Erste Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien

Erste Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien

Wissenschaftliche Hausarbeit im Fach Chemie

vorgelegt von Christina Schmidt

Thema: Konservierung von Lebensmitteln

Gutachter: Dr. Philipp Reiß

Datum: 23.10.2006

Bei dieser Datei handelt es sich um eine Wissenschaftliche Hausarbeit, die im Bereich Lehramt am Fachbereich Chemie der Uni Marburg verfasst wurde.

Weitere Hausarbeiten können auf der Seite www.chids.de unter http://www.chids.de/veranstaltungen/wiss_hausarbeit.html eingesehen und heruntergeladen werden.

Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel und Experimentalvorträge bereit.

Dr. Ph. Reiß, im Januar 2007

Inhaltsverzeichnis:

0 Einleitung S. 1

1 Theoretischer Hintergrund

1.1 Konservierung von Lebensmitteln S. 2

Der mikrobielle Lebensmittelverderb – Der chemische Lebensmittelverderb

1.2 Verursacher des mikrobiellen Lebensmittelverderbs S. 6

1. Bakterien S. 6

Zellaufbau – Vermehrung – Endosporenbildung – Stoffwechsel – Bedeutung für die Lebensmittelindustrie – Bakterien als Verderborganismen

2. Pilze und Hefen S. 10

Zellaufbau – Vermehrung – Sporenbildung – Stoffwechsel – Bedeutung für die Lebensmittelindustrie – Schimmelpilze und Hefen als Verderborganismen

3. Beeinflussung des Wachstums von Bakterien und Pilzen durch

Umweltfaktoren S. 13

Einfluss der Temperatur – Einfluss des pH-Wertes – Einfluss der Wasseraktivität

1.3 Historische Entwicklung der Lebensmittelkonservierung S. 17

Konservierung in prähistorischer Zeit – Konservierung von Beginn der Antike bis zum Mittelalter – Konservierung im Mittelalter – Konservierung zwischen dem 16. und Mitte des 19. Jahrhunderts – Konservierung ab Mitte des 19. Jahrhunderts

1.4 Physikalische Konservierungsmethoden S. 22

1. Trocknen S. 22

2. Kühlen und Tiefgefrieren S. 23

3. Erhitzen S. 24

1.5 Chemische Konservierungsmethoden S. 25

1. Senken der Wasseraktivität S. 26

Räuchern – Salzen und Pökeln – Einzuckern

2. Senken des pH-Wertes S. 29

3. Zusatz von Konservierungsstoffen S. 29

Allgemeine Wirkungsmechanismen – Wirkungsspektren – Kombination mit physikalischen Konservierungsmethoden – Beeinflussung der konservierenden Wirkung durch Substratfaktoren – Beispiele für Konservierungsstoffe

1.6 Lebensmittelzusatzstoffe – Rechtliche Grundlagen S. 34

1.7 Zulassung von Lebensmittelzusatzstoffen S. 35

ii

2 Didaktische Betrachtung

2.1 Das Thema „Konservierung von Lebensmitteln“ im Unterricht S. 38 1. Ziele und Aufgaben des gymnasialen Chemieunterrichts S. 38 2. „Konservierung von Lebensmitteln“ als Unterrichtsinhalt S. 40 3. Die Durchführung des Themas „Konservierung von Lebensmitteln“

im Chemieunterricht S. 46

iii

3 Versuchsteil

3.1 Grundlagen der Lebensmittelkonservierung S. 49

1. Befall von Lebensmitteln durch Mikroorganismen S. 49

Versuch 1: Befall eines Nährbodens durch Schimmelpilze

2. Beeinflussung des Mikrobenwachstums durch Umweltfaktoren S. 52

Versuch 2: Beeinflussung des Mikrobenwachstums durch unterschiedliche Wasseraktivitäten

3. Didaktische Überlegungen zu Kapitel 3.1 S. 57

3.2 Lebensmittelkonservierung durch Senkung der Wasseraktivität S. 59

1. Konservierung mit Kochsalz S. 59

Versuch 3: Die wasserentziehende Wirkung von Kochsalz

2. Konservierung mit Zucker S. 64

Versuch 4: Herstellung von Kirsch-Pfirsich-Konfitüre

3. Didaktische Überlegungen zu Kapitel 3.2 S. 67

3.3 Lebensmittelkonservierung durch Senkung des pH-Wertes S. 68

1. Konservierung mit Essigsäure S. 68

Versuch 5: Denaturierung von Proteinen durch Essigsäure – Wirkungsspektrum und Anwendung der Essigsäure – Versuch 6: Aufnahme einer Titrationskurve von Gurkenwasser

2. Didaktische Überlegungen zu Kapitel 3.3 S. 76

3.4 Lebensmittelkonservierung mit Pökelsalz S. 76

1. Konservierung mit Pökelsalz S. 76

Ursachen der konservierenden Wirkung – Wirksamkeit gegen Mikroorganismen – Gesundheitliche Gefahren durch Verwendung von Nitrit – Versuch 7: Quantitative Nitrit-Bestimmung in Pökelsalz – Weitere Wirkungen des Nitrits: Umrötung von Fleisch

2. Didaktische Überlegungen zu Kapitel 3.4 S. 87

3.5 Lebensmittelkonservierung mit Sorbinsäure S. 87

1. Der Konservierungsstoff Sorbinsäure S. 87

Gewinnung von Sorbinsäure früher und heute - Wirkungsspektrum der Sorbinsäure – Versuch 8: Konservierende Wirkung der Sorbinsäure – Wirkung der Sorbinsäure gegen Mikroorganismen – Versuch 9: Hemmende Wirkung der Sorbinsäure auf das Enzym Katalase – Eigenschaften der Sorbinsäure als Konservierungsstoff – Anwendungsgebiete der Sorbinsäure als Lebensmittelkonservierungsstoff – Versuch 10: Qualitativer Sorbinsäure- Nachweis in verschiedenen Lebensmitteln

2. Didaktische Überlegungen zu Kapitel 3.5 S. 104 3.6 Lebensmittelkonservierung mit Benzoesäure S. 106

1. Der Konservierungsstoff Benzoesäure S. 106

Versuch 11: Synthese von Benzoesäure und anschließender Nachweis des Reaktionsproduktes – Benzoesäure als Lebensmittelkonservierungsstoff – Wirkungsspektrum und Wirkungsweise der Benzoesäure – Versuch 12: pH- Abhängigkeit der konservierenden Wirkung der Benzoesäure – Permeabilität von Membranen – Versuch 13: Untersuchung der Permeabilität von Biomembranen

2. Didaktische Überlegungen zu Kapitel 3.6 S. 127

3.7 Chemischer Lebensmittelverderb S. 129

1. Die „Enzymatische Bräunung“ am Beispiel des Apfels S. 130

Substrate der enzymatischen Bräunung: phenolische Inhaltsstoffe – Enzyme der enzymatischen Bräunung: Polyphenoloxidasen – Auftreten der enzymatischen Bräunung und Folgereaktionen – Die Behandlung der enzymatischen Bräunung im Unterricht – Versuch 14: Beeinflussung der enzymatischen Bräunung mit Omas Küchentricks – Beeinflussung der enzymatischen Bräunung durch L- Ascorbinsäure – Versuch 15: Antioxidative Eigenschaft der L-Ascorbinsäure – 1,2-Diyhdroxybenzen als Modellsubstrat für die enzymatische Bräunung – Versuch 16: 1,2-Dihydroybenzen als Modellsubstrat bei der enzymatischen Bräunung – Die enzymatische Bräunung in der Lebensmittelindustrie – Versuch 17: Quantitative L-Ascorbinsäure-Bestimmung in naturtrübem Apfelsaft

2. Didaktische Überlegungen zu Kapitel 3.7 S. 156

4 Zusammenfassung S. 159

5 Anhang S. 160

6 Literaturverzeichnis S. 168

7 Bilderverzeichnis S. 175

Versicherung S. 179

iv

0 Einleitung

„Chemie in der Nahrung“?! – Eine Vorstellung, die den meisten Menschen unserer Gesellschaft nicht sonderlich behagt. Dabei beruht diese Abneigung gegen Lebensmittelzusatzstoffe vielfach nur auf einem unbegründeten persönlichen Empfinden, das durch Darstellungen in den Medien zusätzlich verstärkt wird.

Schüler über die Bedeutung und die Rolle der Chemie in unserer Gesellschaft aufzuklären und mit dem entsprechenden Fachwissen auszustatten, um Medienberichte kritisch hinterfragen zu können, muss daher als primäres Ziel des Chemieunterrichts angesehen werden. Wie dies mit Hilfe des Themas

„Konservierung von Lebensmitteln“ geschehen kann, soll in dieser Arbeit erläutert werden.

Dazu wird in der vorliegenden Arbeit zunächst näher auf den theoretischen Hintergrund dieses Themas eingegangen. Wichtige Aspekte sind hier die Notwendigkeit Lebensmittel zu konservieren, die Ursachen für einen Lebensmittelverderb, die historische Entwicklung der Lebensmittelkonservierung sowie die Darstellung verschiedener Konservierungsverfahren mit zugehörigen Wirkungsmechanismen. Des Weiteren wird zusätzlich näher auf die rechtlichen Grundlagen der Lebensmittelzusatzstoffe und die lebensmittelrechtliche Zulassung dieser Substanzen eingegangen.

Im Anschluss an die Behandlung des theoretischen Hintergrundes wird die Relevanz des Themas für den gymnasialen Chemieunterricht beleuchtet. Hierzu werden zunächst allgemeine und spezielle Ziele von Schule und Chemieunterricht formuliert, bevor darauf eingegangen wird, welchen Beitrag das Thema zum Erreichen dieser Ziele leisten kann. Es folgt eine kurze Ausführung dazu, wie das Thema in den Unterricht integriert werden kann.

Schließlich werden zahlreiche Versuche vorgestellt, die eine Behandlung dieses Themas im Chemieunterricht unterstützen können. Die Versuche sind dabei zu verschiedenen Unterthemen geordnet und in der Regel so gehalten, dass eine Durchführung als Schülerexperiment möglich ist. Die Versuche sind zudem nicht aufeinander aufbauend, so dass die Möglichkeit besteht, auch einzelne Versuche für den Unterricht auszuwählen. Ergänzt werden die Versuche stets durch einen kurzen Theorieteil im Vorfeld des Versuchs sowie durch eine kurze didaktische Beleuchtung im Anschluss an jedes Versuchskapitel.

1

1.1 Konservierung von Lebensmitteln

Der Begriff Konservierung leitet sich vom lateinischen Wort conservare ab, was soviel wie „erhalten“ oder „bewahren“ bedeutet. Nach heutiger Definition werden unter dem Begriff all die Maßnahmen zusammengefasst, die „verderbliche Materialien in ihrem gegenwärtigen Zustand erhalten und vor Zersetzung durch chemische, physikalische und biologische Einflüsse bewahren sollen“ [1]. Von besonderer Bedeutung ist für den Menschen dabei seit jeher die Konservierung von Lebensmitteln. Ein Verderb von Lebensmitteln kann generell durch physikalische, chemische und mikrobiologische Vorgänge hervorgerufen werden. Dennoch wird der Begriff Konservierung häufig nur für die Maßnahmen verwendet, die einen mikrobiellen Verderb von Lebensmitteln verhindern sollen ([2] S. 3-4). Um zusätzlich zu dieser bekanntesten Form der Lebensmittelkonservierung noch einen anderen Aspekt vorzustellen, soll das Bewahren von Lebensmitteln vor unerwünschten mikrobiologischen und chemischen Veränderungen Gegenstand dieser Arbeit sein. Im Folgenden werden daher diese beiden Arten des Verderbs sowie die zugehörigen Möglichkeiten der Konservierung näher vorgestellt.

Der mikrobielle Lebensmittelverderb

Von einem mikrobiellen Lebensmittelverderb wird generell gesprochen, wenn ein Lebensmittel durch Vermehrung und Stoffwechselaktivitäten von Mikroorganismen in unerwünschter Weise verän- dert wurde. In manchen Fällen ist es daher eine Frage des Ausmaßes dieser Veränderung, ob diese schon als Verderb bezeichnet wird oder nicht ([2] S. 3-4; [3] S. 96). Erkennbar wird ein mikro- bieller Lebensmittelverderb häufig anhand veränderter sensorischer Eigenschaften des Lebens-

mittels, wie Geschmack, Geruch oder Aussehen (Abb. 1), unter Umständen aber auch anhand von Änderungen der Struktur oder Konsistenz ([3] S. 96-97).

Abb. 1 Durch Schimmelpilze verdorbene Brotscheibe

Möglich ist ein Verderb durch Mikroorganismen grundsätzlich nur unter bestimmten Bedingungen und Voraussetzungen. Neben der Anwesenheit von Mikroorganismen auf oder in dem Lebensmittel (Substrat) müssen in diesem zusätzlich ausreichend 2

Substanzen verfügbar sein, die den Mikroorganismen als Nährstoffe dienen können.

Des Weiteren benötigen sie günstige Lebensbedingungen, die in erster Linie durch die Faktoren Temperatur, Wasseraktivität, An- oder Abwesenheit von Sauerstoff und den pH-Wert der Umgebung beeinflusst werden (vgl. Kap. 1.2.3). Neben diesen Umweltfaktoren ist außerdem ein Zeitfaktor zu berücksichtigen, da ein mikrobieller Verderb erst nach einer gewissen Lagerdauer des Lebensmittels eintreten kann ([2] S. 3). In Kenntnis dieser Faktoren wird bei der Lebensmittelkonservierung versucht, einen mikrobiellen Verderb durch Veränderung einer oder mehrerer dieser Einflussgrößen zu verhindern. Dabei ist es häufig nicht erforderlich alle im Lebensmittel vorhandenen Mikroorganismen abzutöten, sondern bereits ausreichend, deren Wachstum und Vermehrung zu unterbinden ([2] S. 4).

Das Verhindern eines mikrobiellen Lebensmittelverderbs ist aus vielerlei Hinsicht notwendig. Aus naturbedingten Gründen kann eine Vielzahl frischer Lebensmittel in der Regel nur einmal im Jahr geerntet werden. Bereits in frühester Zeit war es für die Menschheit allerdings lebensnotwendig, das gesamte Jahr über ausreichende Mengen an Nahrung zu verfügen. Die Menschen waren daher stets gezwungen, einen Teil der im Herbst eingebrachten Ernte in Form von Vorräten anzulegen und haltbar zu machen, um die in Winter und Frühling herrschende Nahrungsknappheit zu überleben. Heute spielt dieser Aspekt nur noch eine untergeordnete Rolle, da die Versorgung mit einer Vielzahl von Lebensmitteln das gesamte Jahr über gewährleistet ist. Erreicht wird diese Versorgung durch den globalen Import frischer Lebensmittel und durch die Anzucht vieler Gemüsesorten in Treibhäusern.

Andererseits ist auch eine Versorgung mit Lebensmitteln durch Import aus fernen Ländern wiederum nur möglich, wenn die transportierten Lebensmittel ausreichend lange haltbar sind. Dieser Aspekt gilt auch für die in den Industrieländern immer weiter zunehmende Verstädterung. Diese hat zur Folge, dass ein Großteil der Bevölkerung auf die Versorgung mit Lebensmitteln durch andere angewiesen ist.

Diese ist aber nur gewährleistet, wenn die Lebensmittel über eine ausreichend lange Haltbarkeit verfügen. Neben diesem zivilisatorischen Grund spielt allerdings auch der wirtschaftliche Faktor eine wichtige Rolle, da ein Verderb von Lebensmitteln während Transport und Lagerung stets finanzielle Verluste für den Händler zur Folge hat. In eine völlig andere Richtung geht schließlich ein weiteres Argument, welches in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen hat. Dieses bezieht sich darauf, dass durch Konservierung von Lebensmitteln die von mikrobiell verdorbenen 3

Lebensmitteln ausgehenden gesundheitlichen Gefahren für den Menschen ausgeschlossen werden können ([2] S. 5-6).

Gesundheitliche Gefahren gehen von verdorbenen Lebensmitteln zum einen durch die so genannten Toxinbildner und zum anderen durch die Infektionserreger aus.

Toxinbildner, zu denen auch das Bakterium Clostridium botulinum gehört, scheiden als Stoffwechselprodukte für den Menschen giftige Substanzen aus ([4] S. 17). Bei Verzehr befallener und vergifteter Lebensmittel kann es beim Menschen zu mehr oder minder schweren Lebensmittelvergiftungen kommen. Clostridium botulinum bildet als Stoffwechselprodukt beispielsweise eine der giftigsten bekannten Substanzen, das Neurotoxin Botulinumtoxin (vgl. Kap. 3.4.1) [1]. Eine Vergiftung mit Botulinumtoxin führt zu Übelkeit, Müdigkeit, Kopfschmerzen und Lähmungen, die sich zunächst durch Seh- und Schluckstörungen bemerkbar machen und die schließlich bei Lähmung der Atemmuskulatur auch zum Tode führen können ([3] S. 213-214). Durch die Verwendung verschiedener Konservierungsverfahren ist die Zahl der Vergiftungen mit Botulinumtoxin in Deutschland jedoch auf nur noch acht bekannte Fälle im Jahre 2001 zurückgegangen ([5] S. 8). Weitere bekannte Toxinbildner sind die Schimmelpilze Aspergillus flavus und Aspergillus parasiticus, die als Stoffwechselprodukte die Aflatoxine produzieren. Diese gehören zu den stärksten Pilzgiften (Mykotoxine) und wirken darüber hinaus in hohem Maße cancerogen [1].

Anders als die Toxinbildner verursachen die Infektionserreger beim Menschen keine Vergiftungen, sondern Infektionen. Erst nach der Aufnahme mit der Nahrung werden von ihnen im menschlichen Körper gefährliche Toxine gebildet, die zu den typischen Erkrankungserscheinungen wie Durchfall oder Erbrechen führen. Ein bekanntes Beispiel für einen Infektionserreger sind Salmonellen. Sie rufen beim Menschen kurze heftige Durchfälle hervor, die in einigen Fällen von Erbrechen und hohem Fieber begleitet werden ([4] S. 17; [3] S. 194-196). Obwohl die jährliche Anzahl an Salmonellenerkrankungen stark rückläufig ist, stellen diese noch immer die häufigste durch Lebensmittelverderb bedingte Krankheit dar.

Beim Verhindern eines mikrobiellen Lebensmittelverderbs kann grundsätzlich zwischen physikalischen und chemischen Konservierungsmethoden unterschieden werden (vgl. Kap. 1.4 und 1.5). Bei den physikalischen Methoden werden die Lebensmittel einer physikalischen Behandlung unterzogen; die chemischen zeichnen

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sich durch den Zusatz eines Stoffes aus, der Wachstum und Vermehrung der Mikroorganismen hemmt oder diese sogar abtötet ([6]; [7]). In der Praxis werden physikalische und chemische Verfahren allerdings häufig miteinander kombiniert, wodurch ein mikrobieller Verderb von Lebensmittel noch effektiver verhindert werden kann [6].

Der chemische Lebensmittelverderb

Von einem chemischen Lebensmittelverderb wird generell gesprochen, wenn ein Lebensmittel – in Abwesenheit von Mikroorganismen – durch chemische Reaktionen in unerwünschter Weise verändert wurde.

Ausgelöst werden diese Reaktionen meist durch den Einfluss von Licht, Luft oder Wärme. Ein Beispiel für einen chemischen Lebensmittelverderb ist die enzymatische Bräunung, die beim Aufschneiden eines Apfels an der Schnittfläche beobachtet werden kann

(Abb. 2) und auf die im Verlauf dieser Arbeit noch näher eingegangen werden soll (vgl. Kap. 3.7.1).

Abb. 2 Chemischer Verderb bei einem geriebenen Apfel

Anders als beim mikrobiellen Lebensmittelverderb stellt ein chemischer Verderb meist allein eine Veränderung des Lebensmittels im sensorischen Bereich dar und beinhaltet für den Menschen somit keine gesundheitliche Gefahr. Dennoch können diese Veränderungen zu deutlichen Wertminderungen führen, wodurch das Lebensmittel schließlich sogar unbrauchbar werden kann. Die Notwendigkeit, einen chemischen Lebensmittelverderb zu verhindern, ergibt sich daher zum einen aus dem Wunsch des Verbrauchers nach sensorisch unveränderten Lebensmitteln und zum anderen aus finanziellen Interessen der Lebensmittelindustrie.

Das Verhindern eines chemischen Verderbs kann zum einen durch Ausschluss der oben genannten Faktoren (Luft, Licht, Wärme) oder durch Zugabe von bestimmten Lebensmittelzusatzstoffen, den Antioxidantien, erfolgen ([8] S. 20-26).

Nach diesem kurzen Überblick über das Thema „Konservierung von Lebensmitteln“

soll im Anschluss zunächst detaillierter auf den mikrobiellen Verderb eingegangen werden. Hierzu werden zuerst die Verursacher des mikrobiellen Lebensmittel- verderbs genauer vorgestellt.

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1.2 Verursacher des mikrobiellen Lebensmittelverderbs

Ein durch Mikroorganismen verursachter Lebensmittelverderb kann sowohl durch Bakterien als auch durch Pilze (meist Schimmelpilze) und Hefen herbeigeführt werden. Um die Wirkungsweisen der verschiedenen Konservierungsmethoden und Konservierungsstoffe zu verstehen, ist es notwendig, Grundkenntnisse über Zellaufbau, Stoffwechsel, Vermehrung und bevorzugte Lebensbedingungen der Mikroorganismen zu besitzen. Im Folgenden werden diese Aspekte daher in Kürze beleuchtet, wobei dies in erster Linie im Hinblick auf die für das Thema Lebensmittelkonservierung relevanten Gesichtspunkte erfolgt. Ergänzend wird auf die durch Bakterien und Pilze hervorgerufenen Formen des Lebensmittelverderbs eingegangen.

1.2.1. Bakterien

Bakterien sind einzellige Mikroorganismen, die zur Gruppe der Prokaryoten gezählt werden. Dies sind Organismen, die keinen Zellkern besitzen und deren genetisches Material frei in der Zelle vorliegt. Der Zelldurchmesser der Bakterien liegt im Durchschnitt bei ca. 1 μm, so dass sie mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind. Je nach Art besitzen Bakterien sehr unterschiedliche Zellformen, wobei am häufigsten die Formen Kugeln (Kokken), Stäbchen (Bacillen) und Schrauben (Spirillen) vorkommen [9].

Zellaufbau

Der Aufbau einer Bakterienzelle (Abb. 5) ist sehr einfach, da nur eine geringe Kompartimentierung vorhanden ist [9]. Das genetische Material der Bakterienzelle (Chromosom) liegt als zyklische, dicht gepackte DNA-Doppelhelix frei in der Zelle vor. Einige Bakterienarten besitzen zusätzlich noch kleine, doppelsträngige DNA-Moleküle, die so genannten Plasmide, die für ein Überleben unter normalen Bedingungen häufig allerdings nicht notwendig sind. Nach außen begrenzt wird die lebende Zelle durch die Zellmembran. Diese ist nach dem Flüssig-Mosaik-Modell aus einer Phospholipid-Doppelschicht aufgebaut, in die verschiedene Proteine eingelagert sind (Abb. 4) ([10] S. 125, 154-157). Phospholipide besitzen, ebenso wie die Fette, als Grundgerüst ein Glycerinmolekül, das über zwei benachbarte Hydroxy-

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Gruppen mit zwei Fettsäuremolekülen und über die dritte Hydroxy-Gruppe mit einer Phosphateinheit verestert ist. An die Phosphateinheit ist noch ein weiterer Alkohol gebunden (Abb. 3). Phospholipide besitzen somit einen hydrophoben Bereich, die zwei Fettsäureketten, und einen hydrophilen Bereich, die Phosphateinheit, und sind daher amphiphil.

Abb. 3 Strukturformel eines Phospholipids

O O

7 In Zellmembranen sind die Phospholipide in zwei Schichten zur Phospholipid- Doppelschicht angeordnet. Die hydrophilen Bereiche zeigen dabei nach außen, während die hydrophoben Bereiche nach innen gerichtet sind ([11] S. 972-973). Der hydrophobe Innenbereich dient als stabile Abgrenzung zwischen zwei wässrigen Kompartimenten und stellt für Ionen eine sichere Barriere dar. Trotz allem ist die Zellmembran kein starres Gebilde, sondern eher ein Flüssigkeitsfilm, in dem sich die Phospholipide in lateraler Richtung verschieben können. Der Wechsel eines Phospholipids von der einen

Seite der Phospholipid- Doppelschicht zur anderen Seite tritt hingegen kaum auf.

In die Phospholipid- Doppelschicht eingelagert sind schließlich die Membranproteine, die nur mit ihren hydrophilen Regionen in das umgebende wässrige Medium ragen ([10] S. 157).

O

O P

O O

O

O R

Membran- protein

Phospholipid- Do

Abb. 4 Schematischer Aufbau einer Zellmembran:

oppelschicht mit eingelagerten Membranproteinen Lipidd

ppelschicht Phospholipid

(Hydrophiler Teil)

Phospholipid (Hydrophober Teil)

Der gesamte lebende Inhalt der Zelle, der von der Zellmembran umschlossen wird, wird als Zellplasma bezeichnet. Darin eingebettet sind das Chromosom, die Plasmide, zusätzliche Enzymproteine, RNA, Stoffwechselprodukte und Ribosomen, an denen die Proteinbiosynthese stattfindet. Ferner besitzen fast alle Bakterienzellen eine Zellwand aus Murein, die sich außen auf der Zellmembran befindet. Sie gibt der Zelle Festigkeit und Form und bietet dabei zugleich mechanischen Schutz. Einige Bakterien sind zudem in der Lage zusätzlich auf der Zellwand Kapseln auszubilden, wodurch sie sich an Substrate fest haften können ([10] S. 548-549).

8 Vermehrung

Bakterien vermehren sich ungeschlechtlich durch Zweiteilung. Eingeleitet wird diese durch eine vollständige Verdoppelung des Chromosoms, an die sich eine Wachstumsphase anschließt. Hat die Länge der Zelle das Doppelte ihrer Ausgangsmaße erreicht, schnürt sich die Zellmembran ein, und es wird eine neue Zellwand ausgebildet. Diese wird anschließend der Fläche nach gespalten, wodurch die zwei Tochterzellen freigesetzt werden. Durch wiederholte Zellteilungen wird so aus einer einzigen Bakterienzelle eine Kolonie von Tochterzellen gebildet, wobei sich mit jeder Zellteilung die Anzahl der Zellen verdoppelt. Die Generationszeit der meisten Bakterienarten beträgt 1-3 Stunden ([10] S. 552).

Endosporenbildung

Einige Bakterienarten sind in der Lage Endosporen zu bilden, die sich durch eine hohe Resistenz gegen Hitze, Trockenheit, Nährstoffmangel und Kälte auszeichnen.

Auf diese Weise können diese Bakterienarten auch langes Kochen, welches ansonsten zu sterilen Bedingungen führt, überleben. Ausgelöst wird die Endosporen-

Plasmid

Abb. 5 Schematischer Aufbau einer Bakterienzelle Zellmembran

Ribosom Chromosom Zellwand

Zellplasma

bildung häufig durch Nährstoffmangel. Die sporenbildende Bakterienzelle verdoppelt zunächst ihr Chromosom, von dem eine Kopie dann von einer stabilen Wand umgeben wird. Die äußere Zelle löst sich anschließend auf und setzt die Endospore frei. Unter günstigeren Umweltbedingungen nimmt die Spore wieder Wasser auf und keimt aus ([10] S. 552).

Stoffwechsel

Bezüglich ihres Stoffwechsels zeigen Bakterien eine enorme Vielfalt. Die Arten, die einen Lebensmittelverderb verursachen können, sind jedoch meist chemo- und heterotroph, was bedeutet, dass sie zur Energiegewinnung chemische Verbindungen nutzen und Zellmasse aus organischen Substanzen aufbauen ([1]; [9]). Bezüglich der Energiegewinnung wird allgemein zwischen Atmung und Gärung unterschieden. Bei der Atmung wird das Substrat (z.B. Glucose) schrittweise vollständig zu Kohlenstoffdioxid abgebaut, wobei ein hoher Energiegewinn erzielt wird. Bei der Gärung wird das Substrat, als das ebenfalls Glucose dienen kann, hingegen nur unvollständig abgebaut, woraus ein niedrigerer Energiegewinn resultiert.

Bakterienarten, die in Anwesenheit von Sauerstoff wachsen, werden als aerobe Organismen bezeichnet; Arten die in Abwesenheit von Sauerstoff wachsen als anaerobe Organismen. Gärungen laufen allerdings stets nur in Abwesenheit von Sauerstoff ab ([3] S. 28-30; [9]).

Bedeutung für die Lebensmittelindustrie

Einige Bakterienarten sind als Verursacher von Lebensmittelverderb, Lebensmittel- vergiftungen und Lebensmittelinfektionen für den Menschen äußerst schädlich.

Andererseits spielt eine Vielzahl von Bakterien eine wichtige Rolle bei der Herstellung fermentierter Lebensmittel und bei der Produktion verschiedener Hilfsstoffe für die Lebensmittelindustrie. So werden beispielsweise Lactobacillen zur Herstellung von Roggenbrot benötigt, Arten der Gattung Bacillus für die Herstellung von Amylasen und Proteasen und Arten der Gattung Acetobacter für die Herstellung von Essigsäure ([3] S. 161, 165-169, 172-174).

Bakterien als Verderborganismen

9 Bakterien können verschiedene Formen des Lebensmittelverderbs verursachen. Zu diesen Formen zählen Fäulnis, Ansäuerung, Verfärbungen und Schleimbildung.

Fäulnis entsteht durch den Abbau von Aminosäuren und Proteinen unter Freisetzung von Gasen wie Schwefelwasserstoff (H2S) oder Ammoniak (NH3). Betroffen sind daher vor allem eiweißreiche Lebensmittel wie Fleisch, Fisch oder Meerestiere. Die beschriebenen olfaktorischen Veränderungen werden häufig von Veränderungen des Aussehens oder des Geschmacks begleitet. Verursacher sind aerobe Bakterien wie Pseudomonas oder anaerobe Bakterien wie Clostridium. Ansäuerung tritt vor allem bei Lebensmitteln auf, die einen hohen Anteil kurzkettiger Kohlenhydrate besitzen.

Durch Vergärung werden diese Kohlenhydrate beispielsweise von Milchsäure- bakterien zu Säuren abgebaut, woraus der saure Geschmack sowie eine Ausfällung von Proteinen im Lebensmittel resultieren. Verfärbungen treten häufig bei Fleisch und Fleischprodukten auf und können durch eine Vielzahl von Bakterien verursacht werden. Schleimbildung tritt beispielsweise bei Anwesenheit von Pseudomonas auf und ist bei Fleisch häufig das erste Anzeichen für einen mikrobiellen Verderb ([3] S. 97-98).

1.2.2 Pilze und Hefen

Anders als die Bakterien gehören Pilze und Hefen zur Gruppe der Eukaryoten und besitzen daher einen echten Zellkern. Ihr Zelldurchmesser liegt im Durchschnitt bei 10 μm. Typischerweise bestehen Pilze aus einem Geflecht dünner, langer Zellfäden, den Hyphen, die in ihrer Gesamtheit als Mycel bezeichnet werden ([3] S. 9; [9]). Im Unterschied dazu sind Hefen einzellige Pilze ([10] S. 1335).

Zellaufbau

Der Aufbau einer Pilzzelle ist aufgrund der starken Kompartimentierung wesentlich komplexer als der einer Bakterienzelle. Die genetische Information ist in Form einer linearen Doppelstrang-DNA auf mehrere Chromosomen verteilt und befindet sich im Zellkern. Einige Pilzarten besitzen ebenso wie die Bakterien Plasmide, die frei in der Zelle vorliegen. Der Zellkern ist durch eine zweischichtige Membran von der restlichen Zelle abgegrenzt und direkt mit dem endoplasmatischen Reticulum verbunden. Dieses ist ein durch die gesamte Zelle verbreitetes Membransystem, an dem sich ein Teil der Ribosomen befindet. Ein weiteres Membransystem der Pilzzelle ist der Golgi-Apparat, der in erster Linie als Transport- und Speichersystem fungiert. Weitere Organellen sind die Mitochondrien, die Peroxisomen und die

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Vakuole. In den Mitochondrien ist die Atmungskette lokalisiert, wodurch sie direkt an der Energiegewinnung der Zelle beteiligt sind. Die Peroxisomen enthalten verschiedene Enzyme, wie beispielsweise die Katalase, und spielen eine wichtige Rolle bei der Entgiftung der Zelle. Die Vakuole dient als Speicherort und ist vermutlich auch an der Osmoregulation beteiligt. Eingebettet sind all diese Organellen in das Zellplasma, das auch hier durch die Zellmembran nach außen begrenzt wird. Die Zellmembran hat dabei dieselbe Grundstruktur wie die der Bakterien (vgl. Kap. 1.2.1). Zusätzlich besitzen die Pilzzellen ebenfalls eine Zellwand, die allerdings meist aus Chitin aufgebaut ist [9].

Vermehrung

Bei der Vermehrung der Pilze wird generell zwischen der vegetativen Vermehrung und der sexuellen Fortpflanzung unterschieden. Bei der vegetativen Vermehrung handelt es sich um eine einfache Zellteilung, die durch eine mitotische Kernteilung eingeleitet wird. Im Anschluss an die Zellteilung findet eine Wachstumsphase der Zellen statt. Bei der sexuellen Fortpflanzung werden zunächst durch Meiose geschlechtliche Zellen (Gameten) gebildet, die später mit jeweils einem anderen Gameten zu einer einzigen neuen Zelle verschmelzen [9].

Sporenbildung

Einige Pilzarten, unter anderem die Schimmelpilze, sind in der Lage Sporen zu bilden. Diese sind äußerst widerstandsfähig gegen Trockenheit und spielen eine wichtige Rolle bei der Verbreitung. Die Sporenbildung kann auf ungeschlechtliche Weise durch Bildung von Lufthyphen mit besonderen Sporenbildungsorganen geschehen. An diesen Organen werden so genannte Konidien gebildet, die dann nach außen Sporen abschnüren (Abb. 6). Sporenbildungsorgane, Konidien und Sporen stellen zusammen den sichtbaren Schimmel dieser Pilze dar ([3] S. 55-57).

Konidie Spore

Abb. 6 Ungeschlechtliche

Sporenbildung bei Aspergillus (schematisch)

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Stoffwechsel

Schimmelpilze sind chemo- und heterotroph und gewinnen ihre Energie durch Atmung (vgl. Kap. 3.1). Sie sind zudem streng aerob und somit nur in Anwesenheit von Sauerstoff lebensfähig. Hefen sind hingegen fakultativ anaerobe Organismen.

Bei Anwesenheit von Sauerstoff gewinnen sie ihre Energie durch Atmung; bei Abwesenheit von Sauerstoff stellen sie ihren Stoffwechsel auf die alkoholische Gärung um. Als Produkte entstehen dabei Ethanol und Kohlenstoffdioxid. Wachstum und Vermehrung der Hefezellen sind jedoch nur bei Anwesenheit von Sauerstoff und Energiegewinnung durch Atmung möglich ([3] S. 51-53).

Bedeutung für die Lebensmittelindustrie

Neben schädlichen Wirkungen wie Lebensmittelverderb und Lebensmittel- vergiftungen, die einige Schimmelpilze und Hefen in der Lebensmittelindustrie verursachen, sind viele Arten für die Produktion von Lebensmitteln auch außerordentlich wichtig. Hefen spielen eine wichtige Rolle bei der Herstellung fermentierter Lebensmittel, wie Brot-, Backwaren, Bier oder Wein. Eingesetzt wird hierzu die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae (lat.: Zuckerpilz des Bieres) in unterschiedlichen Stämmen. Schimmelpilze werden, ebenso wie Bakterien, zur Herstellung verschiedener Hilfsstoffe für die Lebensmittelproduktion verwendet.

Beispiele sind die Produktion von Pektinasen für die Fruchtsaftherstellung und die Herstellung von Zitronensäure durch Aspergillus niger ([3] S. 156, 165-167, 172-174).

Schimmelpilze und Hefen als Verderborganismen

Hefen verursachen einen Lebensmittelverderb in erster Linie in Form von Gärungen.

Davon betroffen sind vor allem Lebensmittel mit hohen Zuckeranteilen wie Saft, Sirup oder Konfitüre. Typisch ist hierfür eine Schaumbildung an der Oberfläche, die durch ausgeschiedenes Kohlenstoffdioxid verursacht wird.

Durch Schimmelpilze hervorgerufene Verderbformen sind das Verschimmeln und die Erweichung von Lebensmitteln. Da Schimmelpilze äußerst anspruchslos bezüglich ihrer Lebensbedingungen sind, sind beinahe alle Lebensmittel durch sie gefährdet. Kennzeichnend für verschimmelte Lebensmittel ist ein sichtbarer Schimmelpilzrasen sowie der typische muffige Geruch und Geschmack. Bei Gemüse

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tritt neben dem Verschimmeln häufig eine zusätzliche Erweichung auf, die durch Abbau der strukturgebenden Pektine zustande kommt. Verschimmelte Lebensmittel sollten stets vollständig entsorgt werden, da sich das Mycel häufig bereits im gesamten Lebensmittel ausgebreitet hat ([3] S. 99-101).

1.2.3 Beeinflussung des Wachstums von Bakterien und Pilzen durch Umweltfaktoren

Vermehrung und Stoffwechselaktivitäten von Bakterien und Pilzen werden sehr stark von den äußeren Bedingungen beeinflusst. Die wichtigsten Parameter sind dabei die Temperatur, der pH-Wert und die Wasseraktivität. Der Einfluss dieser Faktoren auf die Vermehrung von Bakterien und Pilzen soll im Folgenden genauer beleuchtet werden.

Einfluss der Temperatur

Jede Mikroorganismenart besitzt einen bestimmten Temperaturbereich, in dem sie optimal wachsen und sich vermehren kann. Die besondere Bedeutung der Temperatur erklärt sich durch ihre Wirkung auf die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Allgemein gilt, dass enzymatische Reaktionen durch eine Erhöhung der Temperatur beschleunigt werden, was zu schnellerem Zellwachstum und schnellerer Vermehrung führt. Bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur kommt es allerdings zu einer Denaturierung von Enzymen und Proteinen sowie zu einer Schädigung der Zellmembran. Wird der zulässige Temperaturbereich um mehr als 30 °C überschritten, führen diese Schädigungen zu einem Absterben der Zellen. Eine gewisse Bedeutung kommt dabei jedoch auch der Dauer der Temperaturerhöhung zu.

Hitzeresistente Endosporen von Bakterien können nur durch Autoklavieren vollständig vernichtet werden (vgl. Kap. 1.2.1). Die meisten Mikroorganismenarten, die einen Lebensmittelverderb verursachen können, wachsen und vermehren sich jedoch in einem Temperaturbereich zwischen 10 und 45 °C ([3] S. 101-106, 136-137; [9]).

13 Anders als extrem hohe Temperaturen bewirken tiefe Temperaturen keine Abtötung der Mikroorganismen, sondern bloß eine deutliche Verlangsamung vieler Stoffwechselvorgänge, in deren Folge Wachstum und Vermehrung eingestellt werden. Einige Mikroorganismenarten sind darüber hinaus jedoch kältetolerant, so

dass sie sogar in Kühlschränken noch auf Lebensmitteln wachsen können [9]. Erst bei Temperaturen unter -18 °C kommt es zu einem völligen Wachstumsstillstand aller Keime ([3] S. 105).

Einfluss des pH-Wertes

Die meisten Mikroorganismenarten können am besten in einem pH-Bereich zwischen pH 6 und pH 7,5 wachsen und sich vermehren. Während die meisten Pilz- und Hefearten noch gut bei schwach sauren pH-Werten wachsen und sich vermehren, bevorzugen die meisten Bakterienarten neutrale bis schwach basische pH-Werte [9]. Ausnahmen sind Milchsäure- und Essigsäurebakterien, die sich auch bei sauren pH-Werten vermehren können. Bei einer Senkung des pH-Wertes kann es in den Mikrobenzellen zu einer Änderung der räumlichen Struktur der Enzyme kommen, wodurch diese ihre Aktivität verlieren. Lebensmittel, die einen sauren pH-Wert besitzen (z.B. Joghurt, Obst, Sauerkraut) sind daher generell weniger anfällig gegenüber einem mikrobiellen Verderb als Lebensmittel, die einen neutralen pH-Wert besitzen (z.B. Milch) ([3] S. 117).

Einfluss der Wasseraktivität (aw-Wert)

Eine besondere Bedeutung als Umweltfaktor besitzt die Wasseraktivität.

Mikroorganismen bestehen zu 80-90 % aus Wasser, welches für alle Lebensvorgänge notwendig ist und damit eine wichtige Lebensgrundlage darstellt. Entscheidend für Wachstum und Vermehrung der Mikroorganismen ist jedoch nicht der Wassergehalt der Umgebung, sondern deren Wasseraktivität (aw-Wert). Diese gibt an, wie viel Wasser tatsächlich frei zur Verfügung steht ([3] S. 106-111).

Beim Lösen fester Substanzen in Wasser werden die Moleküle oder Ionen von Hydrathüllen umgeben. Kationen bilden dabei unter Anlagerung von Wassermolekülen Komplexe aus, Anionen werden hingegen über Wasserstoff- Brückenbindungen hydratisiert ([12] S. 304-306). Wassermoleküle, die an der Hydratisierung der gelösten Teilchen beteiligt sind, sind in der Lösung nicht mehr frei verfügbar, wodurch die Wasseraktivität der Lösung sinkt. Definiert ist der aw-Wert als Quotient des Wasserdampfdruckes über der Lösung – hier über dem Lebensmittel – und dem Wasserdampfdruck reinen Wassers bei einer bestimmten Temperatur. Reines Wasser hat somit einen aw-Wert von 1,0 ([3] S. 106-111). In 14

Lösungen gilt hingegen, dass mit steigender Konzentration an gelösten Teilchen der Dampfdruck der Lösung sinkt und in der Folge auch der aw-Wert abnimmt ([3] S. 106-111; [12] S. 256).

Ein niedriger aw-Wert der Umgebung bedeutet für Mikroorganismen osmotischen Stress [9]. Bei der Zellmembran der Bakterien und Pilze (vgl. Kap. 1.2.1) handelt es sich um eine semipermeable Membran, was bedeutet, dass sie nur für bestimmte Substanzen ohne weiteres durchlässig ist. Leicht hindurch treten können durch die Phospholipid-Doppelschicht hydrophobe Moleküle und sehr kleine ungeladene Teilchen. Nur wenig durchlässig ist die Phospholipid-Doppelschicht hingegen für polare Moleküle, wie beispielsweise Glucose. Ionen werden nahezu vollständig am Durchtritt gehindert ([10] S. 162-163). Auch Wassermoleküle können die Phospholipid-Doppelschicht nur in äußerst geringem Maße durch Diffusion durchdringen. Ein rascher Wasseraustausch zwischen Zelle und Umgebung ist dennoch durch in der Membran vorhandene wasserleitende Kanäle, die sogenannten Aquaporine, möglich. Mit Hilfe dieser Aquaporine können pro Sekunde und pro Kanal bis zu drei Milliarden Wassermoleküle hindurch geleitet werden [13].

Durch die semipermeable Zellmembran kommt es bei Konzentrationsunterschieden zwischen der Umgebung und dem Zellinneren zur Osmose. Für die Lebensmittel- konservierung ist dabei allein der Fall von Bedeutung, bei dem die Umgebungs- flüssigkeit höher konzentriert ist (hypertonisch) als die Zellflüssigkeit (hypotonisch).

Im Bestreben den Konzentrationsunterschied zwischen Umgebung und Zellflüssigkeit auszugleichen, wandern Wassermoleküle durch die Aquaporine aus dem Zellinneren ins Außenmedium ([10] S. 162-163).

Fortgesetzt wird dieser Prozess theoretisch so lange bis ein Konzentrationsausgleich stattgefunden hat. Bei hohen Konzentrationsunterschieden verliert die Mikroorganismenzelle dadurch fortlaufend Wasser. Da sich bei diesem Vorgang der lebende Teil der Zelle, der von der Zellmembran umgeben wird, immer weiter verkleinert, löst sich die Zellmembran schließlich an vielen Stellen von der vorher direkt anliegenden Zellwand ab (Abb. 7). Das Ausströmen des Wassers und die Verkleinerung der lebenden Zelle führen schließlich zu einer Einstellung der Wachstumsaktivitäten oder sogar zum Zelltod.

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16 Optimal wachsen können Mikroorganismen in der Regel bei einer Wasseraktivität über 0,98. Besonders Bakterien bevorzugen eine feuchte Umgebung mit einer hohen Wasseraktivität. Bereits bei einem aw-Wert unter 0,95 stellen viele Bakterienarten Wachstum und Vermehrung fast vollständig ein. Die meisten Schimmelpilze und Hefen können bei einem aw-Wert über 0,95 optimal wachsen. Dennoch sind sie gegenüber einem Absinken des aw-Wertes häufig toleranter als Bakterien und können sich noch bis zu einem aw-Wert von 0,78 vermehren. Darüber hinaus gibt es noch salztolerante Mikroorganismen, die äußerst hohe Konzentrationen von Kochsalz ertragen beziehungsweise benötigen. Diese wachsen noch bei einer Wasseraktivität von 0,60 ([3] S. 108-110).

Generell gilt, dass ein Absinken des aw-Wertes eine Verlangsamung der Stoffwechselaktivitäten und des Wachstums der Mikroorganismen zur Folge hat.

Daraus ergibt sich, dass Lebensmittel mit einem aw-Wert über 0,95 als leicht verderblich gelten. Beispiele für solche Lebensmittel sind frisches Fleisch, Fisch und Milch (aw-Wert > 0,98) sowie Brot (aw = 0,98-0,93). Lebensmittel mit einer Wasseraktivität zwischen 0,95 und 0,85, wie beispielsweise Käse (aw = 0,93-0,85), gelten als gemäßigt verderblich; Lebensmittel mit einer Wasseraktivität zwischen 0,85 und 0,6 als gering verderblich. Beispiele für solche Lebensmittel sind Trockenfrüchte (aw = 0,85-0,60), Schokolade (aw = 0,82-0,60) und Mehl (aw = 0,70).

In Lebensmitteln mit einem aw-Wert unter 0,60, wie zum Beispiel Zucker (aw = 0,10), ist ein mikrobieller Verderb nicht mehr möglich ([3] S. 110-111).

Abb. 7 Schematischer Ablauf der Osmose zwischen einer Mikrobenzelle und einer hypertonischen Umgebung (links: Mikrobenzelle zu Beginn des Vorgangs – Zellmembran liegt dicht an der Zellwand an; rechts: Mikrobenzelle am Ende des Vorgangs – Zellmembran hat sich von der Zellwand abgelöst)

Zelle (hypotonisch) Umgebung (hypertonisch)

Gelöstes Teilchen Zellwand Zellmembran

Zellwand und Zellmembran

Nachdem nun ausführlich auf die Verursacher und die Bedingungen des mikrobiellen Verderbs eingegangen wurde, sollen als nächstes die Möglichkeiten der Konservierung näher beleuchtet werden. Zunächst wird dazu ein Überblick über die historische Entwicklung der Lebensmittelkonservierung gegeben.

1.3 Historische Entwicklung der Lebensmittelkonservierung

Die Konservierung von Lebensmitteln ist im Prinzip so alt wie die Menschheit selbst.

Schon in prähistorischer Zeit beschäftigten sich die Menschen mit der Fragestellung wie sich Nahrung über einen längeren Zeitraum lagern lässt, ohne dass es dabei zu einem Verderb kommt und entwickelten verschiedene Konservierungsverfahren [14].

Ein Teil der bereits damals verwendeten Verfahren spielt auch heute noch, sogar in industriellem Maßstab, eine wichtige Rolle. Dennoch ist festzuhalten, dass die Verfahren der Lebensmittelkonservierung im Laufe der Zeit immer weiter entwickelt wurden und heute nur noch unter standardisierten Bedingungen durchgeführt werden. Die heute weit verbreitete chemische Lebensmittelkonservierung, in Form eines Zusatzes von Konservierungsstoffen, entwickelte sich darüber hinaus erst im 19. Jahrhundert und ist eng mit der Entwicklung der chemischen Industrie verbunden.

Konservierung in prähistorischer Zeit

Bereits Jäger und Sammler versuchten ihre Nahrung für den Winter, für Notzeiten oder auch für Wanderungen haltbar zu machen, um so ihr Überleben zu sichern. Die ersten Konservierungsmethoden waren vermutlich das Räuchern, das Salzen und das Trocknen, wobei die Wahl des Verfahrens in großem Maße von den vorherrschenden klimatischen Bedingungen abhing. So wurde Fleisch in feuchteren Gegenden häufig durch Räuchern konserviert, wohingegen in Ägypten die Fleischstücke einfach in Vorratskammern zum Trocknen aufgehängt wurden ([4] S. 7). Die Verwendung von Salz zur Konservierung war hingegen weit verbreitet und wurde später mit anderen Verfahren, wie dem Einlegen in Essig (ca. 5.000 v. Chr.) oder in Öl (ca.

3.000 v. Chr.), kombiniert ([15]; [16] S. 96). Anhaltspunkte gibt es zudem dafür, dass schon sehr früh fermentative Verfahren, beispielsweise zur Käseherstellung (ca.

10.000 v. Chr.), genutzt wurden [15].

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Konservierung von Beginn der Antike bis zum Mittelalter

Mit Beginn der Antike kam als neue Konservierungsmethode das Schwefeln von Wein auf, welches bis zur heutigen Zeit noch Anwendung findet. Hierzu wurden die Fässer, in denen der Wein gelagert wurde, mit brennendem Schwefel geräuchert [15]. Allgemein üblich und weit verbreitet war im römischen Reich zudem das Einlegen von Lebensmitteln in Essig, auch gemeinsam mit Honig, in eingekochtem Wein und in Honig allein ([16] S. 96). Im ersten Jahrhundert nach Christus beschrieb der Römer Plinius in seinem Werk „Naturalis historia“ die Bedeutung von Apfel-, Ameisen-, Essig-, Milch-, Oxal-, Wein- und Zitronensäure für die Konservierung von Lebensmitteln, ohne jedoch ihre genauen Bestandteile zu kennen.

Aufzeichnungen über das Konservieren durch niedrige Temperaturen stammen aus der Zeit um 200 n. Chr.. Lebensmittel wurden demnach in Tontöpfen gelagert, die von außen ständig feucht gehalten und so durch andauernde Verdunstung gekühlt wurden ([4] S. 11).

Konservierung im Mittelalter

Etwa 1.000 n. Chr. legten die Araber zur Konservierung Früchte in Alkohol ein, wobei diese Methode bereits kurze Zeit später durch die Mauren nach Europa gebracht wurde ([4] S. 11; [15]). Ungefähr 100 Jahre später gelangte durch die Kreuzzüge das Haltbarmachen von Lebensmitteln mit Hilfe von Zucker aus dem Orient nach Europa. Trotz zahlreicher Hinweise auf die tatsächliche Verwendung von Zucker zur Konservierung war dieses Verfahren für die breite Masse aufgrund des hohen Zuckerpreises bis ins 18. Jahrhundert hinein jedoch völlig unpraktikabel.

Erst durch die Entdeckung, dass die in Europa heimische Runkelrübe den gleichen Zucker wie das Zuckerrohr enthält und durch den anschließenden Beginn der industriellen Produktion desselben, wurde Zucker auch für die ärmeren Menschen erschwinglich. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts wurde Zucker häufig als Konservierungsmittel für Obst verwendet ([4] S. 11).

Neben diesen beiden neuen Verfahren wurden im Mittelalter die altbekannten Konservierungsmethoden beinahe unverändert weiter benutzt ([16] S. 97). Einzig das Salzen von Fleisch und Fisch als ursprüngliches Verfahren soll im 14. Jahrhundert durch den Holländer G. Beukel durch den Zusatz von Nitrat erweitert worden sein.

Die eventuell nach ihm benannte Methode des Pökelns wurde jedoch vermutlich 18

auch schon 2.500 v. Chr. von den Babyloniern genutzt. Dass einige der gängigen Konservierungsverfahren im Mittelalter auch zu Beeinträchtigungen der Gesundheit beim Menschen führten, lässt sich aus einer Verordnung aus Rothenburg ob der Tauber aus dem Jahr 1487 ablesen. In dieser wurde festgelegt, dass für ein Fass Wein (ca. 1.100 L) nicht mehr als ein Lot (entspricht 16,6 g) Schwefel verwendet und jeder Wein zudem nur einmal geschwefelt werden dürfe ([4] S. 12). 1498 wurde in Freiburg ein weiteres Mal über das Schwefeln von Wein beraten, mit dem Ergebnis, dass „der Römischen Königlichen Majestät Ordnung und Satzung über den Wein aufgerichtet“ wurde ([16] S. 97).

Konservierung zwischen dem 16. und der Mitte des 19. Jahrhunderts

Die im Anschluss an das Mittelalter fortschreitende Abwanderung der Landbevölkerung in die Städte brachte große Probleme für die Lebensmittel- versorgung mit sich. Längere Transportwege und -zeiten erforderten eine größere Lagerhaltung und damit verbunden neue Techniken der Konservierung. Zugleich wurde erstmals begonnen, auch wissenschaftlich nach den Ursachen für den Verderb von Lebensmitteln zu suchen ([4] S. 12-13). 1557 machte Hieronymus Cardanus den Wassergehalt von Lebensmitteln und die Berührung mit der Außenluft für den Verderb verantwortlich ([16] S. 98). Andere Forscher wie Paracelsus waren hingegen auf der Suche nach einer wirksamen Substanz, die in allen zur Konservierung verwendeten Stoffen enthalten sei und nach Extraktion so den idealen Konservierungsstoff darstellen würde ([4] S. 12; [16] S. 99). Erste systematische Experimente mit dem Ziel „fäulniswidrige Substanzen“ zu finden, unternahm der englische Truppenarzt Sir John Pringle Mitte des 18. Jahrhunderts. Für die von ihm gefundenen „fäulniswidrigen Substanzen“ führte er den Begriff „antiseptisch“ ein und stellte zudem fest, dass die Säuren die stärksten Antiseptika seien ([16]

S. 102-103).

19 Ein enormer Fortschritt auf dem Gebiet der Lebensmittelkonservierung wurde 1790 von François Nicolas Appert, einem Konditor, erzielt, der das Verfahren der Hitzekonservierung entdeckte [16]. Er erhitzte Fleisch und Gemüse in luftdicht abgeschlossenen Gefäßen und wird daher als Erfinder der Konservendose bezeichnet [14]. Voraussetzung für seine Entdeckung waren die Arbeiten von Lazzaro Spallanzani, der 1769 nachgewiesen hatte, dass in einer aufgekochten Flüssigkeit keine neuen „fäulniserregenden Stoffe“ auftreten können ([4] S. 13; [16]). Ende des

18. Jahrhunderts setzte Kaiser Napoleon I., mit dem Ziel die französischen Truppen besser verpflegen zu können, einen Preis von 12.000 Goldfrancs für die Entwicklung einer Konservierungsmethode für Lebensmittel aus. Nach einer Testphase, in der die französische Marine die Glaskonserven von Appert erprobte, wurde der Preis 1810 an Appert ausgezahlt [17]. Die Hitzekonservierung beruhte zunächst einzig auf empirischen Beobachtungen und die Durchführung unterlag strengster Geheim- haltung [14]. Erst der französische Wissenschaftler Louis Pasteur erkannte ca. 1875, dass in der Luft vorhandene Mikroorganismen die Ursache für den Verderb von Lebensmitteln sind ([4] S. 13; [14]). Um Wein dauerhaft vor einem mikrobiellen Verderb zu schützen, empfahl er ein kurzzeitiges Erhitzen auf 40-60 °C ([4] S. 13).

Konservierung ab Mitte des 19. Jahrhunderts

Mit der Entwicklung der wissenschaftlichen Forschung und dem Aufstieg der chemischen Industrie wurden nach und nach chemische Verbindungen in Reinform gewonnen beziehungsweise synthetisiert, die im Anschluss oftmals direkt auf ihre antimikrobielle Wirkung hin untersucht wurden ([4] S. 13). Nach der Entdeckung einer neuen Synthesemethode für Salicylsäure berichtete Hermann Kolbe 1874 über deren antiseptische Wirkung und begann bereits kurze Zeit später, diese im großen Maßstab für die Lebensmittelkonservierung herzustellen. Um die Ungefährlichkeit der Salicylsäure für die Gesundheit des Menschen zu beweisen, führte er einen Selbstversuch durch, bei dem er mehrere Tage lang täglich 1-1,5 g Salicylsäure einnahm und schließlich feststellte, dass er keine „unangenehme Wirkung“ verspüre.

Zur etwa gleichen Zeit untersuchte H. Fleck die konservierende Wirkung der Benzoesäure, die aus Benzoeharz gewonnen wurde und kam dabei zu dem Ergebnis, dass sie über ein breiteres Wirkungsspektrum als die Salicylsäure verfüge ([16] S. 108-111). Dennoch wurde Benzoesäure vorerst nicht großflächig als Konservierungsmittel eingesetzt, da es zunächst nicht gelang, sie synthetisch herzustellen und sie damit erheblich teurer war als Salicylsäure ([4] S. 13). Weitere aufkommende Konservierungsstoffe waren die Borsäure (1858 entdeckt durch Jacques) und die Ameisensäure (1863 entdeckt durch Jodin), wobei Jodin bereits damals feststellte, dass die Ameisensäure nur im freien Zustand eine gute konservierende Wirkung zeigt ([16] S. 111-112).

20 Aufgrund ihrer toxikologischen Eigenschaften (Gefahr der Kumulation und sensibilisierende Wirkung) stand nach dem 1. Weltkrieg ein Verbot der Verwendung

von Salicylsäure als Konservierungsmittel kurz bevor ([2] S. 8, 254; [16] S. 115).

Aus diesem Grund suchte Theodor Sabalitschka ein neues Konservierungsmittel, das zum einen über eine pH-Wert-unabhängige, aber stark konservierende Wirkung verfügen und zum anderen für den Menschen unbedenklich sein sollte. 1923 stieß er bei seiner Suche auf die para-Hydroxybenzoesäureester, allgemein PHB-Ester genannt. Die wichtige Entdeckung der konservierenden Eigenschaften ungesättigter Fettsäuren, wie beispielsweise der Sorbinsäure, machte 1939 Eugen Müller bei der Badischen Anilin- und Sodafabrik in Ludwigshafen. Bei Versuchen zur Konservierung wässriger Lösungen von Hochpolymeren für medizinische Zwecke wurde eine Autosterilität festgestellt. Untersuchungen zeigten, dass ein durch Licht induzierter Abbau der Hochpolymere zu Salzen ungesättigter Fettsäuren dafür verantwortlich war. Am 3. September 1939 wurde die Entdeckung der Badischen Anilin- und Sodafabrik als „Verfahren zum Konservieren leicht verderblicher Stoffe“

patentiert. Ein Jahr später fand der Amerikaner M. B. Gooding unabhängig davon die konservierende Wirkung von Sorbinsäure für Margarine und reichte am 26. Februar 1940 sein Patentgesuch ein ([16] S. 119-121). Die Sorbinsäure war bereits 1859 erstmals von Merck und Hofmann aus Vogelbeeröl extrahiert worden, doch gelang es erst Mitte der 50er Jahre des 20. Jahrhunderts Sorbinsäure industriell herzustellen.

Wegen ihrer physiologischen Unbedenklichkeit entwickelte sie sich von diesem Zeitpunkt an immer mehr zum wichtigsten Konservierungsstoff ([2] S. 8, 162).

Eine völlig neue Art der Lebensmittelkonservierung stellt die in den 1950er und 1960er Jahren erforschte und entwickelte Lebensmittelbestrahlung dar. Hier werden die Lebensmittel mit γ- oder UV-Strahlung behandelt, wodurch vorhandene Mikroorganismen abgetötet werden. Die Lebensmittelbestrahlung wurde Ende der 80er Jahre unter Beteiligung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als sicher eingestuft. Dennoch ist diese Form der Konservierung in Deutschland bisher nur für getrocknete Gewürze und Kräuter zugelassen ([3] S. 143-144; [18]).

Die Konservierung von Lebensmitteln spielt auch heute noch für unsere Gesellschaft eine äußerst wichtige Rolle. Die Methoden der Konservierung sind dabei äußerst vielfältig und unterliegen zugleich strikten Regeln. Besonders wichtig sind physikalische Konservierungsmethoden, durch welche die Verwendung von Konservierungsstoffen möglichst gering gehalten werden kann. Hier ist in erster Linie die mittlerweile stark verbesserte Kühltechnik zu nennen. Ist eine

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Konservierung mit physikalischen Methoden allein nicht ausreichend oder möglich, so werden (zusätzlich) Konservierungsstoffe eingesetzt. Der am häufigsten eingesetzte Konservierungsstoff ist dabei die Sorbinsäure. Im Folgenden sollen zunächst die physikalischen Konservierungsverfahren und anschließend die chemischen näher beleuchtet werden.

1.4 Physikalische Konservierungsmethoden

Bei der physikalischen Lebensmittelkonservierung werden Lebensmittel physikalischen Verfahren unterzogen. Folge dieser Verfahren ist, dass sich die physikalischen Eigenschaften des Lebensmittels, wie beispielsweise der Wassergehalt oder die Temperatur, entweder kurzfristig oder aber dauerhaft ändern und so vorhandenen Mikroorganismen keine guten Wachstums- und Lebensbedingungen mehr geboten werden. Bereits vorhandene Mikroorganismen werden dadurch entweder direkt abgetötet oder sie sind nicht mehr in der Lage zu wachsen und sich zu vermehren. Die wirtschaftlich wichtigsten und zugleich häufigsten physikalischen Konservierungsmethoden sind das Trocknen, das Kühlen und Tiefgefrieren sowie das Erhitzen. Es werden nun die einzelnen physikalischen, in Deutschland gebräuchlichen Konservierungsmethoden näher vorgestellt.

1.4.1 Trocknen von Lebensmitteln

Das Trocknen von Lebensmitteln ist eine der ältesten Konservierungsmethoden der Menschheit (vgl. Kap. 1.3). Wie der Name bereits sagt, wird Lebensmitteln bei diesem Verfahren dauerhaft Wasser entzogen, wodurch zugleich ihre Wasseraktivität gesenkt wird. Eine solche Senkung des aw-Wertes bedeutet für vorhandene Mikroorganismen osmotischen Stress und damit eine deutliche Verschlechterung der Lebens- und Wachstumsbedingungen (vgl. Kap. 1.2.3). Ursprünglich wurden Lebensmittel allein durch den Einfluss von Sonne und Luft getrocknet, was jedoch sehr langwierig war und einen Befall durch Mikroorganismen daher nicht immer verhindern konnte. In der heutigen Industrie sind die Verfahren vielfältiger und wenden einen mikrobiellen Verderb von Lebensmitteln effektiver ab ([3] S. 141).

Das Trocknen von Lebensmitteln ist bei verschiedenen Temperaturen möglich, wobei das Trocknen bei tieferen Temperaturen eine schonendere Methode darstellt.

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Von zunehmender Bedeutung ist daher die Gefriertrocknung, die im Hochvakuum durchgeführt wird. Die Lebensmittel werden hier zunächst eingefroren, und das enthaltene Wasser wird anschließend durch Sublimation entzogen [1]. Eingesetzt wird die Gefriertrocknung beispielsweise für die Konservierung von Kaffee und Fleisch. Andere häufig durchgeführte Trocknungsmethoden sind die Festbett- trocknung, die Wirbelschichttrocknung, die Walzentrocknung und die Sprüh- trocknung. Mit Hilfe der Festbetttrocknung werden beispielsweise Weintrauben und Aprikosen getrocknet. Dazu werden sie zunächst aufgeschüttet und anschließend mit warmer Luft bestrichen. Bei der Wirbelschichttrocknung werden kleinkörnige Lebensmittel, wie beispielsweise Erbsen, getrocknet, indem sie von einem warmen Luftstrahl durchströmt und aufgewirbelt werden. Durch die Walzentrocknung werden flüssige oder halbflüssige Lebensmittel wie Kartoffel- oder Tomatenpüree getrocknet. Sie werden dazu in beheizte, sich drehende Walzen gefüllt. Bei der Sprühtrocknung werden vorgewärmte Lebensmittel (z.B. Milch- oder Fruchtpulver) über Düsen mit heißen Luftströmen eingesprüht. Diese Trocknungsmethode ist besonders schonend.

Das Trocknen von Lebensmitteln bewirkt meist nur eine Hemmung des Wachstums und nicht ein Abtöten aller vorhandenen Mikroorganismen. Dies gilt vor allem für schonende Verfahren wie die Gefriertrocknung. Trockenobst besitzt je nach Sorte einen aw-Wert zwischen 0,85 und 0,60 und gehört somit zur Gruppe der gering verderblichen Lebensmittel, wohingegen in Milchpulver mit einem aw-Wert von 0,60 kein mikrobieller Verderb mehr eintreten kann (vgl. Kap. 1.2.3) ([3]

S. 110-111, 141).

1.4.2 Kühlen und Tiefgefrieren

Das Kühlen und Tiefgefrieren von Lebensmitteln gewinnt in der heutigen Zeit dank fortschrittlicher Technik immer mehr an Bedeutung. Sowohl in Privathaushalten als auch in der Lebensmittelindustrie sind diese beiden Verfahren zum Haltbarmachen von Fleisch, Fisch, Eiern, Milch, Obst und Gemüse die meist verwendeten. Der große Vorteil dieser Methoden ist, dass wichtige Inhaltsstoffe, wie beispielsweise Vitamine, dabei nicht zerstört werden und die Qualität der Lebensmittel somit kaum abnimmt. Durch das Senken der Temperatur werden Wachstum und Stoffwechsel der Mikroorganismen verlangsamt oder sogar völlig eingestellt (vgl. Kap. 1.2.3) [1].

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Dennoch kommt es nur in seltenen Fällen zu einer Abtötung der vorhandenen Mikroorganismen. Steigt die Temperatur wieder an, besteht daher die Möglichkeit, dass die Mikroorganismen wieder mit Wachstum und Vermehrung beginnen und so einen Verderb der Lebensmittel herbeiführen ([3] S. 101-106).

Von Kühlen wird gesprochen, wenn die Lebensmittel bei abgesenkten Temperaturen gelagert werden, die nicht zu einem Gefrieren führen. Die Temperaturen liegen dabei meist zwischen -1 °C und +15 °C, wobei für jedes Lebensmittel aufgrund der Kälteempfindlichkeit eine andere Temperatur optimal ist. Dennoch gilt auch hier, dass tiefere Temperaturen den Verderb von Lebensmitteln besser verhindern. Die Temperatur in Kühlschränken in Privathaushalten liegt meist bei ungefähr 5 °C und macht eine Lagerung von Lebensmitteln für einige Tage möglich. Hackfleisch sollte allerdings selbst bei Temperaturen von 0-4 °C maximal 12 Stunden gelagert werden ([3] S. 133-136). Bereits vor dem Auftreten der Kühlschränke und der damit verbundenen Kältetechnik existierte seit Ende des 19. Jahrhunderts ein ausgeprägter Eishandel, um Lebensmittel im Haushalt durch Kühlung länger haltbar zu machen [19].

Von Gefrieren und Einfrieren wird bei Lagerung der Lebensmittel bei Temperaturen zwischen -18 °C und -12 °C gesprochen. Auch bei diesen Temperaturen sind Wachstum und Vermehrung einiger Mikroorganismen nicht völlig ausgeschlossen.

Eine Reduzierung der Keimzahlen im Produkt kann durch langsames Abkühlen erreicht werden, wobei es durch die Bildung großer Eiskristalle allerdings zugleich zu Qualitätsverlusten im Lebensmittel kommt. Eine vollständige Verhinderung des Wachstums und der Vermehrung vorhandener Mikroorganismen wird erst durch das Tiefgefrieren bei Temperaturen unter -18 °C erreicht. Neben den tiefen Temperaturen bewirkt hier die gleichzeitige Senkung der Wasseraktivität einen wirksamen Schutz gegen Mikroorganismen. Bei einer Temperatur von -30 °C sind viele Produkte mindestens zwei Jahre lang haltbar ([3] S. 133-136).

1.4.3 Erhitzen

24 Anders als Kühlen und Tiefgefrieren hat ein Erhitzen von Lebensmitteln häufig eine Abtötung der vorhandenen Mikroorganismen zur Folge (vgl. Kap. 1.2.3). Allgemein wird hier zwischen der, von Louis Pasteur entwickelten, Pasteurisation und einer Sterilisation eines Lebensmittels unterschieden. Das schonendere von beiden

Verfahren stellt die Pasteurisation dar, bei der auf Temperaturen unter 100 °C erhitzt wird und es im Lebensmittel daher nur zu geringen Qualitätsverlusten kommt. Ein Nachteil ist jedoch, dass bei diesen Temperaturen nicht alle Keime vollständig abgetötet werden. So überdauern die Endosporen von Bakterien diese Bedingungen, da zu ihrer Abtötung höhere Temperaturen benötigt werden. Große Bedeutung hat die Pasteurisation dennoch für das Haltbarmachen von Milch und Fruchtsäften.

Milch wird für etwa 30 Minuten auf 72 °C erhitzt, wodurch sich die Anzahl der ursprünglich vorhandenen Mikroorganismen auf 1 % verringert. Die Dauererhitzung ist notwendig, da die Anzahl der vorhandenen Mikroorganismen mit der Dauer des Erhitzens exponentiell abnimmt. Pasteurisierte Fruchtsäfte sind, anders als Milch, selbst ohne Kühlung längere Zeit haltbar, da möglicherweise noch vorhandene Mikroben bei den niedrigen pH-Werten der Säfte nicht wachsen können ([3]

S. 136-140).

Bei der Sterilisation werden alle in einem Lebensmittel enthaltenen Mikroorganismen, auch die Endosporen, durch Erhitzen in einem Autoklaven bei 120 °C abgetötet. Nach 18 Minuten sind unter diesen Bedingungen beinahe alle Mikroorganismen inaktiviert. Beispiele für sterilisierte Lebensmittel sind Vollkonserven und H-Milch, wobei hier vorgewärmte Milch durch heißen Wasserdampf einige Sekunden auf über 140 °C erhitzt wird ([3] S. 136-140).

1.5 Chemische Konservierungsmethoden

Bei der chemischen Lebensmittelkonservierung werden den Lebensmitteln Substanzen zugesetzt, die das Wachstum der Mikroorganismen hemmen. Allgemein können die zugesetzten Stoffe nach ihrem Wirkprinzip in drei Kategorien unterteilt werden. Die erste Kategorie beinhaltet Substanzen, die durch ihren Zusatz in Lebensmitteln die Wasseraktivität senken. In der zweiten Kategorie sind Stoffe zusammengefasst, die ihre Wirkung durch eine Erniedrigung des pH-Wertes im Lebensmittel erzielen. Um jedoch tatsächlich antimikrobiell wirksam zu sein, müssen die Substanzen dieser beiden Kategorien den Lebensmitteln in hohen Konzentrationen zugesetzt werden. Die Substanzen der dritten Kategorie wirken hingegen in spezifischer Weise auf die Zellen der Mikroorganismen ein und müssen nur in niedrigen Konzentrationen zugesetzt werden ([3] S. 145). Im Folgenden werden die drei Kategorien mitsamt wichtigen Beispielen näher vorgestellt.

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1.5.1 Senken der Wasseraktivität

Wie in Kapitel 1.2.3 bereits näher erläutert, bedeutet eine Senkung der Wasseraktivität eine Verschlechterung der Lebensbedingungen für Mikro- organismen, welche letztendlich eine Einstellung des Wachstums oder den Zelltod zur Folge hat. Zu den heute noch häufig verwendeten chemischen Konservierungs- methoden, die eine solche Erniedrigung des aw-Wertes bewirken, gehört das Räuchern, das Salzen und Pökeln sowie das Zuckern von Lebensmitteln ([3]

S. 106-111).

Räuchern

Das Räuchern von Lebensmitteln spielte ebenso wie die Trocknung bereits in der Frühzeit der Menschheit eine wichtige Rolle und wurde zunächst vor allem in Regionen mit hoher Luftfeuchtigkeit durchgeführt (vgl. Kap. 4). Mit der Zeit wurde es zu einem gängigen und weit verbreiteten Verfahren, das auch heute noch einen besonderen Stellenwert bei der Konservierung von Fleisch, Fisch und Hartkäse besitzt. Grund für die Beliebtheit geräucherter Waren beim Verbraucher ist unter anderem ihr besonderes Aroma [14].

Die antimikrobielle Wirkung des Räucherns setzt sich im Wesentlichen aus zwei Faktoren zusammen. Zum einen kommt es während des Räucherns zu einer Austrocknung der Oberfläche, die mit einer Senkung der Wasseraktivität verbunden ist, zum anderen enthält der Rauch viele Substanzen, die antimikrobiell wirksam sind. Zu diesen antimikrobiellen Inhaltsstoffen des Rauches gehören unter anderem Ameisensäure, Formaldehyd, Acetaldehyd und Kresole ([8] S. 54-55). Anzumerken ist hierbei allerdings, dass der Rauch meist nur die oberen Schichten des Lebensmittels erreicht und daraus daher kein vollständiger Schutz vor einem mikrobiellen Verderb resultiert. Das Räuchern wird deshalb häufig mit anderen Methoden wie Trocknen, Erhitzen oder Pökeln kombiniert ([3] S. 150).

Je nach Rauchtemperatur wird zwischen den drei Verfahren Kalt-, Warm- und Heißräucherung unterschieden. Bei der Kalträucherung werden häufig vorgepökelte oder getrocknete Lebensmittel mit Rauch einer Temperatur zwischen 12 °C und 24 °C in geringer Dichte in Kontakt gebracht. Die Räucherdauer beträgt entweder wenige Tage (Kurzrauchverfahren) oder mehrere Wochen (Langrauchverfahren). Bei der Warmräucherung besitzt der Räucherrauch eine Temperatur von maximal 50 °C 26

und die Räucherdauer beträgt 1-3 Stunden. Die Heißräucherung wird bei Rauchtemperaturen von 60-100 °C durchgeführt und dauert nur 20-60 Minuten ([2] S. 207-208). Bei diesem Verfahren kommt zusätzlich zu den bereits oben erwähnten antimikrobiellen Wirkprinzipien noch die keimabtötende Wirkung der hohen Temperaturen hinzu ([3] S. 149).

Während die Räucherwaren früher einfach in den abziehenden Rauch der Feuerstelle gehängt wurden, sind die Verfahren heute inzwischen deutlich weiterentwickelt und ermöglichen den Räucherprozess unter standardisierten Bedingungen ([2] S. 207-208). Diese Weiterentwicklung der Verfahren fand jedoch erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, unter anderem aus gesundheitlichen Aspekten, statt. Nach dem Nachweis mehrerer polyzyklischer, cancerogen wirkender Verbindungen (z.B. 3,4-Benzpyren) wurden zunächst Grenzwerte für deren Vorkommen in Räucherwaren festgelegt. In der Folge musste nach Maßnahmen geforscht werden, die ein Einhalten dieser Grenzwerte bei gleich bleibender Qualität der Räucherware möglich machten. Inzwischen ist die maximal zulässige Temperatur während der Raucherzeugung auf 700 °C festgesetzt und Torf als Brennstoff verboten [14]. Der Rauch wird heute durch gezieltes Verschwelen von Spänen und Sägemehl von naturbelassenem Holz, vor allem Buchen-, Eichen-, Erlen- und Ahornholz, erzeugt ([2] S. 207). Als weitere Maßnahme sind Raucherzeugung und Rauchanwendung heute örtlich strikt voneinander getrennt, so dass der Rauch vor der Anwendung noch zusätzlich behandelt werden kann oder unerwünschte Bestandteile entfernt werden können. Aufgrund all dieser Maßnahmen ist es mittlerweile möglich Räucherwaren zu produzieren, die bezüglich der geschmacklichen Qualität vergleichbar mit herkömmlichen Räucherwaren sind, dabei aber keine gesundheitliche Gefahr mehr darstellen [14].

Salzen und Pökeln

27 Trotz hoher Kosten wurde Kochsalz (NaCl) bereits im Mittelalter in großer Menge zur Konservierung von Fleisch, Fisch und Gemüse verwendet. Auch heute noch ist Kochsalz für die Konservierung von Lebensmitteln enorm wichtig, auch wenn es mittlerweile häufig in Kombination mit anderen Verfahren eingesetzt wird. Die konservierende Wirkung von Kochsalz beruht auf einer Senkung der Wasseraktivität, weshalb das Salz dem Lebensmittel in hohen Konzentrationen zugesetzt werden muss. Zu bedenken ist hierbei, dass selbst eine gesättigte Kochsalz-Lösung