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
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.“
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
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
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
13) 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... 117
14) 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. ... 118
15) 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. ... 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
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
obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe). ... 151 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
obere Datenreihe, b*-Wert mittlere Datenreihe, a*-Wert untere Datenreihe). ... 159 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
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 70) Abbildung 70: Dualer Vergleichstest von hochdruckbehandeltem und unbehandeltem
mariniertem Putenfleisch über eine Lagerung von 25 Tagen mit der Frage: „Welche Probe ist saftiger ?“. ... 181 71) Abbildung 71: Dualer Vergleichstest von hochdruckbehandeltem und unbehandeltem
mariniertem Putenfleisch über eine Lagerung von 25 Tagen mit der Frage: „Welche Probe ist härter ?“. ... 182 72) 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 ?“. ... 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
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 19) Tabelle 19: Keimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa, 3 min) von
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
einer HP (Tag 0) und nach 500 MPa/3 min (Tag 1) über eine Lagerzeit von 21 Tagen unter Schutzgas ... 102 22) 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 ... 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
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 46) 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
Tabellenverzeichnis
XI
47) 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 ... 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 51) Tabelle 51: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in
Saline bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ... 204 52) Tabelle 52: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 3395
in Saline bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ... 204 53) Tabelle 53: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in
Putenfleisch bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ... 205 54) Tabelle 54: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 3395
in Putenfleisch bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ... 205 55) Tabelle 55: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in
Putenfleisch bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ... 205 56) Tabelle 56: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 3395 in Putenfleisch bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min... 206 57) Tabelle 57: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in
Putenfleisch+NaCl bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ... 206 58) Tabelle 58: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 3395
in Putenfleisch+NaCl bei 20 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ... 206 59) Tabelle 59: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 23 in
Putenfleisch+NaCl bei 4 °C Behandlungstemperatur, 400 MPa, 3 min ... 206 60) Tabelle 60: Inaktivierung ermittelt auf CASO und XLD von S. Thyphimurium DIL 3395
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
Behandlungstemperaturen ... 214 66) Tabelle 66: pH-Werte und Schneiddruck von Putensteaks mit Wasser- und
Natriumcarbonatzusatz nach verschiedenen Druckstufen und
Behandlungstemperaturen ... 216 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
Behandlungstemperaturen ... 222 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
verschiedenen Hochdruckbehandlungen ... 238 75) Tabelle 75: Physikalische und chemische Analysen (Drip loss und Farbwerte) von
Putenkeulen mit Emulsionsmarinade und verschiedenen Zusätzen nach
verschiedenen Hochdruckbehandlungen ... 241 76) Tabelle 76: Keimzahlen ohne Hochdruckbehandlung von Putenfleisch mariniert mit
gelber Modellmarinade, gelagert unter Schutzgas ... 244 77) Tabelle 77: Keimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa, 3 min) von
Putenfleisch mariniert mit einer gelben Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen Atmosphären ... 244 78) Tabelle 78: Keimzahlen ohne Hochdruckbehandlung von Putenfleisch mariniert mit
roter Modellmarinade, gelagert unter verschiedenen Atmosphären ... 245 79) Tabelle 79: Keimzahlen nach einer Hochdruckbehandlung (500 MPa, 3 min) von
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).
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
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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
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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
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
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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
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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
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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
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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
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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-N-terminaler Rest, das Glykomakropeptid. Die Schutzkolloidfunktion wird gestört, wodurch im nächsten Schritt die hydrophoben Bindungen überwiegen und das Labcasin zum Ausflocken bringen.
