Einfluss der Dauer und Temperatur während der Gefrierlagerung von Schweinefleisch auf dessen Verarbeitungs- und Lagerungseigenschaften nach
dem Auftauen
INAUGURAL-DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von Vivien Teuteberg
Hildesheim
Hannover 2021
Institut für Lebensmittelqualität und -sicherheit
1. Gutachter: PD Dr. habil. Carsten Krischek
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover Institut für Lebensmittelqualität und -sicherheit
2. Gutachter: PD Dr. habil. Doris Höltig
Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Klinik für kleine Klauentiere und forensische Medizin und Ambulatorische Klinik
Tag der mündlichen Prüfung: 12.05.2021
Das Projekt wurde finanziell durch die Fritz-Ahrberg-Stiftung Hannover unterstützt.
Meinen Eltern
2 Literaturübersicht ... 4
2.1 Fleischbildung ... 4
2.2 Fleischwirtschaft und Fleischkonsum ... 6
2.3 Fleischqualität ... 6
2.3.1 Definition „Lebensmittelqualität“ ... 6
2.3.2 Definition und Bedeutung „Fleischqualität“ ... 8
2.4 Haltbarmachung von Fleisch ... 10
2.4.1 Haltbarkeit und Verderb ... 10
2.4.2 verschiedene Haltbarmachungsverfahren ... 13
2.4.3 Historische Aspekte des Gefrierens ... 15
2.4.4 Gefrieren von Fleisch ... 16
2.5 Modified atmosphere packaging (MAP) ... 20
2.6 Rohwurst ... 22
2.6.1 Definition „Rohwurst“ und ihre Herstellung ... 22
2.6.2 Temperatur und Luftfeuchtigkeit ... 23
2.6.3 Starterkulturen ... 24
2.6.4 Pökeln/Umrötung ... 25
3 Material und Methoden ... 27
3.1 Versuchsaufbau... 27
3.2 Fleisch ... 28
3.3 Zuschnitt des Fleisches (Probenvorbereitung) ... 28
3.4 Grundcharakterisierung des Materials ... 30
3.5 Einfrieren, Gefrierlagerung und Auftauen ... 30
3.6 Lagerungsversuch ... 31
3.6.1 Verpacken unter Schutzgasatmosphäre ... 31
3.6.2 Probenbearbeitung ... 32
3.7 Verarbeitungsversuch ... 32
3.7.1 Rohwurstherstellung – Rezept ... 32
3.8 Untersuchungsmethoden ... 33
3.8.1 Physikalische Untersuchungen ... 33
4 Ergebnisse ... 43
4.1 Grundcharakterisierung des Schweinefleisches ... 44
4.2 Versuch 1: Lagerungsversuch ... 45
4.2.1 Physikochemische und mikrobiologische Parameter des gefrorenen/aufgetauten Schweinefleisches ... 45
4.2.2 Physikochemische und mikrobiologische Parameter des gefrorenen/aufgetauten und in MAP gelagerten Schweinefleisches ... 55
4.3 Versuch 2: Verarbeitungsversuch ... 70
4.3.1 Physikalische Untersuchungen ... 70
4.3.2 Chemische Untersuchungen ... 81
4.3.3 Mikrobiologische Untersuchungen ... 88
5 Diskussion ... 94
5.1 Grundcharakterisierung des Materials ... 94
5.2 Versuch 1: Lagerungsversuche ... 96
5.2.1 Physikochemische und mikrobiologische Parameter des gefrorenen/aufgetauten Schweinefleisches ... 96
5.2.2 Physikochemische und mikrobiologische Parameter des gefrorenen/aufgetauten und in MAP gelagerten Schweinefleisches ... 109
5.3 Versuch 2: Verarbeitungsversuche... 115
6 Schlussfolgerungen ... 123
7 Ausblick ... 124
8 Zusammenfassung ... 126
9 Summary ... 130
10 Literaturverzeichnis ... 133
10.1 Rechtstexte und Verordnungen ... 147
11 Anhang ... 149
11.1 Zusätzliche Ergebnistabellen ... 149
11.2 Tabellenverzeichnis ... 167
11.3 Abbildungsverzeichnis ... 171
12 Danksagung ... 176
µ Mikro
a*-Wert Rotwert
Abb. Abbildung
ABTS 2,2‘-Azino-di(3-ethylbenzthiazolin-6-sulfonsäure) antiox. Kap. antioxidative Kapazität
ATP Adenosintriphosphat
Aufl. Auflage
aw-Wert Wasseraktivität
b*-Wert Gelbwert
BHT Butylhydroxytoluol
BLE Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung
bzw. beziehungsweise
ca. circa
CFC Cetrimide-Fucidin-Cephaloridine
cm Zentimeter
cm³ Kubikzentimeter
CO2 Kohlenstoffdioxid
Co. KG Compagnie Kommanditgesellschaft
DeoMb Desoxymyoglobin
dest. destilliert
DFD dark, firm and dry
DGHM Deutsche Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie
eG eingetragene Genossenschaft
EG europäische Gemeinschaft
et al. et alii
EU europäische Union
g Gramm
GKZ Gesamtkeimzahl
GmbH Gesellschaft mit beschränkter Haftung
Hrsg. Herausgeber
ISO Internationale Organisation für Normung
KbE Kolonie bildende Einheiten
kg Kilogramm
L*-Wert Helligkeitswert
log10 Dekadischer Logarithmus
M. Musculus
MAP Modified atmosphere packaging
MDA Malondialdehyd
MetMb Metmyoglobin
ml Milliliter
mm Millimeter
mM Millimol
MRA Metmyoglobin-reduzierende Aktivität
MW Mittelwert
n Anzahl
NaCl Natriumchlorid
nm Nanometer
NO Stickoxid
Nr. Nummer
O2 Sauerstoff
OxyMb Oxymyoglobin
p.m. post mortem
PSE pale, soft and exudative
rpm revolutions per minute
S. Seite
SA Standardabweichung
SE Societas Europaea
spp. Species
TBARS Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen
TCA Trichloressigsäure
VO Verordnung
VRBG violet red bile glucose agar
z.B. zum Beispiel
Teuteberg, V.; Kluth, I.-K.; Plötz, M. u. Krischek, C. (2021):
Effects of duration and temperature of frozen storage on the quality and food safety characteristics of pork after thawing and after storage under modified atmosphere.
Meat Science, 174, DOI: https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2020.108419
Teilergebnisse der Dissertation wurden im Rahmen nachfolgender Veranstaltun- gen präsentiert:
Teuteberg, V. (2019): „Qualitätsparameter von Schweinefleisch nach Gefrieren und Auftauen sowie nach Verarbeitung und Verpackung des frischen bzw. gefrorenen Flei- sches - Material und Methoden“
Vortrag im Rahmen des Doktorandenseminars am Institut für Lebensmittelqualität und -sicherheit, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (01.08.2019).
Teuteberg, V. (2021): „Einfluss der Dauer und Temperatur während der Gefrierlage- rung von Schweinefleisch auf dessen Verarbeitungs- und Lagerungseigenschaften nach dem Auftauen – Ergebnisse“
Vortrag im Rahmen des Doktorandenseminars am Institut für Lebensmittelqualität und -sicherheit, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (12.01.2021).
1 1 Einleitung
Weltweit ist die Nachfrage nach Fleisch und Fleischerzeugnissen in den letzten Jahren gestiegen und der nunmehr globale Handel bedingt die Notwendigkeit einer langen Haltbarkeit dieser Produkte (LEYGONIE et al. 2012a). Aufgrund des hohen Wasser- gehaltes gehört Fleisch zu den leicht verderblichen Lebensmitteln, die ohne ausrei- chende Haltbarmachungsmaßnahmen eine kurze Haltbarkeit haben (FENNEMA 1996; RAHMAN 2007; AMIT et al. 2017). Um auch leicht verderbliche Lebensmittel über einen längeren Zeitraum nutzen zu können, werden verschiedene Haltbarma- chungsverfahren angewendet, die das oberste Ziel haben, die mikrobiologische, che- mische und sensorische Qualität möglichst ohne Einschränkungen zu erhalten (GOULD 1996). Das Tiefgefrieren von Fleisch ist ein Haltbarmachungsverfahren, wel- ches nicht zuletzt in Zeiten des globalen Handels (mit geringem Aufwand) durchgeführt werden und für längere Zeit aufrechterhalten werden kann. Auch bei temporären Pro- duktionsengpässen von Frischfleisch, zum Beispiel nach einem Tierseuchenausbruch oder nach einer globalen Pandemie, könnte die Tiefgefrierlagerung von Fleisch eine gute Möglichkeit für Lebensmittelunternehmer darstellen, eine kontinuierliche Versor- gung mit Fleisch und Fleischerzeugnissen sicherzustellen. Das Tiefgefrieren von Fleisch ist eine Methode der Haltbarmachung, der sowohl positive als auch negative Einflüsse auf die Fleischqualität nachgesagt werden (LEYGONIE et al. 2012a), sodass eine Gefrierlagerung von Fleisch als nicht unbegrenzt durchführbar gilt (WIRTH 1979).
Ein großer Vorteil der Gefrierlagerung ist die vollständige Hemmung der mikrobiologi- schen Aktivität ab einer Lagerungstemperatur von mindestens -12°C (WIRTH 1979;
RAHMAN u. VELEZ-RUIZ 2007). Es kommt zu einem Stillstand des mikrobiellen Wachstums, bis hin zum Absterben einiger Mikroorganismen (WIRTH 1979; RAHMAN u. VELEZ-RUIZ 2007), was die Haltbarkeit des Fleisches positiv beeinflusst und den Zeitraum der möglichen Lagerung verlängert. Die Haltbarkeit des Fleisches kann je- doch auch bei Gefrierlagerungstemperaturen durch das Auftreten von Lipidoxidations- vorgängen, die zu Ranzigkeit führen, Austrocknungserscheinungen oder Aromaver- lusten negativ beeinflusst werden, sodass ab einem bestimmten Zeitpunkt eine maxi-
2
male Gefrierlagerungsdauer erreicht wird, ab deren Überschreiten das Produkt Quali- tätseinbußen zeigt, die sich negativ auf dessen Verarbeitungs- und/ oder Vermark- tungseigenschaften auswirken können (OWEN u. LAWRIE 1975; WIRTH 1979; HAN- SEN et al. 2004). Da nicht das gesamte verfügbare Wasser des Fleisches und damit das Lebensmittel ab einer Gefrierlagerungstemperatur von -12°C gefroren vorliegt, können oxidative Verderbnisprozesse weiterhin ablaufen und zu Geschmacks-, Ge- ruchs- und Farbveränderungen führen (OWEN u. LAWRIE 1975; HANSEN et al. 2004;
RAHMAN u. VELEZ-RUIZ 2007). Je nach Einfriergeschwindigkeit ist außerdem mit der Ausbildung von intra- oder extrazellulären Eiskristallen in der Muskulatur zu rechnen, die zu unterschiedlich stark ausgeprägten Schäden der Muskelstruktur führen können, sodass das Fleisch nach dem Auftauen erhöhte Flüssigkeitsverluste zeigen könnte (AÑÓN u. CALVELO 1980). Die empfohlene Gefrierlagerungsdauer von Fleisch ist von der Tierart, dem Fettanteil des Fleisches und der Gefrierlagerungstemperatur abhän- gig und wird für Schweinefleisch bei einer Temperatur von -20°C mit einer Dauer von ca. 6 Monaten angegeben (WIRTH 1979).
Nicht immer wird gefrorenes Fleisch direkt an den Verbraucher abgegeben. Auch auf- getautes Fleisch wird regelmäßig angeboten, zum Beispiel hochwertige Produkte wie Schweinefilet, welches zumeist unter Schutzgasatmosphäre verpackt wird. In diesem Fall darf das aufgetaute Fleisch im Vergleich zum ungefrorenen Fleisch keine Quali- tätseinbußen aufweisen. Andererseits ist es wichtig, dass der Verbraucher klar erken- nen kann, dass es sich um gefrorenes/aufgetautes Fleisch handelt, sodass es zu kei- ner Verbrauchertäuschung kommt. Deswegen muss nach der VO (EU) Nr. 1169/2011 derartiges zuvor gefrorenes Fleisch mit dem Hinweis “aufgetaut” gekennzeichnet wer- den. Für den Verkauf von (aufgetautem) Frischfleisch an den Endverbraucher im Ein- zelhandel wird dieses unverpackt, unter Schutzgas oder unter Vakuum angeboten. Die Bezeichnung “frisches Fleisch” gilt nach der VO (EG) Nr. 853/2004 auch für Fleisch (Ausnahme: Geflügelfleisch), welches gefroren ist oder war. Die Schutzgasverpa- ckung oder auch „modified atmosphere packaging" (MAP) ist eine Verpackungsform, bei der beim Verpacken die normale Luft durch spezifische Gasgemische ersetzt wird.
Diese Gasgemische haben beispielsweise beim Verpacken von Fleisch hohe Sauer-
3
stoffgehalte, welche positive Auswirkungen auf das Erscheinungsbild, allerdings ne- gative auf die Fettoxidation des Fleisches haben, und hohe Kohlenstoffdioxidkonzent- rationen, welche maßgeblich die Reduktion des Bakterienwachstums und damit die Verlängerung der Haltbarkeit bedingen (MCMILLIN 2008; MUELA et al. 2015).
Auch hinsichtlich der Eignung von über einen längeren Zeitraum gefroren gelagertem Fleisch für die Herstellung von Fleischerzeugnissen gibt es bisher wenige Untersu- chungen, obwohl die Verwendung dieses Fleisches für die Verarbeitung zum Beispiel bei Importfleisch regelmäßig stattfindet.
Bisher gibt es wenige Studien, die untersuchten, wie sich gefroren gelagertes und auf- getautes Schweinefleisch für eine anschließende Kühllagerung in MAP oder hinsicht- lich der Verarbeitung zu Fleischerzeugnissen eignet. Das Ziel der Studie war es, den Einfluss einer Gefrierlagerung von Schweinefleisch in Abhängigkeit von einer Gefrier- lagerungsdauer von bis zu 48 Wochen und der Lagertemperatur (-18°C, -80°C) auf die Qualitätseigenschaften nach dem Auftauen zu untersuchen. Neben den Auswirkungen der Gefrierlagerung auf die Fleischqualität per se, sollte diese Studie Erkenntnisse darüber bringen, ob das gefroren gelagerte Schweinefleisch nach dem Auftauen in gleichem Maße für eine weitere Kühllagerung in MAP geeignet ist wie ungefrorenes Fleisch, und ob in diesem Zusammenhang auch Qualitätsunterschiede in Abhängigkeit von Gefrierlagerungsdauer und -temperatur bestehen. Des Weiteren sollte untersucht werden, ob das gefroren gelagerte Fleisch nach einer Gefrierlagerung von bis zu 48 Wochen bei -18°C oder -80°C für eine Rohwurstproduktion genutzt werden kann und ob die Produkte sich in Abhängigkeit von der Gefrierlagerungsdauer und -temperatur unterscheiden. Die Ergebnisse der Studie sollen dabei helfen, dem Lebensmittelunter- nehmer eine von der Fleischproduktion zeitlich flexible Nutzung des Schweinefleisches zu ermöglichen.
4 2 Literaturübersicht
2.1 Fleischbildung
Der Begriff der „Fleischbildung“ beschreibt den Prozess der Umwandlung eines tieri- schen Muskels in das Lebensmittel „Fleisch“. Für gute Grundvoraussetzungen muss zunächst die vom Nutztier gewonnene Muskulatur die bestmöglichen Eigenschaften zum Zeitpunkt der Schlachtung besitzen. Um dies zu erreichen, sollten bereits die Ab- läufe vor der Schlachtung möglichst optimal sein. Es muss gewährleistet sein, dass die Tiere einen möglichst stressfreien Transport zum Schlachthof erfahren, bei dem die Verletzungsgefahr so gering wie möglich und eine Temperaturregulierung im Transportraum möglich ist (LAWRIE 2006a). Ein grobes Handling der Tiere unmittelbar vor der Schlachtung ist zu unterlassen, da es die Qualität des Fleisches negativ be- einflussen kann (LAWRIE 2006a). Es ist bekannt, dass Schweine, die unmittelbar vor oder während der Schlachtung eine stressvolle Behandlung mit hohen Adrenalin-Frei- setzungen erfahren, Fleisch mit minderwertiger Qualität entwickeln (HONIKEL u. KIM 1985). Dieses sogenannte PSE-Fleisch (englisch für „pale, soft and exudative“) ist durch seine blassen, weichen und wässrigen Eigenschaften charakterisiert (HONIKEL u. KIM 1985).
Konnte das Tier unter optimalen Bedingungen vor und während der Schlachtung ge- tötet werden, bietet dies die besten Grundvoraussetzungen für eine adäquate Fleisch- bildung.
Post mortem wird der Muskulatur durch Blutentzug die Möglichkeit der aeroben Ener- giegewinnung entzogen, sodass für die Muskelkontraktionen und andere ATP verbrau- chende Prozesse die Glykogenreserven in der Muskulatur nach einer initialen aeroben Phase auf anaerobem Wege verstoffwechselt werden, um ATP zu bilden (FISCHER 1981; DUCLOS et al. 2007). Der anaerobe Abbau des Glykogens findet enzymatisch statt und neben der Energiegewinnung entsteht dabei Milchsäure (FISCHER 1981;
HAMM 1981). Für die Muskelkontraktion und andere Prozesse wird die Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) benötigt (FISCHER 1981; HAMM 1981). Durch die Milchsäurebildung kommt es zu einem pH-Wert-Abfall in der Muskulatur (FISCHER
5
1981; DUCLOS et al. 2007). Das ATP hat die Funktion, die Muskelkontraktion aufzu- lösen, solange genug ATP vorhanden ist, verbleibt die Muskulatur post mortem daher in einem flexiblen und dehnbaren Zustand (FISCHER 1981). Ist das ATP in der Mus- kulatur zu einem späteren Zeitpunkt verbraucht, wird die Muskelkontraktion nicht auf- gelöst und die Aktin- und Myosinfilamente verbleiben in einer festen Verbindung (FI- SCHER 1981; SCHEFFLER u. GERRARD 2007). Es tritt die Totenstarre „Rigor mortis“
ein, die durch einen festen, nicht dehnbaren Muskel charakterisiert ist (SCHEFFLER u. GERRARD 2007). Ab diesem Zeitpunkt kann der Muskel als Fleisch bezeichnet werden (KADIM u. MAHGOUB 2007). Durch einen Abbau der myofibrillären Proteine bei anschließender Lagerung des Fleisches nimmt die Muskelspannung allmählich wieder ab (SCHEFFLER u. GERRARD 2007). Dieser Prozess wird auch als „Reifung“
bezeichnet und muss je nach Tierart über eine unterschiedlich lange Zeit durchgeführt werden, damit das Fleisch einen akzeptablen Zustand von Zartheit erhält (KADIM u.
MAHGOUB 2007).
Unmittelbar post mortem besitzt die Muskulatur einen pH-Wert von ca. 7,0, durch die Milchsäurebildung sinkt der pH-Wert in den ersten 24h nach der Schlachtung auf Werte zwischen 5,5 und 5,8 ab (FISCHER 1981; HUTKINS 2006, S. 210). Bei gene- tisch prädisponierten Schweinen kann das Erleben einer Stresssituation kurz vor der Schlachtung dazu führen, dass es unmittelbar post mortem zu einem sehr schnellen Abbau der Glykogenreserven kommt, der mit einem raschen Anstieg der Milchsäure- konzentration und einem damit verbundenen schnellen pH-Wert-Abfall assoziiert ist (HAMM 1975; SCHWÄGELE 1993). Der pH-Wert erreicht schon in den ersten 45 Mi- nuten post mortem Werte von 5,8 oder niedriger (HONIKEL u. KIM 1985). In diesem Fall entsteht wie oben beschrieben das sogenannte PSE-Fleisch (HAMM 1975; HO- NIKEL u. KIM 1985; SCHWÄGELE 1993). Im Gegensatz dazu kann es vor allem bei Rindern dazu kommen, dass durch Erschöpfung oder lange Nüchterung vor der Schlachtung die Glykogenreserven bereits vor dem Tod verbraucht sind, sodass sie postmortal nicht mehr für eine anaerobe Glykolyse zur Verfügung stehen (HAMM 1975; SCHWÄGELE 1993). In diesem Fall kommt es nur zu einem geringen pH-Wert- Abfall (pH-Wert über 6,2), da keine Milchsäure entsteht und es bildet sich dunkles,
6
trockenes und festes Fleisch, das auch als „dark, firm and dry“ (DFD)-Fleisch bezeich- net wird (HAMM 1975; FISCHER 1981).
2.2 Fleischwirtschaft und Fleischkonsum
Fleisch stellt in Deutschland ein wichtiges Konsum- und Handelsgut dar. Der pro Kopf Verzehr und der pro Kopf Verbrauch an Fleisch und Fleischwaren in Deutschland wa- ren von 1991 bis 2019 nur geringen Schwankungen unterworfen und nahmen insge- samt geringfügig ab (BLE 2020a).
Das Fleisch von Schweinen stellt im Vergleich zu anderen Tierarten seit mehreren Jahrzehnten die Fleischsorte mit den höchsten Verzehrsmengen pro Kopf in Deutsch- land dar (BECKER et al. 2000; BLE 2020a). Obwohl für das Jahr 2019 ebenso wie in den Vorjahren leicht sinkende Produktionsmengen und Verzehrsmengen für Schwei- nefleisch verzeichnet wurden, stellte das Schweinefleisch mit einem Anteil von 60,4%
an der gesamtdeutschen Fleischproduktion den größten Anteil im Vergleich zu ande- ren Nutztierrassen (BLE 2020b, S. 14). In den letzten Jahren konnte zwar weltweit ein starker Anstieg der Geflügelfleischproduktion verzeichnet werden, da der Verzehr von Geflügelfleisch in vielen Ländern, darunter auch Deutschland, immer beliebter wurde (BECKER et al. 2000; PATSIAS et al. 2008; BLE 2020b, S. 15), dennoch ist das Schwein weltweit weiterhin das wichtigste Nutztier der Fleischerzeugung und stellt mit einem Drittel der globalen Fleischerzeugung den größten tierartspezifischen Anteil dar, während an zweiter Stelle das Geflügelfleisch folgt (BLE 2020b, S. 26).
Die globale Nachfrage an Fleischwaren ist kontinuierlich gestiegen und der weltweite Handel bedingt, dass eine lange Haltbarkeit von Fleisch notwendig ist (LEYGONIE et al. 2012a).
2.3 Fleischqualität
2.3.1 Definition „Lebensmittelqualität“
Nicht für jeden Verbraucher ist die Bedeutung des Terminus „Lebensmittelqualität“
gleichbedeutend und eine auf das Verständnis des Verbrauchers abgestimmte Defini-
7
tion ist schwierig umzusetzen, da individuelle Qualitätswahrnehmungen stark vonei- nander abweichen können (STEENKAMP et al., 1986). Schon in den 1970er und 1980er Jahren konnte dargestellt werden, dass sich die individuell vom einzelnen Ver- braucher wahrgenommenen Aspekte der Produktqualität auf die Kaufentscheidung auswirken und diese nicht zwingend mit den objektiv und technisch festgelegten Qua- litätsparametern übereinstimmen (OLSON u. JACOBY 1972; STEENKAMP et al.
1986). LASSEN (1993) stellte fest, dass im Hinblick auf die vom Verbraucher mit dem Terminus „Qualität“ in Verbindung gebrachten Zustände eines Produktes von „quality perception“, also einer individuellen „Qualitätswahrnehmung“ oder einem „Qualitäts- empfinden“ gesprochen werden sollte. Dies soll darstellen, dass der Verbraucher in vielerlei Hinsicht eine eigens geformte und aus wissenschaftlicher Sicht unvollständige Sicht auf den Qualitätsbegriff hat und die Herangehensweise zur Beurteilung der Pro- duktqualität zwischen dem Verbraucher und der objektiven, wissenschaftlichen Ebene Variationen aufweisen kann (LASSEN 1993). Außerdem stellt nicht jeder Qualitätspa- rameter einen Aspekt von gleicher Wichtigkeit dar (OLSON u. JACOBY 1972). Es kann unterschieden werden zwischen intrinsischen und extrinsischen Qualitätsparametern:
Dabei stellen die intrinsischen Parameter Merkmale des Produktes dar, die nicht ohne eine physikalische Veränderung des Produktes beeinflusst werden können, wie bei- spielsweise die Farbe, während extrinsische Faktoren Parameter darstellen, die nicht physischer Bestandteil des Produktes sind, wie zum Beispiel Preis oder Markenname (OLSON u. JACOBY 1972). STEENKAMP et al. (1986) zeigten auf, dass der Verbrau- cher sich verschiedener intrinsischer und extrinsischer Parameter bedienen kann, um einen zum Kaufzeitpunkt nicht bekannten und nicht prüfbaren Parameter des Produk- tes zu beurteilen und aufgrund dessen eine Kaufentscheidung zu treffen. Für verderb- liche Lebensmittel stellen das Aussehen des Produktes (intrinsischer Faktor) und der Gesamteindruck bzw. der Ruf des Geschäftes (extrinsischer Faktor) die wichtigsten Parameter in Hinblick auf die Qualitätsbeurteilung dar (STEENKAMP et al. 1986). Zu berücksichtigen ist außerdem, dass die Entscheidungen des Verbrauchers zusätzlich von der persönlichen Sozialstellung oder von kulturellen Gegebenheiten abhängen können (STEENKAMP et al. 1986; LASSEN 1993), die die Qualitätswahrnehmung an
8
sich beeinflussen können, aber auch eine Kaufentscheidung entgegen des Qualitäts- verständnisses, etwa aus finanziellen Gründen, bewirken können.
2.3.2 Definition und Bedeutung „Fleischqualität“
Der Begriff der Fleischqualität wurde von HOFMANN (1973) als die Summe verschie- denster Einzelfaktoren definiert. Dabei seien sowohl die sensorischen, hygienischen, ernährungsphysiologischen, toxikologischen und verarbeitungstechnologischen Fak- toren des Fleisches zu beurteilen, die in der Summe die Qualität des Fleisches als vielschichtigen Begriff definieren (HOFMANN 1973). Die Eigenschaften bzw. Fakto- ren, die das Fleisch besitzt, müssen charakterisiert und mit etwaigen Erwartungswer- ten bzw. Sollwerten verglichen werden, damit die sogenannte „Fleischqualität“ beurteilt werden kann. Diese Beurteilung soll aus wissenschaftlicher Sicht so objektiv wie mög- lich verlaufen, im Fleischhandel findet sie jedoch hauptsächlich subjektiv durch den individuellen Verbraucher unter Einfluss der Erwartungen und Vorlieben statt (OLSON u. JACOBY 1972; STEENKAMP et al. 1986). Bei der Definition der Erwartungen an die Fleischqualität müssen drei verschiedene Personengruppen berücksichtigt wer- den, die ihrerseits andere Schwerpunkte setzen (PRÄNDL 1973). Der Verbraucher wertet die Eigenschaften des Fleisches höher, die für einen hohen Genusswert stehen, während der Fleischverarbeiter besonderen Wert auf gute Verarbeitungseigenschaf- ten legt (HOFMANN 1973; PRÄNDL 1973). Beide Personengruppen setzen in ihrer Beurteilung voraus, dass keine Mängel vorliegen (PRÄNDL 1973). Der Fleischprodu- zent hingegen legt besonderen Wert darauf, dass generalisierte Qualitätsmängel, wie die PSE-Problematik bei Schweinefleisch, die zu einem größeren Verwurf des Flei- sches führen würden, ausgeschlossen werden können und bewertet davon freies Fleisch als qualitativ hochwertiger, da es für ihn keinen wirtschaftlichen Schaden be- deutet (PRÄNDL 1973). Da es sich bei Fleisch um ein schnell verderbliches Lebens- mittel handelt (FENNEMA 1996; RAHMAN 2007; AMIT et al. 2017), welches einen bestimmten Qualitätszustand unter Umständen nur für kurze Zeit aufrechterhalten kann, ist es zudem wichtig, dass eine objektive Einschätzung des Fleisches auch in Hinblick auf dessen Verzehrssicherheit gewährleistet werden kann. Für eine objektive
9
Beurteilung müssen technisch gemessene Eigenschaften des Fleisches mit den jewei- ligen Sollwerten verglichen werden. Da die verschiedenen Interessengruppen ihrer- seits die Fleischqualität unterschiedlich bewerten und voneinander abweichende Schwerpunkte setzen, ist eine einheitliche Definition des Begriffes „Fleischqualität“
schwierig. HOFMANN (1974) stellte dar, dass eine objektive, wissenschaftliche Defi- nition der Fleischqualität die unterschiedlichen Interessen außer Acht lassen und eine wertfreie und sachliche Beurteilung der Einzelfaktoren gewährleisten muss, die sich an feststehenden Werten orientiert und somit vergleichbar wird.
Die Einzelfaktoren, die für eine Gesamtbeurteilung der Fleischqualität herangezogen werden, können in verschiedene Qualitätskategorien eingeteilt werden, wobei ein Ein- zelfaktor durchaus auch mehreren Qualitätskategorien zugeordnet werden kann (HOFMANN 1973, 1974). Nach HOFMANN (1973) können vier Kategorien unterschie- den werden: sensorische Faktoren, Nährwert-Faktoren sowie hygienische-toxikologi- sche und verarbeitungstechnologische Faktoren. Der sensorischen Kategorie sind vor allem Faktoren zuzuordnen, die in erster Linie durch die menschlichen Sinne wahrge- nommen werden können, wie etwa Farbe/Aussehen, Geruch, Geschmack, Saftigkeit und Zartheit bzw. Textur des Fleisches (HOFMANN, 1973). Der Nährwert kann durch chemische Analyse der Nährstoffzusammensetzung sowie durch eine Beurteilung ih- rer Verwertbarkeit beurteilt werden (HOFMANN 1973, 1974). Für die Berücksichtigung der Produktsicherheit werden in erster Linie Faktoren der hygienisch-toxikologischen Kategorie beurteilt, zu der mikrobiologische Kriterien wie der Gehalt an pathogenen Keimen, die Wasseraktivität aber auch Oxidationsprozesse oder der pH-Wert gezählt werden können (HOFMANN 1973). Im Hinblick auf eine gute Verarbeitungsfähigkeit des Rohstoffes Fleisch treten Faktoren wie die Wasserhaltekapazität bzw. Wasserbin- dungsfähigkeit, der pH-Wert, der Zustand des enthaltenen Fettgewebes und die Kon- sistenz des Fleisches in den Vordergrund (HOFMANN 1973).
10 2.4 Haltbarmachung von Fleisch
2.4.1 Haltbarkeit und Verderb
Mikrobiologische, chemische und physikalische Reaktionen sowie mechanische Ein- wirkungen können zu Veränderungen verschiedener Lebensmitteleigenschaften füh- ren (RAHMAN 2007; AMIT et al. 2017). Bestimmte Eigenschaften werden als Quali- tätsmerkmale verstanden, die im Zuge der beschriebenen Reaktionen einen uner- wünschten Zustand annehmen können, sodass es zu einer verminderten Lebensmit- telqualität kommt (RAHMAN 2007). In diesem Zusammenhang wird von Lebensmittel- verderbnisprozessen gesprochen. Der Verderb von Lebensmitteln führt zu einer Ver- ringerung der Genießbarkeit und der Sicherheit des Produktes für den Verbraucher (AMIT et al. 2017). Von der anfänglichen Gewinnung des Rohstoffes bis hin zum Ver- zehr durch den Verbraucher können jederzeit Verderbnisprozesse auf ein Lebensmit- tel einwirken (GOULD 1996). Der Weg des Lebensmittels durchläuft dabei verschie- dene Stationen von der Rohstoffgewinnung über die Verarbeitung, die Verpackung, den Transport, die Lagerung, die Auslage im Einzelhandel bis hin zur letztendlichen Verwendung durch den Verbraucher und jede dieser Stationen birgt ein eigenes Risiko für Verderbniseinflüsse (GOULD 1996). Wann ein Produkt als verdorben gilt, wird nicht nur in Hinblick auf objektive Messungen festgelegt. Oft findet die Einstufung auf der Grundlage subjektiver Wahrnehmungen der Verbraucher statt, die abhängig von der individuellen Beurteilungsfähigkeit sowie von kulturellen und wirtschaftlichen Hinter- gründen des Einzelnen sind (NYCHAS et al. 2008). Erreicht das Lebensmittel einen Zustand, in dem es als nicht mehr genießbar und ungeeignet für den Verzehr angese- hen wird, hat es das Ende der Haltbarkeit erreicht (RAHMAN 2007). Diese Prozesse sind natürlich und können bei allen Lebensmitteln in einem gewissen Rahmen ablau- fen (AMIT et al. 2017). Die individuelle Anfälligkeit eines Produktes hängt zunächst von dessen Zusammensetzung ab, sodass verschiedene Gruppen in Bezug auf deren Empfindlichkeit unterschieden werden können. Eine Einteilung kann in Bezug auf die Haltbarkeit der Lebensmittel vorgenommen werden. Leicht verderbliche Lebensmittel sind Produkte, die nur für wenige Tage bis hin zu wenigen Wochen haltbar sind, wäh-
11
rend halbverderbliche Lebensmittel bis zu 6 Monate und nicht verderbliche Lebensmit- tel für mehrere Jahre gelagert werden können (AMIT et al. 2017). Fleisch gehört auf- grund des hohen Wassergehaltes zu den leicht verderblichen Lebensmitteln (FENNEMA 1996; RAHMAN 2007; AMIT et al. 2017).
Da der Verderbnisprozess durch unterschiedliche Reaktionen beeinflusst werden kann, können verschiedene Verderbnisformen unterschieden werden. Eine Einteilung unterscheidet in mikrobiologischen, chemischen und physikalischen Verderb (AMIT et al. 2017), welche eine Kategorisierung anhand der Reaktionsformen, die zum Verderb des Fleisches führen, vornimmt. Ebenso ist auch eine Unterscheidung zwischen mik- robiellem Verderb, Lipidoxidation und autolytisch-enzymatischem Verderb möglich (DAVE u. GHALY 2011), diese Einteilung berücksichtigt die genaueren Vorgänge, die zu den jeweiligen Veränderungen im Fleisch führen.
Fleisch stellt ein sehr gutes Medium für das Wachstum von Mikroorganismen dar und ist daher anfällig für mikrobiologischen Befall (LAWRIE 2006b). Auf frischem Fleisch können sowohl diverse pathogene Mikroorganismen, wie auch Verderbniskeime vor- kommen und sich, abhängig von den intrinsischen und extrinsischen Bedingungen, vermehren (CERVENY et al. 2009). Zu den für den Fleischverderb relevanten Mikro- organismen gehören Schimmelpilze, Hefen und Bakterien, wie beispielsweise Pseu- domonas spp., Brochothrix thermosphacta, Enterobacteriaceae oder Laktobazillen (DOULGERAKI et al. 2012; AMIT et al. 2017). Am häufigsten sind psychrotrophe Bak- terien am mikrobiologischen Verderb des Fleisches beteiligt, da diese auch bei Kühl- temperaturen im Kühlschrank überleben und sich sogar vermehren können, während die mesophilen Keime, die das Fleisch nach der Schlachtung zu einem großen Anteil besiedeln, aufgrund der Konkurrenz durch die psychrotrophen Bakterien im Wachstum weitestgehend gehemmt werden, allerdings trotzdem zumeist überleben (CERVENY et al. 2009). Die Mikroorganismen können sowohl durch eine endogene Infektion des noch lebenden Tieres als auch durch exogenen Eintrag während oder nach der Schlachtung in das Fleisch gelangen (LAWRIE 2006b), wobei vor allem die Haut des Tieres oder Sekrete des Verdauungstraktes als Erregerquellen dienen können (DAVE u. GHALY 2011). Die häufigsten Erreger auf gekühltem, rotem Fleisch sind Pseudomo- nas spp., Moraxella spp., Psychrobacter spp., Acinetobacter spp. und psychrotrophe
12
Enterobacteriaceae (CERVENY et al. 2009). Der Befall mit psychrotrophen Bakterien kann dazu führen, dass das Fleisch während der Kühllagerung Fehlgerüche annimmt und es zu Geschmacksveränderungen kommt (VANDERZANT u. OUSLEY 1963). An der Entstehung der sensorischen Abweichungen, in Bezug auf Geruch und Ge- schmack des Fleisches, sind lipolytische und proteolytische Aktivitäten der Bakterien beteiligt (VANDERZANT u. OUSLEY 1963). Dabei entstehen Moleküle, wie etwa Ami- nosäuren oder Fettsäuren, die zu den geruchlichen Abweichungen führen, da diese zu geruchsbildenden Substanzen, wie biogenen Aminen, Lipidperoxiden oder Schwefel- wasserstoff, ab- bzw. umgebaut werden (POONI u. MEAD 1984). Bei geringen Gehal- ten an psychrotrophen Bakterien kann dieser Prozess oft noch nicht wahrgenommen werden, da die Bakterien eher andere Substrate als Lipide oder Proteine, also Kohlen- hydrate, als Energiequelle nutzen und erst nach deren Erschöpfung die anderen Sub- strate abbauen, deren Abbauprozesse dann ggf. zu einer Geruchsabweichung führen (POONI u. MEAD 1984). Andere mikrobielle Verderbniserscheinungen können ober- flächliche Verfärbungen der Muskulatur durch eine Zerstörung der Farbpigmente, eine Zersetzung des Fettgewebes und oberflächliche Schleimbildung sein (LAWRIE 2006b).
Physikalische Verderbnisprozesse stehen meist im Zusammenhang mit dem Feuch- tigkeitsgehalt eines Lebensmittels, einer Veränderung des Aggregatzustandes, dem Einfluss von Temperatur, einer Kristallisation und dem Kristallwachstum (RAHMAN 2007; AMIT et al. 2017). Problematisch kann die Einwirkung niedriger Temperaturen auf Produkte mit hohem Flüssigkeitsgehalt sein, da es bei Erreichen des Gefrierpunk- tes von Wasser zu einem Aggregatwechsel des Wassers von flüssig zu fest kommt, wodurch Eiskristalle entstehen, die zu Zellschäden führen können (AMIT et al. 2017).
Gefrierbrand stellt einen physikalischen Schaden eines Gefriergutes dar, bei dem es sich um eine Austrocknung der Oberfläche während der Gefrierlagerung handelt (KA- ESS u. WEIDEMANN 1967), wodurch eine Qualitätsminderung des Produkts erzielt wird. Durch physikalische Lichteinwirkung kann darüber hinaus eine chemische Bräu- nungsreaktion katalysiert werden, die ebenfalls zu starken Qualitätseinschränkungen führt (RAHMAN 2007).
13
Chemische Verderbnisprozesse können im Zusammenhang mit Oxidationsprozessen, Proteolyse und Änderungen des pH-Wertes auftreten, aber auch autolytisch-enzyma- tische Prozesse, die zu Fäulnis führen, können den chemischen Reaktionen zugeord- net werden (AMIT et al. 2017). Chemische Reaktionen führen meist zu Farb- und Ge- schmacksveränderungen (RAHMAN 2007). Viele chemische Verderbnisprozesse sind eng mit mikrobiologischen Vorgängen verknüpft (AMIT et al. 2017). Die Oxidation von ungesättigten Fettsäuren findet bei ausreichendem Sauerstoffgehalt während der La- gerung eines Lebensmittels statt und führt zur Ausbildung der Ranzigkeit (RAHMAN 2007). Die Lipidoxidation stellt eine der wichtigsten Verderbnisreaktionen dar, da sie vor allem bei Fleischerzeugnissen als primärer Mechanismus der Qualitätsminderung gewertet werden kann (GRAY et al. 1996). Neben den sensorischen Geruchs- und Geschmacksveränderungen durch die Lipidoxidation wird aufgrund der Veränderung des oxidativen Status eine enge Korrelation mit den oxidativen Veränderungen ande- rer Moleküle diskutiert, die durch Radikale aus der Lipidoxidation gefördert werden.
Hierzu zählen zum Beispiel die Myoglobin-Moleküle, die die Fleischfarbe beeinflussen, allerdings sehr durch oxidative Prozesse verändert werden, wodurch Farbveränderun- gen des Fleisches bedingt sein können (GRAY et al. 1996, RAHMAN 2007). Darüber hinaus führen die freien Radikale auch zu Veränderungen von Vitaminen oder Protei- nen (RAHMAN 2007).
2.4.2 verschiedene Haltbarmachungsverfahren
Haltbarmachungsverfahren, oder auch Konservierungsmethoden, werden genutzt, um Lebensmittel möglichst lange genießbar zu halten und eine Vorratsbildung zu ermög- lichen. Es ist das Ziel, die ursprüngliche Qualität des Lebensmittels über einen mög- lichst langen Zeitraum zu erhalten und damit auch die Sicherheit des Produktes für den Verbraucher zu gewährleisten (GOULD 1996). Gerade bei leicht verderblichen Lebensmitteln wie Fleisch gibt es dahingehend einige Aspekte zu berücksichtigen. Um das Ziel zu erreichen, müssen die Verderbnisprozesse so lange wie möglich unter- drückt oder verhindert werden (GOULD 1996; DAVE u. GHALY 2011). Für jedes Pro- dukt muss individuell das beste Konservierungskonzept erarbeitet werden. Daher ist es notwendig, die wichtigen Qualitätsparameter zu identifizieren, um sicherzustellen,
14
dass diese durch die Wahl des Haltbarmachungsverfahrens möglichst erhalten blei- ben, immer abhängig davon, wie bzw. in welcher Form das Lebensmittel vermarktet oder verarbeitet werden soll (RAHMAN 2007). Jedes Haltbarmachungsverfahren kann Vor- und Nachteile mit sich bringen und nicht immer ist eine Methode allein ausrei- chend, um die bestmögliche Qualitätserhaltung zu erzielen, auch im Hinblick auf eine möglichst geringe Reduktion der Qualitätseigenschaften und die Form der Vermark- tung. Aus diesem Grund wurde das sogenannte Hürdenprinzip etabliert, bei dem meh- rere Haltbarmachungsverfahren miteinander zu einem mehrstufigen Konservierungs- konzept kombiniert werden und jedes Verfahren eine „Hürde“ darstellt, die somit viel spezifischer auf die einzelnen zu erhaltenden Parameter abgestimmt werden können (LEISTNER u. GORRIS 1995).
Die Haltbarmachungsverfahren besitzen unterschiedliche Wirkungsweisen und bilden dadurch verschiedene Funktionskreise im Hinblick auf die Vermeidung von Verderb- nisprozessen ab, deren Einteilung grob in drei Kategorien vorzunehmen ist (GOULD 1996). Die erste Kategorie beinhaltet Haltbarmachungsverfahren, die zu einer Hem- mung oder Verhinderung mikrobiellen Wachstums und chemischer Reaktionen führen (GOULD 1996; RAHMAN 2007). Die zweite Kategorie beschreibt Verfahren, die eine direkte Inaktivierung von Mikroorganismen erzielen können, während die dritte Kate- gorie darauf abzielt, den Kontakt des Lebensmittels mit schädlichen Mikroorganismen im Laufe der Lebensmittelkette zu verringern (GOULD 1996). Die folgende Tabelle zeigt eine Zuordnung verschiedener Haltbarmachungsverfahren in die Kategorien:
15
Tabelle 1: Verschiedene Haltbarmachungsverfahren eingeteilt in Kategorien modifiziert nach Angaben von GOULD (1996) und RAHMAN (2007)
Kategorie 1 Kategorie 2 Kategorie 3
Hemmung chemischer Reaktionen und
mikrobiellen Wachstums
Direkte Inaktivierung von
Mikroorganismen Reduzierung einer Kontaminationsgefahr Lagerung bei tiefen
Temperaturen: Kühlen und Gefrieren
Anwendung von hohen Temperaturen: Kochen, Pasteurisierung und Sterilisation
Aseptische
Verarbeitungsprozesse
Reduzierung der
Wasseraktivität: Trocknen, Salzen
Anwendung von Strahlung Lebensmittel- verpackungen Pökeln
Kontrolle der
Sauerstoffverfügbarkeit:
Vakuumverpackung;
„Modified atmosphere packaging“
Anwendung von Druck
pH-Wert-Veränderung:
Ansäuerung Fermentation Hinzufügen von antioxidativen oder konservierenden Substanzen
2.4.3 Historische Aspekte des Gefrierens
Das Herabsetzen der Temperatur von Lebensmitteln, um diese über längere Zeit- räume haltbar zu machen, ist nicht erst in der heutigen Zeit populär geworden. Schon in der frühesten Menschheitsgeschichte, im Paläolithikum und Neolithikum, sollen die Menschen Schnee und Eis für die Kühlung ihrer Vorräte verwendet haben (EVANS 2008). In den wärmeren Jahreszeiten dienten dazu kühle Höhlen als Schutz vor den warmen Außentemperaturen und boten den Vorräten Schutz (LAWRIE 2006c). Im 19.
Jahrhundert wurden Keller für die Vorratslagerung genutzt, die zusätzlich mit Eis, das von den Oberflächen der Seen gewonnen wurde, gekühlt werden konnten (LEIGHTON u. DOUGLAS 1910, zitiert nach LAWRIE 2006c; BEM u. HECHELMANN 1994;
16
EVANS 2008). Die Konservierung des Eises in extra dafür gebauten Eishäusern war teuer und nur den privilegierteren Menschen vorbehalten (EVANS 2008). Die For- schung in der Kühltechnologie für Lebensmittel wurde stetig vorangetrieben, sodass bereits 1865 das erste mit Sole betriebene Kühlhaus in New York errichtet werden konnte, dem einige Jahre später die Einführung von Ammoniak als Kältemittel und die Entwicklung des ersten Plattenfrosters folgten (EVANS 2008). Zu Beginn des 20. Jahr- hunderts trat die Forschung des Amerikaners Clarence Birdseye in Erscheinung, der als Begründer der Tiefkühlkost gilt (EVANS 2008; DEUTSCHES TIEFKÜHLINSTITUT 2021). Er entwickelte die erste Schockgefrieranlage, mit der auch ganze Fische, Fleisch, Gemüse und Obst in kürzester Zeit gefroren werden konnten (DEUTSCHES TIEFKÜHLINSTITUT 2021) und war damit der erste Forscher, der Lebensmittel nicht langsam, sondern möglichst schnell eingefroren hat (EVANS 2008). Im Jahr 1930 ka- men die ersten tiefgekühlten Waren in den amerikanischen Einzelhandel, während etwa 25 Jahre später auch in Deutschland die ersten Tiefkühlwaren erhältlich waren (DEUTSCHES TIEFKÜHLINSTITUT 2021). Birdeyes Forschungsergebnisse brachten hervor, dass eine Lagerung von Lebensmitteln bei 0° Fahrenheit, was -18°C entspricht, die beste Qualitätserhaltung gewährleistete, was bis heute als Forschungsgrundlage dient (DEUTSCHES TIEFKÜHLINSTITUT 2021). Durch die Entwicklung kostengüns- tiger Kühlgeräte in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde die Kühltechnologie für alle Haushalte erschwinglich und der Handel mit Tiefkühlwaren stieg rasant an (EVANS 2008).
2.4.4 Gefrieren von Fleisch
Das Gefrieren von Fleisch ist ein sehr häufig angewendetes und effektives Haltbarma- chungsverfahren. Durch die Absenkung der Temperatur im Fleisch können Reaktio- nen, die üblicherweise schnell zu Verderbniserscheinungen führen würden, verlang- samt oder sogar gestoppt werden (HEINZ 1977). Obwohl das Gefrieren von Fleisch ein sehr altes und zuverlässiges Konservierungsverfahren darstellt, kann es durch un- terschiedliche Faktoren zu Beeinflussungen der Produktqualität kommen (WIRTH 1979). Es können unterschiedliche Gefriersysteme unterschieden werden. Luftgefrier- systeme werden aufgrund ihrer einfachen Anwendbarkeit und der hohen Hygiene am
17
häufigsten für das Gefrieren von Fleisch eingesetzt (JAMES 2008). Kontaktgefriersys- teme, wie zum Beispiel Plattenfroster, führen die Wärme über direkten Kontakt zu dem zu gefrierenden Produkt ab und kryogene Gefrierverfahren nutzen Kältemittel wie flüs- sigen Stickstoff oder festes Kohlenstoffdioxid zum Einfrieren (JAMES 2008). Der Un- terschied des Gefrierens zum bloßen Kühlen des Fleisches liegt in der Veränderung des Aggregatzustandes des Wassers im Fleisch von flüssig zu fest, sodass es beim Gefrieren zu einer Bildung von Eiskristallen kommt (NESVADBA 2008). Die Eiskristall- bildung hängt von der Geschwindigkeit des Einfrierprozesses ab (AÑÓN u. CALVELO 1980). AÑÓN und CALVELO (1980) stellten fest, dass die Eiskristallbildung bei sehr schnellen Gefrierzeiten intrazellulär stattfindet, während bei längeren Gefrierzeiten die Eiskristalle extrazellulär gebildet werden. Durch die Eiskristallbildung wird dem Fleisch ein bestimmter Anteil flüssigen Wassers entzogen, dieses steht für diverse Reaktionen nicht mehr zur Verfügung, wodurch es im verbleibenden flüssigen Anteil zu einer Kon- zentration der gelösten Stoffe kommt, die Wasseraktivität im gefrorenen Produkt sinkt und ein Effekt der Konservierung wird erzielt (AÑÓN u. CALVELO 1980; NESVADBA 2008). Die Aufkonzentrierung der nicht-wässrigen Bestandteile führt allerdings zu phy- sikochemischen Veränderungen in der verbleibenden flüssigen Phase des Wassers, wodurch es auch zu einem gegenteiligen Effekt und einer Beschleunigung einiger Re- aktionen kommen kann (FENNEMA 1996; RAHMAN u. VELEZ-RUIZ 2007). Durch den Auftauprozess wird das Wasser aus den Eiskristallen wieder freigesetzt und kann wie- derum mit den Muskelproteinen interagieren (AÑÓN u. CALVELO 1980). Eine Voraus- setzung dafür ist, dass die Muskelzellen nicht zerstört wurden, da eine beschädigte Muskelstruktur das Wasser nicht resorbieren kann und es zu einem Verlust des Was- sers aus dem Fleisch kommt (AÑÓN u. CALVELO 1980). Verletzungen der Muskel- zellen können durch die Eiskristallbildung verursacht werden, da gefrorenes Wasser ein größeres spezifisches Volumen als flüssiges Wasser besitzt und die Eiskristalle somit mehr Raum einnehmen (FENNEMA 1996; NESVADBA 2008). Die häufig zu be- obachtenden Wasserverluste bei aufgetautem Fleisch können auch mit einer Denatu- rierung myofibrillärer Proteine während der Gefrierlagerung zusammenhängen, die ebenfalls eine Schädigung der Muskelzellen hervorrufen, sodass das Wasserbin- dungsvermögen des Fleisches sinkt (RAHMAN u. VELEZ-RUIZ 2007).
18
Es ist bekannt, dass das mikrobielle Wachstum durch Erreichen von Gefriertempera- turen gehemmt werden kann (HEINZ 1977; RAHMAN u. VELEZ-RUIZ 2007), was zu einer Verlängerung der Haltbarkeit führt. Dabei ist zu beachten, dass nicht alle Mikro- organismen auf gleiche Weise kälteempfindlich sind. Pathogene, gesundheitsgefähr- dende Bakterien zeigen bei Temperaturen unter 5°C oft kein bis vereinzelt geringgra- diges Wachstum, sodass gefrorenes Fleisch keine Gefahr für Lebensmittelintoxikatio- nen darstellt (WIRTH 1979). Einige Verderbniserreger zeigen hingegen bei Tempera- turen unterhalb von 0°C noch Wachstum, sodass der mikrobielle Verderb mit Erreichen des Gefrierpunktes nicht sofort sistiert (WIRTH 1979). Ab einer Temperatur von -12°C findet allerdings kein mikrobielles Wachstum der Verderbniserreger mehr statt, sodass ab dieser Temperatur der mikrobielle Verderb aufgehalten wird (WIRTH 1979;
RAHMAN u. VELEZ-RUIZ 2007). Auch chemische Reaktionen wie Proteolyse oder Lipolyse durch fleischeigene Enzyme oder Oxidationsvorgänge finden bei Gefriertem- peraturen im Vergleich zu Raum- oder Kühltemperaturen in einem verringerten Aus- maß statt (HEINZ 1977; NESVADBA 2008). Im Gegensatz zum mikrobiologischen Wachstum, werden die enzymatischen Reaktionen bei Temperaturen von -12°C je- doch nicht vollständig unterdrückt, was sowohl für fleischeigene Enzyme, als auch für Enzyme gilt, die durch pathogene Erreger vor Erreichen des Gefrierpunktes gebildet wurden (WIRTH 1979; RAHMAN u. VELEZ-RUIZ 2007). Zusätzlich kommt es zu einer Ansammlung oxidationskatalysierender Stoffe in der verbleibenden flüssigen Phase des gefrorenen Fleisches, die zu Lipidoxidationen führen können (RAHMAN u. VELEZ- RUIZ 2007). Es kann zu Abweichungen in Geruch und Geschmack des Fleisches kom- men, die als ranzig wahrgenommen werden (HANSEN et al. 2004). Um diese Verän- derungen des Fleisches während der Gefrierlagerung zu umgehen, wird eine Lager- temperatur von -40°C empfohlen, da ab dieser Temperatur lediglich der in der Musku- latur gebundene Wasseranteil flüssig zu bleiben scheint (FENNEMA 1996; LEYGONIE et al. 2012a).
Das Lebensmittelrecht wird sowohl auf europäischer Ebene als auch national geregelt.
Die allgemeinen Grundsätze und Anforderungen des europäischen Lebensmittel- rechts sind in der Verordnung (VO) (EG) Nr. 178/2002 geregelt. In der VO (EG) Nr.
19
853/2004 werden die spezifischen Hygienevorschriften für Lebensmittel tierischen Ur- sprungs geregelt, die vom Lebensmittelunternehmer einzuhalten sind, während sie nicht für die Lagerung, Verarbeitung und Handhabung im privaten Haushalt gelten. In Anhang 1, unter den Begriffsbestimmungen, Punkt 1.10. der VO (EG) Nr. 853/2004 wird „frisches Fleisch“ als Fleisch definiert, das zur Haltbarmachung nur gekühlt, ge- froren oder schnellgefroren wurde, einschließlich Fleisch, das vakuumverpackt oder in kontrollierter Atmosphäre umhüllt gelagert wurde. Somit wird gefrorenes Fleisch als
„frisches Fleisch“ angesehen. In der VO (EU) Nr. 1169/2011, die auch als Lebensmit- telinformationsverordnung bezeichnet wird, sind in Anhang III Lebensmittel aufgeführt, die einer zusätzlichen Kennzeichnung bedürfen. Darunter fallen unter Punkt 6.1 auch eingefrorenes Fleisch, eingefrorene Fleischzubereitungen und eingefrorene unverar- beitete Fischereierzeugnisse, für die das Datum des Einfrierens zwingend als Informa- tion angegeben werden muss, bei mehrmaligem Einfrieren und Auftauen, muss das erstmalige Einfrierdatum angegeben werden. Auch die nationale Verordnung über tief- gefrorene Lebensmittel (TLMV) gibt in §1 Abs. 1, Nr. 2 an, dass tiefgefrorene Lebens- mittel mit einem Hinweis auf ihren gefrorenen Zustand versehen werden müssen, be- vor sie in den Verkehr gebracht werden. Die Bezeichnung eines Lebensmittels, wel- ches tiefgefroren wurde und im aufgetauten Zustand verkauft werden soll, muss um den Hinweis „aufgetaut“ ergänzt werden, damit der Verbraucher nicht irre geführt wird (VO (EU) Nr. 1169/2011, Anhang VI, Teil A, Punkt 2.). Fleisch, das eingefroren werden soll, muss unverzüglich, ohne ungerechtfertigte Verzögerung dem Einfrierprozess zu- geführt werden, wobei vor dem Einfrieren eine eventuelle Reifungszeit des Fleisches berücksichtigt werden darf (VO (EG) Nr. 853/2004, Kapitel VII, Nr. 4.). Die nationale TLMV definiert tiefgefrorene Lebensmittel in §1 Abs. 1, Nr. 1 als Lebensmittel, die ei- nem geeigneten Gefrierprozess unterzogen worden sind und deren Temperatur an jedem Punkt des Lebensmittels mindestens -18°C beträgt. Die Temperatur von -18°C muss bis zu dem Zeitpunkt der Abgabe an den Verbraucher an jeder Stelle des Pro- duktes aufrechterhalten werden (TLMV §2 Abs. 4). In §2 Abs. 2 der TLMV ist festge- legt, dass zum Tiefgefrieren von Lebensmitteln keine anderen Gefriermittel als Luft, Stickstoff und Kohlenstoffdioxid mit dem Lebensmittel in Kontakt treten dürfen.
20 2.5 Modified atmosphere packaging (MAP)
Eine Lebensmittelverpackung wird heutzutage nicht mehr nur als bloße Umhüllung des Produktes angesehen, sie gewinnt immer mehr an Bedeutung, da sie im Hinblick auf die Aufrechterhaltung einer guten Produktqualität und das Erzielen einer verlängerten Haltbarkeit positive Auswirkungen hat (ZAKRYS et al. 2009). Für die Verpackung von Fleisch werden in der Regel Kunststoffmaterialien verwendet, die eine Produktbegut- achtung vor dem Kauf durch den Verbraucher zulassen (RENERRE u. LABADIE 1993). Der Verbraucher berücksichtigt in diesem Zusammenhang das Aussehen und die Farbe des Fleisches als wichtigstes Kriterium für seine Kaufentscheidung (REN- ERRE u. LABADIE 1993), da er diese Aspekte durch die Verpackung hindurch beur- teilen kann. Zwei Aspekte spielen eine vorrangige Rolle im Hinblick auf die begrenzte Lagerfähigkeit von Fleisch, zum einen eine Farbveränderung mit fortschreitender La- gerdauer von einer kirschroten hin zu einer bräunlichen Farbe, die zu einer verringer- ten Verbraucherakzeptanz führen kann und zum anderen das mikrobielle Wachstum, welches den wichtigsten Faktor für eine verkürzte Haltbarkeit von Fleisch darstellt (THODEN VAN VELZEN u. LINNEMANN 2008). „Modified atmosphere packaging“, kurz “MAP”, wird hierzulande auch als „Verpackung unter Schutzgasatmosphäre“ be- zeichnet. Es beschreibt eine Verpackungsform für Lebensmittel, bei der das, das Le- bensmittel umgebende Gasgemisch nach den speziellen Produktbedürfnissen ausge- tauscht und modifiziert wird (MCMILLIN 2008). Nachdem das Gasgemisch in der Ver- packung ausgetauscht wurde, muss diese mit gasundurchlässigen Folien verschweißt werden, um einen Gasaustausch mit der Umgebungsluft weitestgehend zu verhindern (GORRIS u. PEPPELENBOS 2007; MCMILLIN 2008). Etwa die Hälfte aller Frisch- fleisch-Verpackungen im Handel sind Schutzgasverpackungen (THODEN VAN VEL- ZEN u. LINNEMANN 2008). Am häufigsten werden Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff in verschiedenen Zusammensetzungen für die Schutzgasatmosphäre ver- wendet (RENERRE u. LABADIE 1993; ZAKRYS et al. 2009). Enthält das Schutzgas mehr als 50% Sauerstoff, kann die typische rote Farbe des Oxymyoglobins während der Lagerung für längere Zeit aufrechterhalten werden, was das Produkt dadurch at- traktiver für den Verbraucher macht (RENERRE 1990), sodass hohe Sauerstoffgeh- alte für eine stabile Farberscheinung des Fleisches verantwortlich sind (RENERRE u.
21
LABADIE 1993). Hohe Sauerstoffgehalte in der Atmosphäre können aber auch zu ei- ner höheren Lipidoxidation des Fleisches führen und das Wachstum der aeroben Mik- roorganismen fördern, was die Haltbarkeit des Fleisches wiederum verringern kann (RENERRE 1990; O’GRADY et al. 1998). CLARK u. LENTZ (1972) stellten fest, dass eine Kohlenstoffdioxidkonzentration von 15% in der Atmosphäre der Fleischverpa- ckung das mikrobielle Wachstum soweit hemmte, dass die Haltbarkeit von Rindfleisch merklich verlängert werden konnte, es dabei aber zu einem negativen Effekt auf die Fleischfarbe kam. Um die positiven Effekte beider Gase zu nutzen, wurden kombi- nierte Zusammensetzungen etabliert, die einerseits eine hohe mikrobielle Sicherheit und andererseits eine stabile Farberscheinung des Fleisches gewährleisten können (EILERT 2005). Die weltweit am häufigsten eingesetzte Gaskombination besteht typi- scherweise aus 80% Sauerstoff und 20% Kohlenstoffdioxid (EILERT 2005; BELCHER 2006), wobei auch häufig eine Gaszusammensetzung mit 60% bis 70% Sauerstoff und 25% bis 35% Kohlenstoffdioxid für die Verpackung von Schweinefleisch genutzt wird (THODEN VAN VELZEN u. LINNEMANN 2008). Gase, die vor, nach oder gleichzeitig mit dem Lebensmittel in ein Behältnis abgefüllt werden, werden als „Packgase“ be- zeichnet und gelten als Lebensmittelzusatzstoffe (VO (EG) Nr. 1333/2008, Anhang I, Punkt 20.). In der VO (EG) Nr. 1333/2008, Anhang II, Teil B, Punkt 3 werden Kohlen- dioxid (E 290) und Sauerstoff (E 948) als Zusatzstoffe ohne Höchstmenge definiert.
Das bedeutet, dass Fleisch bei einer Verpackung in MAP mit Zusatzstoffen in Berüh- rung kommt. Gemäß der VO (EU) Nr. 1169/2011, Anhang III, Punkt 1.1. muss die Kennzeichnung von Lebensmitteln, deren Haltbarkeit unter Einsatz von Packgasen verlängert wurde, die zusätzliche Angabe „unter Schutzatmosphäre verpackt“ enthal- ten, was somit auch für Fleisch in MAP gilt.
22 2.6 Rohwurst
2.6.1 Definition „Rohwurst“ und ihre Herstellung
Gemäß der VO (EG) Nr. 853/2004 Anhang 1, Absatz 7.1 werden „Fleischerzeugnisse“
als verarbeitete Erzeugnisse bezeichnet, die aus der Verarbeitung von Fleisch ent- standen sind und bei einem Schnitt durch den Kern auf der Anschnittfläche keine Merk- male von frischem Fleisch mehr erkennen lassen. Wurstwaren sind bestimmte Flei- scherzeugnisse, die sowohl aus zerkleinertem Fleisch als auch aus einem Anteil Fett- gewebe hergestellt werden, welches vermengt und anschließend in der Regel in Hül- len oder Behältnisse abgefüllt wird (Leitsätze für Fleisch und Fleischerzeugnisse, Ab- schnitt I, Punkt 2.2). Bei „Rohwurst“, handelt es sich um ein Fleischerzeugnis, herge- stellt aus rohen Ausgangsmaterialien, das in einer Vielzahl der Fälle vom Verbraucher roh verzehrt wird (Leitsätze für Fleisch und Fleischerzeugnisse, Abschnitt I, Punkt 2.21). Unterschieden werden können streichfähige, sowie nach einer zusätzlichen Rei- feperiode durch Abtrocknungsvorgänge schnittfest gewordene Rohwürste (Leitsätze für Fleisch und Fleischerzeugnisse, Abschnitt I, Punkt 2.21). Bei den schnittfesten Rohwürsten tritt während der Reifeperiode Muskeleiweiß an die Oberfläche und ver- bindet die Fleisch- und Fettgewebeteilchen miteinander, sodass ein festes Produkt entsteht (Leitsätze für Fleisch und Fleischerzeugnisse, Abschnitt II, Punkt 2.211). Roh- würste werden in der Regel einer Umrötung unterzogen, d.h. sie werden mit Nitrit oder Nitrat behandelt, luftgetrocknet oder geräuchert und erhalten durch ihre Herstellung einen Zustand, in dem sie ungekühlt bei über 10°C lagerfähig sind (Leitsätze für Fleisch und Fleischerzeugnisse, Abschnitt I Punkt 2.21).
Die Herstellung der Rohwurst zielt darauf ab, durch die Kombination verschiedener Haltbarmachungsverfahren ein sicheres und haltbares Produkt zu erlangen. Das als Rohstoff dienende frische Fleisch ist aufgrund seines hohen aw-Wertes und des pH- Wertes besonders anfällig für Verderbnisvorgänge und mikrobiologisches Wachstum (WIRTH et al., 1975). Das mikrobiologische Wachstum kann durch technologische Verfahren beeinflusst werden, die als Hürden fungieren und die Verderbnisprozesse in einem gewissen Maße aufhalten können (LEISTNER u. GORRIS 1995; JOSUPEIT
23
2006). Während der Rohwurstherstellung laufen verschiedene physikalische, chemi- sche und mikrobiologische Reaktionen ab, die aw-Wert- und pH-Wert-reduzierende Ef- fekte erzielen, welche unter anderem im Zusammenhang mit dem Zusatz von Zucker, Pökelstoffen und Starterkulturen sowie einer Kontrolle der Temperatur und relativen Luftfeuchtigkeit während einer anschließenden Reifung stehen (WIRTH et al. 1975;
KLETTNER u. RÖDEL 1978; JOSUPEIT 2006).
2.6.2 Temperatur und Luftfeuchtigkeit
Bei der Herstellung der Rohwurst wird zerkleinertes Fleisch mit zerkleinertem Fettge- webe in einem Kutter vermengt. Unter Hinzugabe von Zucker, Nitritpökelsalz, Gewür- zen und Starterkulturen entsteht die Rohwurstmasse. Die Rohwurstmasse wird an- schließend in der Regel in Wursthüllen abgefüllt und danach bei einer schnittfesten Rohwurst einer Reifung unterzogen, die üblicherweise in Reifekammern stattfindet, in denen Temperatur und Luftfeuchtigkeit gesteuert werden können. Das Ziel der Reifung ist es, aus den leicht verderblichen, frischen Rohstoffen ein sicheres, haltbares Produkt herzustellen. Zu Beginn der Reifung sollte die Temperatur nicht über 26°C betragen, da bei höheren Temperaturen das Risiko des mikrobiellen Wachstums erhöht sein könnte, im weiteren Verlauf wird sie kontinuierlich auf ca. 15°C verringert (KLETTNER u. RÖDEL 1978). Die Höhe der Wasseraktivität eines Lebensmittels beeinflusst die Geschwindigkeit von enzymkatalysierten Reaktionen sowie die Anfälligkeit für mikro- biologisches Wachstum (FENNEMA 1996). Bei Lebensmitteln mit geringen bis mittle- ren aw-Werten von 0,75 bis 0,85 laufen die meisten Reaktionen nur noch mit verrin- gerter Geschwindigkeit ab (FENNEMA 1996). Frisches Fleisch besitzt einen sehr ho- hen aw-Wert von ca. 0,95 bis 1,00 (KLETTNER u. RÖDEL 1978; FENNEMA 1996).
Eine Reduzierung des aw-Wertes im Verlauf der Reifung kann durch eine Verringerung der umgebenden relativen Luftfeuchtigkeit erzielt werden (KLETTNER u. RÖDEL 1978). Der Wasserentzug aus der Rohwurst kann dabei nur ablaufen, wenn ein Parti- aldampfdruckgefälle zwischen der Produktfeuchtigkeit und der relativen Luftfeuchtig- keit in der Reifekammer besteht, sodass die einzustellende relative Luftfeuchtigkeit an den aw-Wert der Rohstoffe angepasst sein muss (WIRTH et al. 1975; KLETTNER u.
RÖDEL 1978). Eine darauffolgende Abgabe des Wassers in Form von Wasserdampf
24
an der Oberfläche der Rohwurst führt zu einer Abtrocknung des Produktes mit Verrin- gerung der Wasseraktivität, wobei für eine gleichmäßige Abtrocknung auch die gere- gelte Luftbewegung wichtig ist (WIRTH et al. 1975).
2.6.3 Starterkulturen
Als Starterkulturen werden bestimmte Mikroorganismen bezeichnet, die für die Fer- mentation von Lebensmitteln eingesetzt werden (FOERST u. SANTIVARANGKNA 2015). Sie besitzen bestimmte Eigenschaften, die dazu führen, dass im Laufe des Fer- mentationsprozesses ein sicheres Lebensmittel entsteht (FOERST u. SANTIVARAN- GKNA 2015). Milchsäure-produzierende Bakterien, wie Laktobazillen und Pediokok- ken (HAMMES et al. 1990; HAMMES u. HERTEL 1998), stellen die am häufigsten genutzten Mikroorganismen im Fermentationsprozess dar (HUTKINS 2006, S. 74).
Milchsäurebakterien verstoffwechseln Kohlenhydrate, zum Beispiel in Form von Zu- cker, und bilden dabei Milchsäure (FLAHAUT u. DE VOS 2015; LARANJO et al. 2019).
Die Milchsäure sammelt sich in der Rohmasse des Produktes an und führt zu einer Ansäuerung mit daraus resultierendem Abfall des pH-Wertes (PÉREZ-ALVAREZ et al.
1999). Durch den Einsatz von Starterkulturen kann der pH-Wert-Abfall in Rohwürsten während der Reifeperiode beschleunigt werden und zu einem insgesamt niedrigeren End-pH-Wert führen (KLETTNER u. RÖDEL 1978), was auf die beschriebene Reak- tion der Milchsäurebakterien zurückzuführen ist. Die Milchsäurebakterien tragen durch die pH-Wert-Absenkung zu einer Hemmung des Wachstums der pathogenen Mikroor- ganismen bei und konkurrieren gleichzeitig mit der Begleitflora um die Nährstoffe im Produkt, was auch dadurch bedingt ist, dass sich die Starterkulturbakterien bei den pH-Werten in der Rohwurst besser vermehren können als andere Mikroorganismen in dem Produkt, sodass es dadurch zu einer Verminderung der unerwünschten Keimflora kommen kann (WIRTH et al. 1975; WANG et al. 2013; LARANJO et al. 2019). Zusätz- lich tragen die Milchsäurebakterien zur Bildung des Aromas bei (LEROY et al. 2006;
WANG et al. 2013). Eine weitere wichtige Gruppe der Starterkulturen wird von den Staphylokokken gebildet. Die koagulase-negativen Staphylokokken spielen eine große Rolle im Ablauf des Umrötungsprozesses, da sie Nitratreduktasen bilden (LARANJO
25
et al. 2017; LARANJO et al. 2019). Des Weiteren kann ihr Einsatz zu einer Verringe- rung der Oxidationsprozesse im Produkt führen, da durch die von den Staphylokokken gebildete Katalase eine größere Oxidationsstabilität im Produkt bedingt ist (LARANJO et al. 2017).
2.6.4 Pökeln/Umrötung
Nitrit- und Nitratsalze können für das Pökeln eines Fleischerzeugnisses verwendet werden (HONIKEL 2008). Durch das Hinzufügen eines Pökelsalzes in die Rohwurst- masse während des Herstellungsprozesses, wird eine stabilere Farbe des Endproduk- tes hervorgerufen und die Haltbarkeit verbessert (WIRTH 1986). Das Nitrit wird zu Stickoxid (NO) reduziert, welches an das zweiwertige Eisenatom des Myoglobinmole- küls bindet, wodurch Nitrosomyoglobin (NO-Myoglobin) gebildet wird (POTTHAST 1987; HONIKEL 2008). Diese Reaktion führt dazu, dass die Farbe des Fleisches von der purpurroten Farbe des Myoglobins zu einer leuchtend roten Farbe des NO-Myo- globins wechselt (POTTHAST 1987). Die durch das Pökeln erzeugte Farbe wird als stabil bezeichnet, da die Farbe im Gegensatz zum ungepökelten Fleisch durch Erhit- zung nicht beeinflusst wird, die gepökelte Ware somit auch nach dem Erhitzen eine rote Farbe aufweist, während nicht gepökelte Produkte gräulich-braun werden (POTT- HAST 1987; HONIKEL 2008). Dieses Phänomen steht in Verbindung mit der Oxidation des Eisenatoms des Myoglobinmoleküls. Bei NO-Myoglobin behält das Eisenatom den zweiwertigen Zustand auch bei Erhitzung und wird nicht oxidiert, während es bei un- gepökelten Waren zu einer Oxidation des zweiwertigen Eisenatoms kommt (POTT- HAST 1987, HONIKEL 2008). Nach der Oxidation liegt ein dreiwertiges Eisenatom im Myoglobinmolekül vor, es ist Metmyoglobin entstanden, wodurch die gräulich-braune Farbe des ungepökelten Fleisches nach der Erhitzung bedingt wird (POTTHAST 1987;
HONIKEL 2008). Die Farbumwandlung durch die Nitrit-Myoglobin-Reaktion ist pH- Wert-abhängig, schon bei geringen pH-Wert-Abfällen um 0,2 pH-Einheiten läuft die Reaktion beschleunigt ab (SOFOS 1981). Außerdem können verschiedene Mikroor- ganismen die Umrötungsreaktion vorantreiben, indem sie Nitratreduktasen produzie- ren, die die Reduktion von Nitrat zu Nitrit katalysieren (LARANJO et al. 2017; LAR- ANJO et al. 2019). Für eine schnelle Umrötung und eine bessere Farbstabilität können
26
zudem sogenannte Pökelhilfsstoffe, wie Ascorbinsäure bzw. Ascorbat, verwendet wer- den (WIRTH 1986). Ascorbinsäure kann Nitrat effektiv zu NO reduzieren, sodass durch die erhöhte Menge NO ein größerer Myoglobinanteil zum farbstabilen NO-Myoglobin reagieren kann, während das veränderte Redoxpotenzial zusätzlich hemmend auf die Metmyoglobinbildung wirkt (WIRTH 1986). Zudem kann der Einsatz von Ascorbin- säure oder Ascorbat die Produktion von Nitrosaminen, gesundheitsschädlichen Reak- tionsprodukten, die aus der Reaktion von Aminen mit Nitrit unter Hitzeeinwirkung ent- stehen können, verringern (HONIKEL 2008). Eine weitere wichtige Wirkungsweise des Nitrits ist die Fähigkeit mikrobiologisches Wachstum, zum Beispiel von Clostridium bo- tulinum, zu hemmen (BENEDICT 1980; SOFOS 1981). Die Hemmung des mikrobio- logischen Wachstums ist stark pH-Wert-abhängig und stellt sich bei niedrigerem pH- Wert effektiver dar, was darauf zurückgeführt werden könnte, dass in saurem Millieu auch ein gewisser Anteil salpetriger Säure vorliegt (BENEDICT 1980; SOFOS 1981).
Da Nitrit eine hoch toxische Substanz darstellt, muss der Einsatz kontrolliert stattfinden (HONIKEL 2008). Nitrite und Nitrate sind als Zusatzstoffe in der Verordnung (EG) Nr.
1333/2008 über Lebensmittelzusatzstoffe aufgeführt, in der auch die zulässigen Höchstmengen für verschiedene Produkte definiert werden. In der gleichen Verord- nung ist auch festgelegt, dass, wenn Nitrite mit „für Lebensmittel“ gekennzeichnet sind, diese nur als Mischung mit Kochsalz oder einem Kochsalzersatz verkauft werden dür- fen (VO (EG) Nr. 1333/2008, Anhang II, Teil A, Abschnitt 2, Punkt 7.).
27 3 Material und Methoden
3.1 Versuchsaufbau
Die Studie besteht aus zwei separaten Versuchsteilen. In beiden Versuchsteilen wurde die Auswirkung einer Gefrierlagerung von Schweinefleisch über unterschiedliche La- gerungszeiträume bei zwei verschiedenen Gefrierlagerungstemperaturen auf ver- schiedene Fleischqualitätsparameter untersucht.
Der erste Versuchsteil (Lagerungsversuch) bestand aus zwei Untersuchungsabschnit- ten. Im ersten Abschnitt wurde der Einfluss der Gefrierlagerungsdauer und -temperatur auf verschiedene Fleischqualitätsparameter der Schnitzel direkt nach dem Auftauen bestimmt, ohne dass das Fleisch einer weiteren Kühllagerung unterzogen wurde. Im zweiten Abschnitt wurden Schnitzel nach dem Auftauen unter Schutzgasatmosphäre verpackt, in einem Kühlschrank gelagert und an den Tagen 1, 7 und 14 auf verschie- dene Fleischqualitätsparameter untersucht.
Im zweiten Versuchsteil (Verarbeitungsversuch) wurde Schweinefleisch nach der Ge- frierlagerung für bestimmte Zeitdauern und bei bestimmten Gefriertemperaturen nach dem Antauen, was aus technologischen Gründen notwendig war, zu Rohwürsten ver- arbeitet, die (mit ein paar Ausnahmen) an den Tagen 0, 7, 14, 21 und 28 nach der Herstellung auf verschiedene Qualitätsparameter untersucht wurden.
Der grundsätzliche Versuchsaufbau war in beiden Versuchsteilen vergleichbar. So- wohl im Lagerungsversuch, als auch im Verarbeitungsversuch wurden die Gefrierla- gerungstemperaturen -18°C und -80°C verwendet. Die Zeiträume der Gefrierlagerung wurden ebenfalls in beiden Versuchsteilen übereinstimmend gewählt. So wurde das Fleisch sowohl für die Lagerungs- als auch für die Verarbeitungsversuche für 12, 24, 36 und 48 Wochen unter Gefrierbedingungen gelagert. Somit ergaben sich die folgen- den Versuchsgruppen:
1) Kontrollgruppe (ungefroren, bei 7°C gelagert)
2) Gefrierlagerungsdauer von 12 Wochen bei -18°C (12-18) 3) Gefrierlagerungsdauer von 12 Wochen bei -80°C (12-80) 4) Gefrierlagerungsdauer von 24 Wochen bei -18°C (24-18)
28
5) Gefrierlagerungsdauer von 24 Wochen bei -80°C (24-80) 6) Gefrierlagerungsdauer von 36 Wochen bei -18°C (36-18) 7) Gefrierlagerungsdauer von 36 Wochen bei -80°C (36-80) 8) Gefrierlagerungsdauer von 48 Wochen bei -18°C (48-18) 9) Gefrierlagerungsdauer von 48 Wochen bei -80°C (48-80)
Die Versuche wurden jeweils in drei unabhängigen Durchgängen durchgeführt.
3.2 Fleisch
Für die Durchführung der Lagerungs- und Verarbeitungsversuche wurde das Schwei- nefleisch in drei unabhängigen Durchgängen aus einem lokalen Fleischhandel in Celle (Celler Fleischhandel) bezogen. Die Schweine gehörten einer deutschen Mast- schweine-Hybridgenetik an. Die Ferkel sind sowohl in Deutschland geboren, als auch aufgezogen und gemästet worden. Sie wurden im Alter von ungefähr sechs Monaten in einem deutschen Schlachthof geschlachtet. Der Transport des Fleisches zum Insti- tut für Lebensmittelqualität und –sicherheit in Hannover wurde 24 h nach der Schlach- tung (post mortem, 24 h p.m.) mit einem Kühlfahrzeug durchgeführt. Während des Transportes wurde eine Temperatur von <7°C aufrechterhalten. Pro Durchgang wur- den neun Schinken bzw. Keulen ohne Knochen von neun zufällig gewählten Schwei- nen einer Schlachtgruppe verwendet, die 24 h p.m. von einer fachkundigen Person im Fleischverarbeitungsraum des Instituts für Lebensmittelqualität und –sicherheit zerlegt wurden. Für die Durchführung der Lagerungsversuche wurde das Fleisch der Ober- schalen, bestehend aus Musculus (M.) gracilis, M. adductor, M. pectineus, M. sartorius und M. semimembranosus, verwendet. Die restliche Muskulatur der Schinkenpartie, bestehend aus M. gastrocnemius, M. semitendinosus, M. gluteobiceps und M. rectus femoris, wurde für die Verarbeitungsversuche verwendet.
3.3 Zuschnitt des Fleisches (Probenvorbereitung)
Der Zuschnitt des Probenmaterials wurde im Fleischverarbeitungsraum des Instituts für Lebensmittelqualität und -sicherheit durch eine fachkundige Person durchgeführt.
29
Zwischen den Materialgewinnungen der drei verschiedenen Durchgänge lagen jeweils 14 Tage.
Zunächst wurden die neun Oberschalen der neun Schweineschinken für den Zuschnitt der Fleischscheiben, auch „Schnitzel“ genannt, für die Lagerungsversuche verwendet.
Hierbei wurden insgesamt 49 Schnitzel gewonnen. Aus untersuchungstechnologi- schen Gründen wurden elf dieser Schnitzel mit einer Dicke von mindestens 3 cm ge- schnitten, um eine spätere Analyse der Scherkraft gewährleisten zu können. Die rest- lichen 38 Schnitzel besaßen eine Dicke von ungefähr 2 cm. Als erstes wurden drei der 3 cm Schnitzel sowie drei 2 cm Schnitzel zufällig für die Durchführung einer physiko- chemischen Grundcharakterisierung des Schweinefleisches ausgewählt. Für die Un- tersuchung der mikrobiologischen Ausgangseigenschaften des Materials wurde zu- dem aus allen neun Oberschalen eine Poolprobe gewonnen. Die restlichen acht 3 cm Schnitzel und 35 2 cm Schnitzel wurden auf die verschiedenen Versuchsgruppen auf- geteilt. Da die 35 2 cm Schnitzel für die physikochemischen Untersuchungen Verwen- dung fanden, wurde jedem 2 cm Schnitzel zusätzliches Probenmaterial in Form eines ca. 10 g schweren Fleischstückes aus der gleichen Muskelregion für die mikrobiologi- sche Untersuchung hinzugefügt. Die Kontrollgruppe nahm bei der Verteilung der rest- lichen Schnitzel eine Sonderstellung unter den Versuchsgruppen ein, da die Untersu- chungsergebnisse der Grundcharakterisierung gleichermaßen für die Kontrollgruppe genutzt wurden und hier keine zusätzliche Untersuchung des Materials vor einer Ge- frierbehandlung stattfand. Lediglich drei 2 cm Schnitzel, mit jeweils einem 10 g-Mibi- Fleischstück, für die Verpackungsversuche an Tag 1, 7 und 14 wurden der Kontroll- gruppe zusätzlich zugeordnet, da diese Untersuchungen nicht durch die Grundcharak- terisierung abgedeckt wurden.
Den acht verschiedenen Gefrierlagerungsvarianten wurden jeweils ein 3 cm Schnitzel und vier 2cm Schnitzel, mit jeweils einem 10 g-Mibi-Fleischstück zugeordnet. Ein 3 cm und ein 2 cm Schnitzel wurden direkt nach dem Auftauen auf physikochemische Qua- litätsparameter untersucht. Die restlichen drei 2 cm Schnitzel pro Gefriervariante wur- den für die spätere Durchführung der Verpackungsversuche an den Tagen 1, 7 und 14 eingeteilt. Alle Schnitzel wurden einzeln in Polybeutel (Dagema eG, Willich,
