wert Drip loss [%]

Vakuum- verpackung

0 46,77 ± 0,64 -1,20 ± 0,19 6,22 ± 0,65 33,79 ± 1,56

1 77,89 ± 0,34 1,46 ± 0,29 11,23 ± 0,28 29,12 ± 0,51

7 77,89 ± 0,34 1,46 ± 0,29 11,23 ± 0,28 34,71 ± 2,84

14 76,67 ± 0,49 1,23 ± 0,39 11,20 ± 0,77 32,96 ± 2,06


0 46,00 ± 0,51 -0,10 ± 0,32 6,68 ± 0,60 28,57 ± 1,07

1 79,86 ±0,56 1,13 ± 0,19 10,42 ± 0,22 27,79 ± 0,93

7 77,78 ± 0,80 1,55 ± 0,26 11,63 ± 0,24 31,95 ± 1,60

14 80,01 ± 0,53 -0,77 ± 0,27 13,77 ± 0,52 35,48 ± 0,98

Tabelle 21: Farb- und Wasserhaltekapazität Messung in Putenfleisch mariniert vor einer HP (Tag 0) und nach 500 MPa/3 min (Tag 1) über eine Lagerzeit von 21 Tagen unter Schutzgas

Marinade Tag L*-Wert a*-Wert b*-Wert Drip loss [%]

Grün

0 39,88±1,83 0,50 ± 1,22 11,80 ± 1,52 26,69 ± 1,88

1 58,50 ± 3,50 -0,70 ± 0,64 20,79 ± 2,59 31,00 ± 1,82

14 57,92 ± 1,55 -1,17 ± 1,04 18,31 ± 1,48 29,13 ± 1,91

21 58,62 ± 0,02 0,02 ± 1,16 19,51 ± 1,75 30,13 ± 1,25

Gelb

0 46,47 ± 1,22 1,34 ± 1,34 17,87 ± 4,60 28,61 ± 3,14

1 69,82 ± 0,64 -3,67 ± 0,75 29,18 ± 2,00 24,51 ± 2,39

14 70,88 ± 1,04 -2,86 ± 0,99 29,12 ± 2,07 32,67 ± 1,14

21 71,15 ± 0,54 -3,54 ± 0,87 25,91 ± 1,13 28,75 ± 1,24

Rot

0 46,47 ± 1,45 13,81 ± 1,45 20,35 ± 2,02 25,97 ± 0,81

1 69,82 ± 2,45 21,86 ± 2,69 28,34 ± 3,01 33,53 ± 1,45

14 70,88 ± 1,92 18,64 ± 2,85 28,81 ± 3,44 32,25 ± 3,70

21 71,15 ± 2,12 21,46 ± 2,87 33,67 ± 4,80 25,30 ± 0,62

Tabelle 22: Farb- und Wasserhaltekapazität Messung in Putenfleisch mariniert vor einer HP (Tag 0) und nach 500 MPa/3 min (Tag 1) über eine Lagerzeit von 21 Tagen unter Vakuum

Marinade Tag L*-Wert a*-Wert b*-Wert Drip loss [%]

Grün

0 36,37 ± 1,83 0,27 ± 0,38 13,70 ± 1,66 29,96 ± 1,19

1 60,41 ± 1,57 -3,49 ± 0,61 14,96 ± 1,80 23,29 ± 1,16

14 62,59 ± 1,66 -1,91 ± 0,66 14,03 ± 1,72 29,75 ± 1,11

21 62,28 ± 1,73 -2,76 ± 0,82 13,40 ± 1,19 34,46 ± 0,76

Gelb

0 37,13 ± 1,42 12,92 ± 2,96 20,85 ± 2,18 28,66 ± 1,84

1 72,73 ± 0,73 -1,89 ± 0,35 22,03 ± 1,29 31,47 ± 1,15

14 72,95 ± 0,60 -1,45 ± 0,19 16,43 ± 1,70 32,03 ± 1,17

21 72,90 ± 0,70 -1,30 ± 0,29 14,82 ± 1,69 30,18 ± 0,53

Rot

0 47,81 ± 1,85 -1,26 ± 1,09 13,91 ± 2,90 27,91 ± 1,47

1 60,14 ± 1,43 24,10 ± 2,49 29,38 ± 3,53 31,89 ± 1,02

14 63,57 ± 1,51 17,98 ± 1,56 23,62 ± 1,90 27,21 ± 1,67

21 61,67 ± 1,56 19,65 ± 2,85 25,03 ± 2,42 30,31 ± 0,50


3.2. Mikrobiologische Ergebnisse im Lebensmittel Käse

Der Rohmilchkäse wurde mit L. innocua als stellvertretender Leitkeim beeimpft. Dabei

richtete sich die Wahl des Leitkeims hierbei nach aktuellen Ereignissen in der

Lebensmittelindustrie, bei der im Jahre 2010 L. monocytogenes als toxischer Keim auf

Rohmilchkäse erheblichen Schaden gesundheitlich und wirtschaftlich verursachte. Bei

diesem Versuchsdesign galt es, den Zeitpunkt einer Hochdruckbehandlung in den

Produktionsablauf von Camembert so zu integrieren, dass neben einer hohen Inaktivierung

auch eine gute Funktionalität des Endproduktes erzielt werden kann. Bei den

Hochdruckbehandlungen am Ende der Reifezeit konnte kein positiver Abtötungserfolg

festgestellt werden. Im Gegensatz dazu konnte bei Hochdruckzeitpunkten vor und nach dem

Salzbad eine deutliche Reduktion der Keimzahl beobachtet werden (Tabelle 23). Dies könnte

auf den reduzierten aw-Wert nach der Reifung zurückzuführen sein. Der aw-Wert betrug bei

dem geformten Käse 0,97 und nach dem Trocknen 0,96. Nach zwei Wochen Reifung war

der aw-Wert des Käses auf 0,94 gesunken. In der Fachliteratur bekräftigt beispielsweise

Gould (2001), dass eine niedrige Wasseraktivität zu einer schlechteren Inaktivierung führen

kann. Unterstützend zu dieser Theorie kommen die gemessenen Lebendkeimzahlen für

verschiedene Druckstufen hinzu. So scheinen bei geformtem Käse ein Druck von 450 MPa

und eine Haltezeit von 5 min eine gute Keimreduktion von 106 KbE/g auf kleiner der

Nachweisgrenze von 10 KbE/g zu bewirken (Tabelle 23). Bei dem getrockneten Käse

hingegen konnte keine so starke Reduktion gemessen werden, die Keimgehalte lagen um

die 104 KbE/g. Dass die Druckhöhe selbst eine Aufwirkung auf die Inaktivierung besitzt, ist

aus der Literatur bereits bekannt, z. B. Smelt (1998). Aber auch der Einfluss des

behandleten Mediums ist nicht zu vernachlässigen, wie diese Ergebnisse zeigen. Direkt für

Käse konnten O´Reilly et al. (2001) zeigen, dass der Reifegrad des Käses und die Käsesorte

selbst die Inaktivierung der Mikroorganismen unter Hochdruck beeinflussen.

Zusammenfassend kann man feststellen, dass alle Hochdruckbehandlungen am geformten

Käse, der noch keiner Reifung und keinem Salzbad unterlag, alle getesteten Druckstufen

erfolgreich waren und dass im getrockneten Käse ein höherer Behandlungsdruck eingesetzt

werden muss, um die gleiche Inaktivierung wie im geformten Käse bei niedrigerem Druck zu

erzielen.


Tabelle 23: L. innocua Keimzahlen von Camembert unbehandelt und hochdruckbehandelt an verschiedenen Stellen des Käseherstellungsprozesses

unbehandelter Käse 600 [MPa] 500 [MPa] 450 [MPa]

geformter Käse 1,00E+06 2,00E+01 <10 <10

1,00E+06 <10 <10 <10

getrockneter Käse 1,00E+06 <10 4,00E+01 3,70E+04

1,00E+06 <10 <10 2,00E+04

nach zwei Wochen Reifung 1,75E+07 1,20E+07 1,40E+07 1,80E+07

1,75E+07 1,50E+07 1,40E+07 1,60E+07

Obwohl bei 500 MPa und 600 MPa vor und nach dem Salzbad (geformter Käse und

getrockneter Käse) die Keimzahlen durchschnittlich auf unter die Nachweisgrenze reduziert

wurden, was eine Inaktivierung von in etwa 5 log entsprechen würde, ist bei allen Chargen

nach einer Lagerung ein Nachweis nach Listeria positiv (Tabelle 24). Dies zeigt, dass keine

vollständige Inaktivierung bei keiner Charge (außer der zweiten Versuchsreihe mit 500 MPa)

garantiert werden kann, da entweder ein Teil der MO nur sublethal geschädigt war oder

vereinzelt noch resistente Keime vorhanden waren. Daher wurde in anschließenden

Versuchen der fokus stärker auf Erholung sublethal geschädigter MO gelegt.

Tabelle 24: Lebendkeimzahlen der L. innocua von Camembert direkt nach einer HP-Behandlung und nach einer Lagerung des fertigen Käses von zwei Wochen

direkt nach HP

nach zwei Wochen Lagerung

600 [MPa] 500 [MPa]

600 [MPa] 500 [MPa]

geformter Käse 2,00E+01 <10

1,90E+02 7,00E+01

<10 <10

7,00E+01 <10

getrockneter Käse <10 4,00E+01

5,40E+02 1,20E+02

<10 <10

2,09E+02 1,40E+03

Um den Effekt der Lagerung genauer zu betrachten, wurden eine Käse und Pufferlösung

direkt nach dem Trocknen hochdruckbehandelt (600 MPa, 5 min) und während einer

zweiwöchigen Reifung untersucht. Dabei wurde ein Doppelansatz gewählt. Durch die

extremen Inhomogenitäten des Käses selbst ist nur eine Tendenz ersichtlich, endgültige

Aussagen können nicht getroffen werden. Es zeigte sich, dass direkt nach einer

Hochdruckbehandlung eine Inaktivierung stattgefunden hatte, wobei eine der Käsechargen

keine totale Inaktivierung, sondern nur Endkeimzahlen nahe der Nachweisgrenze zeigte.

Nach der Lagerung zeigt sich für den Käse folgender Verlauf: Bei der nicht vollkommen

inaktivierten Charge wachsen die Listerien zunächst etwas an, aber nach zwei Wochen


Reifung sind in beiden Chargen keine Keime mehr nachweisbar. Beim Puffersystem

(Peptonwasser) sind über die gesamte Lagerung hinweg Listerien nachweisbar mit einem

relativ großen Gehalt, obwohl zunächst eine totale Inaktivierung gemessen wurde. Es bleibt

somit festzuhalten, dass der Käse im Vergleich zum Puffersystem kein unselektives Medium

darstellt. Die nur geschädigten MO werden an ihrem Wachstum zwar nicht gehindert, aber

es ist ein verzögertes Anwachsen im Vergleich zum Puffer zu erkennen (Tabelle 25).

Tabelle 25: L. innocua Keimzahlen im Camenbert nach der Trocknung und in Puffer (Peptonwasser) mit HP und ohne

direkt nach HP

nach zwei Wochen Lagerung

600 [MPa] ohne HP

600 [MPa] ohne HP

getrockneter Käse <10 7,40E+04

<10 1,90E+06

2,20E+02 8,00E+04

<10 2,90E+06

Puffer <10 1,20E+07

2,50E+05 9,20E+06

<10 1,20E+07

1,40E+05 8,20E+06

Wichtige Aspekte, die bereits aus der Literatur bekannt sind, zeigen, dass die Abtötung von

Mikroorganismen neben Faktoren wie der Druckhöhe, der Prozesstemperatur und der Zeit

von der Beschaffenheit des umgebenden Mediums abhängt (Molina-Höppner et al. 2004). In

O´Reilly et al. (2001) ist zu lesen, dass Milch ein Medium ist, welches L. monocytogenes bei

einer Inaktivierung durch Hochdruck schützt (O´Reilly et al. 2001). Zusätzlich ist bekannt,

dass Milchfett eine schützende Wirkung auf enteropathogene Bakterien unter Hochdruck

haben kann (Knorr und Mathys 2002). Der verwendete Camembert wies einen Fettgehalt

von 30 % auf. Es wäre möglich, dass dieser eine baroprotektive Wirkung auf die Listerien im

Käse hatte. Jedoch konnten bei einer Versuchsreihe, bei der der Fettgehalt eines Produktes

variiert wurde, keine Unterschiede in der Abtötung der Mikroorganismen bei den

unterschiedlich fetthaltigen Produkten festgestellt werden (O´Reilly et al. 2001). Des

Weiteren wurde sogar in einer Milch mit 0 % Fett der schützende Effekt auf die

Mikroorganismen in der Milch im Vergleich zu dem Abtötungseffekt in einem Puffer gefunden

(O´Reilly et al. 2001). Dies spricht dafür, dass die umgebende Matrix das Produkt schützen

kann. Auch bei anderen Versuchsreihen wurden schützende Matrixeigenschaften auf die

Abtötung von Listeria innocua festgestellt. Dazu wurde bei einer Versuchsreihe zum einen

Hackfleisch und zum anderen eine Nährlösung mit Listerien versetzt und

hochdruckbehandelt (Herdegen 1998). Dabei zeigte sich, dass bei den verwendeten Druck-

Zeit-Kombinationen die Listerien in der Pufferlösung immer besser inaktiviert wurden als in


der Hackfleischmatrix (Herdegen 1998), und bestätigen daher die hier gefundenen

Ergebnisse für die Messungen der Listerien direkt nach einer HP-Behandlung.

Die Milchsäurebakterien im Käse wurden bei den Hochdruckbehandlungen nicht vollständig

inaktiviert (Tabelle 26). Auch aus der Literatur ist bekannt, dass das Milchsäurebakterium

gegenüber Hochdruckbehandlungen bis 600 MPa relativ resistent ist (Molina-Höppner 2002).

Zusätzlich ist bekannt, dass L. monocytogenes im Käse druckempfindlicher ist als die

ursprüngliche Milchsäurebakterienflora (O´Reilly et al. 2001). Dies könnte ein wichtiger

Aspekt sein, der zur Erhaltung des Rohmilchcharakters des hochdruckbehandelten Käses

beiträgt.

Tabelle 26: Milchsäurebakterien in der Milch bis zum getrockneten Käse und nach einer HP Behandlung (600 MPa, 5 min)

ohne HP StabW 600 [MPa] StabW

Milch 1,50E+02 ±7,07E+01 1,50E+02 ±5,77E+01

angesäuerte Milch 4,00E+02 ±0,00E+00 4,00E+02 ±0,00E+00

geformter Käse 1,30E+06 ±2,83E+05 9,15E+06 ±9,06E+06

getrockneter Käse 2,10E+06 ±1,27E+06 2,10E+06 ±1,04E+06

nach HPP 2,10E+06 ±1,27E+06 1,50E+03 ±4,24E+02

nach zwei Wochen 9,25E+07 ±3,89E+07 1,50E+07 ±1,41E+06

Ein deutlicher Unterschied im Wachstum von P. candidum war bei den Camembertlaiben zu

erkennen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Produktion mit Hochdruck behandelt

wurden. Dabei wurden nur sensorische, optische Analysen durchgeführt (Abbildung 11). Der

Schimmelpilzrasen wuchs auf dem Käse, der nach dem Salzbad bzw. nach dem Trocknen

hochruckbehandelt wurde, deutlich besser als auf den Käselaiben, die vor dem Salzbad

hochdruckbehandelt wurden. Diese Beobachtung legt nahe, dass das unterschiedliche

Wachstumsverhalten in einem Zusammenhang mit dem gestiegenen Salzgehalt an der

Oberfläche des Käses während der Hochdruckbehandlung stehen könnte. Je nach

angewandter Druckhöhe werden die Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur der Proteine

unterschiedlich stark denaturiert (Boonyaratanakornkit et al. 2002). Das schlechtere

Wachstum des P. candidum auf dem Camembert, der vor dem Salzbad hochdruckbehandelt

wurde, könnte dadurch erklärt werden, dass der Schimmelpilz die denaturierten Proteine

schwieriger oder gar nicht abbauen kann. Durch den erschwerten Stoffwechselvorgang

wächst der Schimmelpilz langsamer als auf den nach dem Salzbad behandelten und den

unbehandelten Käselaiben. Der Schimmelrasen derjenigen Camembertlaibe, die nach der

Reifung hochdruckbehandelt wurden, wurde bei der Hochdruckbehandlung vollständig


zerstört. Dies lässt den Schluss zu, dass der Schimmelpilz P. candidum sehr

druckempfindlich ist. Es wurde bereits gezeigt, dass Schimmelpilze auf der Oberfläche von

10 Tage alten Camemberts bereits mit einem Druck von 400 MPa vollständig inaktiviert

werden (O´Reilly et al. 2001).

Abbildung 11: Hochdruckbehandelte und unbehandelte Käse in der Reifungskammer nach einer Woche Reifung. Die Käse 1, 2 und 3 wurden vor dem Salzbad einer Hochdruckbehandlung unterzogen. 4, 5 und 6 wurden nach dem Salzbad hochdruckbehandelt und die Käse unter 7 wurden keiner Hochdruckbehandlung unterworfen.


3.3. Sublethale Schädigungen am Beispiel Keim Salmonella

enterica ssp. Thyphimurium

Zu Beginn der Messung der sublethal geschädigten Mikroorganismen wurde von den zu

untersuchenden Salmonellen die Wachstumskurve mittels optischer Dichte bestimmt. Die

Salmonellen wurden für alle laufenden Versuche aus der stationären Phase entnommen.Die

Wachstumskurven mit optischer Dichte sind im Anhang zu sehen.

Neben der totalen Inaktivierung von Mikroorganismen kann eine Hochdruckbehandlung zur

sublethalen Schädigung von Mikroorganismen führen. Die geschädigten Mikroorganismen

können direkt nach der Behandlung nicht mehr nachgewiesen werden, sie verbleiben

allerdings im Produkt und können sich nach einer gewissen Revitalisierungsphase im

Produkt erholen und weiter vermehren. Dies kann eine potentielle hygienische Gefahr

darstellen, gerade bei nutritivreichen Produkten wie Geflügelfleisch. Gerade Salmonellen

sind an den Lebensraum Fleisch gut angepasst und können sich daher in diesen Produkten

erholen. Darüber hinaus sind gerade Zoonose-Erreger eine der Hauptbelastungen in der

Geflügelfleischindustrie. Am Keim Salmonella Thyphimurium wurden die sublethale

Schädigung und der Einfluss von Marinadenbestandteilen und Behandlungstemperaturen

auf die Revitalisierungsphase im Geflügelfleisch untersucht. Salmonella Thyphimurium

DIL 23 wurde bei einem Screening- versuch in Rohschinken am DIL als druckresistenter

Stamm gefunden, daher wurden die anschließenden Versuche mit diesem Stamm

durchgeführt. Bei dem Stamm DIL 3395 handelt sich um eine gentechnisch modifizierte

Salmonelle. Für die gezielte Herstellung der Mutantenstämme wurden die Gene sseD und

sseC isoliert und mithilfe der Vektoren pUC18 bzw. pKS+ in Escherichia coli K12 kloniert. Die

Kanamycin-Resistenz-Kassette aphT wurde in das jeweilige Gen inseriert, wodurch im Gen

sseD zusätzlich eine Deletion von ca. 40 bp entstand. Nach Subklonierung der mutierten

Gene wurden die resultierenden Konstrukte in E. coli S17-1 transferiert und anschließend

durch Konjugation auf den Wildstamm S. Typhimurium NCTC12023 (ATCC 14028s)

übertragen. Durch Selektion auf Kanamycin-Resistenz entstanden Klone, die durch

homologe Rekombination das intakte Gen gegen das mutierte Gen ausgetauscht hatten. Der

S. Typhimurium Stamm trägt die Mutationen in den Genen sseC oder sseD, er wird aufgrund

der stabilen Attenuierung in die Risikogruppe 1 eingeordnet. Anhand dieses Keims sollen in

anschließenden Arbeiten gezielt Mutanten mit verschiedenen Mutationen eingesetzt werden,

um genauere Ergebnisse über Schädigungsmechanismen zu erhalten. Selektive Medien

weisen oft eine höhere Inaktivierung als nicht selektive Medien nach, da sie auch


geschädigte aber nicht total Inaktivierte MO als Inaktiviert nachweisen (Bullet al. 2005;

Sherry et al. 2004).

Die Druckbehandlung wurde bei 400 MPa gewählt, da sich aus den Versuchen der

Funktionalität ab diesem Druck die größten sensorischen und funktionellen Veränderungen

oftmals zeigten. Hatmann and Delgado (2004) führten Inaktivierungsveruche mit

Saccharomyces cerevisiae durch und beschreiben 400 MPa als kritischen Punkt ab dem es

zu einer Membran- und Zellzerstörung kommt, daher kann aus mikrobiologischer Sicherheit

ein Druck unter 400 MPa nur nach Überprüfung angewandt werden.

Die Inaktivierung bzw. das Wachsen wurde über log N(nach Behandlungs bzw. 8h/24h)/N0(vor HP) ermittelt.

Der prozentuale Anteil an potentiell sublethal geschädigten Mikroorganismen wurde

berechnet durch:

(

) (

) (6)

In den weiteren Versuchen wurde der Einfluss verschiedener Starttemperaturen des

Betriebswassers der Hochdruckanlage (4 und 20 °C) untersucht. Dabei wurde nicht nur, wie

in Tabelle 27 dargestellt, das Medium phys. Kochsalzlösung untersucht, daneben erfolgten

auch Versuche in Geflügelfleisch. Der gleiche Versuch wurde ebenfalls in Geflügelfleisch mit

Zugabe von jeweils 1 % NaCl und 0,2 % Natriumcarbonat durchgeführt. Die

Einzelergebnisse sind dem Anhang zu entnehmen, dargestellt werden nur einzelne

Versuche und die Zusammenfassung der gesamten Ergebnisse.

Die Inaktivierungen in physiologischer Kochsalzlösung für beide Salmenella für die

Behandlungstemperaturen 4 und 20 °C sind in Tabelle 27 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen,

dass es bei der ermittelten Inaktivierung zwischen Selektivmedium XLD und Vollmedium

CASO einen Unterschied gibt. Ponce et al. (1999) untersuchte eine Inaktivierung mittels

Hochdruck in Vollei am Keim S. enteritidisunt führte die Unterschiede der Lebenskeimzahlen

zwischen selektivem und nichtselektivem Medium ebenfalls auf den Gehalt an geschädigte

Mikroorganismen zurück, dabei wurde aber ein Verlauf der Lebenskeimzahlen über eine

Lagerung in einem Recoverymedium nicht weiter untersucht. Gerade nach der ersten

Bestimmung direkt nach der Hochdruckbehandlung sind die Lebendkeimzahlen deutlich

geringer auf selektivem Agar (XLD) im Vergleich zu unselektivem Agar (CASO). Damit kann

für XLD-Agar eine deutlich höhere Inaktivierung berechnet werden. Für die druckresistente

Salmonella DIL Nr. 23 bei 20 °C wurde auf CASO eine Inaktivierung von 4,55 ± 0,68 log

bestimmt, auf XLD eine Inaktivierung von 6,0 ± 0,98. Patterson (1995) erzielte eine

vergleichbare Inaktivierung (5 log Zyklen) von S. Thyphimurium in Phosphatpuffer bei 350


MPa für 15 min Behandlungszeit und bei 450 MPa für 15 min für S. enteridis. Bei den

Versuchen mit einer Behandlungstemperatur von 4 °C liegen je nach Mikroorganismus die

Inaktivierungen zwischen 2 und 3 log geringer im Vergleich zu der berechneten Inaktivierung

bei 20 °C Behandlungstemperatur. Bei S. Thyphimurium DIL Nr. 3395 scheint der Einfluss

der Temperatur nicht so stark ausgeprägt zu sein. Aus der Literatur ist bekannt, dass die

Temperatur einen Einfluss auf die Inaktivierung besitzt, vor allem was eine Schädigung der

Membran angeht. Somit könnte der Anteil an geschädigten MO und inaktivierten MO mit

einer Schädigung der Membran korrelieren. In den Abbildung 12 und Abbildung 13ist der

Verlauf der überlebenden Keimzahlen in log KbE/g für S. Thyphimurium DIL Nr. 23

behandelt in phys. Kochsalzlösung bei 4 und 20 °C dargestellt. Die Differenz zwischen den

beiden Medien verringert sich über eine Revitalisierungsphase von 24 h hinweg. Dazu

wurden die Mikroorganismen in Peptonwasser inkubiert, was einer Revitalisierungsphase

entsprach. Nach 24 h ist zwischen den beiden verschiedenen Ausplatierungsmedien kein

signifikanter Unterschied der Lebendkeimzahlen und der ermittelbaren Inaktivierung

feststellbar, die Endkeimzahlen liegen bei 9,7 ± 0,2 log KbE/g auf CASO und 9,7 ± 0,3 log

KbE/g auf XLD.

Bei der genmodifizierten S. Thyphimurium DIL Nr. 3395 ist tendenziell eine höhere

Inaktivierung möglich, ausgeprägt ist das im Medium phys. Kochsalzlösung. Die

Inaktivierung liegt hier über 6 log und damit nahe der Nachweisgrenze, die berechnete

Inaktivierung bei einer Behandlungstemperatur von 20 °C für CASO (6,15 ± 0,90) und XLD

(6,26 ± 0,86) zeigt kaum Unterschiede (Tabelle 27). Der S. Typhimurium-Stamm trägt

Mutationen in den Genen sseC oder sseD, er wird aufgrund der stabilen Attenuierung in die

Risikogruppe 1 eingeordnet. Diese Mutation in der Zellwand und Zellmembran des

Mikroorganismus könnte mit Druckresistenz und somit auch mit dem Anteil sublethaler

Schädigungen im Zusammenhang stehen. Es ist deutlich erkennbar, dass bei einer

Behandlungstemperatur von 20 °C kaum ein Unterschied bei der Keimzahlbestimmung auf

CASO und XLD besteht, wohingegen bei 4 °C Behandlungstemperatur direkt nach einer

Hochdruckbehandlung (N1) signifikante Unterschiede der log KbE/g ermittelt auf CASO und

XLD gemessen werden konnten (Abbildung 14 und Abbildung 15). Die

Behandlungstemperatur scheint einen großen Einfluss auf die Schädigungsmechanismen

und explizit auf den Anteil von sublethalen Schädigungen von MO unter Hochdruck zu

besitzen.

Die Ergebnisse der Lebendkeimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung im Putenfleisch

und im Putenfleisch mit Zugabe von 1 % NaCl/kg Fleisch lassen auf eine protektive Wirkung

des Lebensmittels schließen (Tabelle 29). Park et al. (2001) sprechen Medien in Feststoff-

oder Schmelzform eine protektive Wirkung im Vergleich zu flüßigen Medien zu und


bestätigen damit die hier vorgestellten Ergebnisse. Für S. Thyphimurium DIL Nr. 23 wird eine

Inaktivierung im Putenfleisch bei 20 °C Behandlungstemperatur von 0,85 ± 0,16 auf CASO

berechnet und für XLD-Agar von 1,62 ± 0,62. Diese Ergebnisse sind vergleichbar mit denen

der Arbeitsgruppe Kruk et al. (2011), welche bei einer Behandlungstemperatur von 15 ± 3°C

und einem Druck von 450 MPa für S. Thyphimurium (ohne ausgezeichnete Druckresistenz)

eine Inaktivierung in Hühnerbrust von 2,82 log feststellen. Von den drei untersuchten Medien

wurde der pH-Wert bestimmt. Der pH-Wert von Putenfleisch lag bei 5,86 ± 0,01. Bei

Putenfleisch mit Zusatz von NaCl lag der pH-Wert bei 5,85 ± 0,08. Der pH-Wert der phys.

Kochsalzlösung lag bei 5,9 ± 0,10. Daher kann ein Unterschied der Inaktivierungen nicht auf

unterschiedliche pH-Werte zurückzuführen sein. Ein Unterschied der Inaktivierung in

Puffersystemen mit unterschiedlichen pH-Werten zeigten Alpas et al. (2000) fürCronobacter

sakazakii. Die gleiche Arbeitsgruppe stellte auch eine höhere Recoveryrate für unselektive

Nährmedien im Vergleich zum selektiven Nährmedium fest, dabei wird die Schädigung der

Cytoplasmamembran und äußeren Membran diskutiert. Casadei et al. (2002) beschreiben

eine erhöhte Druckresistenz bei MO in der stationären Phase im Vergleich zu exponentiellen

Wachstumsphasen. Unterschiede in der Druckresistenz, die auf unterschiedliche

Wachstumsphasen zurückzuführen sind, können in dieser Arbeit ausgeschlossen werden, da

über die Messung der optischen Dichte die Keime in der stationären Phase entnommen

wurden. Der einzige ersichtliche Unterschied ist das Medium und dessen

Zusammensetzung. Der aw-Wert besitzt einen großen Einfluss auf die Inktivierung, aber auch

einzelne Bestandteile können unterschiedliche protektive Wirkungen unter Hochdruck

aufweisen (Mentré 2001). Molina-Höppner et al. (2004) konnten zeigen, dass

membrangebundene Enzyme stärker durch Saccharose als durch NaCl geschützt werden.

NaCl scheint vor allem bei höheren Prozesstemperaturen die Phospholipidschicht vor

Phasenübergängen während einer Hochdruckbehandlung zu schützen. Auch die Ergebnisse

der hier vorgestellten Arbeit könnten die Aussage bestätigen, dass eine Zugabe von NaCl

eine protektive Wirkung sowohl auf die gesamte Inaktivierung als auch auf die Schädigung

hat. Bei den hier durchgeführten Behandlungstemperaturen 4 und 20 °C kann im

Zusammenhang mit dem Einfluss von Putenfleisch und Putenfleisch mit NaCl kein

signifikanter Einfluss der Temperatur beobachtet werden.

In Fleischproben mit einem Zusatz von 0,2 % Natriumcarbonat, was zu einem minimalen pH-

Wert-Anstieg von 5,86 ± 0,01 auf 5,92 ± 0,06 führt, nach einer Hochdruckbehandlung lag der

pH-Wert bei 6,06 ± 0,05 (400 MPa), konnte kaum eine Inaktivierung gemessen werden

(Tabelle 28). Vergleicht man diese pH-Werte mit den pH-Werten für die anderen Medien,

kann die Veränderung des pH-Wertes hierbei keine eindeutige Erklärung für die stark

minimierte Inaktivierung in Fleisch mit Natriumcarbonat im Vergleich zu reinem Putenfleisch


oder Putenfleisch mit NaCl bieten. In verschiedenen Arbeiten wird über synergistische

Effekte von bestimmten Bestandteilen und einer Hochdruckbehandlung berichtet (Diez et al.

2008; Garriga et al. 2004). Dabei zeigte sich z. B. auch bei Ogihara et al. (2009), dass eine

pH-Wert-Senkung generell zu einer verbesserten Inaktivierung führt. Da Fleisch generell kein

sehr stark saures Lebensmittel darstellt und der Zusatz von Natriumcarbonat und NaCl

zusätzlich basische Effekte bewirkt, ist eine antagonistische Wirkung während einer

Hochdruckbehandlung eine mögliche Wirkung, hinzu kommt die Veränderung des aw-Wertes

durch Zugabe von Salzen. Carbonate sind Salze und Ester der Kohlensäure, so auch

Natriumcarbonat. Für weitere Salze von beispielsweise Milchsäure, das Sodiumlactat oder

das Salz Calciumpropionat, zeigten bereits in der Arbeit von Oghiara et al. (2009) einen

protektiven Effekt. In derselben Arbeitsgruppe wurde festgestellt, dass ein pH-Wert unter 5

zu einem synergetischen Effekt der Inaktivierung beiträgt. Das Resümee ihrer Arbeit ist, dass

bei einem höheren pH-Wert die Konzentration von Zusatzstoffen entscheidend ist, welche

Effekte auftreten (synergetisch oder antagonistisch). Zum Teil wurde ein Anwachsen in

einzelnen Proben direkt nach einer Hochdruckbehandlung gemessen. Für die

ÜberlebendÜberlebendkeimzahlzahlen, dargestellt in Tabelle 28, sind vor (0 h) und direkt

nach einer Hochdruckbehandlung (1 h) kaum Unterschiede für beide S. Thyphimurium Arten

und beide Temperaturen feststellbar. Bei einzelnen Versuchsansätzen wurde sogar ein

Anwachsen nach 1 h über den Inkubationsgehalt (0 h) gemessen, daher ist eine Ermittlung

des Anteils an sublethal geschädigten MO hier nicht möglich. Generell allerdings scheint die

Zugabe des basischen Salzes Natriumcarbonat eine starke protektive Wirkung auf die MO

während einer Hochdruckbehandlung zu besitzen. Vergleicht man diese Ergebnisse mit den

Ergebnissen aus dem vorangegangenen Kapitel zur Lagerstabilität so scheint

Natriumcarbonat weniger protektiv für Milchsäurebakterien, eher für Salmonellen zu wirken.

Signifikante Aussagen über den Anteil sublethal geschädigter MO in Prozent, bezogen auf

die gesamte Inaktivierung ermittelt über CASO-Agar ist nur bei physikalischer

Kochsalzlösung sinnig (Abbildung 16 und Abbildung 17), für die anderen Medien sind die

Standartabweichung zu stark ausgeprägt, aufgrund der heterogenen Grundbelastung der

Medien. Es zeigt sich bei der DIL 23, dass bei phy. Kochsalzlösung eine Erhöhung der

Behandlungstemperatur von 4 auf 20 °C zu einem Anstieg der sublethal geschädigten MO

führt. Tendenziell kann dies auch für Putenfleischund Putenfleisch mit NaCl beobachtet

werden, hierbei ist allerdings keine Signifikanz festzustellen. Generell kann aber, auch wenn

die bestimmte gesamte Inaktivierung in der Reihenfolge phy. Kochsalzlösung > Putenfleisch

> Putenfleisch + NaCl sinkt, dies für den Anteil sublethal geschädigter Mo nicht bestätigt

werden. Auch bei der genetisch modifizierten DIL 3395 konnte in phys. Kochsalzlösung eine

signikante Steigerung des prozentualen Anteils an sublethal geschädigten MO bei einer


Erhöhung der Behandlungstemperatur von 4 auf 20 °C festgestellt werden. Bei den Medien

Putenfleisch und Putenfleisch mit NaCl hingegen zeigt sich bei 4 °C ein höherer Anteil

sublethal geschädigter MO im Vergleich zu einer Behandlungstemperatur von 20 °C. Des

Weiteren ist die Tendenz ersichtlich, dass durch die Zugabe von Nährstoffen, d. h. dass in

der Reihenfolge phy. Kochsalzlösung < Putenfleisch < Putenfleisch + NaCl, der Anteil an

sublethal geschädigten MO steigt.

Die Ergebnisse lassen somit darauf schließen, dass der Anteil der sublethal geschädigten

und inaktivierten Mikroorganismen durch die Wahl an Prozessparametern und

Produktparametern beeinflussbar ist. Die Ermittlung der Inaktivierung auf selektivem XLD-

Agar lässt eine bessere Inaktivierung errechnen und weist somit den Gehalt an inaktivierten

inklusive geschädigten Mikroorganismen als Inaktivierungsrate nach. In physiologischer

Kochsalzlösung ist der Anteil an inaktivierten Mikroorganismen höher. In der Reihenfolge

Kochsalzlösung, Putenfleisch, Putenfleisch mit NaCl ist eine Abnahme der totalen

Inaktivierung messbar, wohingegen diese Aussage nicht auf den prozentualen Anteil an

geschädigten revitalisierungsfähigen Mikroorganismen übertragbar ist.

Wichtig ist, dass, wie festzustellen, bereits kleinste Veränderungen an Zusatzstoffen zu einer

schlechteren Inaktivierung führen. In weiteren Studien sollten daher synergetiche und

protektive Wirkungen von einzelnen Bestandteilen untersucht werden, um die Wahl der

geeigneten Prozessparameter (p, T etc.) zu ermöglichen. Eine Wahl der richtigen

Prozessparameter mit einer hohen mikrobiologischen Sicherheit und einer möglichst

schonenden Behandlung für das Lebensmittel ist gerade bei heiklen Lebensmitteln wie

Fleisch, was einen relativ hohen pH-Wert aufweist und auch eine gute Grundlage für MO

bietet, unerlässlich.

Die Art und Spezies des MO spielt im Hinblick auf eine Inaktivierung und Schädigung eine

erhebliche Rolle. Bereits kleinste genetische Modifizierungen der Mikroorganismen ändern

eine druckinduzierte Stressantwort des Mikroorganismus und resultieren in unterschiedlichen

Druckresistenzen. Des Weiteren hat die Behandlungstemperatur ebenfalls einen Einfluss auf

den Gehalt der Inaktivierung. Die Starttemperatur von 4 °C verringert eine totale

Inaktivierung in phys. Kochsalzlösung, wobei sich der Anteil an geschädigten MO erhöht.

Um endgültige Aussagen über den Zusammenhang zwischen Schädigungs- und

Revitalisierungsmechanismen während und nach einer HP-Behandlung treffen zu können,

müssen weitere Mutanten eingesetzt werden. Darüber hinaus soll der Einfluss weiterer

Lebensmittelbestandteile auf die Schädigung von MO unter HP untersucht werden. Daneben

ist bekannt, dass auch verschiedene Temperaturen während der Anzucht zu einer


Stresskonditionierung von MO führen können (Ye et al. 2011). Daher sollte in weiteren

Versuchen der Einfluss verschiedener Temperaturen vor der Hochdruckbehandlung

untersucht werden. Die Ergebnisse aus weiterführenden Versuchen sollen dazu beitragen,

Mechanismen der Schädigung zu verstehen und gezieltere Inaktivierungen durch die

Auswahl von Temperaturregimen und/oder Zusatzstoffen für Lebensmittel zu erarbeiten.

Bei den Untersuchungen im Camembert wurde eine sehr schlechte Inaktivierung festgestellt.

Wieder wurde eine bessere Inaktivierung bei der Salmonelle DIL 3395 und für Temperaturen

um die 20 °C ermittelt. Im Gegensatz zu den Ergebnissen in phys. Kochsalzlösung oder

Putenfleisch konnten hier keine so eindeutigen Unterschiede zwischen XLD und CASO-Agar

gefunden werden (Tabelle 30). Es scheint, als ob die umgebende Matrix einen Einfluss auf

die Schädigung bzw. Inaktivierung von MO und somit auch auf den Gehalt an sublethal

geschädigten MO besitzt. Was die Ergebnisse der unterschiedlichen Zusätze zum Fleisch

unterstützt.


Tabelle 27: Inaktivierung von S. Thyphimurium DIL 23 und DIL 3395 in Salinen bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min, ermittelt auf CASO und XLD

S. Thyphimurium Temperatur Inaktivierung [-log (N/N0)]

Stamm [°C] 1 h

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

DIL 23

20 4,55 ± 0,68 6,0 ± 0,98

2,26 ± 0,58 2,49 ± 0,55

-1,90 ± 0,22 -2,5 ± 0,95

4 1,64 ± 0,86 3,41 ± 2,56

-0,33 ± 0,38 -0,05 ± 0,74

-3,11 ± 1,12 -2,5 ± 0,95

DIL 3395

20 6,15 ± 0,90 6,26 ± 0,86

4,47 ± 0,98 4,47 ± 0,95

-2,48 ± 0,97 -2,5 ± 0,95

4 4,25 ± 1,10 5,25 ± 1,22

1,44 ± 1,00 1,97 ± 0,55

-3,10 ± 1,16 -3,1 ± 0,14

Tabelle 28: Lebendkeimzahlen [log KbE/g] von S. Thyphimurium DIL 23 und DIL 3395 in Putenfleisch mit 0,2 % NaCarbonat-Zugabe (Na2CO3) bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min, ermittelt auf CASO und XLD

S. Thyphi-murium Stamm

Tem- peratur [°C]

Überlebendkeimzahl [log KbE/g]

0 h

1 h (nach HP)

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

DIL 23 20 7,64 ± 0,15 7,54 ± 0,15

7,41 ± 0,40 7,10 ± 0,48

10,00 ± 0,05 9,85 ± 0,05

10,39 ±0,10 10,30 ±0,04

DIL 3395 20 7,91 ± 0,15 7,83 ± 0,17

7,88 ± 0,28 7,40 ± 0,08

9,95 ± 0,03 9,81 ± 0,04

10,57 ±0,14 10,50 ±0,12

DIL 23 4 7,47 ± 0,31 7,36 ± 0,33

7,45 ± 0,28 7,07 ± 0,24

7,51 ± 0,44 7,36 ± 0,46

9,09 ±1,38 8,87 ±1,61

DIL 3395 4 7,68 ± 0,38 7,66 ± 0,40

7,51 ± 0,46 7,13 ± 0,57

7,60 ± 0,48 7,49 ± 0,51

8,96 ±1,70 8,76 ±2,01


Tabelle 29: Lebendkeimzahlen [log KbE/g] von S. Thyphimurium DIL 23 und DIL 3395 in Putenfleisch und Putenfleisch mit 1 % NaCl-Zugabe bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min, ermittelt auf CASO und XLD


Medium Temp. [°C]

Überlebendkeimzahlen [log KbE/g]

0 h

1 h (nach HP)

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

DIL 23 Putenfleisch 20 7,56 ± 0,31

7,44 ± 0,40

6,94 ± 0,28

6,30 ± 0,68

8,86 ± 1,14

8,53 ± 1,23

10,11 ± 0,16

10,05 ±0,16

DIL 3395 7,82 ± 0,27

7,78 ± 0,22

6,51 ± 1,11

5,96 ± 1,48

8,71 ± 1,12

8,22 ± 1,18

10,12 ± 0,72

10,04 ±0,80

DIL 23 Putenfleisch 4 7,35 ± 0,20

7,23 ± 0,26

6,71 ± 0,54

5,86 ± 1,04

8,91 ± 0,73

8,60 ± 0,83

10,16 ± 0,10

10,10 ±0,18

DIL 3395 7,34 ± 0,51

7,43 ± 0,59

6,30 ± 1,03

5,33 ± 1,44

9,15 ± 0,67

8,67 ± 0,72

10,34 ± 0,06

10,26 ±0,18

DIL 23 Putenfleisch + NaCl 20 7,49 ± 0,29

7,37 ± 0,29

6,98 ± 0,24

5,99 ± 0,33

9,36 ± 0,12

9,07 ± 0,16

10,13 ± 0,10

10,03 ±0,09

DIL 3395 7,30 ± 0,82

7,24 ± 0,79

5,01 ± 0,50

2,81 ± 0,71

8,07 ± 0,12

7,64 ± 0,07

10,23 ± 0,03

10,16 ±0,04

DIL 23 Putenfleisch + NaCl 4 7,40 ± 0,54

7,33 ± 0,52

7,02 ± 0,29

5,65 ± 0,35

9,11 ± 0,53

8,51 ± 0,06

10,01 ± 0,02

9,94 ±0,05

DIL 3395

7,61 ± 0,49

7,55 ± 0,56

5,04 ± 1,00

3,46 ± 1,22

9,00 ± 0,55

8,55 ± 0,36

10,20 ± 0,07

10,13 ±0,04

Tabelle 30: Lebendkeimzahlen ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in Käse bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min


Temp. [°C]

Überlebendkeimzahl [log KbE/g]

0 h

1 h (nach HP)

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

DIL 23 20 6,70 ± 1,14 6,67 ± 1,11

6,66 ± 0,45 6,10 ± 0,59

10,09 ± 0,11 10,08 ± 0,05

10,09 ± 0,08 10,03 ± 0,07

DIL 3395 20 7,84 ± 0,14 7,82 ± 0,13

6,71 ± 0,58 6,15 ± 0,61

9,83 ± 0,08 9,70 ± 0,13

10,20 ± 0,04 10,12 ± 0,12

DIL 23 4 7,00 ± 0,62 6,96 ± 0,61

6,89 ± 0,48 6,21 ± 0,69

9,62 ± 0,11 9,55 ± 0,23

10,09 ± 0,08 10,03 ± 0,07

DIL 3395 4 7,62 ± 0,63 7,52 ± 0,56

6,92 ± 0,86 6,09 ± 0,68

9,54 ± 0,42 9,21 ± 0,60

10,17 ± 0,07 10,12 ± 0,15


Zeit [h]

0 5 10 15 20 25 30

Üb

erle

be

nske

imza

hle

n [lo

g K

bE

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0

2

4

6

8

10

CASO

XLD

N0

N1

20 °C

Abbildung 12: Lebendkeimzahlen von S. Thyphimurium DIL 23 in phy. Kochsalzlösung vor einer Hochdruckbehandlung (N0) und nach einer HP-Behandlung von 400 MPa, 3 min, 20 °C (N1) und nach Revitalisierungsphase von 24 h.

Zeit [h]

0 5 10 15 20 25 30

Üb

erle

be

nske

imza

hle

n [lo

g K

bE

/g]

0

2

4

6

8

10

CASO

XLD

N0

N1

4 °C

Abbildung 13: Lebendkeimzahlen von S. Thyphimurium DIL 23 in phy. Kochsalzlösung vor einer Hochdruckbehandlung (N0) und nach einer HP-Behandlung von 400 MPa, 3 min, 4 °C (N1) und nach Revitalisierungsphase von 24 h.

Üb

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hl [lo

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hl [lo

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Zeit [h]

0 5 10 15 20 25 30

Üb

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nske

imza

hle

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g K

bE

/g]

0

2

4

6

8

10

CASO

XLD

N0

N1

20 °C

Abbildung 14: Lebendkeimzahlen von S. Thyphimurium DIL 3395 in phy. Kochsalzlösung vor einer Hochdruckbehandlung (N0) und nach einer HP-Behandlung von 400 MPa, 3 min, 4 °C (N1) und nach Revitalisierungphase von 24 h.

Zeit [h]

0 5 10 15 20 25 30

Üb

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10

CASO

XLD

N0

N1

4 °C

Abbildung 15: Lebendkeimzahlen von S. Thyphimurium DIL 3395 in phy. Kochsalzlösung vor einer Hochdruckbehandlung (N0) und nach einer HP-Behandlung von 400 MPa, 3 min, 4 °C (N1) und nach Revitalisierungphase von 24 h.

Üb

erl

ebe

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hl [lo

g K

bE

/g]


Abbildung 16: Anteil sublethal geschädigter Mikroorganismen von S. Thyphimurium DIL 23 nach einer HP-Behandlung von 400 MPa, 3 min.

Abbildung 17: Anteil sublethal geschädigter Mikroorganismen von S. Thyphimurium DIL 3395 nach einer HP-Behandlung von 400 MPa, 3 min.

0

10

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phy. Kochsalzlösung Putenfleisch Putenfleisch + NaCl

20 °C

4 °C

DIL 23

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10

20

30

40

50

60

70

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MO

[%

]

phy. Kochsalzlösung Putenfleisch Putenfleisch + NaCl

20 °C

4 °C

DIL 3395


3.4. Einfluss des Zusatzes von Marinadenbestandteilen auf die

funktionelle Beschaffenheit von hochdruckbehandeltem

Putenfleisch

Neben der erwünschten Abtötung von Mikroorganismen treten in rohem Fleisch auch

Änderungen der Funktionalität, einhergehend mit sensorischen Veränderungen wie

Farbverlust und Verfestigungen auf (Carlez et al. 1995). Diese Veränderungen sind direkt

vom Konsumenten wahrnehmbar. Daher sind physikalische Untersuchungen wie die

Bestimmung der Schnittfestigkeit, die stellvertretend als Messgröße für den Kaueindruck

beim Verzehr steht, sowie Farbmessungen unerlässlich. Die Untersuchungen sollen dazu

dienen, den Einfluss von bestimmten Zusätzen auf den Erhalt der nativen Beschaffenheit

von Putenfleisch nach einer Hochdruckbehandlung zu untersuchen. Des Weiteren soll durch

Variation der Prozessparameter (p,T) unter Wahrung der nötigen mikrobiologischen Stabilität

ein minimal prozessiertes Produkt erarbeitet werden.

Das natürliche Muskelfleisch unterliegt sehr stark meteorologischen,

geschlechterspezifischen Faktoren und ist von Alter und Schlachtzeitpunkt der Tiere

abhängig. Im Vorfeld wurde daher versucht, Einflussfaktoren durch eine entsprechende

Auswahl zu minimieren. Bei Druckversuchen (300 – 600 MPa) mit weiblichem und

männlichem Muskelfleisch konnten nach der Bestimmung des Tropfverlustes (Drip loss), der

Schnittfestigkeit und der Messung der Farbe keine signifikanten Unterschiede festgestellt

werden (Daten nicht gezeigt). Somit wurde in den weiteren Versuchen der Einfluss des

Geschlechts der Tiere vernachlässigt. Größere Unterschiede wurden jedoch bei

unterschiedlichen Schlachtzeitpunkten festgestellt, was die Arbeiten von Cheftel and Culioli

(1997) bestätigen. Es wurden daher in Bezug zum Zeitpunkt der Schlachtung und Zerlegung

gleiche Zeitabstände gewählt.

In den ersten Versuchsansätzen galt es, den Einfluss von verschiedenen pH-Werten zu

erfassen. Hierzu wurde der pH-Wert im Fleisch durch den Zusatz von 10 % Wassermarinade

mit pH-Werten von 2,3 – 10,7 (eingestellt durch NaOH, Natriumcarbonat, Zitronensäure und

Ascorbinsäure) variiert. Als Referenz oder Vergleichswert wurde Putenfleisch mit der

gleichen Menge Wasser ohne Zusätze verwendet. Bei dem ersten Versuchsansatz mit

Zugabe von Zitronensäure und NaOH zeigte sich bei Fleisch nach einer Druckbehandlung

von 400 MPa ein starkes Aufhellen. Der L*-Wert (Helligkeit) steigt steil bis zu 300/400 MPa

Druck an, danach ist ein abflachender Kurvenverlauf zu finden (Abbildung 18). Diese


Ergebnisse bestätigen die Arbeit von Kruk et al., (2011) welche ebenfalls bei einem Druck

von 450 MPa den größten Anstieg an Helligkeit in Hühnerbrust beschreiben. Dieser Effekt

geht auf die Denaturierung des Muskelfarbstoffs Myoglobin und der anderen Fleischproteine

zurück und ist einer thermischen Denaturierung im Erscheinungsbild ähnlich (Carlez et al.

1995). Das Marinieren mit unterschiedlichen pH-Werten konnte zwar eine Aufhellung nicht

vollständig verhindern (der L*-Wert von mariniertem Fleisch stieg nach einer Behandlung bei

600 MPa von 43 auf über 67 an), im Vergleich zu nicht mariniertem Fleisch (L*-Wert nach

einer Hochdruckbehandlung bei 70) oder Fleisch mit Wasserzugabe (besitzt bereits bei 600

MPa den höchsten L*-Wert) wurde jedoch eine Verminderung des Anstiegs der Helligkeit

beobachtet. Bei der Betrachtung des Einflusses des pH-Wertes muss darauf hingewiesen

werden, dass sich im Verlauf der vorgestellten Arbeit eine hohe Pufferwirkung des

Putenfleisches zeigte. Im Vergleich zu nicht mariniertem Fleisch bewirkte die Zugabe von

Marinaden beim Endprodukt im Mittel nur minimale pH-Unterschiede. Bei sauren Marinaden

stellte sich der pH-Wert im Fleisch vor einer Hochdruckbehandlung bei 5,87 ± 0,1 und bei

basischen Marinaden bei 6,07 ± 0,08 ein (eingestellt durch NaOH- oder

Zitronensäurelösung). Nach einer Hochdruckbehandlung wurden diese Unterschiede

minimiert wobei die Werte dichter zusammen lagen. Die Autoren Cheftel und Couili (1997)

beschreiben in ihrem Review die Abnahme des a*-Wertes (Rotwert) in Druckbereichen

größer 400 MPa. Die Abnahme des Rotwertes ist auf eine Oxidation des Eisens im

Myoglobin und die Denaturierung des globuären Proteins selbst zurückzuführen. Olmo et al.

(2010) konnten ebenfalls eine Abnahme des a*-Wertes in anderen Geflügelfleischsorten

feststellen. In der hier vorliegenden Arbeit konnten diese Ergebnisse für mariniertes

Putenfleisch bestätigt werden, wenn auch nur eine sehr schwache Abnahme des Rotwertes

zu verzeichnen war. Dies kann einerseits mit dem geringen Myoglobingehalt von

Putenfleisch im Vergleich zu anderen Tierarten begründet werden, andererseits wurde die

Hochdruckbehandlung unter Vakuum in Polyethylenbeuteln durchgeführt, wodurch eine

Verminderung der sauerstoffbedingten Oxidation des Myoglobins verhindert werden konnte.

Die Farbmessung für sauer- und basisch-mariniertes Putenfleisch im Druckbereich von 400

bis 600 MPa konnte sowohl einen Erhalt des Rotwertes und damit ein Erhalt des nativen

Myoglobins aufzeigen, wobei die Farbuntersuchungen innerhalb der ersten Stunde nach

einer Hochdruckbehandlung durchgeführt wurden. Die Daten des Rotwertes von mariniertem

und hochruckbehandeltem Putenfleisch bleiben annähernd über den gesamten Druckbereich

konstant, die Ergebnisse unterliegen jedoch natürlichen Schwankungen. Zusammenfassend

zeigte sich, dass basisch mariniertes Fleisch im Vergleich zu unbehandeltem Fleisch den

besten Farberhalt nach einer Hochdruckbehandlung aufwies, wobei der Einfluss sich mehr

auf den L*-Wert bezieht.


b*-valoue

a*-valoue

L*-valoue

Druck [MPa]

0 100 300 400 500 600

0

20

40

60

80

reines Putenfleisch

Putenfleisch mit Zitronensäure

Putenfleisch mit NaOH

L*- Gehalt

a*-Gehalt

b*-Gehalt

Abbildung 18: Farbemessungen für Putensteak mit verschiedenen Zusätzen vor (0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (Prozesswasser 16 ± 3 °C, Haltezeit 3 min).

Bei der nächsten Versuchsreihe wurde der Einsatz von Natriumcarbonat und Ascorbinsäure

untersucht. Im Vergleich zu dem ersten Versuchsansatz, bei dem lediglich untersucht

werden sollte, ob der pH-Wert generell einen Einfluss auf die Farbe nach einer

Hochdruckbehandlung besitzt, richtete sich die Auswahl bei der anschließenden

Versuchsreihe nach Gesetzen zur Zulassung in Fleischwaren. Wasser wurde mit 10 %

Ascorbinsäure bzw. 2 % Natriumcarbonat versetzt. Das Fleisch wurde nach Anweisung mit

10 % dieser Lösung mariniert, als Referenzprobe diente Fleisch mit einem Wasserzusatz

von ebenfalls 10 %. Der pH-Wert der Ascorbinsäure-Wasserlösung lag bei 2,4 ± 0,07. Im

Fleisch stellte sich nach dem Marinieren ein pH-Wert von 5,89 ± 0,08 ein. Der pH-Wert der

Natriumcarbonat-Wasserlösung lag bei 10,83 ± 0,12, im Fleisch stellte sich nach dem

Marinieren ein pH-Wert von 6,15 ± 0,53 ein. Für Fleisch mariniert mit reinem Wasser wurden

pH-Werte von 5,86 ± 0,01 gemessen. Auch hier zeigt sich, wie stark das Fleisch

Veränderungen des pH-Wertes abpuffern kann. Es zeigt sich eine Aufhellung mit steigendem

Druck. Gerade im Druckbereich zwischen 200 MPa und 400 MPa ist ein starker Anstieg des

L*-Wertes zu messen, danach ist ein Abflachen des Anstiegs zu erkennen (Abbildung 19).


Erstaunlicherweise zeigt sich trotz höherem Anfangs-L*-Wert bei sauer mariniertem Fleisch

ab einem Druck von 400 MPa, dass auch ein saurer pH-Wert einen weniger starken Anstieg

des L*-Wertes, bedingt durch die Druckbehandlung, bewirkt als Fleisch mit reinem Wasser.

Kontinuierlich die tiefsten L*-Werte und damit vom Erscheinungsbild das dunkelste Fleisch

lieferte die Zugabe von Natriumcarbonat. Bei den a*-Werten zeigt sich selten ein signifikanter

Unterschied. Erst im oberen Druckbereich sind Unterschiede zwischen saurem und

basischem pH-Wert erkennbar. Die Zugabe von Natriumcarbonat scheint den Rotwert zu

stabilisieren bzw. anzuheben, besser als ein saurer pH-Wert. Aber auch bei der Messung

dieser Versuchsreihe kann eine Abnahme des a*-Wertes, wie von den Autoren Cheftel und

Couili (1997) oder Mariutti et al. (2008) beschrieben, nicht bestätigt werden.


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500

40

50

60

70

80

Putenfleisch mit Natriumcarbonat

Putenfleisch mit Ascorbinsäure

Putenfleisch mit Wasser

L*-

Wert

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-2

-1

0

1

2

3

4




a*-

We

rt

Abbildung 19: L*-Wert (A) und a*-Wert (B) von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen vor (0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (Prozesswasser 16 ± 3 °C, Haltezeit 3 min).

Mit steigendem Druck konnte für Putenfleisch, mariniert mit Zitronensäure und NaOH, sowie

für die Referenz eine Verfestigung festgestellt werden. Die Schneiddruck steigt vor allem im

Druckbereich zwischen 400 und 500 MPa stark an, danach lassen die untersuchten Proben

A

B


auf eine abflachende Kurve deuten (um den nicht linearen Kurvenverlauf in einem

Druckbereich über 500 MPa endgültig zu bestätigen, müsste allerdings der Probenumfang

deutlich vergrößert werden) (Abbildung 20). Villacís et al. (2008) stellten ebenfalls eine

Verfestigung von Putenfleisch nach einer Hochdruckbehandlung über 150 MPa fest. In

einigen wissenschaftlichen Untersuchungen von Wurstbrät verschiedenster Tierarten wurde

beschrieben, dass es bei einer Druckbehandlung mit Drücken bis 200 MPa zu einem

Elastizitätsanstieg der dabei induzierten Gele kommt, aber eine Druckbehandlung über 300

MPa zu einem Anstieg der Festigkeit und verstärkter Agglomeration einzelner

Proteinbestandteile führen (Jiménez-Colmenero 1998a; Iwasaki et al. 2006). Die Vorgänge,

die zu einer Texturveränderung der Proteine führen, sind chemische Reaktionen wie erhöhte

Löslichkeit, ein erhöhter Anteil hydrophober Wechselwirkungen, bessere Wassereinlagerung

bis hin zu Agglomeration und Denaturierung. Diese Reaktionen sind stark vom Druckniveau

selbst abhängig, aber auch von der Ionenstärke und den Behandlungstemperaturen (Cheftel

and Couili 1997). Sowohl die Zugabe von saurer als auch von basischer Marinade minimiert

im Vergleich zur reinen Wasserzugabe die Verfestigung nach einer Hochdruckbehandlung.

Dabei ist zwischen den beiden marinierten Proben kein signifikanter Unterschied messbar.


Druck [MPa]

0 100 300 400 500 600 700

Sch

ne

idkra

ft [P

a]

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Putenfleisch mariniert mit Zitronensäure

Putenfnelisch mariniert mit NaOH


Abbildung 20: Schneiddruck für Putenfsteak mit Zusatz von Zitronensäure und NaOH bei verschiedenen Druckstufen.

Die Veränderungen der Fleischmatrix sind auf Denaturierungsprozesse der Fleischproteine

zurückzuführen, im unteren Druckbereich bis ca. 200 MPa zur vermehrten

Wassereinlagerung, bei höherem Drücken überwiegen Denaturierungs- und

Agglomerationsprozesse (Balny et al. 1997). Die Bestimmung des Stickstoffgehalts

(stellvertretend für den Proteingehalt) ergab für alle Proben, unabhängig von der Marinierung

oder Druckbehandlung, Werte von 23,1 0,7 g/100 g Fleisch. Der Anteil löslicher Proteine

steigt bis zu Drücken von 300 – 400 MPa an, bei einer weiteren Steigerung des

Druckniveaus kommt es zu einem Verlust des löslichen Anteils von myofibrillären Proteinen

bei Rind- und Schweinefleisch (Goutefongea et al. 1995). Auch in dieser Arbeit wurde ein

Verlust an löslichen Proteinen gemessen so konnte bspw. für Putenfleisch mit Carbonat

mariniert, eine Abnahme der löslichen Proteine von 0,46 auf 0,33 g/100g Protein gemessen

werden. Nach Galazka et al. (2000) ist die Abnahme an löslichen Proteinen durch eine

Zunahme unlöslicher Proteinagglomerate erklärbar. Bereits 1984 beschrieb Macfarlane den

allgemeinen Effekt der Hochdruckbehandlung auf die Muskelproteine Myosin und Aktin.

Diese Arbeitsgruppe beschreibt dabei eine Fragmentierung des Myosins unter Hochdruck bis

zu einer Behandlung von 200 – 300 MPa in die Untereinheiten S1 und S2. Die Ergebnisse

der hier vorgestellten Untersuchungen zeigen ebenfalls einen Verlust an Myosin heavy

Sch

ne

idd

ruck

[P

a]


chain. Im SDS-PAGE und der GPC-Messung konnte ab 300 MPa keine eindeutige Bande für

Myosin identifiziert werden (Abbildung 21). Diese bauten sich allerdings bei einer weiteren

Druckerhöhung wieder ab. Ebenfalls von Macfarlane (1984) stammt die Theorie, dass

Tropomysin und Troponin (weitere Bestandteile der Myofibrillen) sehr druckresistent seien,

wohingegen sich Aktin in Druckbereichen > 300 MPa sensitiver gegenüber einer

Druckbehandlung verhält. Ähnliche Ergebnisse wurden in der hier vorgestellten Arbeit

gefunden. In der SDS-PAGE sind noch Banden und Peaks für die löslichen

Proteinbestandteile Aktin und Troponin sowie Tropomycin bei basischen Marinaden noch bis

450 MPa zu erkennen (Abbildung 20). Beim sauer marinierten Fleisch konnten schon bei

niedrigem Druck < 450 MPa keine eindeutigen Banden dieser Proteinbestandteile gefunden

werden und die Peaks in der GPC sind bereits bei 450 MPa drastisch reduziert. Somit

scheint die basische Marinade eine leicht protektive Wirkung auf den Abbau von Aktin und

Troponin zu besitzen, während eine Hochdruckbehandlung bei sauer mariniertem Fleisch zu

einem schnelleren Abbau führt.

Abbildung 21: SDS-PAGE und GPC-Messungen von Putenfsteak mit Zusatz von Zitronensäure (pH 2,3) und NaOH (pH 10,3).

pH 2,3

pH10,3

0,1 300 350 400 450 500 550 600 MPa

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

Minutes

10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00 32,00

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

Minutes

10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00 32,00

pH 2,3

pH 10,3300 MPa

500 MPa

300 MPa

450 MPa

500 MPa

Myosin heavy chain)

ActinTropomysinTroponinT

pH 2,3

pH10,3

0,1 300 350 400 450 500 550 600 MPa

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

Minutes

10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00 32,00

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

Minutes

10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00 32,00

pH 2,3

pH 10,3300 MPa

450 MPa

500 MPa

300 MPa

450 MPa

500 MPa

Myosinheavy chain

ActinTropomysinTroponin T

pH 2,3

pH10,3

0,1 300 350 400 450 500 550 600 MPa

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

Minutes

10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00 32,00

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

Minutes

10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00 32,00

pH 2,3

pH 10,3300 MPa

500 MPa

300 MPa

450 MPa

500 MPa

Myosin heavy chain)

ActinTropomysinTroponinT

pH 2,3

pH10,3

0,1 300 350 400 450 500 550 600 MPa

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

Minutes

10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00 32,00

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

Minutes

10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00 31,00 32,00

pH 2,3

pH 10,3300 MPa

450 MPa

500 MPa

300 MPa

450 MPa

500 MPa

Myosinheavy chain

ActinTropomysinTroponin T


Temperatur [°C]

20 40 60 80 100

He

at flo

w [W

/g]

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,1 MPa

500 MPa

Temperatur [°C]

20 40 60 80 100

He

at flo

w [W

/g]

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,1 MPa

500 MPa

Abbildung 22: DSC-Messung von Putensteak mariniert mit NaOH (A) (pH 10,3) und Zitronensäure (B) (pH 2,3) vor (0,1 MPa) (schwarz) und nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa) (rot).

Die Ergebnisse der DSC-Messungen bestätigen diese Annahme (Abbildung 22). Wie bereits

Hayakawa et al. (1996) feststellten, nimmt die Denaturierungsenthalpie mit steigendem

Druck ab. Bei der Betrachtung der einzelnen Wärmestromkurven sind vereinzelt Peaks zu

erkennen, welche die Bestandteile Myosin bei Temperaturen zwischen 55 und 60 °C und

Aktin im Bereich zwischen 78 – 80 °C repräsentieren. Diese Peaks verschwinden mit einer

zunehmenden Druckbehandlung. Die einzelnen Denaturierungstemperaturen verschieben

sich in den unteren Temperaturbereich. Der Vergleich der Kurven lässt den Schluss zu, dass

sauer mariniertes Fleisch stärkeren Denaturierungen (bereits vor HP-Behandlung) unterliegt

als basisch marinierte Fleischproteine (ohne HP). Diesen Sachverhalt kennt man auch aus

der konventionellen Fleischtechnologie. Ein Absäuern bei Rohwürsten führt hierbei zu einer

Denaturierung und dadurch zur Schnittfestigkeit von Würsten, wohingegen bei den basisch-

neutralen Brühwürsten eine Denaturierung durch einen thermischen Prozess erfolgt.

Bei dem Versuchsansatz mit Natriumcarbonat und Ascorbinsäure zeigten die Ergebnisse der

Schneiddruckmessung keine deutlichen Unterschiede bezüglich der verschiedenen Zusätze

(Abbildung 23). Mit Ausnahme der Messungen bei Proben, die mit 300 MPa behandelt

wurden, liegen keine signifikanten Unterschiede vor. Dies könnte darauf zurückzuführen

sein, dass der Probenumfang bei n = 4 lag und der Einfluss des Fleisches überragte.

Festzuhalten bleibt aber, dass der Einfluss einer Druckerhöhung mit dem Anstieg des

gemessenen Schneiddruck einhergeht, d.h. es kommt zu einer Verfestigung wie bereits bei

A B

Aktin

Myosin


Villacís et al. (2008) beschrieben. Die SDS-PAGE Untersuchungen zeigten ebenfalls einen

Verlust an löslichen Proteineinheiten (Aktin, Tropomycin und Troponin), dabei zeigte sich,

dass bei Natriumcarbonat-Proben deutlichere Banden für die Proteine nach 500 MPa als für

Ascorbinsäure-Proben zu sehen sind (Abbildung 24). Die aus dem ersten Versuchsansatz

erhaltenen Ergebnisse, dass ein basischer pH-Wert einen Abbau an einzelnen löslichen

Proteinfraktionen des Muskelproteins vermindert, kann daher bestätigt werden.

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schn

eid

kra

ft [P

a]

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000




Abbildung 23: Schneiddruck für Putenfleisch mit Zusatz von Ascorbinsäure und Natriumcarbonat bei verschiedenen Druckstufen.

Die DSC Messungen ergaben, dass bei Umgebungsdruck (0,1 MPa) die gemessene

Enthalpie bei Putenfleisch, mariniert mit Natriumcarbonat, höher war als bei Ascorbinsäure-

Proben. Erstaunlicherweise sind die Enthalpien mit reiner Wassermarinade und ohne

Druckbehandlung geringer als bei Fleisch mit Natriumcarbonat ohne Druck (Tabelle 31). Die

alleinige Zugabe von Wasser, das mechanische Antumbeln und der damit verbundene

Energieeintrag reichen demnach aus, die native Proteinmatrix zu verändern (veränderte

Wassereinlagerung etc.). Nach einer Hochdruckbehandlung von 500 MPa zeigt sich, dass

die Enthalpie drastisch abnimmt, es kommt zu einer Proteindenaturierung. Bei Betrachtung

des Absolutwertes nach einer Hochdruckbehandlung scheint das Fleisch mariniert mit

Natriumcarbonat noch den höchsten Restenthalpiewert zu besitzen, die Proteine scheinen

Sch

nei

dd

ruck

[P

a]


eine nativere Struktur aufzuweisen. Der Kurvenverlauf der DSC-Messung zeigt, dass die

einzelnen Peaks für Aktin und andere Proteinfragmente abnehmen und sich die

Übergangstemperaturen in den vorderen Temperaturbereich verschieben (Abbildung 25).

Dabei ist in der Abbildung 25 ersichtlich das bei einer Marinierung mit Natriumcarbonat und

einer Hochdruckbehandlung von 500 MPa deutlichere Peaks für Aktin und Myosin

nachweisbar sind als bei reiner Wasserzugabe oder der Zugabe von Ascorbinsäure. Nach

den Messwerten der reinen Proteinanalytik ist das nicht durch einen Verlust an dem Gehalt

an Protein zu sehen, sondern eher aufgrund von Verschiebungen zwischen löslichem und

nichtlöslichem Proteinanteil zu erklären. Die GPC Werte zeigen ebenfalls einen Abbau von

Mysoin (heavy chain) nach einem Druck von 500 MPa, unabhängig von der Zugabe einer

Marinade (Abbildung 27, Abbildung 28 und Abbildung 26). Für Natriumcarbonat-Proben ist

deutlich zu erkennen, dass die einzelnen Peaks schon bei Proben ohne

Hochdruckbehandlung, aber auch nach 500 MPa deutlich erkennbar sind, wie es bei reiner

Wasserzugabe auch der Fall ist, wohingegen das Säuern bereits zu einem Abbau der

einzelnen löslichen Proteinfragmente durch Denaturierungsprozesse führt. Vergleicht man

das Putenfleisch, mit Wassermarinade, mit Marinade mit Zusatz von Natriumcarbonat nach

einer Hochdruckbehandlung von 500 MPa (Skalierung beachten), so ist zu erkennen, dass

die Natriumcarbonat-Proben höhere und ausgeprägtere Peaks aufweisen. Das basische

Marinieren scheint sich auf den Verlust der einzelnen löslichen Fragmente positiv

auszuwirken. Dies zeigen auch die SDS-PAGE (Abbildung 24). Chapleau et al. (2003)

beschreiben bei einem Druck über 300 MPa einen Anstieg der hydrophoben Bindungen, die

eine Aggregation von Myofibrillen Proteinen fördert.


Abbildung 24: SDS-PAGE von Putensteack mariniert mit Ascorbinsäure oder Natriumcarbonat ohne Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa).

Tabelle 31: Enthalpiemessungen der DSC von Putensteak mit Zusatz von Natriumcarbonat, Ascorbinsäure und reinem Wasser vor einer Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa)

Zugabe Druck [MPa]

Enthalpie [J/g]

Wasser 0,1 3,44± 0,17

Wasser 500 1,32± 0,16

Natriumcarbonat 0,1 4,41± 0,07

Natriumcarbonat 500 2,32± 0,02

Ascorbinsäure 0,1 1,69± 0,19

Ascorbinsäure 500 0,90± 0,04

Nur Fleisch 0,1 3,93± 0,16

Nur Fleisch 500 0,53± 0,02

500 0,1 500 0,1 [MPa]

Asco. NaCarbonat


Temperatur [°C]

20 40 60 80 100

He

at F

low

[W

/g]

0,20

0,21

0,22

0,23

0,24

0,25

0,26

0,1 MPa

500 MPa

Temperatur [°C]

20 40 60 80 100

He

at F

low

[W

/g]

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,1 MPa

500 MPa

Temperatur [°C]

20 40 60 80 100

He

at F

low

[W

/g]

0,20

0,21

0,22

0,23

0,24

0,25

0,26

0,1 MPa

500 MPa

Abbildung 25: DSC-Messung von Putensteak mariniert mit Ascorbinsäure (A), Natriumcarbonat (B)und Wasser (C) vor einer Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) (schwarz) und nach einer Behandlung (500 MPa) (rot).

Abbildung 26: GPC-Messung von Putensteak nur mit Wasser, ohne Hochdruckbehandlung bei 0,1 MPa (blau) und bei 500 MPa (Magenda) druckbehandelt.

A B

C

Aktin

Myosin


Abbildung 27: GPC-Messung von Putensteak mariniert mit Ascorbinsäure, ohne Hochdruckbehandlung bei 0,1 MPa (rot), und bei 500 MPa (blau) hochdruckbehandelt.

Abbildung 28: GPC-Messung von Putensteak mariniert mit Natriumcarbonat, ohne Hochdruckbehandlung bei 0,1 MPa (rot) und bei 500 MPa (grün) druckbehandelt.

Einfluss weiterer Zusätze:

Neben dem pH-Wert können auch andere Zusätze wie z. B. Salze das Ionenprodukt im

Lebensmittel verändern und dadurch Proteinveränderungen unter Hochdruck beeinflussen.

Aus diesem Grund wurden parallel zu den detaillierteren Untersuchungen zum pH-Wert

verschiedene Salze und Zusatzstoffe im Putenfleisch getestet, bei denen man sich einen


Einfluss auf die rheologische und funktionelle Beschaffenheit von hochdruckbehandeltem

Fleisch erhoffte. Das Screening wurde dabei auf eine Druckbehandlung bei 500 MPa

reduziert, die Haltezeit lag bei 3 min, eine Temperierung wurde vorerst nicht vorgenommen.

Da sich der a*-Wert und der b*-Wert nicht signifikant veränderten und damit die Ergebnisse

zu den Untersuchungen zu verschiedenen pH-Werten bestätigten, sind hier die Ergebnisse

betreffend der Aufhellung des L*-Wertes aufgezeigt (Abbildung 29).

ohne MarinadeWasser

Meersalz

Natriumlactat

Natriumchlorid NPS

Phosphat

Natriumcitra

t

L-W

ert

0

20

40

60

80

100

0,1 MPa

500 MPa

Abbildung 29: L*-Wert von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen vor (0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa).

Die Zugabe von NPS, Natriumlactat, NaCl und Meersalz zeigt einen weniger hohen End-L*-

Wert als andere Zusätze (Abbildung 29). Bei diesen Substanzen wurde der pH-Wert

entweder leicht angehoben oder unverändert gelassen. Bei Zusätzen wie Natriumcitrat, die

den pH-Wert von Fleisch herabsetzen, wurde vergleichend zu den Ergebnissen von

verschiedenen pH-Werten wieder eine starke Aufhellung festgestellt. Aber dennoch sind

deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Bestandteilen ersichtlich. Omana et al.

(2011) untersuchten den Einfluss verschiedener Salze z. B. NaCl, ß-Glucan und Triphosphat

auf oxidative Reaktionen und die Farbe von hochdruckbehandeltem Fleisch. Auch diese

Arbeitsgruppe stellte keinen wirklich großen und signifikanten Einfluss verschiedener

Bestandteile auf den L*-Wert fest.


Neben den farblichen Veränderungen sind aber auch Textureigenschaften für den

Konsumenten entscheidend. Dabei zeigte Phosphat eine deutlich stärkere Verfestigung als

andere Salze. Meersalz hingegen scheint eine weichmachende Funktion unter Hochdruck

auf das Fleisch zu haben (Abbildung 30). Villacís et al. (2008) konnten bei einem Druck von

150 MPa neben dem Anstieg der Diffusionsrate von NaCl auch ein Minimum des

Schneiddruck bei Putenbrustfleisch unter Zugabe von Salz feststellen, die myofibrillären

Proteine zeigten unter dem Mikroskop ein geschwollenes Erscheinungsbild (siehe Kap. 3.5.).

keine MarinadeWasser

Meersalz

Natriumlactat

Natriumchlorid NPS

Phosphat

Natriumcitra

t

Schnie

dkra

ft [P

a]

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0,1 MPa

500 MPa

Abbildung 30: Schneiddruck von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen vor (0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa).

Zusammenfassend ließ sich aus diesem Screeningversuch festhalten, dass Meersalz und

Natriumlactat positive Eigenschaften in Bezug auf den Erhalt nativer Fleischeigenschaften

nach einer Hochdruckbehandlung aufweisen. Nitritpökelsalz erfüllte nicht den gehofften

Effekt des Farberhalts und ist im Vergleich zu Natriumchlorid nicht signifikant besser was den

L*-Wert betrifft. Natriumchlorid zeigt bei der Messung der Schnittfestigkeit, vergleichbar zu

unmariniertem Fleisch, relativ hohe Schnittfestigkeitswerte, ist aber für Fleischzubereitungen

unumgänglich und soll daher bei weiteren Versuchen weiter untersucht werden.

Fasst man alle Ergebnisse, auch die der pH-Werte zusammen, so sind entscheidend für die

Farbe eher die pH-Werte und für die Textur der Zusatz bestimmter Salze.

Sch

neid

dru

ck [

Pa

]


In weiteren Untersuchungen sollen nun unterschiedliche Prozessparameter (Druck und

Starttemperatur) untersucht werden. Um den Probenumfang zu minimieren, wurde der

Zusatz von Natriumcarbonat, Ascorbinsäure und NaCl gewählt.


3.5. Einfluss verschiedenere Prozessparameter auf die

Funktionalität von mariniertem Putenfleisch

Um eine thermische Denaturierung unter Hochdruck zu vermeiden, wurde vor Festlegung

der zu untersuchenden Prozesstemperaturen die adiabatische Erwärmung direkt im

Putenfleisch ermittelt. Hierzu wurde von der Firma UHDE eine Messapparatur (Prototyp)

bereitgestellt. Die Ergebnisse des Temperaturverlaufs im Putenfleisch, behandelt bei 600

MPa, sind in Abbildung 31 zu sehen. Der Temperaturanstieg liegt zwischen 18 – 19 °C,

somit ist er vergleichbar mit Literaturwerten zu reinem Wasser mit 3 °C/100 MPa. Um unter

60 °C während der anschließenden Versuche zu bleiben, wurden maximale

Behandlungstemperaturen von 40 °C gewählt.

Abbildung 31: Temperaturverlauf (grün und gelb) von Putenbrust während einer Hochdruckbehandlung mit 600 MPa. Temperaturverlauf von reinem Wasser (orange und blau).

CH1, CH2: Putenfleisch; CH3, CH4:


1. Marinaden auf Wasserbasis

In einem ersten Teil sollen Marinaden auf Wasserbasis beschrieben und diskutiert werden,

danach wird ein kurzer Überblick über Versuche mit Marinade auf Emulsionsbasis gegeben.

Zunächst sollen die Ergebnisse und Untersuchungen zu Putenfleisch aus dem Bereich Brust

(Steaks) diskutiert werden. Im Anschluß daran werden die Ergebnisse aus Putenkeulen

diskutiert, die einen deutlich höheren Anteil an Myoglobin und Fett besitzen.

a) Steaks

In den anschließenden Untersuchungen wurde der Einfluss von verschiedenen

Prozessparametern untersucht (p = 200 – 600 MPa; T = 4 – 40 °C). Als Referenz wurde das

Fleisch bei 0,1 MPa untersucht. Die Haltezeit wurde konstant bei 3 min gehalten, um den

Probenaufwand zu minimieren. Die drei Minuten sind im Hinblick auf die mikrobiologische

Sicherheit und die ökonomische Anwendbarkeit des Verfahrens gewählt worden.

Als Zusätze wurden Ascorbinsäure und NaCl mit 1 % bezogen auf das Fleisch und

Natriumcarbonat mit 0,2 % gewählt. Die Auswahl der Zusätze richtet sich nach den

vorangegangenen Versuchen, in denen festgestellt wurde, dass bestimmte Salze, aber vor

allem der pH-Wert einen Einfluss auf die Beschaffenheit von hochdruckbehandeltem Fleisch

besitzen. Um funktionelle und sensorische Veränderungen feststellen zu können, wurden

Analysen in Bezug auf den Schneiddruck, Farbe, Drip loss und pH-Werte durchgeführt und

aufgenommen.

Die Putensteaks wurden mit 10 % Wassermarinade für 60 min im Tumbler mariniert und

anschließend, wie im Materialteil beschrieben, hochdruckbehandelt. Der pH-Wert, der sich

nach einer Hochdruckbehandlung im Fleisch einstellt, ist in Tabelle 32 dargestellt. Dabei

wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den Temperaturstufen 4, 20, 30 und 40 °C

festgestellt, so dass sich der in der Tabelle angegebene Mittelwert auf den gesamten

Probenumfang bezieht. Es zeigt sich, dass das Marinieren den pH-Wert des Fleisches im

Kern nicht stark verändert. Dennoch stellt sich bei der Verwendung von Ascorbinsäure ein

tendenziell niedrigerer pH-Wert ein als bei Carbonat. Bei Wasserzugabe und Zugabe von

NaCl sind vergleichbare pH-Werte im Fleisch zur jeweiligen Druckstufe zu finden. Für alle

Proben ist ein pH-Anstieg von ca. 0,2 von einem Druck von 0,1 MPa zu 500 MPa zu finden.

Wenn man sich die Differenz von Proben ohne Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) und Proben

nach den verschiedenen Druckbehandlungen anschaut, so ist ersichtlich, dass bei

Ascorbinsäure-Proben eine Hochdruckbehandlung zu einem stärkeren pH-Anstieg führt als

bei Natriumcarbonat-Proben (Tabelle 32). Auch Marcfarnale et al. (1984) beschreibt einen


pH-Anstieg in hochdruckbehandelten Fleischpasteten. Dies könnte auf eine Auf- bzw.

Umfaltung der Proteine zurückzuführen sein, wodurch verstärkt basisch wirkende Reste

freigesetzt werden. Des Weiteren kommt es innerhalb des Lebendmittelsystems zu einer

vermehrten Dissoziation der Ionen, was einen Einfluss auf den pH-Wert mit sich bringt.

Tabelle 32: pH-Wert von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen nach unterschiedlichen Druckbehandlungen

Zugabe Druck [MPa] pH-Wert

Wasser 0,1 5,86 ±0,01

200 5,89 ±0,06

300 5,95 ±0,06

400 5,98 ±0,04

500 6,06 ±0,05 Natrium-carbonat

0,1 5,92 ±0,06

200 5,90 ±0,04

300 5,95 ±0,06

400 6,06 ±0,05

500 6,07 ±0,09 Ascorbinsäure-säure

0,1 5,59 ±0,09

200 5,79 ±0,19

300 5,72 ±0,34

400 5,89 ±0,20

500 5,92 ±0,19 NaCl 0,1 5,85 ±0,08

200 5,87 ±0,09

300 5,94 ±0,06

400 6,01 ±0,04

500 6,03 ±0,09

Um die relativ umfangreichen Ergebnisse zu verstehen, sollen hier zunächst die

Veränderungen im Putenfleisch ohne Zusätze, d. h. nur mit 10 % reiner Wasserzugabe

diskutiert werden. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die gesamte Versuchsreihe, d. h. die

Druckbehandlungen 0,1, 200, 300, 400 und 500 MPa, mit den Temperaturen 4, 20 und 40 °C

aufgrund der Reproduzierbarkeit im Doppelansatz untersucht wurden. Die

Standardabweichungen, die sich aus den (chemischen und physikalischen) Analysen selbst

ergeben, werden nicht dargestellt. Diese sind im Vergleich zum Fehler, der aus dem

Naturprodukt Putenfleisch und der Probenbehandlung (Temperierung etc.) resultiert, klein.

Die angegebenen Werte setzen sich somit aus den zwei Versuchsreihen und den jeweiligen

unabhängigen Analysenwerten, die im 2- bis 4-fachen Ansatz durchgeführt wurden, um eine


Messungenauigkeit zu vermeiden, zusammen. Es konnte keine dritte oder vierte

Versuchsreihe aus zeitlichen und finanziellen Gründen durchgeführt werden, daher sind die

hier vorgestellten Ergebnisse nicht vollständig statistisch abgesichert. Es zeigten sich

allerdings in allen Versuchsreihen annähernd gleiche oder vergleichbare Werte der

einzelnen Analysen (Schneiddruck, Farbe, Drip loss etc.), daher wurden die Ergebnisse der

einzelnen Versuchsreihen zusammengefasst.

Tabelle 33: Differenz der pH-Werte von Putensteak mit verschiedenen Zusätzen in Bezug zu den pH-Werten bei Umgebungsdruck (0,1 MPa)

Zugabe Druck [MPa]

pH

vorHP-pHnachHP

Wasser 200 -0,03

300 -0,09

400 -0,12

500 -0,20 Natrium-carbonat

200 0,02

300 -0,03

400 -0,14

500 -0,15 Ascorbinsäure-säure

200 -0,28

300 -0,21

400 -0,38

500 -0,41 NaCl 200 -0,03

300 -0,10

400 -0,17

500 -0,19


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

0

2040

60

80

4 °C

20 °C

40 °C

L*-Wert

a*-Wert

b*-Wert

Abbildung 32: Farbwerte für Putensteak mit 10 % Wasser bei verschiedenen Drücken und Temperaturen (L*-Wert oberste Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).

Der L*-Wert zeigt den schon öfter festgestellten typischen Verlauf (Abbildung 32). Es ist ein

Anstieg mit steigendem Druck zu finden, wobei der steilste Anstieg zwischen 200 und 400

MPa zu finden ist, dieser ist unabhängig von dem hier untersuchten Temperaturbereich (4 –

40 °C). Bei der differenzierten Betrachtung des a*-Wertes (Abbildung 33) zeigt sich

tendenziell ein Anstieg mit Druckanstieg, aber signifikante Unterschiede zwischen den

unterschiedlichen Temperaturen sind nicht festzustellen. Ein vergleichbares Bild ergibt sich

auch für den b*-Wert. Holmgaard Bak et al. (2012) beschreiben im Muskel Longissimus dorsi

nach einer Hochdruckbehandlung bei 20 °C den Muskel als heller und weniger Rot als bei

einer Behandlungstemperatur von 5 °C. McArdle et al. (2010) konnte bei Untersuchungen

von Rindfleisch keinen signifikanten Einfluss verschiedener Behandlungstemperaturen auf

die Farbwerte nachweisen. Die Veränderungen des Myoglobin ist sehr komplex und nicht

vollständig geklärt. Es spielen mehrere Reaktionen eine Rolle, zum einen kommt es zur

Denaturierung des Proteins, sowie zu einer Zerstörung des Porphyrin Ringes. Zudem spielen

Redoxreaktionen ebenfalls eine Rolle. Festzuhalten bleibt, wie die Ergebnisse der

vorliegenden Arbeit sowie Arbeiten von weiteren Autoren demonstrieren, dass über einem

Druck von ca. 300 MPa ein kritischer Punkt der Farbveränderung in Richtung Aufhellung und


Verlust vom Rotwert liegt (Tintchev et al. 2010; Marcos et al. 2010). Einen großen Einfluss

auf die Veränderung des a*-Wertes besitzt dabei die Redoxchemie des Myoglobin, es gibt in

der Literatur die Hypothese, dass es durch eine Aktivierung der Metmyoglobin reduzierenden

Enzyme bei moderatem Druck bis 300 MPa zu einer Anreicherung von Oxymyoglobin und

damit zu einem Anstieg des a*-Wertes kommt (Jung et al. 2003). Über einem Druck von 300

MPa werden diese Enzyme wieder deaktiviert so, dass es zu einer Reduktion des a*-Wertes

kommt. Dies könnte durch die hier gemessenen a*-Werte erklärt werden (Abbildung 32).

Vernachlässigt man die Standardabweichungen, ist die Tendenz ersichtlich, dass es bis 300

MPa unabh. von der Behandlungstemperatur zu einem Anstieg des a*-Wertes kommt, ab

400 MPa ist eine schwache Abnahme zu beobachten.

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

a*-

We

rt

-2

-1

0

1

2

3

4 °C

20 °C

40 °C

Abbildung 33: a*-Werte für Putensteak mit 10 % Wasser bei verschiedenen Drücken und Temperaturen.

Fasst man die Ergebnisse der Farbmessungen zusammen, so besitzt der Druck den größten

Einfluss auf die Fleischfarbe, gefolgt von der Matrixzusammensetzung, d. h. unterschiedliche

Ionen- und pH-Werte. Die Temperatur in dem hier relevanten Bereich zwischen 4 und 40 °C

besitzt einen verminderten Einfluss.


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Sch

ne

idkra

ft [P

a]

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

4 °C

20 °C

40 °C

Abbildung 34: Schneiddruck für Putensteak mit 10 % Wasser bei verschiedenen Drücken und Temperaturen.

Bei der Zugabe von reinem Wasser zum Putenfleisch kommt es mit steigendem Druck zu

einer Verfestigung des Fleischgewebes. Gerade zwischen 400 und 500 MPa zeigte der

Verlauf der Schneiddruckmessung über den Druck nochmals einen steilen Anstieg

(Abbildung 34). In der Literatur sind Angaben zu finden, dass eine Hochdruckbehandlung bei

200 MPa zu einem weichmachenden Effekt führt. Dies soll durch die Zerstörung der

Lysosomen und die damit verbundene Freisetzung an autolytischen Enzymen geschehen

(Lamballerie-Anton et al. 2002). Das kann in dieser Arbeit nicht bestätigt werden, im unteren

Druckbereich kann allerdings auch kein signifikanter Anstieg der Festigkeit gezeigt werden.

Im Druckbereich zwischen 100 und 300 MPa beschreiben Rastogi et al. (2007), dass es sich

zunehmend um reversible Proteindenaturierungen unter Hochdruck bei Fleisch handelt, dies

könnte den leichten, aber nicht wirklich signifikanten Anstieg in diesem Druckbereich für den

Schneiddruck im Putenfleisch mit 10 % Wasser erklären. Der steilere Anstieg hinsichtlich der

Verfestigung im Druckbereich ab 400 MPa wird auch für verschiedene Tiersorten (vor allem

Fische und Seetiere) von Ashieand Simpson (1996) oder Angsupanich and Ledward (1998)

gezeigt. Zusammenfassend scheint also eine relevante Verfestigung ab einem Druckbereich

von größer 300 MPa stattzufinden. Ma and Ledward (2004) untersuchten die Kombination

Hitze und Hochdruck auf die Textur von Hühnerbrustfleisch und konnten ebenfalls bis zu

Sch

ne

idd

ruck

[P

a]


einer Temperatur von 40 °C einen synergitischen Effekt feststellen, die Festigkeit nimmt mit

steigendem Druck und Temperatur zu. Erst ab Temperaturen über 60 °C in Kombination mit

200 MPa konnten sie einen weichmachenden Effekt feststellen. Diese Temperatur kam aber

in der hier vorliegenden Arbeit nicht zum Einsatz, da der thermische Einfluss minimiert

werden soll, um ein frisches Fleischprodukt zu erhalten, dies kann bei Starttemperaturen von

60 °C plus die adiabatische Erhitzung nicht mehr garantiert werden kann. Des Weiteren

beschreibt die Arbeitsgruppe von Ma and Ledward et al. (2004) über die DSC-Messungen,

dass das Aktin sehr hitzelabil ist, sowohl Aktin als auch Myosin bei 20 °C und einem Druck >

200 MPa nicht abgebaut wurden und es verstärkt zu Disulfidbrücken zwischen

Myosinbestandteilen kam. Dies ist auch mit den in dieser Arbeit festgestellten Ergebnissen

vergleichbar, bei 4 und 20 °C und einer Druckbehandlung sind die Peaks für Myosin (55 - 60

°C) und Aktin (78 - 80 °C) noch zu erkennen (Abbildung 39). Signifikante Unterschiede für

den hier untersuchten Temperaturbereich können ebenso wie bei der Farbe nicht festgestellt

werden. Es zeichnet sich ab, dass sich in einem hohen Druckbereich ab 500 MPa eventuell

synergistische Effekte von Temperatur und Druck überlagern und eine niedrigere

Starttemperatur zu einer stärkeren Verfestigung führt, dies müsste in weiteren

Untersuchungen überprüft werden. Einen synergitischer Effekt von Temperatur (20 - 60 °C)

mit Druck stellten Ma and Ledward (2004) fest. Sie zeigten, dass es im Rindfleisch bei 20 °C

zu einer Verfestigung mit steigendem Druck kommt (dabei war auch hier im Druckbereich um

die 400 MPa der steilste Anstieg zu finden) und das ab sehr hohen Starttemperaturen über

60 °C eine Kombination mit niedrigerem Druck (200 MPa) zu einem Abfall der Verfestigung

kommt, was durch einen Abbau von Kollagenbestandteilen erklärt werden kann. Solche

Temperaturen kommen aber in der Zubereitung von Frischfleischprodukten, wie bereits

erwähnt, nicht in Frage.

Die GPC-Messungen ergaben, dass die unterschiedlichen Temperaturen keinen Einfluss auf

die Verteilung der Proteinfragmente bei 0,1 MPa besitzen (Abbildung 35). Nach einer

Hochdruckbehandlung von 500 MPa sind leichte Unterschiede erkennbar, die allerdings

nicht wirklich ausgeprägt sind (Abbildung 36). Man erkennt aber gut den Verlust der Peaks

für Myosin heavy chain und Aktin, was einem Verlust an löslichen Proteinen entspricht.


Abbildung 35: GPC-Messung von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe, bei 0,1 MPa mit Starttemperaturen 4 (schwarz), 20 (hell grün) und 40 °C.

Abbildung 36: GPC-Messung von Putensteak mit Wasserzugabe nach einer Hochdruckbehandlung von 500 MPa, mit Starttemperaturen 4 (schwarz), 20 (hellgrün) und 40 °C (dunkelgrün).

Die SDS-PAGE Untersuchungen zeigen bei 4 und 40 °C einen besseren Erhalt der

Tropomycinbande. Aktin wird bei allen untersuchten Temperaturen und einer

Hochdruckbehandlung von 500 MPa abgebaut (Abbildung 37).

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

AU

0,00

0,05

0,10

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Myosin heavy

chain Actin

Myosin heavy

chain Actin


Abbildung 37: SDS-PAGE von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe bei 4, 20 und 40 °C und Umgebungsdruck (0,1 MPa) und nach einer Druckbehandlung (500 MPa).

Die Aufnahmen des Rasterelektronenmikroskops von Putenfleisch mit Wassermarinade sind

der Abbildung 38 zu entnehmen. Die Aufnahmen zeigen mit steigendem Druck eine

Zunahme an zerstörter Zellstruktur. Bei einem Druck von 600 MPa ist zwischen den

Myofibrillen zunehmend eine Vernetzung ersichtlich, auch bei näherer Betrachtung der

Struktur der Fibrillen lässt sich ein homogeneres Netzwerk mit feinen Poren erkennen, es

kommt demnach zu einer Gelbildung und Denaturierung. Dies bestätigen die Ergebnisse der

Schneiddruck und der DSC.

Aktin

Tropomycin

4 4 20 20 40 40 [°C]

0,1 500 0,1 500 500 500 [MPa]


Abbildung 38: REM Aufnahmen von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe, vor (0,1 MPa) und nach einer Hochdruckbehandlung (400 MPa und 600 MPa).

Temperatur [°C]

20 40 60 80 100

He

at

flo

w [

W/g

]

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

4 °C / 500 MPa

4 °C / 0,1 MPa

20 °C / 0,1 MPa

20 °C / 500 MPa

40 °C / 0,1 MPa

40 °C / 500 MPa

Abbildung 39: DSC-Messung von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe bei verschiedenen Drücken und Temperaturen.

X10.000 1µm X5.000 5µm X1.000 10µm


Bei den DSC-Messungen sind kaum Unterschiede bzgl. der unterschiedlichen

Starttemperaturen feststellbar (Abbildung 39). Es kommt, wie bereits im vorangegangenen

Abschnitt erläutert, zu einer Abnahme der einzelnen Fragmente durch Denaturierung. Auch

die Enthalpie-Abnahme ist zwischen den einzelnen Temperaturen nicht signifikant

unterschiedlich, es lässt sich eine etwas stärkere Abnahme der Enthalpie bei Proben, die bei

4 °C behandelt wurden, ablesen, wobei hierfür aus statistischer Relevanz weitere

Untersuchungen von Nöten wären (Tabelle 34). Die Ergebnisse der DSC könnten somit eine

verstärkte Denaturierung bei niederen Temperaturen bedeuten.

Bei der Untersuchung des Tropfsaftverlustes (Drip loss) sind die Standardabweichungen

sehr groß, was an der Analyse selbst, aber auch am heterogenen Probenmaterial liegt.

Betrachtet man die Tendenzen, so lassen sich diese Ergebnisse ohne

Standardabweichungen (sind im Anhang enthalten) gut in einem dreidimensionalen Graphen

aufzeigen (Abbildung 40). Der Drip loss steigt vorallem im Druckbereich bis 200/300 MPa

stark. Höhere Temperaturen bei Proben mit reiner Wasserzugabe zeigten vorallem im

höheren Druckbereich ein synergistischen Effekt, es kommt verstärkt zu einer schlechteren

Wasserhaltekapazität, der Drip loss steigt.

25

30

35

40

5

10

15

20

25

30

3540

100200

300400

500

Dri

p loss [%

]

Tem

pera

tur [°C

]

Druck [MPa]

Abbildung 40: Drip loss von Putensteak mariniert mit 10 % Wasserzugabe bei verschiedenen Druckstufen und Temperaturen.


Tabelle 34: Enthalpie Messung der DSC von Putensteak mit 10 % Wasserzugabe, behandelt bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken

Marinierung Temperatur [°C]

Druck [MPa] Enthalpie [W/g]

Wasser 4 0,1 3,9225 ± 0,1957

500 0,9002 ± 0,1756

20 0,1 3,1378 ± 0,6121

500 1,3210 ± 0,1556

40 0,1 3,5700 ± 0,5037

500 1,0469 ± 0,3362

Nun sollen die Ergebnisse dargestellt werden, die bei dem Einsatz von NaCl, Ascorbinsäure

und Natriumcarbonat-Zusatz in Verbindung mit den Temperaturen 4, 20 und 40 °C sowie

den Drücken zwischen 0,1 und 500 MPa erarbeitet wurden.

Die Ergebnisse der Farbe von Putensteaks mariniert mit NaCl zeigen den typischen Verlauf.

Es kommt zu einer Aufhellung, also einem Anstieg des L*-Wertes, einhergehend mit einem

leichten nicht signifikanten Anstieg des a*-Wertes mit steigendem Druck (Abbildung 41).

Hierbei ist im Vergleich zu reiner Wassermarinade im Druckbereich zwischen 200 und 400

MPa der Anstieg des L*-Wertes nicht so steil und erreicht auch im Enddruck bei 500 MPa

einen niedrigeren Endwert. Die unterschiedlichen Temperaturen zeigen weder für die

Messung der a*-Werte noch L*-Werte signifikante Unterschiede. Es lässt sich bei 300 MPa

eine etwas höhere Aufhellung bei 4 °C im Vergleich zu den anderen Temperaturen messen.

Inwieweit das statistisch abgesichert ist, muss noch einmal überprüft werden. Demnach

besitzt, unabhängig der Zugabe von Natriumchlorid, der Druck den höchsten Einfluss auf die

Farbe, gefolgt von Marinaden-Rezepturen. Die Temperaturen zwischen 4 und 40 °C spielen

eine vermindert relevante Rolle.


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20

0

20

40

60

80

4 °C

20 °C

40 °C

L*-Wert

a*-Wert

b*-Wert

Abbildung 41: Farbmessung für Putensteak mariniert mit NaCl (L*-Wert obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20

0

20

40

60

80

4 °C

20 °C

40 °C

L*-Wert

a*-Wert

b*-Wert

Abbildung 42: Farbmessung für Putensteak mariniert mit Ascorbinsäure (L*-Wert obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20

0

20

40

60

80

4 °C

20 °C

40 °C

L*-Wert

a*-Wert

b*-Wert

Abbildung 43: Farbmessung für Putensteak mariniert mit Natriumcarbonat (L*-Wert obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).

Die Farbmessungen von Putenfleisch mit einem sauren pH-Wert, das mit Ascorbinsäure

mariniert wurde, zeigen hingegen Unterschiede hinsichtlich der untersuchten Temperaturen

(Abbildung 42). Die L*-Werte sind beim niedrigeren Druck, wenn also der Einfluss des

Drucks scheinbar noch nicht überragt, bei höheren Temperaturen (40 °C) höher als bei den

Temperaturen 4 und 20 °C. Die nähere Betrachtung des gemessenen a*-Wertes zeigt, dass

bei einer Behandlungstemperatur von 40 °C und einer Marinierung mit Ascorbinsäure

niedrigere Absolutwerte gemessen werden als bei den Temperaturen 4 und 20 °C. Dies

könnte auf einen temperaturbedingten Abbau oder eine beschleunigte Oxidation

(temperaturabhängig) des Myoglobins zurückzuführen sein.

Bei den Farbmessungen für Natriumcarbonat zeigt sich ein Anstieg des L*-Wertes mit

steigendem Druck, aber kein Unterschied bezüglich der Temperaturen 4, 20 oder 40 °C

(Abbildung 43). Der a*-Wert verändert sich kaum, jedoch ist ein tendenziell leichter Anstieg

ab einem Druck von 300 MPa zu erkennen. Bis zum Druck von 400 MPa liegen die L*-Werte

im Putenfleisch, mariniert mit Natriumcarbonat, unter denen von Putenfleisch mit

Ascorbinsäure, unabhängig von den Starttemperaturen. Der End-L*-Wert liegt bei basisch

mariniertem Fleisch wieder tiefer als bei Fleisch nur mit Wasser, auch unabhängig von der

Temperatur. Zusammenfassend ist festzustellen, dass im Druckbereich von 200-400 MPa

die Zusatzstoffe NaCl und Natriumcarbonat einen Einfluss auf die Steigung des

hochdruckinduzierten L*-Wert besitzen.


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Sch

neid

kraft [P

a]

10000

20000

30000

40000

4 °C

20 °C

40 °C

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Sch

neid

kraft [P

a]

10000

20000

30000

40000

4 °C

20 °C

40 °C

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Sch

neid

kraft [P

a]

10000

20000

30000

40000

4 °C

20 °C

40 °C

Abbildung 44: Schneiddruck von Putensteak mariniert mit NaCl (A), Ascorbinsäure (B) und

Natriumcarbonat (C).

A

B

C

Schneid

dru

ck [P

a]

Schneid

dru

ck [P

a]

Schneid

dru

ck [P

a]


Bei den Ergebnissen zum Schneiddruck sind die Mittelwerte von fünf Messungen von je zwei

unterschiedlichen Versuchstagen zusammengefasst. Es ist an der relativ großen

Standardabweichung erkennbar, dass der Einfluss des Fleisches und die

Probenvorbereitung eine große Streuung verursachen. So ist es bei dem Probenumfang

schwierig, endgültige Aussagen zu treffen. Tendenziell erkennbar ist, dass die Zugabe von

Ascorbinsäure eine stärkere Verfestigung bewirkte als die reine Wasserzugabe oder die

Zugabe von Natriumcarbonat (Abbildung 44). Der Druck besitzt eine dominierende Wirkung

auf die Verfestigung von mariniertem Putenfleisch und bewirkt vor allem ab einem Druck von

400 MPa einen Anstieg. Was den Einfluss der Temperatur angeht, ist es schwierig, eine

Tendenz zu erkennen. Bei basisch mariniertem Fleisch kann man bis 400 MPa einen

antagonistischen Effekt von Temperatur und Druck erahnen, so dass höhere Temperaturen

weniger stark zu einer Verfestigung führen.

Die SDS-Page zeigt, dass bei einer Zugabe von NaCl und Natriumcarbonat im Vergleich zur

Ascorbinsäurezugabe nach einer Hochdruckbehandlung noch mehr leichtere

Proteinfraktionen im oberen Teil der SDS-Page enthalten sind (

Abbildung 45).

Auch im Vergleich zur reinen Wasserzugabe sind die Banden der einzelnen Fraktionen bei

Zugabe von Natriumcarbonat und NaCl deutlicher zu erkennen, was den Schluss zulässt,

dass die Zugabe dieser Salze ein protektive Wirkung auf die Denaturierung einzelner kleiner

Proteinfraktionen besitzt, wenn die Salze eine basische Wirkung aufweisen.


Abbildung 45: SDS-PAGE von Putensteak mit NaCl-, Ascorbinsäure- oder Natriumcarbonatzugabe vor einer Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) und nach einer Druckbehandlung von 500 MPa.

Der Drip loss ist hier dargestellt für Marinaden mit Zusatz von NaCl oder Natriumcarbonat

(Abbildung 62). Bei den Ergebnissen für Ascorbinsäurezusatz sind keine deutlichen

Tendenzen erkennbar. Dabei muss erwähnt werden, dass die Analyse selbst sowie das

heterogene Probenmaterial eine große Streuung verursachten. Zunächst ist festzustellen,

dass der Zusatz von Salzen (NaCl oder Natriumcarbonat) zu einer verbesserten

Wasserhaltekapazität führt, im Vergleich zu einer reinen Wasserzugabe (Abbildung 40).

Auch bei der konventionellen Fleischverarbeitung ist die Salzzugabe mit einer verbesserten

Wassereinlagerung verbunden, und ein Anstieg des pH-Wert durch Zugabe basischer

Bestandteile führt ebenfalls zu einer verbesserten Wasserhaltekapazität (Schwägele 2003).

Dennoch steigt mit steigendem Druck der Tropfsaftvelust, was die Ergebnisse aus der DSC,

GPC und SDS-Page unterstützt, es kommt zu einem vermehrten Verlust löslicher und damit

wasserbindender Proteine. Des Weiteren sind Zusammenhänge zwischen Temperatur und

Druck zu erkennen (Abbildung 46). Hoher Druck und hohe Temperaturen besitzen, im

Zusammenhang mit basischen Bestandteilen, synergistische Effekte und die

Wasserhaltekapazität wird erhöht sowie der Drip loss vermindert. Bei einer

Aktin

Tropomycin

500 0,1 500 0,1 500 0,1 [MPa]

NaCl Ascorbinsäure Natriumcarbonat


Behandlungstemperatur zeichnet sich für beide Zusätze ein lokales Maximum an

Tropfsaftverlust ab.

25

30

35

40

5

10

15

20

25

30

3540

100200

300400

500

Dri

p loss [%

]

Tem

pera

tur [°C

]

Druck [MPa]

Abbildung 46: Drip loss von Putensteak mit Wasserzugabe und NaCl oder Natriumcarbonat bei verschiedenen Druckstufen und Temperaturen.

NaCl

Natriumcarbonat


b) Putenkeule

Da sich aus den Versuchen mit Putensteak ergab, dass die Matrix selbst einen sehr

bedeutenden Einfluss besitzt, wurden in weiteren Versuchsreihen die Auswirkungen der

selben Zusatzstoffe (Ascorbinsäure, Natriumchlorid und Natriumcarbonat) auf Putenkeulen

während einer Hochdruckbehandlung untersucht.

Einhergehend mit dem Druck stieg der pH-Wert für Putenkeulen über ca. 0,1 bis 0,3 an.

Dabei liegen die pH-Werte nach einer Druckbehandlung unabhängig von der eingesetzten

Marinade relativ nahe beieinander. Da sich wiederum kein signifikanter Unterschied

zwischen den Temperaturen ergab, wurden hier alle pH-Werte der Temperaturen 4, 20 und

40 °C in Abhängigkeit vom Druck zusammengefasst (Tabelle 35). Der Anstieg der pH-Werte

(pH nach dem Marinieren, aber ohne Druckbehandlung minus pH-Werte nach der

Druckbehandlung) zeigt die selben Tendenzen wie bei Steaks. Bei den sauer marinierten

Proben steigt der pH-Wert mehr an als bei der Zugabe von basischen Marinaden mit

Natriumcarbonat (Tabelle 36). Im Vergleich zu den pH-Werten der Steaks liegen hier bereits

alle Anfangs-pH-Werte höher, was im Hinblick auf den Farberhalt nach einer

Hochdruckbehandlung positiv sein sollte.


Tabelle 35: pH-Wert für Putenkeulen mit unterschiedlichen Zusätzen bei verschiedenem Druck

Marinade Druck [MPa] pH-Wert

NaCl

0,1 6,17± 0,08

200 6,19± 0,08

300 6,35± 0,23

400 6,39± 0,13

500 6,42± 0,08

Ascorbinsäuresäure

0,1 6,11± 0,06

200 6,25± 0,06

300 6,35± 0,04

400 6,36± 0,05

500 6,42± 0,09

Natriumcarbonat

0,1 6,33± 0,09

200 6,32± 0,06

300 6,34± 0,06

400 6,37± 0,09

500 6,43± 0,03

Wasser

0,1 6,16± 0,02

200 6,24± 0,04

300 6,30± 0,05

400 6,35± 0,04

500 6,34± 0,04


Tabelle 36: Differenz der pH-Werte von Putenkeulen mit unterschiedlichen Zusätzen in Bezug auf den pH-Wert bei 0,1 MPa

Zugabe Druck [MPa] pHvorHP-pHnachHP

NaCl

200 -0,01

300 -0,18

400 -0,22

500 -0,25

Ascorbinsäure

200 -0,14

300 -0,24

400 -0,25

500 -0,31

Natriumcarbonat

200 0,01

300 -0,01

400 -0,04

500 -0,10

Wasser

200 -0,08

300 -0,14

400 -0,19

500 -0,18

Bei den Farbmessungen von Keulen wurde wie bei den Steaks ein Anstieg des L*-Wertes

und damit ein Aufhellen der Fleischmatrix gerade im Druckbereich zwischen 300 und 400

MPa gemessen (Abbildung 47). Zwischen 0,1 MPa und einer Druckbehandlung von 200

MPa ist der Anstieg nur minimal und nicht signifikant. Wie erwartet, ist der totale Anstieg in

Keulen nicht so hoch wie in Steaks, die L*-Werte bei 500 MPa liegen unterhalb denen, die

für Putenkeulen gemessen wurden. Aber auch ab einem Druck von 500 MPa scheint die

Kurve eine Art Sättigung zu durchlaufen, sie flacht gegen Ende hin ab und scheint ab 500

MPa gegen einen Maximalwert zu laufen. Der a*-Wert zeigt keine signifikanten Unterschiede

bzgl. Der Behandlungstemperaturen.

Betrachtet man den L*-Wert etwas genauer, so ist eine Tendenz zu erwarten, welche bei

höheren Temperaturen und höherem Druck ab 300 MPa einen synergistischen Effekt auf die

Farbveränderung darstellt, d. h. die Aufhellung durch höhere Temperaturen verstärkt wird.


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20

0

20

40

60

80

4 °C

20 °C

40 °C

L*-Wert

a*-Wert

b*-Wert

Abbildung 47: Farbmessung von Putenkeulen mariniert mit reinem Wasser (L*-Wert obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe).

Bei den Versuchen, in denen verschiedene Zusätze über die Marinade in das Keulenfleisch

eingebracht wurden, zeigt sich, dass bei Zugabe von NaCl, Ascorbinsäure und

Natriumcarbonat ebenfalls ein Anstieg des L*-Wertes gemessen werden konnte. Im höheren

Druckbereich zeigt sich, wenn auch nicht signifikant, ein synergetischer Effekt von

Temperatur und Druck bei Proben mit NaCl. Die Zugabe von NaCl führt im Vergleich zu

Proben mit reiner Wasserzugabe zu einem deutlich niedrigeren L*-Wert für alle Drücke und

alle untersuchten Behandlungstemperaturen (Abbildung 48).

Sowohl für NaCl-Proben als auch für Ascorbinsäure-Proben ist ein schwacher, typischer

sigmoidaler Kurvenverlauf des L*-Wertes zu finden.


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20

0

20

40

60

80

4 °C

20 °C

40 °C

L*-Wert

a*-Wert

b*-Wert

Abbildung 48: Farbveränderungen von Putenkeulen mariniert mit NaCl.

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20

0

20

40

60

80

4 °C

20 °C

40 °C

L*-Wert

a*-Wert

b*-Wert

Abbildung 49: Farbmessungen von Putenkeulen mariniert mit Ascorbinsäure.


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

-20

0

20

40

60

80

4 °C

20 °C

40 °C

L*-Wert

a*-Wert

b*-Wert

Abbildung 50: Farbmessungen von Putenkeulen mariniert mit Natriumcarbonat.

Die Zugabe von Ascorbinsäure bewirkt, dass der Kurvenverlauf des L*-Wertes über dem

Druck deutlich flacher verläuft als bei den L*-Werten mit reiner Wasserzugabe (Abbildung

49). Der L*-Wert bei 500 MPa ist dabei niedriger als bei Putenkeulen, die mit reinem Wasser

mariniert sind. Dabei sind die Farbmessungen bzgl. der Behandlungstemperaturen sehr

unterschiedlich und deshalb genauere Tendenzen eher willkürlich. Die Ergebnisse

hinsichtlich der Farbmessungen zu sauer marinierten Steaks unterscheiden sich daher.

Welche Ursache es dafür gibt, ist noch nicht geklärt.

Abbildung 51: Bild von hochdruckbehandelten (500 MPa, 3 min) Putenkeulen mit Natriumcarbonat und reiner Wassermarinade.


Die Zugabe einer basischen Natriumcarbonat-Marinade führt zu einem wenig starken

Aufhellen im Fleisch im Vergleich zu reinem Wasserzusatz (Abbildung 50). Damit bestätigt

sich auch für Keulen die schon bei den Steaks getroffene Annahme, dass ein Anheben des

pH-Wertes zu einem verbesserten Farberhalt im Fleisch nach einer Hochdruckbehandlung

führt. Höhere Temperaturen (40 °C) zeigen, wie bereits bei den NaCl-Proben, einen

schwachen synergitischen Effekt zum Druck mit leicht erhöhten L*-Werten. Die Unterschiede

waren auch deutlich sensorisch sichtbar, wie man in Abbildung 51 erkennen kann.

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Sch

ne

idkr

aft

[P

a]

10000

15000

20000

25000

30000

4 °C

20 °C

40 °C

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Sch

ne

idkr

aft

[P

a]

15000

20000

25000

30000

4 °C

20 °C

40 °C

Abbildung 52: Schneiddruck von Putenkeulen mit 10 % Wasserzugabe (A) und NaCl Zugabe

(B).

A

B

Schneid

dru

ck [P

a]

Schneid

dru

ck [P

a]


Abbildung 53: Schneiddruck von Putenkeulen mit Ascorbinsäurezugabe (A) und Natriumcarbonatzugabe (B).

Bei der Schneiddruckmessung ist es schwierig, Tendenzen oder Aussagen zu treffen, da die

Standardabweichung schon aufgrund des Rohmaterials Keule, äußerst groß ist. Generell

scheint der Zusatz von NaCl und Natriumcarbonat eine weichmachende Funktion zu

besitzen (Abbildung 52 und Abbildung 53). Die Werte des Schneiddrucks liegen tiefer als bei

reiner Wasserzugabe oder der Zugabe von Ascorbinsäure. Bezüglich der Temperaturen

lassen die Ergebnisse keine eindeutige Interpretation zu. Auch ist kein signifikanter Anstieg

mit Drucksteigerung erkennbar.

Abbildung 54: GPC-Messung von Keulen mit Wasserzusatz ohne Druckbehandlung für 4 (schwarz), 20 (blau) und 40 °C (grün).

AU

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Aktin Myosin heavy chain

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Sch

ne

idkra

ft [P

a]

15000

20000

25000

30000

4 °C

20 °C

40 °C

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Schn

eid

kra

ft [P

a]

15000

20000

25000

30000

4 °C

20 °C

40 °C

A B

Sch

nei

dd

ruck

[P

a]


Abbildung 55: GPC von Keulen mit Wasserzusatz bei 4 °C und den Drücken 0,1 MPa (schwarz) und 500 MPa (rot).

Der Einfluss der unterschiedlichen Temperaturen auf die Proteinzusammensetzung von

Putenkeulen sollen hier zunächst anhand der Referenz-Keulen nur mit Wasserzugabe

diskutiert werden. In der Abbildung 54 ist zu sehen, dass eine Temperaturerhöhung ohne

Druck schon zu einer leichten Abnahme der einzelnen Fragmente führt. Vor allem das Aktin

scheint in Putenkeulen relativ temperatursensibel zu sein.

Abbildung 56: GPC von Keulen mit Wasserzugabe bei 20 °C Starttemperatur und den Drücken 0,1 (schwarz) und 500 MPa (rot).

AU

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

Minutes

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00 75,00 80,00

AU

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Aktin

Myosin heavy chain

Aktin

Myosin heavy chain


Abbildung 57: GPC von Keulen mit Wasserzugabe bei 40 °C Starttemperatur und den Drücken 0,1 (schwarz) und 500 MPa (blau).

Eine Druckbehandlung führt bei allen Starttemperaturen zu einem Verlust an einzelnen

Proteinfragmenten, weit aus stärker wird das myosin heavy chain hingegen vom Druck

abgebaut, was mit steigender Temperatur noch verstärkt wird, wohingegen das Aktin bei

höheren Temperaturen etwas resistenter gegenüber einem druckinduzierten Abbau zu sein

scheint (Abbildung 55 und Abbildung 56 und Abbildung 57). Vergleicht man aber die

Ergebnisse mit den Ergebnissen der Putensteaks, sieht man, dass die druckinduzierte

Denaturierung (der Verlust einzelner Fragmente) nicht so stark ausgeprägt zu sein scheint.

Dies könnte die Erklärung für die niedrigeren Schneiddruckmessungen liefern.

AU

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

AU

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

Minutes

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Aktin

Myosin heavy chain

Aktin

Myosin heavy chain


Abbildung 58: GPC von Keulen mit Wasserzusatz bei 500 MPa mit den Starttemperaturen 4 (rot), 20 (schwarz), 40 °C (blau) .

Bei der Gegenüberstellung der GPC-Profile zu unterschiedlichen Temperaturen bei 500 MPa

ist eine Abnahme der Fragmente mit steigender Temperatur zu erkennen, wobei Myosin

heavy chain nicht mehr nachweisbar ist bei diesem Druck (Abbildung 58). Die Temperatur

besitzt bzgl. der Veränderung von löslichen Proteinfraktionen einen synergitischen Effekt d.h.

mit steigendem Druck, steigt der Verlust an Aktin, was durch höhere Temperaturen verstärkt

wird.

Tabelle 37: Enthalpie Messung der DSC von Putenkeulen mit Zusatz von 10 % Wasser bei unterschiedlichen Drücken und Behandlungstemperaturen

Temperatur [°C] Druck [MPa] Enthalpie [J/g]

4

0,1 3,48 ± 0,20

500 1,84 ± 0,08

20

0,1 2,81 ± 0,68

500 1,43 ± 0,10

40

0,1 3,71 ± 0,30

500 1,40 ± 0,12


Temperatur [°C]

50 60 70 80

Hea

t flow

[W

/g]

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,1 MPa

500 MPa

Temperatur [°C]

50 60 70 80

Hea

t flow

[W

/g]

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,1 MPa

500 MPa

Abbildung 59: DSC-Messung von Keulen mit Wasserzugabe bei 4 °C (A) und 20 °C (B) Behandlungstemperatur vor einer Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) (schwarz) und nach einer Behandlung (500 MPa) (rot).

Die Graphen der DSC Messungen (Abbildung 60) zeigen, wie auch die Enthalpien in Tabelle

37 bestätigen, dass bei 40 °C und ohne Druck (0,1 MPa) in Putenkeulen mit Wasserzugabe

schon weitaus mehr protoplastisches Protein abgebaut wurde als bei 20 °C. Dies bedeutet,

dass in diesem Fall die Temperatur bei hohem Druck (500 MPa) eine unterstützende

Wirkung auf die Abnahme bzw. die Denaturierung der Proteine bewirkt.

A

B

Aktin Myosin


Temperatur [°C]

50 60 70 80

Hea

t flow

[W

/g]

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28

0,30

0,32

0,34

0,1 MPa

500 MPa

Abbildung 60: DSC-Messung von Keulen bei 40 °C Behandlungstemperatur vor einer Hochdruckbehandlung (0,1 MPa) (schwarz) und nach einer Behandlung (500 MPa) (rot).

Aus zeitlichen und finanziellen Gründen konnten keine DSC-Messungen für Keulen mariniert

mit den Zusätzen NaCl, Natriumcarbonat und Ascorbinsäure mehr durchgeführt werden. Es

ist aber davon auszugehen, dass auch im Hinblick auf die Ergebnisse von Putensteaks ein

vergleichbares Ergebnis wie bei Keulen mit Wasserzugabe zu erwarten sind. Der Druck

besitzt demnach den größten Einfluss auf die rheologische und funktionelle Beschaffenheit

von hochdruckbehandeltem Fleisch. Der Einfluss von Marinadenbestandteilen zeigt sich

sowohl in der Farbe als auch in der Textur, wobei basische Zusätze wie Natriumcarbonat

einen positiven Erhalt nativer Fleischstruktur und Farbe bewirken. Der Einfluss der

Temperatur im Bereich 4 – 40 °C ist minimal und äußert sich erst bei detaillierter

Untersuchung der einzelnen Proteinbestandteile. Hierbei kann in diesem Proteinbereich von

synergitischen Effekten ausgegangen werden, sodass es vermehrt zu

Denaturierungsprozessen bei höheren Temperaturen kommt. Dabei zeigen die SDS-

Aufnahmen zunehmend, dass die Temperatur keinen Einfluss auf die Zusammensetzung

löslicher Proteine besitzt (es ist ein Abbau von Aktin, Tropomycin und Troponin zu erkennen)

(Abbildung 61). Der Unterschied bei verschiedenen Temperaturen ist also auf die gesamte

Proteinmatrix zu beziehen.


Abbildung 61: SDS-PAGE für Putenkeulen mit Wasserzugabe bei verschiedenen Temperaturen sowie vor einer Hochdruckbehandlung und nach 500 MPa.

Auf eine Darstellung des Drip loss wird an für Putenkeulen verzichtet, durch das stark

heterogene Fleischgewebe (Einlagerung von Fett und Sehnen) ist aus den Messwerten und

den damit verbundenen Standardabweichungen keine Tendenz bzgl. verschiedenen

Temperaturen im Kombination mit Zusatzstoffen erkennbar. Die Ergebnisse werden

allerdings im Anhang aufgeführt.

Aktin

Trobomycin

4 4 20 20 40 40 [°C]

0,1 500 0,1 500 500 500 [MPa]


2. Marinaden auf Emulsionsbasis

In diesem Abschnitt sind die Ergebnisse zu den Untersuchungen des Einfluss von

Emulsionsmarinade und Zusatzstoffen (NaCl, Natriumcarbonat und Ascorbinsäure)

dargestellt und diskutiert, sie sollen dabei nur einen Einblick vermitteln und wurden nicht

differenziert weitergeführt. Dabei wurden die Proben im Doppelansatz untersucht und

werden ohne Standardabweichung angegeben. Im Anhang sind die ausführlichen

Ergebnisse enthalten. Des Weiteren wurde auf die Messungen der DSC und GPC, sowie

SDS-Page verzichtet, um einen Analyseaufwand zu minimieren, die Veränderungen der

löslichen Proteine im Fleisch sollten hierbei durch die Messung des Drip loss abgeschätzt

werden.

a) Steak

In weiteren Versuchsreihen wurde überprüft, ob die gleichen Inhaltstoffe, d. h. NaCl,

Ascorbinsäure und Natriumcarbonat, vergleichbare Ergebnisse auch in Emulsionen liefern.

Hierzu wurden im gleichen prozentualen Anteil wie bei reiner Wassermarinade die

Inhaltsstoffe zu einer Emulsion aus 70 % Wasser und 30 % Rapsöl mit Zugabe von

Basiscompound der Firma AVO untergemengt. Die Einzelergebnisse sind dem Anhang zu

entnehmen.

Der pH-Wert im Fleisch bei NaCl-Emulsionen lag bei 5,71 ± 0,05 und stieg während einer

Hochdruckbehandlung bei allen Temperaturen (4, 20, 40 °C) auf maximale Werte bei 500

MPa von 5,89 ± 0,04 an. Bei Zugabe von Ascorbinsäure stieg der durchschnittliche Anfangs-

pH-Wert (aller Temperaturen) von 5,53 ± 0,15 auf 5,79 ± 0,15 an, damit ist ein deutlicherer

Anstieg des pH-Wertes zu erkennen als bei NaCl-Zugabe. Bei Natriumcarbonat-Emulsionen

stieg der Anfangs- pH-Wert von 6,08 ± 0,14 bei 500 MPa auf 6,67 ± 0,51 noch deutlicher an.

Für den Drip loss, das bedeutet für die Wasserhaltekapazität, ist kein genauer

Zusammenhang zwischen Behandlungstemperatur und Zusatzstoff zu finden. Diese Analyse

sollte stellvertretend für die aufwendigen GPC und DSC Messungen das Verhalten von

denaturierten löslichen Proteinen wiedergeben. Für Natriumcarbonat- und Ascorbinsäure-

Proben scheint eine wärmere Behandlungstemperatur für den gesamten Druckbereich zu

einem verbesserten Drip loss zu führen (Abbildung 62).


Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Dri

p loss [%

]

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

4 °C

20 °C

40 °C

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Dri

p lo

ss [

%]

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

4 °C

20 °C

40 °C

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

Drip loss (

%)

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

4 °C

20°C

40°C

Abbildung 62: Drip loss von Putensteak mit Emulsionsmarinade und dem Zusatz von NaCl (A), Natriumcarbonat (B) und Ascorbinsäure (C) bei verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen.

Bei den Ergebnissen der Farbmessung zeigten sich folgende Zusammenhänge. Beim

Einsatz von Natriumcarbonat-Emulsionen ist eine Temperatur von 4 °C mit einem höheren

L*-Wert und somit mit einem stärkeren Aufhellen verbunden als bei Proben, behandelt bei 20

oder 40 °C. Dies bestätigt die Ergebnisse für Wasseremulsionen, bei basischen Zusätzen

sind höhere Temperaturen vorteilhaft für einen Farberhalt. Für Ascorbinsäure-Emulsionen

sind bereits deutlich höhere Ausgangs-L*-Werte generell zu finden. Diese steigen weiter mit

zunehmendem Druck. Wobei eine Behanldungstemperatur im Bereich von 4 °C hierbei eher

positive Effekte auf den Farberhalt ausübt im Vergleich zu 40 °C. Mit Natriumcarbonat in den

Emulsionen, wie auch schon bei den Wassermarinaden, sind die niedrigsten L*-Werte zu

finden. Gerade der Anstieg zwischen 200 und 400 MPa ist hier flacher im Verlauf als bei den

A B

C


anderen Zusätzen. Bei dem Rotwert (a*-Wert) sowie bei dem Gelbwert (b*-Wert) konnte

keine Korrelation oder Zusammenhang bzgl. Temperatur, Druck und Zusätze gezeigt werden

(Daten im Anhang).

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

L*-

We

rt

50

60

70

80

4 °C

20 °C

40 °C

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

L-W

ert

45

50

55

60

65

70

75

80

4 °C

20°C

40 °C

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

L-W

ert

45

50

55

60

65

70

75

80

4 °C

20°C

40 °C

Abbildung 63: L*-Werte für Putenfleisch mariniert mit Emulsionen und dem Zusatz von NaCl (A), Natriumcarbonat (B) und Ascorbinsäure (C) bei verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen.

A B

C


Die Messungen des Schneiddrucks ergaben, dass bei Zusatz von Emulsionen mit NaCl kein

Anstieg, sondern entweder eine Abfall der Schneiddruck oder konstante Werte über eine

Druckerhöhung gemessen wurden (Abbildung 64). Das bedeutet, der Zusatz von

Emulsionen im Vergleich zu Wassermarinaden führt zu weicheren Endproben nach einer

Hochdruckbehandlung. Bei Ascorbinsäure-Emulsionen und Natriumcarbonatzugabe sind

keine eindeutigen Zusammenhänge zwischen Druck und Temperatur erkennbar, der

Schneiddruck liegt aber über der von Putenfleisch, das mit NaCl-Emulsionen mariniert

wurde. Leichte Tendenzen bzgl. der Temperatur sind bei höheren Temperaturen von 40 °C

zu erahnen, dabei scheint der totale Einfluss des Drucks minimiert zu sein, die Werte liegen

ähnlich nahe beieinander.

Abbildung 64: Schneiddruck für Putensteak mariniert mit Emulsionen und dem Zusatz von NaCl (A) und Natriumcarbonat (B) bei verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen.

Die REM-Aufnahmen in Abbildung 65 sind von Putenfleisch mariniert mit reiner Emulsion

aufgenommen worden, es wurde kein Salz dazugegeben, um zu schauen, ob nur der höhere

Fettanteil die Struktur alleine schon verändert. Im Vergleich zur Wasserzugabe (Abbildung

38) zeigt sich weniger stark eine Zerstörung der Myofibrillen und bei höheren Druckstufen

von 500 MPa zeichnet sich ein homogenes Netzwerk ab. Die Zwischenräume zwischen den

Fibrillen sind ebenfalls vernetzt und die Fibrillen selbst zeigen nach 500 MPa ein enges

homogeneres Bild als bei 0,1 MPa. Demnach führt eine Zugabe von Fett in Form von

Emulsionen zu einer veränderten Strukturbildung. Die Wechselwirkungen zwischen den

Proteinen werden verändert, aber nicht verhindert.

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

Sch

neid

kra

ft (

Pa

)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

4 °C

20°C

40 °C

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

Sch

neid

kra

ft (

Pa

)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

4 °C

20°C

40 °C

A B

Sch

nei

dd

ruck

[P

a]


Abbildung 65: REM Aufnahmen von Putenfleisch mit Emulsionsmarinade ohne Hochdruckbehandlung und nach einer Hochdruckbehandlung (200 und 500 MPa).

b) Keulen

Eine Zugabe von Ascorbinsäure-Emulsion ergibt den Anfangs-pH-Wert von 5,53 ± 0,14,

dieser steigt bei einer HP-Behandlung auf gerade einmal 5,73 ± 0,15 an. Bei NaCl-

Emulsionen liegt bereits der pH-Wert bei Proben ohne Hochdruckbehandlung höher bei 5,73

± 0,05 und der pH-Anstieg ist deutlicher auf 5,90 ± 0,03 messbar, dies kommt einem

Farberhalt und einem geringen Tropfsaftverlust entgegen. Die Zugabe von Natriumcarbonat

ergibt Anfangs-pH-Werte von 6,08 ± 0,13, nach einer Hochdruckbehandlung von 500 MPa

stellt sich ein pH-Wert von 6,46 ± 0,51 ein.

Die Tropfsaftverlust (Drip loss) steigt mit zunehmendem Druck bei Putenkeulen, die mit

NaCl-emulsionen mariniert sind nicht an, hier sind die höchsten Werte bei Proben zu finden,

die bei einer Temperatur von 40 °C und den unteren Drücken von 200 und 300 MPa

behandelt wurden (Abbildung 66). Höhere Tropfsaftverluste sind für die sauren

Ascorbinsäure-Proben zu finden, die Proteine können in diesem pH-Bereich in Kombination

mit Druck nur schlecht das Wasser halten. Die Proben mit Natriumcarbonat-Zusatz zeigen

vor allem im Druckbereich unter 400 MPa im Vergleich zur Referenz (0,1 MPa) und der

Temperatur von 40 °C kaum Unterschiede. Eine basische Marinierung in Kombination mit

höheren Temperaturen ist daher in Bezug auf die Wasserbindung bei Anwendung von

X10.000 1µm X5.000 5µm X1.000 10µm


Hochdruck von Vorteil. Vergleicht man alle Werte, so scheint der Zusatz von Natriumsalzen

jeglicher Art von Vorteil bzgl. der Wasserhaltekapazität zu sein.

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

Drip loss (

%)

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

4 °C

20°C

40 °C

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600D

rip loss (

%)

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

4 °C

20°C

40 °C

Druck [MPa]

0 100 200 300 400 500 600

Dri

p lo

ss [

%]

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

4 °C

20 °C

40 °C

Abbildung 66: Drip loss von Putenkeulen mit Emulsionsmarinade und dem Zusatz von NaCl (A), Natriumcarbonat (B), Ascorbinsäure (C)bei verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen.

Die Farbe verändert sich in Keulen unabhängig von den Marinaden nicht so stark wie bei

Steaks. Dabei ist zu erkennen, dass warme Behandlungstemperaturen wie hier die 40 °C zu

einem stärkeren Aufhellen führen. Unterschiede zwischen Wasser- und Emulsionsmarinade

sind dabei nicht zu erkennen. Natriumchlorid und Natriumcarbonat-Emulsionen halten

gegenüber saurer Emulsion mit Ascorbinsäure besser die Farbe (Abbildung 67).

A B

C


Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

L-W

ert

30

40

50

60

70

80

4 °C

20°C

40 °C

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

L-W

ert

30

40

50

60

70

80

4 °C

20°C

40 °C

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

L-W

ert

30

40

50

60

70

80

4 °C

20°C

40 °C

Abbildung 67: L*-Werte für Putenkeulen mariniert mit Emulsionen und dem Zusatz von NaCl (A), Ascorbinsäure (B) und Natriumcarbonat (C) bei verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen.

A B

C


Abbildung 68: Schneiddruck für Putenkeulen mariniert mit Emulsionen und dem Zusatz von NaCl (A) und Natriumcarbonat (B) bei verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen.

Eine weniger starke Verfestigung, d. h. ein nicht so starker Anstieg der Schnittfestigkeit ist

bei der Zugabe von NaCl im Vergleich zu Ascorbinsäure-Proben zu finden, im Gegenteil, es

ist mit Druckanstieg eine weichmachende Funktion zu erkennen, die Schnittfestigkeit sinkt

tendenziell (Abbildung 68). Die Emulsion selbst, unabhängig vom eingesetzten Zusatzstoff,

vermindert schon die durch Proteindenaturierung induzierte Verfestigung im Vergleich zu

reinen Wassermarinaden. Höhere Temperaturen, 40 °C, scheinen wie schon bei der

Farbmessung synergitische Effekte zu besitzen bei Zugabe von Emulsionen mit

Natriumcarbonat. Bei 4 °C Behandlungstemperatur kommt es zu einem stärkeren Anstieg

der Schnittfestigkeit. Die weichmachende Funktion könnte ein Effekt aus der Kombination

Base und Temperatur sein, die sich auf das kollagenhaltige Gewebe auswirkt.

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

Sch

neid

kra

ft (

Pa

)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

4 °C

20°C

40 °C

Druck (MPa)

0 100 200 300 400 500 600

Sch

neid

kra

ft (

Pa

)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

4 °C

20°C

40 °C

A B

Sch

nei

dd

ruck

[P

a]


3.6. Einfluss einer Hochdruckbehandlung auf die Funktionalität

von Rohmilchkäse

Als Einblick in die funktionelle Veränderung von hochdruckbehandeltem Camembert wurden

physikalische Analysen am Käse vor und nach einer Hochdruckbehandlung durchgeführt.

Die Hochdruckbehandlung wurde dabei in Anlehnung an die Erkenntnisse bzgl. der

Mikrobiologie vor der Reifung durchgeführt.

Die Dichte von hochdruckbehandelten Camembertlaiben (600 MPa, 5 min) zeigt eine leichte

nicht signifikante Reduktion auf 1,096 g/cm³ ± 0,059, die Dichte des unbehandelten Käse

liegt bei 0,992 g/cm3 ± 0,037. Die Käse wurden in Plastikbeuteln hochdruckbehandelt. Die

Dichte könnte mit der Verringerung des Volumens zusammenhängen. So nennt z. B.

Krzikalla (2007) die Verringerung des Volumens eines hochdruckbehandelten Lebensmittels

als eine Folge der Hochdruckbehandlung. Er macht für diesen Effekt Strukturveränderungen

und die Ausbildung neuer Wasserstoffbrückenbindungen verantwortlich. Juan et al. (2007)

hat beschreiben, dass sich unter Hochdruck ein neues Proteinnetzwerk ausbildet und so

eine komprimiertere Käsestruktur entsteht. Um endgültige Aussagen treffen zu können,

müsste der Probenumfang deutlich erhöht werden, was im Rahmen dieser Arbeit jedoch

nicht möglich war, daher sollen die Messwerte erste Anhaltspunkte für weitere Versuche

liefern. Zusätzlich veränderten sich die viskoelastischen Eigenschaften des Camemberts, der

hochdruckbehandelte Camembert war elatsischer als der unbehandelte. Die Messung

konnte nicht korrekt ausgewertet werden, da die Schichtdicke zu einer zu starken

Messungenauigkeit führte. Aber es konnten Tendenzen gezeigt werden, dass bei einer

Hochdruckbehandlung die Werte des G`-Modul höher liegen als im Vergleich zu

unbehandeltem Camembert (siehe Anhang). Von veränderten rheologischen Eigenschaften

wurde auch bei hochdruckbehandeltem Gouda berichtet, dabei hatten sich u. a. die

viskoelastischen Eigenschaften des behandelten Käses verändert (Messens et al. 1998).

Bei der Messung der Schneidfestigkeit mittels Texturanalyse ergaben sich folgende

Ergebnisse. Die Schnittfestigkeit des Camemberts wird durch die Hochdruckbehandlung

deutlich erhöht. Bei dem Camembert ohne HP konnte aus den fünf Messungen der

Schnittfestigkeit im Mittel eine Kraft von 6,60 ± 0,86 N bestimmt werden. Bei dem

Camembert mit HP wurde bei fünf Messungen eine mittlere Kraft von 10,88 ± 0,42 N

berechnet. Des Öfteren wurde bereits bestätigt, dass durch eine Hochdruckbehandlung die

Festigkeit eines Käses erhöht wird (Evert-Arriagada et al. 2012). Juan et al. (2007)


vermuteten, dass durch die Hochdruckbehandlung das Proteinnetzwerk im Käse verändert

wird und eine neue kompaktere Käsestruktur entsteht.

Bei der Farbmessung konnten kaum Unterschiede zwischen hochdruckbehandelten und

Käse ohne HP festgestellt werden (Tabelle 38). Optisch wahrnehmbar war, dass die frisch

hochdruckbehandelten Camembertlaibe vor dem Bewachsen mit Edelschimmel an der

Oberfläche leicht gelblicher waren als die Käselaibe, die keiner Hochdruckbehandlung

unterzogen wurden. Evert-Arrigada (2012) konnte den gleichen Effekt der Gelbfärbung bei

einer Druckhöhe von 400 MPa beobachten. Dabei stellte er keine signifikante Veränderung

der Helligkeit fest. Diese leichte Gelbfärbung könnte durch die Denaturierung der

Käseproteine während der Hochdruckbehandlung entstanden sein. Am Ende der Reifezeit

konnte kein signifikanter Unterschied in der Farbe der Käseteige festgestellt werden.

Tabelle 38: Ergebnisse der Farbbestimmung des Käses mit und ohne HPP

Käse L*(D65) a*(D65) b*(D65)

C außen 90,88 ± 0,51 -0,42 ± 0,05 6,19 ± 0,30

CHPPaußen 90,72 ± 0,39 -0,28 ± 0,19 6,01 ± 0,79

C innen 84,43 ± 1,85 1,85 ± 0,24 20,79 ± 0,62

CHPPinnen 86,07 ± 1,27 2,3 ±0,27 21,65 ± 0,61


3.7. Sensorik von hochdruckbehandeltem Putenfleisch

Bei den Ergebnissen zu dem sensorischen Test ergaben sich kaum signifikante

Unterschiede bzgl. Putenfleisch mit und ohne Hochdruckbehandlung. Nach einem

Bratvorgang sind somit kaum Unterschiede zwischen frischen Produkten und Produkten mit

HP nachzuweisen. Interessanterweise ist der einzige signifikante Unterschied bei der Frage

„Welche Probe ist heller ?“ aufgetreten, dabei wurde die Probe ohne HP von den

Panelteilnehmern am ersten Versuchstag als heller empfunden. Dies könnte darauf

zurückzuführen sein, dass durch eine Denaturierung unter HP bereits eine Art Garung der

Fleischprobe stattgefunden hat, was beim anschließenden Grillvorgang zu einer Bräunung

führte (Abbildung 69). Bei der Frage, welche Probe saftiger erscheint, wurde von den

Panelisten für die ersten zehn Tage während der Lagerung tendenziell das Fleisch mit HP

ausgewählt (Abbildung 70).

Erwähnenswert ist noch, dass bei der Frage nach einem Fremdgeschmack die Antworten

meist geraten waren, da die Panelisten eine Antwort geben mussten, somit ist auch über

eine Lagerung kein erkennbarer Fremdgeschmack für Proben mit HP nachzuweisen.

Die Ergebnisse des „Bratverlustes“ bestätigen die Ergebnisse der sensorischen Tests. Es

wurde der Verlust von Wasser während des Bratvorgangs bei 230 °C bestimmt, damit kann

der Rückschluss auf die Saftigkeit des Produktes gezogen werden. Der Test kam zu dem

Ergebnis, dass weder eine Hochdruckbehandlung von 300 noch von 600 MPa den

Massenverlust während des Bratens signifikant erhöht (Tabelle 39).

Die Bilder zeigen auch keinen wirklichen optischen Unterschied zwischen den verschiedenen

Putenproben nach einem Grillversuch (Abbildung 73).

Tabelle 39: Bratverlust von Putenfleisch mit und ohne Hochdruckbehandlung beim Grillen bei 230 °C, 2 min

Massenverlust (%)

Putenfleisch ohne Druckbehandlung 44,26 ± 3,10 Putenfleisch mit 600 MPa druckbehandelt 42,10 ± 2,19 Putenfleisch mit 300 MPa druckbehandelt 40,28 ± 3,31


Welche der beiden Proben ist heller ?

Prüftag

0 5 10 15 20 25 30

An

two

rte

n

0

2

4

6

8

10

ohne HP

mit HP

Abbildung 69: Dualer Vergleichstest von hochdruckbehandeltem und unbehandeltem mariniertem Putenfleisch über eine Lagerung von 25 Tagen mit der Frage: „Welche Probe ist heller ?“.

Welche der beiden Proben ist saftiger ?

Prüftag

0 5 10 15 20 25 30

An

two

rte

n

0

2

4

6

8

ohne HP

mit HP

Abbildung 70: Dualer Vergleichstest von hochdruckbehandeltem und unbehandeltem mariniertem Putenfleisch über eine Lagerung von 25 Tagen mit der Frage: „Welche Probe ist saftiger ?“.


Welche der beiden Proben ist härter ?

Prüftag

0 5 10 15 20 25 30

An

two

rte

n

0

2

4

6

8

ohne HP

mit HP

Abbildung 71: Dualer Vergleichstest von hochdruckbehandeltem und unbehandeltem mariniertem Putenfleisch über eine Lagerung von 25 Tagen mit der Frage: „Welche Probe ist härter ?“.

Welche der beiden Proben weist einen Fremdgeschmack auf ?

Prüftag

0 5 10 15 20 25 30

An

two

rte

n

0

2

4

6

8

ohne HP

mit HP

Abbildung 72: Dualer Vergleichstest von hochdruckbehandeltem und unbehandeltem mariniertem Putenfleisch über eine Lagerung von 25 Tagen mit der Frage: „Welche Probe weist einen Fremdgeschmack auf ?“.


Abbildung 73: Putenfleisch nach oder vor einer Hochdruckbehandlung mit anschließendem Grillen bei 230 °C für 2 min


3.8. Sensorik des Camemberts

Der selbst hergestellte Camembert wies nach einer Stichprobenartigen mikrobiologischen

Untersuchung einen hohen Gehalt an Enterobakterien auf und konnte daher aus

Sicherheitsgründen nicht geschmacklich beurteilt werden.

O`Reilly et al. (2001) konnten auch kaum Unterschiede in Geschmack und Geruch zwischen

Käse behandelt und nicht behandelt mit HP feststellen. Die sensorische Untersuchung

erfolgte in einem Panel von 12 Testpersonen. Die Mehrheit der Prüfer, 10 Personen, hatte

den Eindruck, dass der unbehandelte Camembert einen intensiveren Geruch besaß. Sieben

Personen beschrieben den Geruch des hochdruckbehandelten Camemberts als fast nicht

wahrnehmbar, drei Personen davon beschrieben den Geruch des Weiteren als muffig/alt.

Diese Ergebnisse sowie die Ergebnisse der Mikrobiologie sprechen dafür, dass durch die

Verringerung aktiver Reifebakterien ein hochdruckbehandelter Camembert zum Erlangen

eines vollmundigen Geschmacks eine längere Reifezeit benötigt. Dahingegen wurde der

Geruch des unbehandelten Camemberts von vier Prüfern als intensiv beschrieben, fünf

Personen fanden den Geruch säuerlich und viermal wurde das Merkmal typisch genannt.

Lediglich eine Testperson sah in dem säuerlichen Geruch des unbehandelten Käses ein

Fehlaroma. Drei weitere Panelisten kreuzten bei Fehlaroma den hochdruckbehandelten

Camembert an, wobei nur einer das Fehlaroma mit alt, muffig und ranzig benannte.

Die Textur der Camemberts wurde anhand eines kleinen Käsewürfels, der mit den Fingern

gedrückt wurde, bestimmt. Alle Prüfer bezeichneten die Textur des hochdruckbehandelten

Camemberts als hart, fest oder sogar sehr hart. Dagegen wurde der unbehandelte Käse

siebenmal als weich, viermal als elastisch und zweimal als fest, hart beschrieben.

Unterschiede in der Textur und dem Aussehen von Hartkäsesorten konnte auch bei der

Arbeitsgruppe O`Reilly et al. (2001) festgestellt werden. Darke et al. (1997) ließen Cheddar

Käse, hergestellt aus hochdruckbehandelter Milch, sensorisch untersuchen und stellten

dabei lediglich in der Textur Unterschiede zu nichtbehandelter Milch fest, sie beschrieben

einen Austritt von Feuchtigkeit bei Käse der mittels HP-Milch hergestellt wurde. Daher muss

abgewegt werden, zwischen welchem Prozessschritt der Käseherstellung eine

Hochdruckbehandlung sinnvoll ist.

Um einschätzen zu können, inwieweit der mithilfe des Hochdruckverfahrens hergestellte

Camembert den allgemeinen Erwartungen, die an einen Camembert gestellt werden,

entspricht, wurde abschließend gefragt, ob einer oder keiner oder beide Käse dieser

Erwartung entsprechen. Fünf der Testpersonen hatten den Eindruck, dass keiner der beiden


Käse diesem Bild entspricht. Davon waren drei der Meinung, dass der hochdruckbehandelte

Käse dieser Vorstellung am nächsten kommt. Für drei der Tester entsprachen beide

Käseproben den Erwartungen und vier favorisierten den unbehandelten Camembert.

Zusammenfassung 186

4. Zusammenfassung

Der Geflügelkonsum in Deutschland und in anderen europäischen Ländern nimmt stetig zu.

Dabei wird Geflügel überwiegend in Form zubereiteter Convinience- oder Grillprodukte in

frischer und gefrorener Form konsumiert. Diese Produkte weisen das gesamte Spektrum der

über die unterschiedlichen Rohwaren sowie die verschiedenen Verarbeitungsschritte

eingebrachten Mikroflora auf. Die Haltbarkeit der Produkte ist auf kurze Distributionszeiten

begrenzt. Daneben zeigten sich gerade in den Jahren 2010 und 2011 vermehrte

mikrobiologische Risiken bei anderen proteinreichen Produkten wie Käse und Streichwürste,

wie einige Rückholaktionen belegen. Die Anwendung hydrostatischen Hochdrucks bietet

eine Möglichkeit zur Haltbarmachung in der Endverpackung bei geringem Energiebedarf. Die

Kinetik erwünschter und unerwünschter Reaktionen innerhalb von proteinreichen Fleisch und

Käseprodukten ist von den Prozessbedingungen (Druckprofil, Behandlungszeit,

Behandlungstemperatur) sowie von den Produkteigenschaften (Tierart, pH Wert,

Zusatzstoffe wie Pökelsalz etc.) abhängig. Ziel dieser Arbeit war es daher, neben einer

hohen mikrobiologischen Sicherheit strukturelle Veränderungen, basierend auf

Proteindenaturierungen, zu untersuchen. Dabei galt es herauszufinden, welchen Einfluss

verschiedene Prozess- und Produktparameter sowie die Wahl des richtigen Zeitpunktes

einer Hochdruckpasteurisation in der Produktionslinie besitzt. Als Modellsysteme wurden

hierbei mariniertes Putenfleisch sowie aus Rohmilch hergestellter Camembert gewählt.

Bei einem Screening von 21 fleischrelevanten Mikroorganismen wurde als einer der

druckresistentesten Keime in Putenfleisch L. gelidum gefunden. Anhand dieses

Verderbniskeims wurden verschiedene Druck- und Temperaturstufen untersucht. Die

Ergebnisse zeigten, dass bei unteren Druckstufen bis 400 MPa ein linearer Anstieg der

Inaktivierung mit steigender Haltezeit (1 – 7 min) einhergeht. In diesem Druckbereich ist

ebenfalls ein linearer Anstieg der Inaktivierung mit Temperaturanstieg zwischen 4 und 30 °C

gefunden worden. Da der thermische Einfluss bei frischem Putenfleisch minimiert werden

sollte und die Messungen der adiabatischen Erhitzung in Putenfleisch einen kalkulierbaren

Anstieg um ca. 3 °C/100MPa ergaben, muss für eine ausreichende Inaktivierung von

druckresistenten Keimen mind. ein Behandlungsdruck von > 400 MPa angewandt werden.

Lagertests zeigten, dass eine Hochdruckbehandlung von 500 MPa und 3 min Haltezeit die

Haltbarkeit von sieben auf 21 Tage verlängern kann. Dabei konnte gezeigt werden, dass

verschiedene Lagerbedingungen und Marinadenzusammensetzungen einen Einfluss sowohl

auf die mikrobiologischen Parameter als auch auf die chemisch-physikalischen Parameter

wie beispielsweise POZ besitzen. So war es möglich eine Steigerung der Haltbarkeit, aus

Zusammenfassung 187

mikrobiologischer Sicht, der Produkte durch eine zusätzliche Schutzasverpackung zu

erzielen. Wohingegen ein Zusatz in den in dieser Arbeit zugeführten Mengen an NaCl und

Natriumcarbonat zu keiner verbesserten Inaktivierung oder Haltbarkeit im Putenfleisch

führte.

Auch der Zeitpunkt einer Hochdruckbehandlung im Herstellungsprozess ergab Unterschiede.

Bei Camembert zeigte sich, dass eine Hochdruckbehandlung des fertigen Endproduktes zu

einer starken Veränderung des Lebensmittels führt (Verfestigung, Abtötung des

Schimmelrasen auf dem Käse etc.). Es konnte gezeigt werden, dass bei einer richtigen

Auswahl des Zeitpunktes einer HP-Behandlung der Druck minimiert werden kann, bei

gleichbleibender Inaktivierung des Leitkeim L. innocua, um den Einfluss auf die Stuktur des

Käse besser zu erhalten. Die sensorischen Ergebnisse ergaben, wie auch die physikalischen

Untersuchungen, dass eine Hochdruckbehandlung des Käses nach einer Reifung zu

negativer Textur und Geschmacksveränderung führt.

Am Modellkeim S. Thyphimurium wurden sublethale Schädigungen untersucht bei 450 MPa

und 4 bzw. 20 °C Behandlungstemperatur. Bei beiden Produkten (Camembert und

mariniertes Putenfleisch) zeigte sich ein schnelles Erholen der Mikroorganismen während

der Lagerung bzw. Reifung. Die ermittelte Inaktivierung auf selektivem Medium entspricht

nicht der tatsächlich inaktivierten Anzahl an Mikroorganismen. Daher wurde durch ein neues

Versuchsdesign der Anteil von geschädigten, nicht inaktivierten MO am Leitkeim Salmonella

Thyphimurium untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass neben der gemessenen

Inaktivierung auch der prozentuale Anteil von geschädigten MO stark von Temperatur und

Medium beeinflusst wird. Die Zugabe von Salzen (z. B. NaCl) besitzt dabei eine protektive

Wirkung auf die Inaktivierung und erhöht den Anteil geschädigter MO. Bei Untersuchungen

im Camembert konnte aufgrund des hohen Fettgehaltes kaum eine Inaktivierung festgestellt

werden, wodurch der Einfluss des zu behandelnden Mediums deutlich wurde.

Bei den Untersuchungen der physikalischen und chemischen Änderungen von mariniertem

Putenfleisch konnte gezeigt werden, dass ein Aufhellen, messbar durch den Anstieg des L*-

Wertes, mit einer Druckerhöhung einhergeht. Die Aufhellung kann durch Zusatz basischer

Zusätze wie Natriumcarbonat und NaOH vermindert werden. Anhand verschiedener

Analysen wie SDS-PAGE, GPC, DSC konnte festgestellt werden, dass es bei Zusatz von

sauren Bestandteilen wie Ascorbinsäure oder Zitronensäure zusätzlich zu einer

Denaturierung der nativen Fleischproteine kommt, wobei die Veränderung durch den Druck

dabei nicht mehr so stark ist. Marinaden auf Emulsionsbasis (mit 70 % Fettanteil) und der

Zusatz von basischen Bestandteilen vermindern die Verfestigungen des Fleischgewebes,

induziert durch Proteindenaturierung unter Hochdruck. Ein totaler Erhalt des nativen

Zusammenfassung 188

Fleischcharakters durch Zusatz der hier untersuchten Marinadenbestandteile konnte in

dieser Arbeit nicht ermöglicht werden, aber ein Einfluss der HP-induzierten Denaturierung

von Proteinen durch die Wahl der Milieubedingungen ist wahrscheinlich. Auch die in dieser

Arbeit untersuchten Temperaturen 4 – 40 °C zeigten kaum einen signifikanten Einfluss auf

den Erhalt der Fleischfarbe oder Fleischbeschaffenheit. Es zeichnete sich eine Korellation

zwischen dem Zusatz von sauren Stoffen und hohen Temperaturen (40 °C) ab, in dieser

Kombination kam es zu stärkeren Verfestigungen. Bei basischen Marinaden konnte eine

stärkere Verfestigung bei niederen Temperaturen, vor allem in Emulsionsmarinaden gezeigt

werden.

Ausblick 189

5. Ausblick

Die hier vorgestellte Arbeit gibt einen Überblick über die Anwendung des hydrostatischen

Hochdruckverfahrens und damit verbundenen funktionellen und mikrobiologischen

Veränderungen in den Lebensmittelsystemen Putenfleisch, Putenfleisch mariniert und

Camembert.

Es wurde zunächst damit begonnen ein Leitkeim für die Inaktivierung in Putenfleisch zu

ermitteln, gefolgt von spezifischen mikrobiologischen Untersuchungen über sublethale

Schädigungen am Keim S. Thyphimurium. Diese Ergebnisse ermöglichen eine Einschätzung

der erzielbaren Inaktivierung speziell für bestimmte Medien (Lebensmitteln). In der Litertur ist

eine Vielzahl von Inaktivierungen bestimmter Keime und Medien zu finden, vorzugsweise

jedoch eher in Modellsystemen (Puffer). Der in dieser Arbeit ermittelte Leitkeim ist

L. gelidum. Dieser Leitkeim bestätigt die bisherigen wissenschaftlichen Untersuchungen, bei

denen Milchsäurebakterien mit einer erhöhten Druckresistenz gefunden wurden. Dabei ist zu

berücksichtigen, dass die Auswahl der hierbei untersuchten MO sich speziell an

Literaturangaben für das zu betrachtende Lebensmittelsystem (mariniertes Putenfleisch)

richtete und das nur vegetative Keime untersucht wurden. Sporen mit einer sehr hohen

Druckresistenz wurden dabei nur am Rande in ausgekeimtem Stadium betrachtet. Wird das

Hochdruckverfahren wie in diesem speziellen Fall als Pasteurisations- und nicht

Sterilisationsverfahren eingesetzt, sind diese Überlegungen ausreichend. Bei

sporenbelasteten Lebensmitteln oder einer Sterilisation sollten in die Definition eines

Leitkeims natürlich Sporenbildner mit integriert werden. Die Ergebnisse des ersten

Screenings auf Druckresistenz von verschiedenen Spezien und Stämmen in Putenfleisch

zeigten eine hohe Diversität der MO innerhalb der Stämme. Das Isolationsmedium der MO

und die Vorkonditionierung von MO sind bei der Auswahl und Definition eines Leitkeimes

daher unerlässlich. Es sollten wie bereits bei der thermischen Sterilisation, für die Wahl an

Prozessparametern (p, T, t), Leitkeime für verschiedene Lebensmittelkategorien definiert

werden, die eine mikrobiologische Sicherheit von hochdruckbehandelten Lebensmitteln

garantieren.

Nach Ermittlung des Leitkeims wurden am Beispiel von L. gelidum verschiedene

Prozessparameter untersucht. Die Anwendung im Bereich von Frischfleisch limitierte die

Prozessparameter. Dabei kamen Temperaturen bis max. 50 °C in Betracht, um eine

thermische Denaturierung der Proteine zu umgehen. Dabei musste die adiabatische

Erwärmung während einer Hochdruckbehandlung, die nach den vorliegenden Ergebnissen

Ausblick 190

auf 3 °C/MPa überschlagen werden kann, berücksichtigt werden. Um Limitierungsfaktoren

für die Druckhöhe festzulegen, wurden parallel Untersuchungen zur

Lebensmittelbeschaffenheit wie Farbveränderung, Festigkeit etc. durchgeführt. Bei der

Modellierung der Inaktivierungskinetik von L. gelidum zeigte sich für die kleinindustrielle

Hochdruckanlage, dass die Zeit zum Druckaufbau einen hohen Einfluss ausübt, wodurch

eine Modellierung im höheren Druckbereich nicht möglich oder sinnvoll war. Es kann auch

davon ausgegangen werden, dass eine richtige Temperierung in dieser Anlage schwierig ist,

solange wie in der hier durchgeführten Arbeit das Prozesswasser nur durch Behilfsmittel

temperiert werden konnte. Das Prozesswasser konnte aufgrund der Leistung des

Kühlaggregats und des Wärmetauschers nur zwischen 4 und 20 °C optimal temperiert

werden. Außerdem stand nicht ausreichend Prozesswasser zur Verfügung, um den

Behandlungsraum damit vorzutemperieren. Daher sind die Ergebnisse von

Behandlungtemperaturen bei über 30 °C nur unzureichend genau. Betrachtet man jedoch die

Ergebnisse der Inaktivierung bei 400 MPa, so zeigt sich entgegen der allgemeinen Aussage

der Literatur im Bereich zwischen 20 und 30 °C ein synergistischer Effekt, so dass es zu

einer linearen Inaktivierungskinetik kam. Das bedeutet, es kommt hier im Vergleich zu 4 °C

zu einer Steigerung der Inaktivierung. Inaktivierungmodelle sind stark abhängig von dem zu

betrachtenden MO, daher sollten für Leitkeime spezielle Kinetiken entworfen werden. Am

sinnigsten scheint nach den Erkentnissen dieser Arbeit dabei die Inaktivierungskinetiken

direkt im Lebensmittel zu ermitteln. Puffersysteme wie physiologische Kochsalzlösungen

scheinen dabei keine ausreichenden Angaben zu liefern.

Die Ermittlung der Prozessparameter für eine ausreichende mikrobiologische Sicherheit ist

bei der Herstellung von Lebensmitteln aber nur ein Aspekt. Daneben sind Veränderungen im

Lebensmittel, die für einen Verbraucher wahrnehmbar sind zu betrachten. Es kann daher

sinnvoll sein die Intensität einer Hochdruckbehandlung zu minimieren. Von Vorteil können

dabei synergistische Lagerbedingungen oder Zusätze im Produkt selbst sein. Eine zusätzlich

verlängerte Haltbarkeit (mikrobiologisch) konnte in dieser Arbeit z.B. durch eine

Schutzgasverpackung gezeigt werden. Ein synergistischer Effekt zwischen

Marinadenbestandteilen wie Natriumcarbonat konnte dabei nicht eruiert werden. In weiteren

Versuchen sollte der Zusatz anderer Substanzen in betracht gezogen werden z.B. Extrakte

aus sekundären Pflanzeninhaltstoffen, so dass in einer Art Hürdenprinzip die Druckhöhe,

welche entscheidend für die funktionellen Veränderungen im Fleisch ist, minimiert werden

kann. Positiv für eine Pasteurisation mittels HP ist der Sensoriktest, dabei konnte kein

Fehlaroma gefunden werden und die Akzeptanz der Panelisten war positiv.

Weiteren Einfluss sowohl auf die Inaktivierung als auch auf die Beschaffenheit von

Lebensmitteln besitzen Zusatzstoffe im Produkt. Zusammenfassend lassen die Ergebnisse

Ausblick 191

dieser Arbeit den Schluss zu, dass bei proteinreichen Fleischprodukten basische Salze je

nach Art und Konzentration einen positiven Effekt auf die Fleischfarbe bei einer

Hochdruckbehandlung des Produktes besitzen. Um gezielter den Effekt der Salze im

Lebensmittel zu eruieren, sollten Untersuchungen in Modellsystemen durchgeführt werden.

Auf Grundlage dessen können Kinetiken ermittelt werden, welche auf komplexe

Lebensmittelsysteme übertragbar sind. Es sollte definierter Untersucht werden, ob die

basischen Zusätze die Denaturierungkurven von Proteinen unter HP beeinflussen oder

oxidative Reaktionen hemmen. Aufgrund der vorliegenden Arbeit ist es wahrscheinlich, dass

im Putenfleisch beides durch NaCl und Natriumcarbonat beeinflusst wird. Auch hierbei, wie

bereits zu den Ergebnissen der Haltbarkeit, ist es sinnvoll im Bereich basischer Zusatzstoffe

weitere Untersuchungen bzw. Kinetiken zu erarbeiten. Dabei sollten bei einem Einsatz in

höheren Konzentrationen auch Effekte der Temperatur und Zusammenspiel mehrerer

Zusatzstoffe nicht vernachlässigt werden. Bei Emulsionsmarinaden konnten Unterschiede

der Verfestigung in Zusammenhang mit Temperatur und basischem Natriumcarbonat

gefunden werden.

Die Denaturierung der Proteine zeigt sich nicht nur im Farbverlust, ausgelöst durch den

Verlust der nativen Form des Myoglobins, sondern auch durch die Texturverfestigung.

Ermittelt durch die Schneidfestigkeit und weiterer Untersuchungen wie SDS-PAGE, DSC

wurde versucht die Denaturierung durch Zugabe von unterschiedlichen Inhaltstoffen zu

beeinflussen. Die ermittelten Ergebnisse zeigen auch hierbei Tendenzen auf, die es lohnt in

weiteren Versuchen z.B. im Zusammenhang mit vorprozessierten, nicht ganz frischen

Produkten zu untersuchen. Alleine eine Zugabe von 1 % NaCl oder Meersalz bewirken

bereits messbare Unterschiede in der Verfestigung der Fleischmatrix. Basische Bestandteile

zeigen eine verminderte Denaturierung der Proteine nach den Ergebnissen der DSC. Auch

die Zugabe von Fett über die Marinade wirkt einer Verfestigung entgegen. Festzuhalten

bleibt allerdings, dass der Prozessparameter Druck auf die Funktionalität von Putenfleisch

den größten Einfluss besitzt. Ab einem Druck von ca. 400 MPa sind die

hochdruckinduzierten Veränderungen im Produkt kaum noch durch Temperaturen (hier im

Bereich von 4 bis 40 °C) und mengenmäßig geringen Zusatzsoffen beeinflussbar. Um einen

Katalog über Zusatzstoffe und deren Wirkung auf hochdruckbehandelte proteinreiche

Produkte zu erstellen und dabei auch Modellierungen über verschiedene Drücke und

Temperaturen zu erfassen, benötigt es noch weitere Untersuchungen. Gerade die Farbe und

die Schneidfestigkeit stellen dabei eine gute Basis dar, wobei ein großer Probenumfang der

Heterogenität des Probematerials Fleisch entsprechen muss.

Es zeigte sich bei der Ermittlung der Inaktivierungskinetik am Leitkeim L. gelidum der

extreme Einfluss der Druckaufbauzeit. Die Inaktivierung von MO korreliert mit einer

Ausblick 192

Proteindenaturierung. Daher sollte dieser Aspekt bei den Untersuchungen zur Funktionalität

des Lebensmittels mit berücksichtigt werden.

Durch die Gegenüberstellung der Kinetiken zur Inaktivierung, Funktionalität und

Beschaffenheit des Lebensmittels ergibt sich die Möglichkeit einer Prozessopitimierung für

bestimmte Lebensmittelkategorien. Es ist möglich, anhand von Modelllebensmitteln solche

Kinetiken zu erstellen. Diese ermöglichen für reale Lebensmittelsysteme die Auswahl eines

geeigneten Prozessfensters mit möglichst hoher mikrobiologischer Sicherheit und höchster

Lebensmittelqualität.

Im Verlauf dieser Arbeit hat sich herausgestellt, dass die reine Betrachtung der Inaktivierung

auf selektivem Nährboden nach der Hochdruckbehandlung ohne Definition eines Leitkeimes

keine ausreichende Sicherheit in Bezug auf die mikrobiologische Haltbarkeit gibt. Anhand

der hier gewonnenen Ergebnisse im Versuchsdesign zur sublethalen Schädigung von MO

hat sich gezeigt, dass die Betrachtung dieser Schädigungen nach der Hochdruckbehandlung

ein wesentlich besseres Maß zur Bestimmung des mikrobiologischen Risikos in Bezug auf

die Lagerung gibt. Es bietet sich die Möglichkeit durch gezielte Untersuchungen sublethaler

Schädigungen in Abhängigkeit von Behandlungs- und Produktparametern sowie

anschließenden Lagerbedignungen die tatsächliche Lagerzeit abzuschätzen und die

Haltbarkeit zu steuern. Durch den Einsatz von genmodifizierten Mikroorganismen können die

wissenschaftlichen Grundlagen erarbeitet werden. Diese Grundlagen sind

Inaktivierungsmechanismen zu erkennen und wie diese beeinflussbar sind. Der Nachweis

von Mikroorganismen auf unselektivem Agar und die Festlegung von Leitkeimen ist bei einer

Hochdruckbehandlung mit einer ausreichenden mikrobiologischen Sicherheit verbunden.

Summary 193

6. Summary

In Germany and other European countries a lot of poultry meat is consumed. It can be

assumed that the major part was marketed in the form of prepared, convenience or barbecue

products and was distributed chilled or frozen. Barbecue products – due to different raw

materials used and possible contamination during deboning, cutting, processing and

packaging – show a broad range of microbial strains present. Therefore the shelf life –

around ten days – is short. Other protein rich food, e.g. cheese has shown a high microbial

risk in 2010 and 2011. For example Salmonella or Listeria are found in these products.

Application of high pressure provides a unique potential for decontamination of fresh, heat-

sensitive products. The applicability in the final pack as well as the low energy requirements

are major advantages in comparison to conventional, thermal processing. The extent and

kinetics of desired and undesired reactions during processing of meat products are

dependent on treatment (pressure level, holding time, initial temperature) and product (pH,

added agents such as nitrite, etc.) parameters. The aim of this Dissertation was to identify

the influence of process- and product parameters (e.g. salt) on the HP-induced Denaturation.

Furthermore, to ascertain the most suitable step for the HP-treatment within the production

process, Camembert and marinated poultry were chosen as model-systems.

To represent the typical microbial flora in marinated turkey meat products, a pressure

resistant strain was identified by a screening. A two to four log cycle inactivation was

observed for a selection of 21 different microbial strains (Listeria, Salmonella,

Lactobacillaceae, etc.). L. gelidum was identified as the most pressure resistant strain. At

400 MPa L.gelidum shows a linear increase of inactivation with increasing holding time (1-7

min) and increasing temperature in a range of 4 to 30 °C. The measurement of the adiabatic

heating in poultry has shown a temperature increase of approximately 3 °C/100 MPa. To

avoid thermal effects on ready to cook meat products a temperature range of 4 – 30 °C has

been selected.

The results of a storage test of untreated and treated (500 MPa) marinated meat products

have shown the possibility of extending the shelf life from 7 to 21 days. A synergistic effect of

modified atmosphere packaging was observed.

The model-system Camembert showed that the time of a PH treatment within the processing

is important for the inactivation and also for the sensorical change.The best time for pressure

process of camembert was evaluated before the salt bath.

Summary 194

The analyses of storage time and sublethally damaged cells of S. Thyphimurium show a high

revitalization of microorganisms during storage time. In a separate experiment the influence

of product and process parameters on the count of sublethally damaged cells was evaluated.

In general a lower level of inactivation was observed in product- than in model-matrices,

while the ratio of sublethally damaged cells increased. In Addition the matrix, temperature

shows a significant influence on the count of sublethally damaged cells.

The analysis of the changes in functional and technological properties of meat showed a

significant interrelation between the marinade pH and product discoloration as a result. The

product changes observed are a result of protein denaturation. SDS-PAGE and GPC have

shown that marinades with lower pH-value result in a more pronounced protein denaturation

or agglomeration under pressure. In a pressure range of 300 to 450 MPa, marinades with

lower pH-value induce a more severe loss of soluble proteins than alkaline marinades.

Sensorial tests have shown no significant differences between pressure treated (500 MPa)

and non-treated marinated meat products after cooking on a grill. Although no combination of

ingredients and processing conditions was found that managed to completely retain the

native meat protein structure, the shelf life increase from 7 to 21 days allows a significant

improvement of the competitiveness of enterprises providing convenience products.

Anhang 195

195

7. Anhang

Tabelle 40: Prüfschema für sensroische Beurteilung von gegartem Putenfleisch

PRÜFFRAGE 1: Welche der beiden Proben ist heller?

Prüfgut Probenpaar Antwort Probe Auswertung

richtig falsch Begründung

1

PRÜFFRAGE 2: Welche der beiden Proben ist härter?



1

PRÜFFRAGE 3: Welche der beiden Proben schmeckt ist Saftiger?



1

PRÜFFRAGE 4: Welche der beiden Proben weist einen Fremdgeschmack auf?



1

Anhang 196

196

Tabelle 41: Prüfschema für sensorische Beurteilung von Camembert

Datum:

Prüfer:

Camembert Prüfung

Paarweisevergleichsprüfung

1. Aussehn/Farbe

Gibt es bei einem der beiden Camembert optische Auffälligkeiten? Ja Nein Wenn ja welche:

2. Geruch

a. Bei welchem der beiden Camembert ist das Aroma ausgeprägter/intensiver?

A B b. Beschreibung des Geruchs/Aromas beider Camemberts

A:

B:

c. Weißt einer der beiden Camembert ein Fehlaroma auf? Wen ja welcher und welches?

A B keiner Fehlaroma:

3. Textur

Beschreibung der Textur mechanisch (mit der Hand) A: B:

4. Gesamturteil

Entspricht einer beide oder keiner der Käse der Typischen Camembert Vorstellung?

A B A&B keiner

bzw. welcher der beiden Käse kommt dem am nächsten?

A B

Anhang 197

197

Tabelle 42: Inaktivierung von S. Thyphimurium nach einer Hochdruckbehandlung in phys. Kochsalzlösung (450 MPa, 3 min) und nach einer Lagerung/Revitalisierung in Peptonwasser (MPN)

Stamm Temperatur Inaktivierung [-log (N/N0)]

[°C] 0 h

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

DIL 23

20 4,55 ±0,68 6,0 ±0,98

2,26 ±0,58 2,49 ±0,55

-1,90 ±0,22 -2,5 ±0,95

4 1,64 ±0,86 3,41 ±2,56

-0,33 ±0,38 -0,05 ±0,74

-3,11 ±1,12 -2,5 ±0,95

DIL 3395

20 6,15 ±0,90 6,26 ±0,86

4,47 ±0,98 4,47 ±0,95

-2,48 ±0,97 -2,5 ±0,95

4 4,25 ±1,10 5,25 ±1,22

1,44 ±1,00 1,97 ±0,55

-3,10 ±1,16 -3,1 ±0,14

Tabelle 43: Keimzahlen ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23und DIL 3395 in Putenfleisch bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min

Mikroorganismus Probeninhalt Temperatur Keimzahl [KbE/g]

[°C] 0 h

1 h (nach HP)

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

S. Typhimurium DIL23

Fleisch 20 7,9E+07 6,4E+07

1,5E+07 5,3E+06

1,20E+09 5,50E+08

8,8E+09 7,3E+09

1,1E+08 1,0E+08

1,9E+07 8,3E+06

1,00E+09 5,90E+08

7,6E+09 6,6E+09

1,7E+07 5,7E+06

5,7E+06 1,5E+06

7,10E+09 4,80E+09

1,9E+10 1,3E+10

3,2E+07 2,7E+07

4,7E+06 1,7E+06

6,50E+09 4,20E+09

1,0E+10 8,2E+09

1,1E+07 8,8E+06

1,4E+07 7,3E+06

6,90E+09 2,70E+09

1,0E+10 1,0E+10

2,9E+07 2,3E+07

4,4E+06 1,7E+05

4,20E+07 1,10E+07

2,0E+10 1,4E+10

5,3E+07 5,5E+07

3,6E+06 1,4E+05

2,80E+06 1,00E+06

1,4E+10 1,4E+10

3,5E+07 2,9E+07

1,3E+07 5,0E+06

1,60E+09 5,20E+08

1,5E+10 2,0E+10

3,7E+07 3,0E+07

1,3E+07 5,2E+06

7,00E+08 6,40E+08

1,8E+10 1,3E+10

Anhang 198

198

S. Tphimurium DIL3395

Fleisch 20 8,2E+07 8,1E+07

6,0E+06 5,1E+05

2,2E+08 4,4E+07

1,6E+10 1,5E+10

1,1E+08 9,4E+07

1,5E+07 2,1E+07

5,1E+08 7,3E+07

1,7E+08 8,5E+07

3,7E+07 3,5E+07

8,8E+06 1,6E+06

3,8E+09 6,8E+08

1,9E+10 1,8E+10

4,9E+07 5,9E+07

2,3E+07 1,4E+07

6,5E+09 4,2E+09

2,8E+10 2,3E+10

2,2E+08 9,8E+07

2,3E+07 1,4E+07

6,9E+09 2,7E+09

1,7E+10 1,6E+10

4,2E+07 4,8E+07

2,1E+05 1,4E+04

4,2E+07 1,1E+07

1,9E+10 1,9E+10

7,8E+07 8,4E+07

1,1E+04 1,0E+03

2,8E+06 1,0E+06

4,3E+10 2,6E+10

6,8E+07 7,1E+07

6,7E+06 3,8E+06

1,6E+09 5,2E+08

3,0E+10 3,0E+10

2,8E+07 2,2E+07

5,7E+06 2,6E+06

7,0E+08 6,4E+08

2,0E+10 1,8E+10


Fleisch 4 1,4E+07 9,1E+06

7,9E+05 2,2E+04

1,1E+08 4,3E+07

1,3E+10 7,1E+09

1,8E+07 8,7E+06

1,7E+06 6,9E+04

8,6E+07 4,1E+07

1,6E+10 8,6E+09

1,7E+07 1,5E+07

1,6E+07 1,3E+06

3,0E+09 2,1E+09

1,6E+10 2,8E+10

1,1E+07 1,0E+07

1,9E+07 1,6E+07

4,30E+09 2,70E+09

1,20E+10 1,10E+10

2,2E+07 1,2E+07

1,0E+07 4,2E+06

3,50E+09 3,10E+09

9,30E+09 8,90E+09

3,70E+07 3,50E+07

2,30E+06 7,60E+04

9,50E+07 3,10E+07

1,30E+10 1,50E+10

4,20E+07 4,20E+07

1,40E+06 2,00E+05

8,70E+08 3,10E+08

1,70E+10 1,50E+10

2,60E+07 2,00E+07

1,30E+07 4,40E+06

3,30E+09 1,10E+09

1,90E+10 1,50E+10

3,10E+07 2,80E+07

1,30E+07 6,80E+06

1,40E+09 8,10E+08

1,90E+10 1,40E+10


Fleisch 4 1,3E+07 1,3E+07

1,3E+06 4,8E+04

1,5E+09 3,2E+08

2,4E+10 1,5E+10

1,9E+06 1,5E+06

6,3E+06 1,2E+05

1,9E+09 5,0E+08

2,4E+10 1,8E+10

1,9E+07 1,8E+07

1,7E+05 2,8E+03

4,0E+09 1,0E+09

1,6E+10 1,0E+10

1,5E+07 1,2E+07

4,6E+07 1,7E+07

6,60E+09 3,90E+09

2,30E+10 1,40E+10

1,1E+07 8,9E+07

2,0E+07 7,1E+06

8,50E+09 5,40E+09

2,10E+10 1,40E+10

5,50E+07 5,90E+07

1,10E+05 9,00E+03

7,30E+08 1,60E+08

2,10E+10 4,40E+10

4,40E+07 3,90E+07

7,90E+04 7,00E+03

1,70E+08 2,30E+07

2,40E+10 2,30E+10

7,10E+07 8,70E+07

9,10E+06 4,90E+06

2,80E+09 3,40E+08

2,60E+10 2,20E+10

7,80E+07 9,70E+07

5,00E+06 1,50E+06

1,00E+08 2,60E+08

2,00E+10 1,80E+10

Anhang 199

199

Tabelle 44: Inaktivierung von S. Thyphimurium nach einer Hochdruckbehandlung in Putenfleisch (450 MPa, 3 min) und nach einer Lagerung/Revitalisierung in Peptonwasser (MPN)

Stamm Temperatur Inaktivierung [-log (N/N0)]

[°C] 0 h

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

DIL 23

20 0,85 ±0,16 1,62 ±0,62

-1,55 ±0,62 -1,15 ±0,58

-2,55 ±0,50 -2,66 ±0,73

4 0,85 ±0,50 1,56 ±0,95

-1,71 ±0,69 -1,55 ±0,75

-2,72 ±0,28 -2,84 ±0,17

DIL 3395

20 0,79 ±0,25 1,12 ±0,59

-1,50±0,79 -0,86 ±1,19

-2,83 ±0,46 -2,88 ±0,77

4 0,30 ±0,81 1,91 ±1,04

-2,03 ±0,86 -1,42 ±0,87

-2,72 ±0,53 -3,08 ±0,91

Tabelle 45: Keimzahlen ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 und DIL 3395 in Putenfleisch mit NaCl bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min


[°C] 0 h

1 h (nach HP)

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD


Fleisch +NaCl 20 6,6E+07 5,0E+07

1,0E+07 1,2E+06

3,1E+09 1,8E+09

1,7E+10 1,3E+10

2,2E+07 1,8E+07

1,6E+07 1,8E+06

2,1E+09 1,0E+09

1,3E+10 1,1E+10

2,0E+07 1,4E+07

5,4E+06 4,2E+05

1,8E+09 9,3E+08

1,1E+10 8,5E+09



2,7E+04 1,0E+02

1,1E+08 4,2E+07

1,8E+10 1,5E+10

1,7E+07 1,6E+07

2,3E+05 2,1E+03

1,6E+08 3,8E+07

1,6E+10 1,3E+10

3,3E+06 2,9E+06

1,7E+05 1,3E+03

9,3E+07 5,2E+07

1,7E+10 1,5E+10



1,3E+07 3,5E+05

3,8E+09 3,0E+08

1,0E+10 8,3E+09

5,3E+07 3,8E+07

1,8E+07 1,1E+06

1,6E+09 3,8E+08

1,1E+10 8,1E+09

5,0E+07 4,8E+07

5,0E+06 2,3E+05

3,4E+08 3,0E+08

1,0E+10 1,0E+10



7,1E+04 2,2E+03

3,6E+09 7,1E+08

1,4E+10 1,3E+10

1,1E+07 8,2E+06

1,3E+06 5,3E+04

9,8E+08 4,5E+08

1,9E+10 1,5E+10

7,2E+07 6,3E+07

1,4E+04 2,0E+02

2,8E+08 1,4E+08

1,5E+10 1,3E+10

Anhang 200

200

Tabelle 46: Keimzahlen ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 und DIL 3395 in Putenfleisch mit Na2CO3 bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min


[°C] 0 h

1 h (nach HP)

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD


Fleisch+Na2CO3 20 4,6E+07 3,1E+07

1,9E+07 8,9E+06

n.a. n.a.

2,1E+10 2,1E+10

7,7E+07 6,2E+07

1,2E+08 8,3E+07

n.a. n.a.

3,2E+10 2,3E+10

3,2E+07 2,4E+07

1,7E+07 6,3E+06

1,1E+10 8,0E+09

1,8E+10 1,9E+10

3,3E+07 3,0E+07

1,1E+07 5,4E+06

8,9E+09 6,4E+09

2,9E+10 1,8E+10


Fleisch+Na2CO3 20 9,5E+07 8,3E+07

1,6E+08 2,5E+07

n.a. n.a.

3,8E+10 3,3E+10

4,4E+07 3,4E+07

1,3E+08 3,0E+07

n.a. n.a.

4,9E+10 3,2E+10

1,0E+08 8,5E+07

3,4E+07 1,9E+07

9,5E+09 7,1E+09

4,8E+10 4,6E+10

1,0E+08 8,5E+07

4,7E+07 2,9E+07

8,3E+09 5,8E+09

2,2E+10 2,1E+10


Fleisch+Na2CO3 4 1,2E+07 8,0E+06

4,8E+07 1,3E+07

n.a. n.a.

4,6E+10 4,5E+10

8,9E+07 6,7E+07

5,7E+07 2,7E+07

n.a. n.a.

1,9E+10 2,0E+10

2,3E+07 2,0E+07

1,2E+07 5,9E+06

9,3E+09 3,6E+09

2,2E+10 1,8E+10

3,0E+07 2,6E+07

2,0E+07 9,5E+06

8,7E+09 4,9E+09

2,5E+10 2,0E+10


Fleisch+Na2CO3 4 1,3E+07 9,5E+06

7,3E+07 3,0E+07

n.a. n.a.

5,6E+10 5,5E+10

1,2E+08 1,0E+08

5,8E+06 1,4E+06

n.a. n.a.

3,0E+10 4,8E+10

3,6E+07 5,5E+07

3,0E+07 2,2E+07

2,0E+09 2,7E+09

2,9E+10 2,3E+10

9,7E+07 8,3E+07

8,3E+07 3,6E+07

8,7E+09 3,5E+09

3,0E+10 2,7E+10

Anhang 201

201

Tabelle 47: Keimzahlen ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 und DIL 3395 in Käse bei 20 °C und 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min

Mikroorganismus Probeninhalt Temper-atur Keimzahl [KbE/g]

[°C] 0 h

1 h (nach HP)

8 h

24 h

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD

CASO XLD


Käse 4 2,7E+07 2,2E+07

5,1E+06 1,1E+06

9,3E+09 1,1E+10

1,1E+10 1,0E+10

1,0E+05 1,0E+05

2,3E+06 2,5E+05

1,2E+10 1,1E+10

1,2E+10 1,1E+10

1,5E+07 1,4E+07

1,9E+07 7,0E+06

1,2E+10 1,2E+10

1,1E+10 9,0E+09

1,6E+07 1,5E+07

2,0E+06 1,3E+06

1,7E+10 1,4E+10

1,6E+10 1,3E+10


Käse 4 6,2E+07 5,8E+07

1,3E+06 2,5E+05

5,8E+09 3,2E+09

1,6E+10 1,8E+10

5,4E+07 4,9E+07

2,1E+06 8,0E+05

6,2E+09 5,5E+09

1,8E+10 1,5E+10

1,1E+08 9,8E+07

1,8E+07 4,9E+06

8,9E+09 6,3E+09

1,5E+10 1,0E+10

6,5E+07 6,7E+07

1,4E+07 4,0E+06

6,6E+09 5,6E+09

1,5E+10 1,1E+10


Käse 20 9,0E+06 8,0E+06

1,9E+06 2,0E+05

5,4E+09 6,2E+09

1,1E+10 1,0E+10

6,3E+07 5,9E+07

2,0E+07 4,0E+06

4,9E+09 4,8E+09

1,2E+10 1,1E+10

1,9E+06 2,0E+06

1,8E+07 7,2E+06

3,8E+09 2,6E+09

1,1E+10 9,0E+09

9,1E+06 7,3E+06

5,4E+06 1,2E+06

3,0E+09 2,0E+09

1,6E+10 1,3E+10


Käse 20 2,1E+07 1,8E+07

5,5E+05 1,5E+05

8,6E+08 2,4E+08

1,8E+10 1,6E+10

9,5E+06 8,4E+06

7,5E+06 1,5E+06

5,5E+09 2,0E+09

1,3E+10 1,5E+10

5,6E+07 5,2E+07

2,0E+07 6,4E+06

7,2E+09 2,4E+09

1,3E+10 7,9E+09

2,7E+08 1,6E+08

5,6E+07 1,6E+06

4,4E+09 6,2E+09

1,6E+10 1,6E+10

Anhang 202

202

Tabelle 48: Inaktivierung von L.gelidum bei verschiedenen Prozessparametern (p, T) (n = 3 -2)

Druck [MPa]

Temperatur [°C] Zeit [s] Zeit [h]

Inaktivierung [log N/N0]

400 1 60 0,17 -0,44 ± 0,09

400 1 900 2,50 -1,92 ± 0,01

400 4 180 0,50 -1,03 ± 0,56

400 4 300 0,83 -1,15 ± 0,70

400 4 420 1,17 -1,34 ± 0,42

400 10 180 0,50 -0,81 ± 0,24

400 10 300 0,83 -1,30 ± 0,95

400 10 420 1,17 -1,83 ± 0,21

400 20 180 0,50 -1,03 ± 0,49

400 20 300 0,83 -1,45 ± 0,66

400 20 420 1,17 -2,07 ± 0,55

400 30 180 0,50 -1,20 ± 0,20

400 30 300 0,83 -1,96 ± 0,61

400 30 420 1,17 -2,52 ± 0,04

400 50 60 0,17 -0,33 ± 0,14

400 50 420 1,17 -1,48 ± 0,04

400 50 900 2,50 -3,11 ± 0,10

450 4 180 0,50 -1,21 ± 0,50

450 4 300 0,83 -1,15 ± 0,03

450 4 420 1,17 -0,90 ± 0,04

450 10 180 0,50 -1,50 ± 0,49

450 10 300 0,83 -1,52 ± 0,55

450 10 420 1,17 -1,28 ± 0,03

450 20 180 0,50 -1,24 ± 0,06

450 20 300 0,83 -1,37 ± 0,06

450 20 420 1,17 -1,90 ± 0,05

525 1 60 0,17 -1,41 ± 0,02

525 1 900 2,50 -3,78 ± 0,12

525 4 180 0,50 -2,69 ± 0,20

525 4 300 0,83 -3,41 ± 0,61

525 4 420 1,17 -3,20 ± 0,14

525 10 180 0,50 -3,23 ± 0,56

525 10 300 0,83 -2,97 ± 0,97

525 10 420 1,17 -3,11 ± 0,14

525 20 180 0,50 -3,82 ± 0,72

525 20 300 0,83 -4,05 ± 0,39

525 20 420 1,17 -3,83 ± 0,03

525 30 180 0,50 -3,91 ± 0,59

525 30 300 0,83 -4,01 ± 0,44

525 30 420 1,17 -4,09 ± 0,01

525 50 60 0,17 -3,38 ± 0,01

525 50 420 1,17 -3,69 ± 0,04

525 50 900 2,50 -4,36 ± 0,02

Anhang 203

203

600 1 60 0,17 -1,39 ± 0,02

600 1 900 2,50 -3,77 ± 0,38

600 4 180 0,50 -3,27 ± 0,37

600 4 300 0,83 -3,35 ± 0,86

600 4 420 1,17 -3,49 ± 0,65

600 10 180 0,50 -3,68 ± 0,58

600 10 300 0,83 -3,74 ± 0,66

600 10 420 1,17 -3,69 ± 0,65

600 20 180 0,50 -4,28 ± 0,65

600 20 300 0,83 -4,28 ± 0,05

600 20 420 1,17 -4,42 ± 0,38

600 30 180 0,50 -3,88 ± 0,13

600 30 300 0,83 -4,10 ± 0,66

600 30 420 1,17 -4,50 ± 0,01

600 50 60 0,17 -3,36 ± 0,15

600 50 420 1,17 -4,24 ± 0,09

600 50 900 2,50 -4,21 ± 0,01

Tabelle 49: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in Saline bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min

Inaktivierung [-log (N/N0)]

0 h 8 h 24 h

CASO XLD CASO XLD CASO XLD

3,79 4,86 2,12 2,31 -2,21 -2,18

4,50 4,62 3,43 3,62 -1,86 -2,20

5,98 6,64 5,24 5,64 -1,68 -1,66

5,57 6,57 5,01 5,57 -2,08 -2,03

4,10 6,59 1,97 2,25 -1,65 -1,78

4,77 6,72 2,04 2,25 -1,94 -1,89

1,35 2,91 1,97 2,25 -4,15 -4,18

1,37 3,08 2,04 2,25 -4,08 -4,05

Anhang 204

204



0 h 8 h 24 h


5,23 5,08 3,49 3,68 -1,77 -2,00

5,05 5,23 5,23 5,23 -1,95 -1,88

5,84 6,81 5,24 5,33 -1,97 -1,85

6,80 6,78 3,69 3,52 -2,06 -2,15

6,95 6,86 5,95 5,86 -1,82 -1,88

7,04 6,82 6,04 5,82 -0,56 0,89

3,83 4,88 3,83 3,88 -3,92 -3,86

3,84 4,83 3,84 3,83 -3,86 -3,76



0 h 8 h 24 h


2,37 5,54 0,10 0,80 -2,10 -2,02

2,41 5,70 1,59 2,02 -2,19 -2,07

0,92 1,33 -0,52 -0,54 -4,08 -4,25

0,87 1,05 -0,58 -0,41 -4,08 -4,29



0 h 8 h 24 h


2,99 3,40 2,34 2,54 -4,12 -4,08

2,53 3,89 1,61 1,81 -4,07 -4,10

4,72 6,00 -0,10 0,82 -2,03 -2,04

5,04 5,99 0,36 1,47 -2,16 -2,19

Anhang 205

205

Tabelle 53: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in Putenfleisch bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min


0 h 8 h 24 h


0,72 1,08 -1,18 -0,93 -2,05 -2,06

0,76 1,08 -0,96 -0,77 -1,84 -1,82

0,82 1,62 -1,67 -1,56 -3,23 -4,03

3,71 6,04 0,10 0,42 -5,82 -8,18

0,83 1,20 -2,12 -2,14 -2,49 -2,48

-0,10 0,08 -2,63 -2,56 -2,96 -3,06

0,82 2,13 -1,19 -0,68 -2,84 -2,78

0,72 1,08 -1,18 -0,93 -2,05 -2,06



0 h 8 h 24 h


1,14 2,20 -0,43 0,27 -2,29 -2,27

0,87 0,65 -0,67 0,11 -0,19 0,04

0,80 1,05 -2,29 -2,45 -3,52 -3,94

0,62 1,34 -2,01 -1,29 -3,33 -4,05

0,33 0,62 -2,12 -1,85 -2,76 -2,59

0,98 0,85 -1,50 -1,44 -1,89 -2,21

2,30 3,54 0,00 0,64 -2,66 -2,60

3,85 4,92 1,44 1,92 -2,74 -2,49



0 h 8 h 24 h


1,25 2,62 -0,90 -0,67 -2,97 -2,89

1,02 2,10 -0,68 -0,67 -2,95 -2,99

0,03 1,06 -2,25 -2,15 -2,15 -3,00

-0,24 -0,20 -2,59 -2,43 -3,04 -3,04

0,34 0,46 -2,20 -2,41 -2,63 -2,87

1,21 2,66 -0,41 0,05 -2,55 -2,63

1,48 2,32 -1,32 -0,87 -2,61 -2,55

0,30 0,66 -2,10 -1,74 -2,86 -2,88

Anhang 206

206



0 h 8 h 24 h


1,00 2,43 -2,06 -1,39 -3,27 -3,06

-0,52 1,10 -3,00 -2,52 -4,10 -4,08

2,05 3,81 -2,32 -1,74 -1,74 -4,97

-0,49 -0,15 -2,64 -2,51 -3,19 -3,07

-0,26 1,10 -2,89 -1,78 -3,28 -2,20

2,70 3,82 -1,12 -0,43 -2,58 -2,87

2,75 3,75 -0,59 0,23 -2,74 -2,77

0,89 1,25 -1,60 -0,59 -2,56 -2,40

Tabelle 57: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in Putenfleisch+NaCl bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min


0 h 8 h 24 h


0,82 1,62 -1,67 -1,56 -2,41 -2,41

3,71 6,04 0,10 0,42 -2,11 -2,13

0,14 1,00 -1,98 -1,74 -2,91 -3,79

0,57 1,52 -1,95 -1,82 -3,31 -4,31



0 h 8 h 24 h


0,80 1,05 -2,29 -2,45 -2,72 -2,88

0,62 1,34 -2,01 -1,29 -2,71 -2,71

1,87 3,88 -0,97 -0,38 -4,84 -6,79

1,29 3,35 -1,45 -1,25 -5,00 -7,06



0 h 8 h 24 h


-0,34 1,19 -2,81 -1,74 -3,23 -3,19

0,47 1,54 -1,48 -1,00 -2,32 -2,33

1,00 2,32 -0,83 -0,80 -2,30 -2,32

Anhang 207

207



0 h 8 h 24 h


3,08 4,61 -1,62 -0,90 -2,21 -2,16

0,93 2,19 -1,95 -1,74 -3,24 -3,26

3,71 5,50 -0,59 -0,35 -2,32 -2,31

600 MPa

Zeit h

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Ina

ktiviie

run

g lo

g (

N/N

0)

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1 °C

Plot 1 Regr

4 °C

Plot 2 Regr

10 °C

Plot 3 Regr

20 °C

Plot 4 Regr

30 °C

Plot 5 Regr

Abbildung 74: Inaktivierung für 600 MPa für verschiedene Haltezeiten und Temperaturen (4, 10, 20, 30 °C).

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

Anhang 208

208

Zeit [h]

0 2 4 6 8 10

Le

be

nd

ke

imza

hle

n [K

bE

/g]

1e+7

1e+8

1e+9

1e+10

1e+11

DIL 23

DIL 24

DIL 3395

DIL 3361

Abbildung 75: Wachstumskurve für Salmonella enterica ssp. Thyphimurium.

Anhang 209

209

Tabelle 61: Optische Dichte (OD) und Lebendkeimzahlen der verschiedenen S. Thyphimurium Spezies

Keim Zeit [h] OD

Lebendkeimzahl [KbE/ml]

DIL 23

0 0,11 2,1E+08

1 0,24 1,8E+08

2 0,86 4,3E+08

3 2,5 1,5E+09

4 4,3 7,6E+09

5 5,3 1,1E+10

6 5,9 2,0E+10

7 6,2 1,8E+10

8 6,6 9,0E+09

9 6,6 1,2E+11

DIL 24

0 0,09 1,0E+08

1 0,21 7,9E+07

2 0,84 4,3E+08

3 2,4 1,4E+09

4 4,8 5,1E+09

5 6,2 1,7E+10

6 6,5 2,7E+10

7 7,2 2,9E+10

8 7,5 3,3E+10

9 7,4 3,9E+11

DIL 3395

0 0,1 1,9E+08

1 0,27 1,6E+08

2 0,92 6,8E+08

3 3,2 2,6E+09

4 5,7 8,0E+09

5 6,6 1,3E+10

6 7,2 2,7E+10

7 7,5 2,6E+10

8 7,3 2,1E+10

9 7,4 1,6E+10

DIL 3361

0 0,1 1,3E+08

1 0,23 2,3E+08

2 0,84 6,9E+08

3 2,7 2,1E+09

4 5,5 6,2E+09

5 6,3 1,1E+10

6 6,6 1,9E+10

7 6,3 1,5E+10

8 6,7 1,5E+10

9 6,3 1,4E+10

Anhang 210

210

Tabelle 62: pH-Werte und Schneiddruck von Putensteaks mit Wasserzusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Temperatur

[°C] Druck [Mpa]

pH-Fleisch

(frisch)

pH-

Marinade

pH nach

Tumbeln

pH nach

HPP

Schneidkraf

t [N] 1

Schneitkraft

kraft [N] 2

Schneidkraf

t [N] 3

Schneikraft

[N] 4 Mittelwert STABW

Schneidkraft

[Pa] Mittelwert Stabw

4°C 0,1 5,91 7,86 5,85 5,85 8,63 7,91 8,85 8,46 0,49 23509,26 16365,74 10102,46

4°C 0,1 5,89 7,86 5,87 5,87 2,92 3,20 3,84 3,32 0,47 9222,22

4°C 200 5,91 7,86 5,85 6,00 5,98 6,85 6,59 6,47 0,45 17981,48 14550,93 4851,54

4°C 200 5,89 7,86 5,87 5,86 3,63 3,56 4,82 [6,21] 4,00 0,71 11120,37

4°C 300 5,91 7,86 5,85 6,05 5,28 4,70 4,68 5,10 4,94 0,30 13722,22 14694,44 1374,93

4°C 300 5,89 7,86 5,87 6,26 6,13 5,13 5,34 5,96 5,64 0,48 15666,67

4°C 400 5,91 7,86 5,85 5,91 5,13 5,54 5,59 5,42 0,25 15055,56 15555,56 707,11

4°C 400 5,89 7,86 5,87 6,01 6,51 5,71 5,12 [4,81] 5,78 0,70 16055,56

4°C 500 5,91 7,86 5,85 6,10 11,02 10,63 10,39 10,68 0,32 29666,67 25958,33 5244,38

4°C 500 5,89 7,86 5,87 6,31 7,83 7,83 8,37 8,01 0,31 22250,00

40°C 0,1 5,91 7,86 5,85 5,85 3,90 3,74 4,02 3,89 0,14 10796,30 12116,90 1867,61

40°C 0,1 5,89 7,86 5,87 5,87 5,30 4,95 4,78 4,32 4,84 0,41 13437,50

40°C 200 5,91 7,86 5,85 5,89 5,44 4,76 5,08 5,09 0,34 14148,15 14150,46 3,27

40°C 200 5,89 7,86 5,87 5,87 5,60 5,31 4,77 4,70 5,10 0,43 14152,78

40°C 300 5,91 7,86 5,85 5,93 4,63 4,99 5,08 5,68 5,10 0,44 14152,78 15076,39 1306,18

40°C 300 5,89 7,86 5,87 5,90 6,08 5,65 5,36 5,95 5,76 0,32 16000,00

40°C 400 5,91 7,86 5,85 6,02 5,50 5,40 5,81 5,69 5,60 0,18 15555,56 14496,53 1497,69

40°C 400 5,89 7,86 5,87 5,97 4,70 5,00 4,74 4,91 4,84 0,14 13437,50

40°C 500 5,91 7,86 5,85 6,12 8,77 [9,03] 6,46 6,37 7,20 1,36 20000,00 19967,59 45,83

40°C 500 5,89 7,86 5,87 6,06 7,47 7,26 6,80 7,18 0,34 19935,19

20°C 0,1 5,91 7,86 5,85 5,85 5,20 [7,56] 6,34 5,41 5,65 0,61 15694,44 13041,67 3751,59

20°C 0,1 5,89 7,86 5,87 5,87 3,71 3,58 3,93 3,74 0,18 10388,89

20°C 200 5,91 7,86 5,85 5,84 6,94 8,36 [10,04] [11,41] 7,65 1,00 21250,00 16685,19 6455,62

20°C 200 5,89 7,86 5,87 5,89 4,56 4,85 3,68 [6,59] 4,36 0,61 12120,37

20°C 300 5,91 7,86 5,85 5,97 4,45 4,05 3,77 4,19 4,12 0,28 11430,56 14277,78 4026,58

20°C 300 5,89 7,86 5,87 5,92 6,35 5,93 6,17 6,21 6,17 0,17 17125,00

20°C 400 5,91 7,86 5,85 5,98 5,45 5,50 5,01 5,71 5,42 0,29 15048,61 16001,16 1347,10

20°C 400 5,89 7,86 5,87 5,97 6,10 6,28 5,93 6,10 0,18 16953,70

20°C 500 5,91 7,86 5,85 6,01 6,63 6,70 6,18 5,90 6,35 0,38 17645,83 18600,69 1350,38

20°C 500 5,89 7,86 5,87 6,02 7,22 6,85 7,05 7,04 0,19 19555,56

Anhang 211

211

Tabelle 63: Drip loss und Farbmessung von Putensteaks mit Wasserzusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Temperatur [°C]

Druck [MPa] Drip loss STABW L*-Wert STABW a*-Wert STABW b*-Wert STABW

4 0,1 28,53 0,86 50,45 1,02 -1,32 0,64 8 0,74

4 0,1 30,82 0,48 50,13 1,52 1,56 0,53 8,91 0,61

4 200 37,47 0,57 56,68 0,76 0,44 1,87 10,93 1,91

4 200 35,66 1,75 58,66 0,88 -0,44 0,79 10,84 0,72

4 300 38,79 0,03 69,51 0,8 0,62 0,69 10,76 1,09

4 300 35,61 0,45 69,13 0,47 0,55 0,75 10,8 0,93

4 400 34,14 1,18 74,83 0,6 2,1 0,33 12,59 0,42

4 400 39,89 0,68 75,14 0,51 1,34 0,27 11,44 0,57

4 500 34,78 0,07 76,45 0,79 1,54 0,43 11,03 0,64

4 500 36,51 1,30 77,75 0,64 1,37 0,25 11,43 0,43

20 0,1 30,63 0,87 50,67 0,97 -0,55 0,26 8,89 0,32

20 0,1 35,42 0,04 47,93 0,95 -1,22 0,51 7,67 0,46

20 200 33,29 0,78 58,98 0,76 -0,33 0,25 8,67 1,49

20 200 36,98 0,57 59,29 0,81 0,72 0,44 11,29 0,74

20 300 35,74 0,39 69,32 0,83 1,59 0,49 10,71 0,32

20 300 34,07 1,29 67,83 0,97 2,17 0,69 12,04 0,65

20 400 32,65 0,69 76,5 0,88 1,19 0,44 10,79 0,51

20 400 37,87 0,04 75,98 0,91 1,44 0,59 11,13 0,65

20 500 36,06 0,90 78,18 1,06 1,27 0,23 10,14 0,87

20 500 35,55 0,57 78,64 1,41 1,52 0,74 10,87 0,72

40 0,1 30,03 1,17 52,36 0,79 -0,01 1,08 8,96 0,82

40 0,1 33,12 0,26 49,91 0,74 -0,7 0,46 7,69 0,48

40 200 36,24 1,73 58,28 0,67 -0,46 0,34 8,85 0,89

40 200 37,05 1,51 56,21 0,78 -0,26 0,77 9,51 0,64

Anhang 212

212

40 300 38,85 0,25 70,02 0,64 1,42 0,65 11,49 0,43

40 300 34,34 0,71 69,06 0,94 1,22 0,89 11,27 0,5

40 400 33,37 0,14 75,1 0,71 1,4 0,43 10,11 0,65

40 400 32,11 1,32 75,34 0,65 2,03 0,37 11,02 0,56

40 500 42,70 1,19 78,69 0,81 1,19 0,6 10,36 1,14

40 500 40,21 1,13 78,22 0,98 1,49 0,63 11,56 0,75

Anhang 213

213

Tabelle 64: pH-Werte und Schneiddruck von Putensteaks mit Wasser- und Ascorbinsäurezusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Temperatur

in °C

Druck in

MPa

pH-Fleisch

(frisch)

pH-

Marinade

pH nach

Tumbeln

pH nach

HPP

Schneid-

kraft [N] 1

Schneid-

kraft [N] 2

Schneid-

kraft [N] 3

Schneid-

kraft [N] 4 Mittelwert STABW

Schneid-

kraft [Pa] Mittelwert Stabw

4 0,1 5,81 2,49 5,62 5,62 5,68 5,94 6,32 5,39 5,83 0,40 16201,39 18392,36 3098,50

4 0,1 5,75 2,31 5,41 5,41 6,50 7,74 8,76 6,64 7,41 1,06 20583,33

4 200 5,81 2,49 5,62 5,99 4,39 4,20 4,51 5,23 4,58 0,45 12729,17 21899,31 12968,53

4 200 5,75 2,31 5,41 5,72 10,21 9,94 11,62 12,97 11,19 1,40 31069,44

4 300 5,81 2,49 5,62 6,02 5,04 6,00 6,01 5,86 5,73 0,46 15909,72 16784,72 1237,44

4 300 5,75 2,31 5,41 5,27 6,73 6,27 6,99 5,44 6,36 0,68 17659,72

4 400 5,81 2,49 5,62 6,05 5,87 5,83 5,82 5,92 5,86 0,05 16277,78 17253,47 1379,84

4 400 5,75 2,31 5,41 5,59 5,93 6,06 6,87 7,39 6,56 0,69 18229,17

4 500 5,81 2,49 5,62 5,98 6,00 6,06 5,69 5,92 0,20 16435,19 24004,63 10704,81

4 500 5,75 2,31 5,41 5,58 10,96 11,96 11,18 11,37 0,53 31574,07

0,00

20 0,1 5,81 2,49 5,62 5,62 5,52 5,47 5,46 5,68 5,53 0,10 15368,06 25284,72 14024,28

20 0,1 5,56 2,42 5,63 5,63 10,10 12,30 15,81 12,48 12,67 2,35 35201,39

20 200 5,81 2,49 5,62 5,94 4,18 4,78 4,62 4,63 4,55 0,26 12645,83 26243,06 19229,38

20 200 5,56 2,42 5,63 5,54 11,25 16,11 15,66 14,35 14,34 2,19 39840,28

20 300 5,81 2,49 5,62 6,01 5,85 6,07 6,40 [7,34] 6,11 0,28 16962,96 27634,26 15091,49

20 300 5,56 2,42 5,63 5,31 13,38 14,75 12,42 14,61 13,79 1,10 38305,56

20 400 5,81 2,49 5,62 6,03 5,98 6,75 [7,26] 6,86 6,53 0,48 18138,89 27062,50 12619,89

20 400 5,56 2,42 5,63 5,71 14,12 12,15 12,05 13,50 12,96 1,02 35986,11

20 500 5,81 2,49 5,62 6,11 7,59 7,78 [9,24] 7,24 7,54 0,27 20935,19 27307,87 9012,34

20 500 5,56 2,42 5,63 5,86 13,19 13,14 11,62 10,55 12,13 1,28 33680,56

0,00

40 0,1 5,98 2,45 5,62 5,62 12,47 14,66 15,40 13,68 14,05 1,27 39034,72 27202,55 16733,22

40 0,1 5,81 2,49 5,62 5,62 5,31 5,33 5,96 5,53 0,37 15370,37

40 200 5,98 2,45 5,62 5,63 5,67 5,91 6,26 [8,98] 5,95 0,30 16518,52 16359,95 224,24

40 200 5,81 2,49 5,62 5,92 5,52 5,97 6,31 5,53 5,83 0,38 16201,39

40 300 5,98 2,45 5,62 5,76 8,43 8,85 12,57 13,78 10,91 2,67 30298,61 22611,11 10871,77

40 300 5,81 2,49 5,62 5,93 5,69 5,11 5,15 5,54 5,37 0,29 14923,61

40 400 5,98 2,45 5,62 5,89 8,45 8,53 8,71 9,84 8,88 0,65 24673,61 19729,17 6992,50

40 400 5,81 2,49 5,62 6,09 5,55 5,15 5,18 5,41 5,32 0,19 14784,72

40 500 5,98 2,45 5,62 5,92 7,13 7,58 8,41 7,90 7,76 0,54 21541,67 19857,64 2381,57

40 500 5,81 2,49 5,62 6,04 6,85 6,83 6,19 6,30 6,54 0,35 18173,61

Anhang 214

214

Tabelle 65: Drip loss und Farbmessung von Putensteaks mit Wasser- und Ascorbinsäurezusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Temperatur[°C] Druck [MPa] Drip loss STABW L*-Wert STABW a*-Wert STABW b*-Wert STABW

4 0,1 31,06 0,74 60,24 2,90 -0,30 0,33 9,06 1,68

4 0,1 27,69 1,92 61,33 0,85 -0,76 0,51 8,72 0,64

4 200 29,91 0,65 64,96 1,31 1,03 0,69 13,32 0,27

4 200 29,92 1,48 65,15 0,71 -0,66 0,60 11,47 0,75

4 300 38,46 0,43 70,49 2,32 1,54 0,22 13,98 0,68

4 300 34,69 2,44 71,68 1,05 0,78 0,48 13,02 0,42

4 400 36,35 0,20 76,11 1,73 1,51 0,43 14,08 0,30

4 400 36,08 0,51 71,73 1,21 0,99 0,19 13,59 0,88

4 500 39,17 1,16 74,64 1,23 0,52 0,28 13,84 0,73

4 500 35,06 0,32 72,72 0,66 1,21 0,45 13,21 0,61

20 0,1 34,82 1,01 67,41 1,63 -0,57 0,32 10,55 1,38

20 0,1 29,36 1,62 59,17 0,88 -0,37 0,37 9,78 1,18

20 200 32,38 0,34 67,35 0,56 -0,04 0,47 12,51 0,71

20 200 33,09 2,19 62,45 0,77 0,43 0,66 11,96 1,23

20 300 36,57 0,56 72,79 1,10 0,73 0,42 14,21 0,63

20 300 35,57 2,16 70,05 1,10 -0,38 0,55 14,26 0,98

20 400 36,40 1,58 73,34 0,95 0,09 0,48 14,17 0,85

20 400 34,78 1,25 70,99 1,87 0,15 0,49 13,70 0,50

20 500 36,63 1,77 75,76 1,03 -0,10 0,31 13,60 0,59

20 500 34,26 0,62 71,98 1,44 0,30 0,32 13,85 0,52

40 0,1 27,47 0,19 66,44 0,73 -0,44 0,56 12,57 0,83

40 0,1 30,21 1,06 70,30 1,17 -0,96 0,36 7,99 0,73

40 200 30,95 1,33 67,75 1,30 -1,21 0,79 13,73 0,76

Anhang 215

215

40 200 34,11 0,28 72,34 1,06 -1,13 0,48 12,89 1,17

40 300 30,79 0,23 70,20 0,81 -0,86 0,43 13,74 0,81

40 300 33,12 0,39 71,41 0,77 0,04 0,39 12,70 1,75

40 400 34,19 0,32 72,43 1,03 -1,09 0,40 14,72 0,52

40 400 30,08 0,62 78,70 1,74 -0,89 0,59 11,68 1,69

40 500 33,93 1,88 70,46 1,37 0,77 0,81 15,81 0,43

40 500 35,75 0,82 76,69 0,90 -1,33 0,39 14,14 1,04

Anhang 216

216

Tabelle 66: pH-Werte und Schneiddruck von Putensteaks mit Wasser- und Natriumcarbonatzusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Anhang 217

217

Tabelle 67: Drip loss und Farbmessung von Putensteaks mit Wasser- und Natriumcarbonatzusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Temperatur [°C]

Druck [MPa] Drip loss STABW L*-Wert STABW a*-Wert STABW b*-Wert STABW

4 0,1 30,62 1,33 46,34 0,88 1,03 0,64 10,50 1,06

4 0,1 28,35 0,72 42,86 0,72 1,40 1,04 6,75 0,58

4 200 30,94 2,11 50,92 0,76 -0,06 0,39 10,48 0,48

4 200 30,60 2,61 49,94 1,53 0,18 0,25 5,31 0,33

4 300 34,99 0,41 62,62 0,84 1,17 0,44 12,28 0,52

4 300 32,62 2,33 61,79 1,07 0,01 0,57 7,43 0,70

4 400 31,58 0,99 71,23 0,84 1,32 0,27 11,37 0,26

4 400 34,36 0,31 68,07 0,49 0,72 0,36 7,47 0,36

4 500 29,05 0,90 73,49 0,90 2,49 0,41 11,33 0,69

4 500 35,05 1,43 72,01 0,47 0,31 0,51 7,02 0,41

20 0,1 30,73 1,29 45,44 1,01 0,21 0,91 8,65 0,83

20 0,1 30,81 1,58 45,64 1,11 -0,34 0,49 6,24 0,57

20 200 29,49 0,81 51,40 0,43 0,75 0,40 10,34 0,57

20 200 36,74 0,29 49,67 1,39 0,29 0,56 8,54 0,59

20 300 34,83 0,15 60,16 1,42 1,22 0,48 10,61 0,68

20 300 36,61 0,51 62,02 1,03 0,97 0,64 10,62 0,91

20 400 32,35 0,80 71,13 0,97 1,83 0,38 9,84 0,80

20 400 38,88 1,81 69,39 0,66 2,12 0,95 9,02 0,60

20 500 31,10 0,55 75,08 1,66 1,57 0,84 8,64 1,27

20 500

71,78 0,69 2,95 0,54 9,50 0,62

40 0,1 29,42 1,61 46,36 1,16 0,45 0,51 5,97 0,94

40 0,1 28,10 0,80 47,20 1,23 0,59 0,46 7,85 1,06

40 200 29,14 0,52 50,26 1,80 1,99 0,60 7,28 0,39

Anhang 218

218

40 200 31,16 0,74 53,46 1,10 -0,01 0,58 9,66 1,44

40 300 27,55 0,97 60,71 0,62 1,08 0,67 8,74 0,85

40 300 31,92 0,65 62,91 0,76 0,61 0,30 10,74 0,43

40 400 28,41 1,13 67,69 1,14 1,66 0,71 7,68 0,81

40 400 30,48 1,31 72,50 0,77 0,33 0,37 8,45 0,80

40 500 27,11 1,24 73,90 1,32 2,32 0,50 8,29 0,84

40 500 35,23 1,24 74,30 0,73 1,70 0,55 8,80 0,47

Anhang 219

219

Tabelle 68: pH-Werte und Schneiddruck von Putensteaks mit Wasser- und NaCl- Zusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Anhang 220

220

Tabelle 69: Drip loss und Farbmessung von Putensteaks mit Wasser- und NaCl- Zusatz nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Marinade Temperatur Druck Dripp loss Stabw Stabw

[°C] [MPa] [%] L*(D65) a*(D65) b*(D65) L*(D65) a*(D65) b*(D65)

Wasser-NaCl 4 0,1 36,98 0,48 46,23 0,21 7,24 1,14 0,28 1,01 Wasser-NaCl 4 0,1 25,61 1,26 46,59 -0,90 6,10 0,57 0,51 0,39 Wasser-NaCl 4 200 27,88 1,45 54,63 -0,01 7,55 2,47 0,69 1,27 Wasser-NaCl 4 200 29,28 0,56 50,70 -0,49 5,59 1,07 0,39 0,72 Wasser-NaCl 4 300 28,17 1,41 63,72 0,80 8,12 1,02 0,39 1,19 Wasser-NaCl 4 300 32,98 1,82 62,86 0,53 6,39 0,80 0,42 0,71 Wasser-NaCl 4 400 31,12 1,99 69,33 0,75 7,82 1,21 0,55 0,62 Wasser-NaCl 4 400 34,08 4,87 68,04 0,92 7,65 0,47 0,77 0,44 Wasser-NaCl 4 500 27,51 1,96 72,84 0,88 7,96 0,86 0,47 0,64 Wasser-NaCl 4 500 38,17 2,31 71,27 0,95 7,12 0,64 0,42 0,54

Wasser-NaCl 20 0,1 28,11 3,20 43,92 0,21 6,17 1,17 0,82 0,56 Wasser-NaCl 20 0,1 25,91 1,77 44,02 0,66 9,12 1,04 0,26 0,62 Wasser-NaCl 20 200 35,41 1,64 48,29 0,50 6,76 1,37 0,66 0,61

Wasser- 20 200 27,93 0,80 51,57 0,05 7,60 1,91 0,44 1,11

Anhang 221

221

NaCl

Wasser-NaCl 20 300 33,49 1,91 61,16 -0,32 6,43 0,88 0,46 0,64 Wasser-NaCl 20 300 32,37 1,71 60,66 0,44 7,00 1,21 0,43 0,97 Wasser-NaCl 20 400 33,35 1,14 68,20 1,16 8,06 0,83 0,60 0,48 Wasser-NaCl 20 400 34,80 1,29 67,32 1,90 9,48 0,68 0,22 0,39 Wasser-NaCl 20 500 37,92 0,54 69,83 1,20 7,54 0,97 0,54 0,91 Wasser-NaCl 20 500 24,76 0,94 72,09 0,62 7,96 0,69 0,45 0,67

Wasser-NaCl 40 0,1 27,33 1,42 45,41 -0,28 5,91 1,14 0,34 0,71 Wasser-NaCl 40 0,1 34,45 1,08 43,57 1,22 9,23 1,08 0,77 0,70 Wasser-NaCl 40 200 27,26 1,23 53,97 0,70 6,07 2,01 0,62 1,89 Wasser-NaCl 40 200 26,41 0,15 50,52 -0,55 7,72 1,70 0,76 1,49 Wasser-NaCl 40 300 29,50 1,93 62,39 0,36 5,82 1,29 0,42 0,72 Wasser-NaCl 40 300 28,30 0,97 59,80 0,69 7,46 0,78 0,41 0,59 Wasser-NaCl 40 400 32,46 0,90 69,30 0,83 7,01 0,65 0,36 0,61 Wasser-NaCl 40 400 31,56 2,11 68,39 1,44 7,70 0,71 0,37 0,71 Wasser-NaCl 40 500 30,66 0,78 71,97 0,66 7,42 1,30 0,38 0,88 Wasser-NaCl 40 500 35,33 1,05 73,20 1,04 8,02 1,11 0,46 1,02

Anhang 222

222

Tabelle 70: Schneiddruck und pH-Werte von Putenkeulen mit verschiedenen Marinaden auf Wasserbasis nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Marinade Temp. [°C]

Druck [MPa]

pH-Fleisch

pH-Mari-nade

pH nach Tumbeln

pH nach HPP

Schneidkraft [N] 1

Schneidkraft[N] 2

Schneidkraft [N] 3

Schneidkraft [N] 4

Mitte-lwert

Schneid-kraft [Pa] STABW

Wasser-Carbo 4 0,1 6,46 10,99 6,72 [6,72] 4,74 4,84 5,43

5,00 18205,56 2560,28

Wasser-Carbo 4 0,1 6,26 10,91 6,31 6,31 5,67 7,17 7,20 7,30 7,22

Wasser-Carbo 4 200 6,46 10,99 6,72 6,39 7,54 8,44 7,20 7,93 7,78 21311,11 842,40 Wasser-Carbo 4 200 6,26 10,91 6,31 6,26

7,87 7,82 7,16 7,62

Wasser-Carbo 4 300 6,46 10,99 6,72 [6,78] 11,37 10,08 10,77

10,74 27659,72 4587,14

Wasser-Carbo 4 300 6,26 10,91 6,31 6,29 7,61

6,80 7,40 7,27

Wasser-Carbo 4 400 6,46 10,99 6,72 [6,76] 5,88 6,76 5,74

6,13 18509,26 1270,47

Wasser-Carbo 4 400 6,26 10,91 6,31 6,36 6,41 7,09 6,77 7,07 6,84

Wasser-Carbo 4 500 6,46 10,99 6,72 6,47 4,63 5,30 5,77 5,79 5,37 17319,44 1935,44 Wasser-Carbo 4 500 6,26 10,91 6,31 6,41 6,89 6,80 7,79 6,86 7,09

Wasser-Carbo 20 0,1 6,53 10,87 6,23 6,23 11,77 12,80 12,21

12,26 21937,50 2494,27

Wasser-Carbo 20 0,1 6,26 10,91 6,31 6,31 8,82 6,99 7,28 8,50 7,90

Wasser-Carbo 20 200 6,53 10,87 6,23 6,35

9,38 8,67 10,48 9,51 23842,59 1472,45

Wasser-Carbo 20 200 6,26 10,91 6,31 6,28 7,78 8,46 8,38 8,83 8,36

Anhang 223

223

Wasser-Carbo 20 300 6,53 10,87 6,23 6,35 5,75 7,30 6,29

6,45 19300,93 1241,69

Wasser-Carbo 20 300 6,26 10,91 6,31 6,31 6,59 7,43 6,86 7,22 7,03

Wasser-Carbo 20 400 6,53 10,87 6,23 6,54 9,81 8,95 9,57 8,90 9,31 22744,44 2154,29 Wasser-Carbo 20 400 6,26 10,91 6,31 6,34

7,07 8,06 7,96 7,70


Wasser-Carbo 40 0,1 6,29 10,83 6,47 6,47 10,63 13,69 13,30 11,08 12,18 22875,00 4482,16 Wasser-Carbo 40 0,1 6,26 10,91 6,31 6,31 7,22 7,76 7,33 [5,89] 7,44





Anhang 224

224

nur Wasser 20 0,1 6,36 7,83 6,18 6,18

4,75 4,55 4,88 4,73 13925,93 1047,43

nur Wasser 20 0,1 6,28 7,81 6,14 6,14

5,31 5,58 5,01 5,30 nur Wasser 20 200 6,36 7,83 6,18 6,28 6,42 6,16 5,90 6,16 6,16 16704,86 750,51

nur Wasser 20 200 6,28 7,81 6,14 6,23 5,54 5,81 5,96 6,16 5,87 nur Wasser 20 300 6,36 7,83 6,18 6,27 6,00 5,95 5,37 5,36 5,67 17518,52 927,74

nur Wasser 20 300 6,28 7,81 6,14 6,28 6,81 6,32 6,57 6,19 6,47 nur Wasser 20 400 6,36 7,83 6,18 6,29 6,47 5,98

5,82 6,09 18115,74 1625,55

nur Wasser 20 400 6,28 7,81 6,14 6,33 6,48

7,07 7,31 6,95 nur Wasser 20 500 6,36 7,83 6,18 6,27 6,21

6,64 6,45 6,43 20194,44 2297,79

nur Wasser 20 500 6,28 7,81 6,14 6,35 8,18 7,81 8,14 7,46 7,90

nur Wasser 4 0,1 6,36 7,83 6,18 6,18 7,66 7,74 7,41

7,60 20337,96 1466,02

nur Wasser 4 0,1 6,28 7,81 6,14 6,14 5,51 6,33 7,62 7,17 6,66 nur Wasser 4 200 6,36 7,83 6,18 6,25 6,04 5,77 5,54 6,18 5,88 16773,15 1041,49



nur Wasser 4 400 6,28 7,81 6,14 6,33 9,22 8,72 9,28 9,23 9,11 nur Wasser 4 500 6,36 7,83 6,18 6,36 6,70

6,98 6,96 6,88 20214,29 1798,54

nur Wasser 4 500 6,28 7,81 6,14 6,38 6,67 7,31 8,34 7,98 7,58

nur Wasser 40 0,1 6,36 7,83 6,18 6,18

5,41 5,16 5,35 5,31 14477,78 720,99

nur Wasser 40 0,1 6,28 7,81 6,14 6,14 6,56 5,36 [7,01] 4,78 5,57 nur Wasser 40 200 6,36 7,83 6,18 6,30 6,02

5,91 5,75 5,89 15097,22 1456,23

nur Wasser 40 200 6,28 7,81 6,14 6,18 4,77 5,00 5,16

4,98 nur Wasser 40 300 6,36 7,83 6,18 6,38 5,47 5,25 5,12 5,32 5,29 20851,85 562,69

nur Wasser 40 300 6,28 7,81 6,14 6,33 7,57 7,28

7,67 7,51 nur Wasser 40 400 6,36 7,83 6,18 6,40 6,15 6,61 6,22

6,33 19472,22 3837,69

Anhang 225

225

nur Wasser 40 400 6,28 7,81 6,14 6,37 9,87 9,06 10,06

9,66 nur Wasser 40 500 6,36 7,83 6,18 6,33 6,78 6,77 6,96 6,76 6,82 19003,47 571,87

nur Wasser 40 500 6,28 7,81 6,14 6,35 6,88 6,47 7,19 6,92 6,87

Wasser-Asco 4 0,1 6,46 2,50 6,02 6,02 7,07 7,80 6,69

7,19 19962,96 1567,00

Wasser-Asco 4 0,1 6,21 2,39 6,15 6,15 9,53 11,33 11,75 12,68 11,92

Wasser-Asco 4 200 6,46 2,50 6,02 6,15 6,28 7,19 6,66

6,71 20583,33 1670,83

Wasser-Asco 4 200 6,21 2,39 6,15 6,26 7,94 7,85 9,68 9,08 8,64

Wasser-Asco 4 300 6,46 2,50 6,02 [6,59] 5,90 6,57 9,36 11,30 8,28 28125,00 1907,52 Wasser-Asco 4 300 6,21 2,39 6,15 6,30 8,13 9,74 10,60 10,80 10,38

Wasser-Asco 4 400 6,46 2,50 6,02 [6,13] 9,51 9,87 9,30

9,56 27933,33 1350,67

Wasser-Asco 4 400 6,21 2,39 6,15 6,29 10,98 10,44 10,68 9,78 10,70

Wasser-Asco 4 500 6,46 2,50 6,02 6,57 12,50 14,39 15,34 12,15 13,60 33833,33 968,45 Wasser-Asco 4 500 6,21 2,39 6,15 6,32 10,86 12,54 11,71 12,00 11,78

Wasser-Asco 20 0,1 6,53 2,51 5,13 [5,13] 10,51 9,97

9,90 10,13 27604,17 1295,25

Wasser-Asco 20 0,1 6,21 2,39 6,15 6,15 7,99 7,54 7,94 9,37 7,82

Wasser-Asco 20 200 6,53 2,51 5,13 [6,06] 12,90 13,08 12,04

12,67 26750,00 1263,41

Wasser-Asco 20 200 6,21 2,39 6,15 6,29 10,17 9,08 9,75 9,52 9,63

Anhang 226

226


Wasser-Asco 20 400 6,53 2,51 5,13 6,41 9,07 9,15 9,11

9,11 25023,15 1416,66

Wasser-Asco 20 400 6,21 2,39 6,15 6,38 10,77 8,10 8,95 9,67 9,80


Wasser-Asco 40 0,1 6,29 2,50 6,06 6,06 8,18 9,83 9,91 11,90 9,96 24101,85 3279,64 Wasser-Asco 40 0,1 6,21 2,39 6,15 6,15 6,56 7,22 7,55 9,37 7,11



Wasser-Asco 40 400 6,29 2,50 6,06 [6,03] 8,52 7,97 8,47

8,32 30305,56 1746,25

Wasser-Asco 40 400 6,21 2,39 6,15 6,36 10,23 11,47 11,03 13,66 10,91


Anhang 227

227

Wasser-NaCl 4 0,1 6,46 7,66 6,57 [6,57] 8,78 8,88 9,33 9,25 9,06 10530,08

12156,34

Wasser-NaCl 4 0,1 6,16 7,39 6,19 6,19

7,45 7,47 7,69 7,54

Wasser-NaCl 4 200 6,46 7,66 6,57 6,06

10,56 9,83 9,98 10,12 10926,17

12627,10

Wasser-NaCl 4 200 6,16 7,39 6,19 6,21 6,89 7,86 7,58 8,15 7,62

Wasser-NaCl 4 300 6,46 7,66 6,57 6,66 7,92 6,69 7,40 6,50 7,13 13242,00

10305,34

Wasser-NaCl 4 300 6,16 7,39 6,19 6,24

7,50 7,59 7,11 7,40

Wasser-NaCl 4 400 6,46 7,66 6,57 6,58 10,09 10,42 9,01 8,12 9,41 13640,80

12451,22

Wasser-NaCl 4 400 6,16 7,39 6,19 6,31 8,02 7,96 8,08 8,35 8,10

Wasser-NaCl 4 500 6,46 7,66 6,57 6,52 6,70 7,73 7,67 7,21 7,33 10335,22

11941,12

Wasser-NaCl 4 500 6,16 7,39 6,19 6,38 6,00 5,75 6,13 6,17 6,01

Wasser-NaCl 20 0,1 6,53 7,61 6,25 6,25 7,18 8,31 9,87 9,31 8,67 6947,70

12025,31

Wasser-NaCl 20 0,1 6,16 7,39 6,19 6,19 6,67 9,74 7,50 9,63 8,39

Wasser-NaCl 20 200 6,53 7,61 6,25 [6,53]

7,83 8,39 8,20 8,14 11522,89

13302,48

Wasser-NaCl 20 200 6,16 7,39 6,19 6,24

5,42 5,49 5,94 5,62

Wasser-NaCl 20 300 6,53 7,61 6,25 6,63 6,61 8,06 10,71 9,06 8,61 7892,11

13661,16

Wasser-NaCl 20 300 6,16 7,39 6,19 6,21 7,23 7,56 8,52 [11,04] 7,77

Wasser- 20 400 6,53 7,61 6,25 [6,79] 8,01 6,84 7,15

7,33 12051,50 11048,0

Anhang 228

228

NaCl 4

Wasser-NaCl 20 400 6,16 7,39 6,19 6,30 6,42 7,03 6,74 7,80 7,00

Wasser-NaCl 20 500 6,53 7,61 6,25 6,49 5,30 5,99 9,95 9,88 7,78 11557,96

13347,39

Wasser-NaCl 20 500 6,16 7,39 6,19 6,37 8,57 8,34 8,13 8,51 8,39

Wasser-NaCl 40 0,1 6,29 7,65 6,03 6,03 6,66 6,70 7,06 6,51 6,73 9425,51

10897,12

Wasser-NaCl 40 0,1 6,16 7,39 6,19 6,19 7,59 6,64 7,94 7,61 7,45

Wasser-NaCl 40 200 6,29 7,65 6,03 [5,96]

9,33 8,58 8,05 8,65 12885,09

11937,01

Wasser-NaCl 40 200 6,16 7,39 6,19 6,23 6,53 5,99 6,56 5,89 6,24

Wasser-NaCl 40 300 6,29 7,65 6,03 6,17

10,06 9,79 9,86 9,90 11516,39

13292,38

Wasser-NaCl 40 300 6,16 7,39 6,19 6,19 7,50 7,68 8,32 8,26 7,94

Wasser-NaCl 40 400 6,29 7,65 6,03 [6,21] 5,88 6,74 7,21 7,01 6,71 12323,84

11289,32

Wasser-NaCl 40 400 6,16 7,39 6,19 6,35 7,31 7,47 8,63 7,96 7,84

Wasser-NaCl 40 500 6,29 7,65 6,03 6,41 4,25 4,78 4,85 4,28 4,54 9828,22

11348,55

Wasser-NaCl 40 500 6,16 7,39 6,19 6,32 7,98 7,40 6,94 7,21 7,38

Anhang 229

229

Tabelle 71: Drip loss und Farbwerte von Putenkeulen mit verschiedenen Marinaden auf Wasserbasis nach verschiedenen Druckstufen und Behandlungstemperaturen

Marinade Temperatur Druck Dripp loss Stabw Stabw


Wasser-NaCl 4 0,1 25,41 1,16 38,69 3,50 8,85 1,36 1,47 0,88 Wasser-NaCl 4 200 24,60 1,25 40,39 3,65 8,36 1,53 0,89 0,66 Wasser-NaCl 4 300 27,58 0,67 45,12 3,40 7,03 1,15 0,84 1,27 Wasser-NaCl 4 400 24,19 0,50 52,67 4,24 9,36 1,61 0,66 0,85 Wasser-NaCl 4 500 26,50 0,97 59,59 4,11 8,16 1,38 0,76 1,09

Wasser-NaCl 20 0,1 25,82 2,75 40,02 5,76 9,84 0,97 1,04 0,96 Wasser-NaCl 20 200 19,72 2,85 40,79 2,64 8,70 1,10 0,63 0,44 Wasser-NaCl 20 300 31,75 3,13 46,37 2,38 6,97 2,16 1,19 0,54 Wasser-NaCl 20 400 26,44 2,39 55,35 3,28 7,53 1,59 0,86 0,74 Wasser-NaCl 20 500 31,75 0,93 64,03 3,10 6,61 1,30 0,22 0,54

Wasser-NaCl 40 0,1 27,57 0,31 44,86 2,36 7,55 2,00 1,24 1,30 Wasser-NaCl 40 200 25,91 1,09 44,45 2,50 5,84 1,62 0,71 1,43 Wasser-NaCl 40 300 25,30 1,70 48,74 3,21 7,13 1,42 1,67 1,17

Anhang 230

230

Wasser-NaCl 40 400 26,87 1,52 61,61 2,68 7,25 1,85 0,45 1,07 Wasser-NaCl 40 500 26,40 0,57 62,07 2,82 5,91 1,43 0,84 1,14

Wasser-Asco 4 0,1 33,52 0,19 52,31 2,44 7,93 1,60 0,51 1,81 Wasser-Asco 4 200 35,45 0,12 54,16 4,54 13,02 2,20 0,91 0,84 Wasser-Asco 4 300 32,34 0,39 59,08 3,39 13,03 1,59 1,47 0,87 Wasser-Asco 4 400 34,79 0,74 58,56 5,39 14,72 2,76 0,65 0,59 Wasser-Asco 4 500 31,17 0,67 61,21 4,38 14,50 2,38 0,52 0,82 Wasser-Asco 20 0,1 31,15 1,29 53,79 1,49 7,84 1,73 1,16 1,38 Wasser-Asco 20 200 31,79 1,81 54,81 2,40 8,38 1,49 1,64 2,97 Wasser-Asco 20 300 30,66 0,78 61,46 1,71 11,02 2,14 1,01 2,18 Wasser-Asco 20 400 34,92 2,55 63,02 3,33 14,32 2,59 0,58 0,86 Wasser-Asco 20 500 31,83 0,49 65,30 3,29 14,57 1,00 0,40 0,79 Wasser-Asco 40 0,1 31,37 1,09 58,44 1,16 9,73 2,12 1,27 3,03 Wasser-Asco 40 200 33,18 0,71 61,47 1,30 12,21 1,57 0,95 0,90 Wasser-Asco 40 300 40,45 1,32 63,20 1,78 10,44 2,01 0,59 1,19 Wasser-Asco 40 400 30,59 1,25 63,11 3,82 12,97 2,73 1,06 1,04

Wasser- 40 500 32,34 1,30 62,49 3,41 12,48 1,25 0,60 1,73

Anhang 231

231

Asco

Wasser-Carbo 4 0,1 34,34 0,56 37,48 3,55 8,06 2,05 0,91 0,60 Wasser-Carbo 4 200 23,91 0,27 40,52 3,43 7,20 3,22 0,77 0,78 Wasser-Carbo 4 300 21,93 0,75 45,15 6,78 8,79 1,13 1,13 0,92 Wasser-Carbo 4 400 28,05 0,47 46,58 4,88 9,64 2,25 1,00 0,66 Wasser-Carbo 4 500 31,45 0,84 60,63 4,23 9,12 2,01 0,85 0,78 Wasser-Carbo 20 0,1 25,57 2,00 42,47 3,44 8,03 2,16 0,79 1,53 Wasser-Carbo 20 200 24,77 0,75 40,97 2,64 8,91 1,52 1,07 0,70 Wasser-Carbo 20 300 26,66 0,63 44,70 3,68 9,62 2,84 0,85 0,51 Wasser-Carbo 20 400 30,45 0,64 58,06 2,47 8,27 2,02 0,85 1,09 Wasser-Carbo 20 500 37,29 0,71 60,32 4,06 9,74 1,24 0,60 1,12 Wasser-Carbo 40 0,1 32,82 1,60 42,42 3,23 8,60 1,80 0,80 0,87 Wasser-Carbo 40 200 29,35 1,82 46,79 2,20 6,01 1,68 1,40 1,53 Wasser-Carbo 40 300 36,87 2,38 50,73 2,81 7,55 3,80 1,51 0,84 Wasser-Carbo 40 400 30,51 1,90 58,99 3,70 8,26 2,13 1,27 1,54 Wasser-Carbo 40 500 32,73 0,60 65,22 4,13 8,96 2,29 0,68 0,98

Anhang 232

232

Tabelle 72: Physikalische und chemische Analysen von Putensteaks mit Emulsionsmarinade und verschiedenen Zusätzen nach verschiedenen Hochdruckbehandlungen

Marinade Fleischteil Temp.[°C]

Druck pH-Fleisch (frisch)

pH-Marinade

pH nach Tumbeln

pH nach HPP

Schneidkraft [N] STABW

Schneiddruck [Pa] [MPa]

Emulsion-NaCl P-Steak 4 0,1 5,78 6,77 5,77 5,77 12,11 0,87 26911,1111 Emulsion-NaCl P-Steak 4 200 5,78 6,77 5,77 6,78 5,61 0,57 12466,6667 Emulsion-NaCl P-Steak 4 300 5,78 6,77 5,77 5,96 6,02 0,59 13377,7778 Emulsion-NaCl P-Steak 4 400 5,78 6,77 5,77 5,88 6,55 1,09 14555,5556 Emulsion-NaCl P-Steak 4 500 5,78 6,77 5,77 5,92 7,72 0,75 17155,5556 Emulsion-NaCl P-Steak 20 0,1 5,71 6,68 5,69 5,69 10,08 0,74 22400 Emulsion-NaCl P-Steak 20 200 5,71 6,68 5,69 5,05 7,98 0,76 17733,3333 Emulsion-NaCl P-Steak 20 300 5,71 6,68 5,69 5,62 5,74 0,41 12755,5556 Emulsion-NaCl P-Steak 20 400 5,71 6,68 5,69 5,7 6,08 0,79 13511,1111 Emulsion-NaCl P-Steak 20 500 5,71 6,68 5,69 5,08 8,15 0,38 18111,1111 Emulsion-NaCl P-Steak 40 0,1 5,78 6,74 5,69 5,69 6,42 1,16 14266,6667 Emulsion-NaCl P-Steak 40 200 5,78 6,74 5,69 5,73 6,64 0,38 14755,5556 Emulsion-NaCl P-Steak 40 300 5,78 6,74 5,69 5,84 6,87 0,32 15266,6667 Emulsion-NaCl P-Steak 40 400 5,78 6,74 5,69 5,92 6,49 1 14422,2222

Emulsion- P-Steak 40 500 5,78 6,74 5,69 5,87 6,09 0,61 13533,3333

Anhang 233

233

NaCl

Emulsion-Asco P-Steak 4 0,1 5,78 2,63 5,37 5,37 7,82 0,81 17377,7778 Emulsion-Asco P-Steak 4 200 5,78 2,63 5,37 5,23

Emulsion-Asco P-Steak 4 300 5,78 2,63 5,37 5,49 12,6 1,37 28000 Emulsion-Asco P-Steak 4 400 5,78 2,63 5,37 5,13 10,55 1,04 23444,4444 Emulsion-Asco P-Steak 4 500 5,78 2,63 5,37 5,76 8,31 2,29 18466,6667 Emulsion-Asco P-Steak 20 0,1 5,71 2,67 5,65 5,65 5,68 1,52 12622,2222 Emulsion-Asco P-Steak 20 200 5,71 2,67 5,65 5,82 6,77 1,3 15044,4444 Emulsion-Asco P-Steak 20 300 5,71 2,67 5,65 5,96 5,19 0,38 11533,3333 Emulsion-Asco P-Steak 20 400 5,71 2,67 5,65 5,81 7,84 0,94 17422,2222 Emulsion-Asco P-Steak 20 500 5,71 2,67 5,65 5,96 6,52 0,69 14488,8889 Emulsion-Asco P-Steak 40 0,1 5,78 2,52 5,58 5,58 8,31 0,86 18466,6667 Emulsion-Asco P-Steak 40 200 5,78 2,52 5,58 5,69 7,7 1,15 17111,1111 Emulsion-Asco P-Steak 40 300 5,78 2,52 5,58 5,76 8,29 0,69 18422,2222 Emulsion-Asco P-Steak 40 400 5,78 2,52 5,58 5,85 10,75 0,58 23888,8889 Emulsion-Asco P-Steak 40 500 5,78 2,52 5,58 5,66 9,8 0,66 21777,7778 Emulsion-Carbo P-Steak 4 0,1 5,78 10,81 5,93 5,93 9,2 1,3 20444,4444

Emulsion- P-Steak 4 200 5,78 10,81 5,93 6,21 7,99 0,09 17755,5556

Anhang 234

234

Carbo

Emulsion-Carbo P-Steak 4 300 5,78 10,81 5,93 6,12 7,33 2,12 16288,8889 Emulsion-Carbo P-Steak 4 400 5,78 10,81 5,93 6,16 9,67 1,16 21488,8889 Emulsion-Carbo P-Steak 4 500 5,78 10,81 5,93 6,04 11,56 0,77 25688,8889 Emulsion-Carbo P-Steak 20 0,1 5,71 10,7 6,2 6,2 6,16 0,66 13688,8889 Emulsion-Carbo P-Steak 20 200 5,71 10,7 6,2 5,84 8,25 2,18 18333,3333 Emulsion-Carbo P-Steak 20 300 5,71 10,7 6,2 6,01 6,17 0,23 13711,1111 Emulsion-Carbo P-Steak 20 400 5,71 10,7 6,2 6,05

Emulsion-Carbo P-Steak 20 500 5,71 10,7 6,2 7,03 11,48 1,58 25511,1111 Emulsion-Carbo P-Steak 40 0,1 5,78 10,81 6,1 6,1 6,46 0,38 14355,5556 Emulsion-Carbo P-Steak 40 200 5,78 10,81 6,1 6,32 6 0,16 13333,3333 Emulsion-Carbo P-Steak 40 300 5,78 10,81 6,1 6,41 8,47 0,68 18822,2222 Emulsion-Carbo P-Steak 40 400 5,78 10,81 6,1 6,29 7,2 0,62 16000 Emulsion-Carbo P-Steak 40 500 5,78 10,81 6,1 6,31 6,16 0,06 13688,8889

Anhang 235

235

Tabelle 73: Physikalische und chemische Analysen (pH-Wert und Schneiddruck) von Putenkeulen mit Emulsionsmarinade und verschiedenen Zusätzen nach verschiedenen Hochdruckbehandlungen

Marinade Fleischteil

Temperatur Druck pH-Fleisch (frisch)

pH-Marinade

pH nach Tumbeln

pH nach HPP

Schneikraft [N] StabW

Schneiddruck [Pa] [°C] [MPa]

Emulsion-NaCl P-Keule 4 0,1 5,88 6,63 6,25 6,25 9,56 0,36 21244,4444 Emulsion-NaCl P-Keule 4 200 5,88 6,63 6,25 6,08 9,61 0,62 21355,5556 Emulsion-NaCl P-Keule 4 300 5,88 6,63 6,25 6,28 8,27 0,96 18377,7778 Emulsion-NaCl P-Keule 4 400 5,88 6,63 6,25 6,68 7 1,03 15555,5556 Emulsion-NaCl P-Keule 4 500 5,88 6,63 6,25 6,51 7,79 1,44 17311,1111 Emulsion-NaCl P-Keule 20 0,1 6,19 6,74 6,34 6,34 9,9 0,82 22000 Emulsion-NaCl P-Keule 20 200 6,19 6,74 6,34 6,59 6,17 0,43 13711,1111 Emulsion-NaCl P-Keule 20 300 6,19 6,74 6,34 6,73 8,68 0,64 19288,8889 Emulsion-NaCl P-Keule 20 400 6,19 6,74 6,34 6,43 6,01 0,24 13355,5556 Emulsion-NaCl P-Keule 20 500 6,19 6,74 6,34 6,51 6,6 0,96 14666,6667 Emulsion-NaCl P-Keule 40 0,1 6,38 6,98 5,95 5,95 9,07 0,44 20155,5556 Emulsion-NaCl P-Keule 40 200 6,38 6,98 5,95 6,06 7,6 0,38 16888,8889 Emulsion-NaCl P-Keule 40 300 6,38 6,98 5,95 6,01 8,01 0,37 17800 Emulsion-NaCl P-Keule 40 400 6,38 6,98 5,95 6,23 6,9 0,32 15333,3333

Emulsion- P-Keule 40 500 6,38 6,98 5,95 6,09 6,43 0,26 14288,8889

Anhang 236

236

NaCl

Emulsion-Asco P-Keule 4 0,1 5,88 2,64 5,97 5,97 8,09 0,95 17977,7778 Emulsion-Asco P-Keule 4 200 5,88 2,64 5,97 6,36 6,4 0,25 14222,2222 Emulsion-Asco P-Keule 4 300 5,88 2,64 5,97 5,98 8,6 0,96 19111,1111 Emulsion-Asco P-Keule 4 400 5,88 2,64 5,97 6,41 6,6 0,15 14666,6667 Emulsion-Asco P-Keule 4 500 5,88 2,64 5,97 6,33 9,13 0,11 20288,8889 Emulsion-Asco P-Keule 20 0,1 6,19 2,65 6,42 6,42 6,87 0,41 15266,6667 Emulsion-Asco P-Keule 20 200 6,19 2,65 6,42 5,79 7,24 0,61 16088,8889 Emulsion-Asco P-Keule 20 300 6,19 2,65 6,42 6,03 6,6 0,24 14666,6667 Emulsion-Asco P-Keule 20 400 6,19 2,65 6,42 6,47 9,33 0,84 20733,3333 Emulsion-Asco P-Keule 20 500 6,19 2,65 6,42 6,28 10,37 0,51 23044,4444 Emulsion-Asco P-Keule 40 0,1 6,38 2,52 5,92 5,92 8,47 0,41 18822,2222 Emulsion-Asco P-Keule 40 200 6,38 2,52 5,92 5,91 9,3 0,77 20666,6667 Emulsion-Asco P-Keule 40 300 6,38 2,52 5,92 6,34 9,34 0,37 20755,5556 Emulsion-Asco P-Keule 40 400 6,38 2,52 5,92 6,6 8,96 0,34 19911,1111 Emulsion-Asco P-Keule 40 500 6,38 2,52 5,92 6,12 6,99 0,24 15533,3333 Emulsion-Carbo P-Keule 4 0,1 5,88 10,68 6,17 6,17 11,9 1,6 26444,4444

Emulsion- P-Keule 4 200 5,88 10,68 6,17 6,36 8,8 0,63 19555,5556

Anhang 237

237

Carbo

Emulsion-Carbo P-Keule 4 300 5,88 10,68 6,17 6,11 13,22 0,48 29377,7778 Emulsion-Carbo P-Keule 4 400 5,88 10,68 6,17 6,08 9,59 1,05 21311,1111 Emulsion-Carbo P-Keule 4 500 5,88 10,68 6,17 6,06 8,24 0,8 18311,1111 Emulsion-Carbo P-Keule 20 0,1 6,19 10,72 6,16 6,16 5,7 0,34 12666,6667 Emulsion-Carbo P-Keule 20 200 6,19 10,72 6,16 6,18 8,16 1,26 18133,3333 Emulsion-Carbo P-Keule 20 300 6,19 10,72 6,16 6,48 7,4 1,58 16444,4444 Emulsion-Carbo P-Keule 20 400 6,19 10,72 6,16 6,28 5,6 0,4 12444,4444 Emulsion-Carbo P-Keule 20 500 6,19 10,72 6,16 6,42 6,81 0,18 15133,3333 Emulsion-Carbo P-Keule 40 0,1 6,38 10,62 6,06 6,06 5,83 0,29 12955,5556 Emulsion-Carbo P-Keule 40 200 6,38 10,62 6,06 6,49 7,23 0,89 16066,6667 Emulsion-Carbo P-Keule 40 300 6,38 10,62 6,06 6,54 6,54 0,38 14533,3333 Emulsion-Carbo P-Keule 40 400 6,38 10,62 6,06 6,49 5,61 0,88 12466,6667 Emulsion-Carbo P-Keule 40 500 6,38 10,62 6,06 6,38 5,44 0,31 12088,8889

Anhang 238

238

Tabelle 74: Physikalische und chemische Analysen (Drip loss und Farbwerte) von Putensteak mit Emulsionsmarinade und verschiedenen Zusätzen nach verschiedenen Hochdruckbehandlungen

Marinade Fleischteil Temperatur Druck Dripp loss Stabw Stabw


Emulsion-NaCl P-Steak 4 0,1 30,43 1,73 49,86 0,75 7,07 1,81 0,29 0,58

Emulsion-NaCl P-Steak 4 200 32,46 0,44 59,07 0,49 7,49 1,22 0,47 0,94




Emulsion-NaCl P-Steak 20 0,1 33,77 2,53 63,16 -0,15 8,21 1,1 0,29 0,77




Emulsion-NaCl P-Steak 20 500 29,32 1,08 68,42 -0,23 10,68 0,9 0,38 0,64

Emulsion-NaCl P-Steak 40 0,1 25,26 1,43 49,78 0,44 6,48 1,23 1,09 0,76



Emulsion- P-Steak 40 400 24,71 1,85 69,01 1,58 7,51 0,73 0,53 0,59

Anhang 239

239

NaCl


Emulsion-Asco P-Steak 4 0,1 33,71 0,67 64,39 -0,33 8,33 0,88 0,44 0,5

Emulsion-Asco P-Steak 4 200 33,44 0,67 70,56 0,09 11,53 0,87 0,28 0,79




Emulsion-Asco P-Steak 20 0,1 33,34 1,47 48,97 1,49 7,37 1,49 0,58 0,96

Emulsion-Asco P-Steak 20 200 33,59 0,59 58,34 -0,38 7,88 1,07 0,4 0,64




Emulsion-Asco P-Steak 40 0,1 30,52 0,38 71,97 -0,68 10,04 1,05 0,26 0,89





Anhang 240

240

Emulsion-Carbo P-Steak 4 0,1 34,55 0,35 52,97 0,79 7,63 1,42 0,39 1

Emulsion-Carbo P-Steak 4 200 31,62 1,1 57,43 0,18 8,83 2,03 0,34 0,98




Emulsion-Carbo P-Steak 20 0,1 30,68 0,1 50,24 0,18 7,4 0,67 0,39 0,61

Emulsion-Carbo P-Steak 20 200 25,97 0,52 52,51 0,1 7 1,24 0,28 1,13




Emulsion-Carbo P-Steak 40 0,1 29,99 0,45 50,97 1,13 7,38 1,22 0,79 1,05



Emulsion-Carbo P-Steak 40 400 29,19 0,11 71 2,31 9,09 0,83 0,25 0,3


Anhang 241

241

Tabelle 75: Physikalische und chemische Analysen (Drip loss und Farbwerte) von Putenkeulen mit Emulsionsmarinade und verschiedenen Zusätzen nach verschiedenen Hochdruckbehandlungen

Marinade Fleischteil Temperatur Druck Drip loss Stabw L*(D65) a*(D65) b*(D65) Stabw

[°C] [MPa] [%] L*(D65) a*(D65) b*(D65)

Emulsion-NaCl P-Keule 4 0,1 19,79 0,62 44,73 4,2 6,2 5,9 0,49 1,17

Emulsion-NaCl P-Keule 4 200 19,64 0,63 43,69 2,75 6 1,55 0,78 1,46

Emulsion-NaCl P-Keule 4 300 23,49 1,12 49,99 2,58 6,15 2,84 0,83 1,45




Emulsion-NaCl P-Keule 20 200 22,5 2,83 38,37 6,4 8 1,93 1,38 0,95








Anhang 242

242


Emulsion-Asco P-Keule 4 0,1 25,68 0,77 58,68 2,05 11,16 1,55 0,38 0,59

Emulsion-Asco P-Keule 4 200 30,33 0,91 55,21 3,71 12,23 1,68 0,64 1,07














Anhang 243

243

Emulsion-Carbo P-Keule 4 0,1 24,89 1,39 42,56 4,88 8,13 2,04 1,05 0,77

Emulsion-Carbo P-Keule 4 200 24,42 0,98 49,22 6,32 10,59 1,78 1,09 1,03


Emulsion-Carbo P-Keule 4 400 28,34 1,67 49,82 6,39 10,46 1,22 1 0,97












Anhang 244

244

Tabelle 76: Keimzahlen ohne Hochdruckbehandlung von Putenfleisch mariniert mit gelber Modellmarinade, gelagert unter Schutzgas





1 1,15E+05 1,00E+04 1,00E+02 3,00E+02 1,45E+03

7 9,60E+07 8,20E+07 6,75E+05 1,60E+06 5,90E+05

Vakuum- verpackung

1 9,50E+04 4,50E+04 6,50E+02 2,50E+03 9,75E+03

7 2,15E+07 2,25E+07 5,50E+03 6,50E+05 1,90E+05

Tabelle 77: Keimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa, 3 min) von Putenfleisch mariniert mit einer gelben Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen Atmosphären





1 6,00E+04 3,15E+03 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

5 7,25E+04 6,75E+03 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

12 1,00E+05 7,50E+03 3,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

15 2,75E+04 1,28E+04 2,50E+02 1,00E+02 1,00E+02

20 9,25E+06 1,04E+07 2,01E+04 1,00E+02 1,00E+02

26 1,00E+08 1,00E+08 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

Vakuum-verpackung

1 1,50E+05 7,50E+03 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

5 8,50E+04 4,50E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

12 2,44E+07 2,18E+07 1,00E+02 1,00E+02 3,00E+02

16 4,45E+08 4,10E+08 1,00E+07 3,01E+05 7,70E+03

Anhang 245

245

Tabelle 78: Keimzahlen ohne Hochdruckbehandlung von Putenfleisch mariniert mit roter Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen Atmosphären





1 3,00E+03 4,50E+03 1,00E+02 3,00E+02 2,00E+02

7 2,80E+07 3,60E+07 1,35E+05 1,95E+05 1,10E+05

Vakuum- verpackung

1 2,60E+04 2,00E+04 1,20E+03 8,00E+03 2,00E+03

7 3,80E+07 5,40E+07 4,00E+04 1,20E+06 6,10E+05

Tabelle 79: Keimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa, 3 min) von Putenfleisch mariniert mit einer roten Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen Atmosphären





1 1,75E+03 1,30E+03 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

5 1,20E+03 7,50E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

12 2,00E+03 2,50E+03 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

15 3,25E+03 4,25E+03 4,50E+02 1,00E+02 1,00E+02

20 1,21E+04 5,20E+03 3,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

26 1,40E+07 1,19E+07 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

Vakuum-verpackung

1 7,00E+02 2,50E+02 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

5 1,25E+03 1,10E+03 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

12 3,30E+07 2,05E+07 1,00E+02 1,00E+02 1,00E+02

16 2,50E+08 1,48E+08 1,00E+07 2,35E+05 6,85E+04

Anhang 246

246

Abbildung 76: Ergebnisse des Oszillationstestes von Camembert ohne Hochdruckbehandlung

Winkelfrequenz Temperatur Zeit Osz.-Spannung Deformation Delta n' G' G'' Verschiebung Winkelfrequenz Normalkraft Spalt Normalspannung Frequenz Rohphase Gesamtzeit Osz.-Drehmoment Deformation

[rad/s] [°C] [s] [Pa] Grad [Pa.s] [Pa] [Pa] [rad] [rad/s] [N] [µm] [Pa] [Hz] [rad] [s] [µN.m] [%]

0,6284 20 21,719 636,6 1,76E-03 25,11 2,46E+05 3,30E+05 1,54E+05 3,79E-04 0,6284 10,16 2155 64690 0,1 0,4362 32,719 1000 0,17571

0,7326 20 42,344 636,6 1,51E-03 22,33 2,21E+05 3,93E+05 1,62E+05 3,25E-04 0,7326 10,78 2159 68610 0,1166 0,3876 53,344 1000 0,15051

0,8541 20 60,187 636,6 1,38E-03 20,7 1,92E+05 4,34E+05 1,64E+05 2,98E-04 0,8541 11,28 2160 71840 0,1359 0,3591 71,187 1000 0,13803

0,9961 20 76,078 636,6 1,31E-03 19,89 1,67E+05 4,61E+05 1,67E+05 2,82E-04 0,9961 11,22 2161 71430 0,1585 0,3451 87,078 1000 0,13071

1,161 20 89,875 636,6 1,25E-03 19,27 1,46E+05 4,84E+05 1,69E+05 2,70E-04 1,161 11,1 2162 70690 0,1848 0,3341 100,875 1000 0,12484

1,354 20 102,39 636,6 1,20E-03 18,76 1,27E+05 5,06E+05 1,72E+05 2,59E-04 1,354 10,95 2163 69710 0,2155 0,3252 113,39 1000 0,1199

1,578 20 113,44 636,6 1,15E-03 18,14 1,10E+05 5,29E+05 1,74E+05 2,49E-04 1,578 11,05 2163 70310 0,2512 0,3144 124,437 1000 0,11506

1,84 20 123,55 636,6 1,12E-03 17,9 96030 5,47E+05 1,77E+05 2,41E-04 1,84 10,87 2164 69190 0,2929 0,3102 134,547 1000 0,11151

2,145 20 132,66 636,6 1,08E-03 17,39 83100 5,69E+05 1,78E+05 2,33E-04 2,145 10,95 2164 69720 0,3415 0,3013 143,656 1000 0,10754

2,501 20 140,76 636,6 1,04E-03 17,05 72260 5,89E+05 1,81E+05 2,25E-04 2,501 10,98 2164 69890 0,3981 0,2953 151,765 1000 0,10407

2,916 20 148 636,6 1,01E-03 16,75 62890 6,09E+05 1,83E+05 2,18E-04 2,916 10,99 2164 69970 0,4641 0,29 159 1000 0,10084

3,401 20 158,13 636,6 9,79E-04 16,47 54660 6,29E+05 1,86E+05 2,12E-04 3,401 10,97 2164 69850 0,5413 0,2851 169,125 1000 0,097876

3,965 20 167,63 636,6 9,49E-04 16,18 47530 6,50E+05 1,88E+05 2,05E-04 3,965 10,98 2164 69920 0,6311 0,2799 178,625 1000 0,094914

4,622 20 175,92 636,6 9,21E-04 15,94 41450 6,71E+05 1,92E+05 1,99E-04 4,622 10,98 2164 69910 0,7356 0,2758 186,922 1000 0,092077

5,389 20 185,91 636,6 8,94E-04 15,75 36170 6,91E+05 1,95E+05 1,94E-04 5,389 10,97 2164 69820 0,8578 0,2723 196,906 1000 0,089428

6,284 20 195,05 636,6 8,68E-04 15,56 31580 7,13E+05 1,98E+05 1,88E-04 6,284 10,95 2164 69740 1 0,269 206,047 1000 0,086845

7,326 20 203,16 636,6 8,44E-04 15,39 27600 7,34E+05 2,02E+05 1,83E-04 7,326 10,97 2164 69810 1,166 0,2661 214,156 1000 0,084397

8,54 20 211,83 636,6 8,21E-04 15,27 24140 7,55E+05 2,06E+05 1,78E-04 8,54 10,94 2164 69620 1,359 0,2639 222,828 1000 0,082126

9,961 20 222,44 636,6 7,99E-04 15,14 21130 7,78E+05 2,10E+05 1,73E-04 9,961 10,91 2164 69470 1,585 0,2617 233,437 1000 0,079854

11,61 20 232,91 636,6 7,76E-04 15,03 18520 8,01E+05 2,15E+05 1,68E-04 11,61 10,88 2164 69280 1,848 0,2596 243,906 1000 0,077616

13,54 20 241,14 636,6 7,55E-04 14,92 16230 8,24E+05 2,20E+05 1,63E-04 13,54 10,86 2164 69160 2,155 0,2578 252,14 1000 0,075456

15,78 20 249,26 636,6 7,35E-04 14,84 14230 8,48E+05 2,25E+05 1,59E-04 15,78 10,84 2164 69020 2,512 0,2563 260,265 1000 0,073451

18,4 20 257,42 636,6 7,15E-04 14,77 12490 8,72E+05 2,30E+05 1,55E-04 18,4 10,82 2164 68880 2,928 0,255 268,422 1000 0,071498

21,45 20 267,08 636,6 6,96E-04 14,7 10950 8,96E+05 2,35E+05 1,51E-04 21,45 10,83 2164 68940 3,415 0,2539 278,078 1000 0,069623

25,02 20 275,64 636,6 6,78E-04 14,65 9616 9,21E+05 2,41E+05 1,47E-04 25,02 10,79 2164 68710 3,982 0,253 286,64 1000 0,067825

29,17 20 283,83 636,6 6,61E-04 14,6 8447 9,46E+05 2,46E+05 1,43E-04 29,17 10,77 2164 68540 4,642 0,2522 294,828 1000 0,066084

33,99 20 292 636,6 6,44E-04 14,56 7428 9,72E+05 2,53E+05 1,39E-04 33,99 10,73 2164 68340 5,41 0,2517 303 1000 0,064389

39,65 20 301,67 636,6 6,28E-04 14,53 6528 9,99E+05 2,59E+05 1,36E-04 39,65 10,71 2164 68160 6,311 0,2513 312,672 1000 0,062759

46,22 20 311,19 636,6 6,12E-04 14,51 5746 1,03E+06 2,66E+05 1,32E-04 46,22 10,68 2164 67970 7,356 0,2511 322,187 1000 0,061169

53,88 20 319,42 636,6 5,97E-04 14,49 5057 1,06E+06 2,73E+05 1,29E-04 53,88 10,65 2164 67790 8,576 0,2511 330,422 1000 0,05966

62,81 20 327,47 636,6 5,82E-04 14,48 4454 1,08E+06 2,80E+05 1,26E-04 62,81 10,63 2164 67660 9,997 0,2516 338,469 1000 0,058244

Anhang 247

247

Abbildung 77: Ergebnisse des Oszillationstestes von Camembert mit Hochdruckbehandlung (500 MPa, 5min, 20°C)

Winkelfrequenz Temperatur Zeit Osz.-Spannung Deformation Delta n' G' G'' Verschiebung Winkelfrequenz Normalkraft Spalt NormalspannungFrequenz Rohphase Gesamtzeit Osz.-Drehmoment Deformation

[rad/s] [°C] [s] [Pa] Grad [Pa.s] [Pa] [Pa] [rad] [rad/s] [N] [µm] [Pa] [Hz] [rad] [s] [µN.m] [%]

0,6284 20 21,203 636,6 8,11E-04 19,98 4,31E+05 7,45E+05 2,71E+05 1,70E-04 0,6284 13,5 2102 85920 0,1 0,3451 31,203 1000 0,081102

0,7326 20 41,359 636,6 7,73E-04 19,25 3,75E+05 7,86E+05 2,75E+05 1,63E-04 0,7326 12,33 2105 78470 0,1166 0,3323 51,359 1000 0,077263

0,8541 20 59,141 636,6 7,39E-04 18,62 3,26E+05 8,26E+05 2,78E+05 1,56E-04 0,8541 11,74 2108 74730 0,1359 0,3212 69,141 1000 0,073891

0,9961 20 75,016 636,6 7,08E-04 17,85 2,80E+05 8,66E+05 2,79E+05 1,49E-04 0,9961 11,6 2109 73850 0,1585 0,3078 85,016 1000 0,070756

1,161 20 88,891 636,6 6,89E-04 17,77 2,46E+05 8,91E+05 2,85E+05 1,45E-04 1,161 10,93 2109 69570 0,1848 0,3063 98,891 1000 0,068879

1,354 20 101,33 636,6 6,60E-04 16,86 2,09E+05 9,34E+05 2,83E+05 1,39E-04 1,354 11,28 2110 71800 0,2155 0,2905 111,328 1000 0,066028

1,578 20 112,53 636,6 6,44E-04 16,86 1,84E+05 9,57E+05 2,90E+05 1,36E-04 1,578 10,81 2110 68820 0,2512 0,2905 122,531 1000 0,064445

1,84 20 122,63 636,6 6,22E-04 16,2 1,57E+05 9,96E+05 2,89E+05 1,31E-04 1,84 11,08 2110 70560 0,2929 0,2789 132,625 1000 0,062181

2,145 20 131,63 636,6 6,10E-04 16,47 1,40E+05 1,01E+06 3,00E+05 1,29E-04 2,145 10,4 2111 66230 0,3415 0,2835 141,625 1000 0,061048

2,501 20 139,78 636,6 5,91E-04 15,88 1,20E+05 1,05E+06 2,99E+05 1,25E-04 2,501 10,63 2111 67700 0,3981 0,2732 149,781 1000 0,059054

2,916 20 147,02 636,6 5,73E-04 15,58 1,04E+05 1,09E+06 3,03E+05 1,21E-04 2,916 10,7 2111 68110 0,4641 0,2679 157,016 1000 0,057316

3,401 20 157,16 636,6 5,57E-04 15,3 89990 1,12E+06 3,06E+05 1,18E-04 3,401 10,87 2111 69210 0,5413 0,263 167,156 1000 0,05571

3,965 20 166,69 636,6 5,42E-04 15,04 78110 1,15E+06 3,10E+05 1,14E-04 3,965 10,99 2111 69960 0,6311 0,2585 176,687 1000 0,054166

4,622 20 175,31 636,6 5,32E-04 15,29 69360 1,17E+06 3,21E+05 1,12E-04 4,622 10,34 2112 65810 0,7356 0,2626 185,312 1000 0,053173

5,389 20 185,36 636,6 5,16E-04 14,94 59940 1,21E+06 3,23E+05 1,09E-04 5,389 10,5 2112 66810 0,8578 0,2565 195,359 1000 0,051617

6,284 20 194,56 636,6 5,02E-04 14,71 52080 1,25E+06 3,27E+05 1,06E-04 6,284 10,65 2112 67790 1 0,2525 204,562 1000 0,050219

7,326 20 202,73 636,6 4,89E-04 14,57 45420 1,28E+06 3,33E+05 1,03E-04 7,326 10,73 2112 68290 1,166 0,2499 212,734 1000 0,048938

8,54 20 211,3 636,6 4,77E-04 14,48 39750 1,32E+06 3,40E+05 1,01E-04 8,54 10,74 2112 68390 1,359 0,2483 221,297 1000 0,047711

9,961 20 221,84 636,6 4,66E-04 14,38 34720 1,35E+06 3,46E+05 9,83E-05 9,961 10,84 2112 69040 1,585 0,2466 231,844 1000 0,046555

11,61 20 231,98 636,6 4,54E-04 14,3 30370 1,38E+06 3,53E+05 9,60E-05 11,61 10,92 2112 69500 1,848 0,2451 241,984 1000 0,045438

13,54 20 240,19 636,6 4,44E-04 14,23 26560 1,42E+06 3,60E+05 9,37E-05 13,54 10,95 2112 69710 2,155 0,2438 250,187 1000 0,044362

15,78 20 248,36 636,6 4,33E-04 14,19 23280 1,45E+06 3,67E+05 9,15E-05 15,78 10,94 2112 69630 2,512 0,2429 258,359 1000 0,043307

18,4 20 256,5 636,6 4,23E-04 14,12 20380 1,49E+06 3,75E+05 8,93E-05 18,4 10,98 2112 69900 2,928 0,2418 266,5 1000 0,042282

21,45 20 266 636,6 4,13E-04 14,08 17860 1,53E+06 3,83E+05 8,72E-05 21,45 10,99 2112 69950 3,415 0,2409 276 1000 0,041274

25,02 20 274,73 636,6 4,03E-04 14,05 15660 1,57E+06 3,92E+05 8,52E-05 25,02 10,96 2112 69760 3,982 0,2404 284,734 1000 0,040321

29,17 20 282,84 636,6 3,94E-04 14,04 13760 1,61E+06 4,01E+05 8,31E-05 29,17 10,91 2112 69440 4,642 0,2401 292,844 1000 0,039357

33,99 20 290,59 636,6 3,84E-04 14,01 12080 1,65E+06 4,11E+05 8,12E-05 33,99 10,95 2112 69720 5,41 0,2397 300,594 1000 0,038423

39,65 20 300,61 636,6 3,75E-04 14 10600 1,69E+06 4,20E+05 7,93E-05 39,65 10,99 2112 69990 6,311 0,2394 310,609 1000 0,037531

46,22 20 310,16 636,6 3,67E-04 14,06 9350 1,73E+06 4,32E+05 7,76E-05 46,22 10,68 2113 67980 7,356 0,2405 320,156 1000 0,036716

53,88 20 318,45 636,6 3,58E-04 14,04 8223 1,77E+06 4,43E+05 7,57E-05 53,88 10,67 2113 67910 8,576 0,2403 328,453 1000 0,035835

62,81 20 326,5 636,6 3,50E-04 14,04 7232 1,82E+06 4,54E+05 7,40E-05 62,81 10,72 2113 68260 9,997 0,2405 336,5 1000 0,035008

Werdegang und Liste der Publikationen 248

248

Werdegang und Liste der Publikationen

Johanna Schmidgall

Phd Student, Dipl. Ing. Lebensmitteltechnologie

Biographie

04/12 – dato Lehrbeauftragte für besondere Aufgaben (Lebensmitteltechnik,

Lebensmittelphysik, Lebensmittelverfahrenstechnik) im Studiengang

Wirtschaftsingenieurwesen

Lebensmittelproduktion an der Hochschule Osnabrück

(University of Appliances Sciences)

07/09-02/12 Promotionsstudent und wissenschaftliche Mitarbeiterin am Deutschen

Institut für Lebensmitteltechnik e.V., Quakenbrück in der Abteilung

Verfahrenstechnik

10/03-07/09 Studium der Lebensmitteltechnologie, TU-Berlin.

Vertiefungsrichtung: Verfahrenstechnik

Diplomarbeit: Einfluss von Hefen und der Zugabe von Nebenströmen

auf das Aroma von fermentierten Weizenteigen.

Interessensgebiete

Hydrostatisches Hochdruck Verfahren

Ianktivierung von Mikroorganismen

Strukturelle Veränderungen von Polymeren

Dynamisches Hochdruckverfahren

Fermentation von Lebensmitteln

Publikationen

Artikel:

Hochdruckbehandlung marinierter Geflügelfleischprodukte Verbesserung der

Produktsicherheit und Produktionsplanung. Johanna Schmidgall, Stefan Töpfl und Volker

Heinz. ZDG-direkt Februar 2010.


249

Hochdruckbehandlung von Rohmolchcamembert. Inaktivierung von Listeria innocua und

Einfluss auf funktionelle Eigenschaften. Oliver Hein, Johanna Schmidgall, Sonja Bolte,

Stefan Töpfl. RFL Rundschau für Fleischhygiene und Lebensmittelüberwachung (2010) 10:

350-352.

High pressure inactivation of relevant target microorganisms in poultry meat products and the

evaluation of pressure-induced protein denaturation of marinated poultry under different high

pressure treatments. Johanna Schmidgall, Christian Hertel, Ute Bindrich, Volker Heinz,

Stefan Töpfl. High pressure research: an international journal.-New York, Gordon and

Breach, ISSN 0895-7959 1: 253-265.

Hochdruckbehandlung marinierter Geflügelfleischprodukte – Inaktivierung von

Mikroorganismen (Teil A) Verbesserung der Produktsicherheit und Produktionsplanung.

Johanna Schmidgall, Stefan Töpfl, Christian Hertel, Ute Bindrich und Volker Heinz.

Fleischwirtschaft (2011) 5: 109-112.

Hochdruckbehandlung marinierter Geflügelfleischprodukte – Sensorische und Rheologische

Veränderungen (Teil B) Verbesserung der Produktsicherheit und Produktionsplanung.

Johanna Schmidgall, Stefan Töpfl, Christian Hertel, Ute Bindrich und Volker Heinz.

Fleischwirtschaft (2011) 6: 109-.

Vorträge:

High pressure treatment of marinated poultry meat products – potential to minimize pressure-

induced protein denaturation. Johanna Schmidgall, Stefan Töpfl, German Institute of Food

Technologies, Germany. 5th International Food Factory Conference 2010, Götheburg

(Schweden).

New technologies: Use of innovation process for targeted modification of structure of meat

raw materials and their preservation. Waldemar Buxmann, Johanna Schmidgall, German

Institute of Food Technologies, Germany. International scientific-partical conference, All-

Russian meat research institute of Rosselkhozacademia, Dezember 2010.

New technologies – use of innovative processes in foodindustry. Johanna Schmidgall, Stefan

Toepfl, Volker Heinz, German Institute of Food Technologies, Germany. 8th International

Conference „Students for Students“ 2011, Cluj-Napoca, Romania.


250

Einfluss verschiedener Salze auf die Veränderung von mittels Hochdruck pasteurisiertem

Putenfleisch. Johanna Schmidgall, Christian Hertel, Ute Bindrich Stefan Töpfl und Volker

Heinz, German Institute of Food Technologies, Germany. Jahrestreffen der ProcessNet-

Fachausschüsse Hochdruckverfahrenstechnik 2011, Slowenien.

High pressure inactivation and sublethal damage of Salmonella Thyphimurium in poultry,

Johanna Schmidgall, Stefan Töpfl, Volker Heinz, German Institute of Food Technologies,

Germany. Ifood, 2011, Osnabrück.

Hochdruckbehandlung von Putenfleisch – Inaktivierung und sublethale Schädigung von

Salmonella Thyphimurium. Johanna Schmidgall, Stefan Töpfl, German Institute of Food

Technologies, Germany. GDL Tagung 2012, Dresden.

Poster:

Hochdruckbehandlung marinierter Geflügelfleischprodukte zur Verbesserung der Haltbarkeit

sowie der Produkt- und Absatzsicherheit Johanna Schmidgall, Filip Tintchev, Stefan Töpfl,

Ute Bindrich und Volker Heinz. GDL Kongress Lebensmitteltechnologie 2009, Lemgo.

Inaktivierung mittels Hochdruckbehandlung von Leitkeimen in Modellmarinaden und

Putenfleischprodukten. Johanna Schmidgall, Stefan Töpfl, Christian Hertel und Volker Heinz.

Jahrestreffen der ProccessNet-Fachausschüsse Lebensmittelverfahrenstechnik und

Mehrphasenströmungen 2010, Frankfurt.

Auswirkung einer Hochdruckbehandlung auf die funktionelle Beschaffenheit von mariniertem

und unmariniertem Putenfleisch. Johanna Schmidgall, Stefan Töpfl, Ute Bindrich und Volker.

Jahrestreffender ProcessNet-Fachausschüsse Hochdruckverfahrenstechnik und

Fluidverfahrenstechnik 2010, Fulda.

High pressure inactivation of relevant target microorganisms in marinated poultry meat

products.Johanna Schmidgall, StefanTöpfl, Christian Hertel und Volker Heinz. 5th

International Food Factory Conference 2010, Götheburg (Schweden).

Inactivation of Listeria innocua in Camembert Cheese using High Pressure. Oliver Hein,

Stefan Toepfl, Johanna Schmidgall, Sonja Bolte, Verena Hartke, Ute Bindrich, Britta

Rademacher, Volker Heinz.. 6th International Conference on High Pressure

Bioscience and Biotechnology 2010, Freisingen.


251

High pressure inactivation of relevant target microorganisms in poultry meat products and the

evaluation of pressure-induced protein denaturation of marinated poultry under different high

pressure treatments.Johanna Schmidgall, Stefan Töpfl, Christian Hertel, Ute Bindrich and

Volker Heinz. 6th International Conference on High Pressure Bioscience and Biotechnology

2010, Freisingen.

High pressure treatment of marinated poultry meat products – potential to minimize pressure-

induced protein denaturation and inactivation of relevant target microorganisms. Johanna

Schmidgall, Ulf Strijowski, Ute Bindrich, Volker Heinz, Christian Hertel and Stefan Toepfl.

European PhD Conference in Food Science and Technology 2010.Berlin.

Eidesstattliche Erklärung 252

252

Eidesstattliche Erklärung

Ich erkläre an Eides Statt, dass die vorliegende Dissertation in allen Teilen von mir

selbständig angefertigt wurde und die benutzten Hilfmittel vollständig angegeben worden

sind.

Weiter erkläre ich, dass ich nicht schon anderweitig einmal die Promotionsabsicht

angemeldet oder ein Promotionseröffnungsverfahren beantragt habe.

Veröffentlichungen von irgendwelchen Teilen der vorliegenden Dissertation sind von mir wie

folgt vorgenommen worden.

Berlin, 28.01.2012

Johanna Schmidgall

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253

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