Halt­bar­keit von Lebens­mit­teln: Mit Hoch­druck halt­bar gemacht

25.04.2022 | Medi­zin

Neben Erhit­zen, Küh­len und Fer­men­tie­ren kom­men bei der ­Haltbar­machung von Lebens­mit­teln auch Hoch­druck­be­hand­lung, Hoch­­­­­span­­nungs-Impu­l­s­­­be­han­d­­lung und die eBeam-Tech­­no­­lo­­gie zum Ein­satz. Eine ‚­aktive‘ Ver­pa­ckung kon­trol­liert die Ent­wick­lung von­ ­Mikro­or­ga­nis­men und deren Stoff­wech­sel wäh­rend der Lagerung.

Sophie Fessl

Noch heute wer­den die klas­si­schen Ver­fah­ren der Haltbar­machung – Erhit­zen, Küh­len, Fer­men­tie­ren – ein­ge­setzt, um Mikro­organismen auf Lebens­mit­teln unter Kon­trolle zu hal­ten und so die Lebens­mit­tel­si­cher­heit und Lebens­mit­tel­qua­li­tät zu sichern. Doch es gibt auch Inno­va­tio­nen, erläu­tert Univ. Prof. Henry Jäger vom Insti­tut für Lebens­mit­tel­tech­no­lo­gie an der Uni­ver­si­tät für Boden­kul­tur Wien. „Durch unspe­zi­fi­sche Ver­fah­ren kommt es zu Ver­än­de­run­gen der Lebens­mit­tel. So ändert sich die Tex­tur durch Erhit­zen oder Gefrie­ren. Der­zeit wer­den Über­le­gun­gen ange­stellt, wie der Spa­gat zwi­schen Sicher­heit und Qua­li­tät ver­klei­nert wer­den kann und wie man bei der Halt­bar­ma­chung ziel­ge­rich­te­ter agie­ren kann.“

Wäh­rend momen­tan beim Erhit­zen das gesamte Lebens­mit­tel erwärmt wird, um die Mikro­or­ga­nis­men an der Ober­flä­che und im Inne­ren zu inak­ti­vie­ren, ist es ein Ziel von neue­ren Ver­fah­ren, nur auf die Mikro­or­ga­nis­men ein­zu­wir­ken, wäh­rend der Rest des Lebens­mit­tels unver­än­dert bleibt. Dafür wer­den unter­schiedliche phy­si­ka­li­sche Kräfte genutzt, im Falle der Hoch­druck­be­hand­lung zum Bei­spiel ein Druck von 6000 bar. Durch den hohen Druck wird die räum­li­che Orga­ni­sa­tion des Mikro­or­ga­nis­mus geschwächt und die Mem­bran der Zelle geschä­digt. Zum Teil wer­den auch Enzyme inak­ti­viert, da sich unter gewis­sen Bedin­gun­gen auch Pro­te­ine in ihrer räum­li­chen Struk­tur ändern. Da unter Hoch­druck Was­ser in Stär­ke­kör­ner ein­ge­la­gert wird, begin­nen die Stär­ke­kör­ner durch die Behand­lung zu quel­len. Der Druck ist aller­dings nicht in der Lage, kova­lente Bin­dun­gen zu beein­flus­sen; so blei­ben Vit­amine und Aro­men unverändert.

Eine Selek­ti­vi­tät, also dass nur die Mikro­or­ga­nis­men geschä­digt wer­den, ist unter den genutz­ten Bedin­gun­gen und für gewisse Lebens­mit­tel gege­ben, berich­tet Jäger. „Ein Bei­spiel für die Anwen­dung sind frisch gepresste Frucht­säfte, Smoot­hies oder Gua­ca­mole. Sie ent­hal­ten keine Pro­te­ine und keine Stärke, die wahr­nehm­bar ver­än­dert wer­den könn­ten. Farb­stoffe, Vit­amine und Aro­ma­stoffe wer­den durch die Hoch­druck­be­hand­lung nicht beein­flusst. Somit wer­den nur die Mikro­or­ga­nis­men inak­ti­viert.“ Damit sei die Hoch­druck­be­hand­lung für alle Lebens­mit­tel inter­es­sant, bei denen Erhit­zen schwie­rig ist und auf klassi­sche Kon­ser­vie­rungs­stoffe ver­zich­tet wird aber den­noch eine Halt­bar­keits­ver­län­ge­rung erzielt wer­den soll. Für einen uni­ver­sel­len Ein­satz eig­net sich die Hoch­druck­be­hand­lung aller­dings nicht: Bei Fleisch etwa wür­den sich Farb- und Tex­tur­ver­än­de­run­gen ergeben.

Tat­säch­lich wird das Hoch­druck­ver­fah­ren bereits aber auch genutzt, um in der Lebens­mit­tel­pro­duk­tion gezielte Ver­än­de­run­gen her­bei­zu­füh­ren. Pro­­tein- oder Stär­ke­lö­sun­gen wer­den gezielt mit Hoch­druck behan­delt, um ein kal­tes Gelie­ren her­bei­zu­füh­ren. Wer­den rohe Eier hoch­druck­be­han­delt, zeigt sich auch das Phä­no­men, dass sich Eiweiß und Eigelb ohne Kochen ver­fes­ti­gen. „In bestimm­ten Pro­zess­fens­tern wer­den gezielte Ver­än­de­run­gen an der Makro­­mo­­le­­kül-Stru­k­­tur her­bei­ge­führt. Es geht aber um eine reine Ver­än­de­rung der räum­li­chen Struk­tur und damit eine ver­än­derte Lös­lich­keit, es wer­den keine Pep­tide frei­ge­setzt oder kova­lente Bil­dun­gen gespal­tet“, erläu­tert Jäger.

Hoch­span­nung gegen Mikroorganismen

Das zweite Ver­fah­ren, bei dem ein phy­si­ka­li­sches Prin­zip genutzt wird, um Mikro­or­ga­nis­men zu atta­ckie­ren und das rest­li­che Lebens­mit­tel unver­än­dert zu las­sen, ist die Hoch­­­span­­nungs-Impul­s­­be­han­d­­lung (Pul­sed Electric Fields – PEF). Dabei wer­den Lebens­mit­tel einem elek­tri­schen Feld aus­ge­setzt, wodurch es zu einer Schä­di­gung der Zell­mem­bran durch Elek­tro­po­ra­tion kommt. „Struk­tu­ren, die keine Zell­mem­bran haben, blei­ben dadurch unver­än­dert. Es wird gezielt die Mem­bran­struk­tur geschä­digt“, erklärt Jäger. Damit bleibt der Ein­satz zur Halt­bar­ma­chung aller­dings beschränkt. „Bei einer Behand­lung von Fleisch wür­den natür­lich auch die Zel­len des Pro­dukts beein­flusst wer­den. Des­we­gen wird das Ver­fah­ren nur zur Halt­bar­ma­chung von flüs­si­gen Pro­duk­ten genutzt, die keine Zel­len außer Mikro­or­ga­nis­men enthalten.“

In der Lebens­mit­tel­ver­ar­bei­tung wird die Hoch­­­span­­nungs-Impul­s­­be­han­d­­lung ein­ge­setzt, um zell­struk­tu­rierte Mate­ria­lien wie Gemüse und Fleisch gezielt zu modi­fi­zie­ren. Als Bei­spiel führt Jäger die Behand­lung von Kar­tof­feln in der Her­stel­lung von Pom­mes fri­tes an: Hier wird die Pflan­zen­zelle mit­tels Elektro­poration auf­ge­schlos­sen, damit sich der Zel­lin­nen­druck ändert und das Gewebe wei­cher wird. „Die Gewebe-Erwei­chung kann nach­fol­gend genutzt wer­den, etwa wenn die Kar­tof­fel geschnit­ten wird, da der Schneid­auf­wand gerin­ger ist. Außer­dem ver­bes­sert sich das Fri­t­­tier-Ver­­hal­­ten, weil die Schnitt­flä­chen glat­ter sind. In Folge der Behand­lung gibt es also Vor­teile bei der Lebens­mit­tel­ver­ar­bei­tung.“ Sowohl die Behand­lung mit Hoch­druck als auch die Hoch­­­span­­nungs-Impul­s­­be­han­d­­lung kom­men laut Jäger bereits in der indus­tri­el­len Anwen­dung zum Ein­satz: einer­seits bei der Halt­bar­ma­chung von Säf­ten und Pürees, ande­rer­seits zur geziel­ten Ver­än­de­rung von Strukturen.

Bei Milch­pro­duk­ten wie­derum sei die Hoch­­­te­m­­pe­ra­­tur-Kur­z­­zei­­t­er­hi­t­­zung (Exten­ded Shelf Life – ESL) ein effi­zi­en­tes Ver­fah­ren, um qua­li­täts­scho­nend und effek­tiv Mikro­or­ga­nis­men zu inak­ti­vie­ren, erklärt Jäger. „Mikro­organismen sind gegen­über Temperaturerhöhun­gen emp­find­li­cher als Inhalts­stoffe. Inhalts­stoffe sind rela­tiv träge und lei­den eher, wenn sie lange bei gerin­gen Tem­peraturen erhitzt wer­den.“ Eine kurz­zei­tige Erhit­zung auf hohe Tem­pe­ra­tu­ren tötet daher Mikro­or­ga­nis­men effi­zi­ent ab und ist gleich­zei­tig scho­nend in Bezug auf den Inhalts­­stoff-Ver­­­lust. „Auch hier ist es eine Abwä­gung zwi­schen Lebens­mit­tel­si­cher­heit, Geschmack und Zusam­men­set­zung. Roh­milch ist am unver­ar­bei­tets­ten, aber trägt erheb­li­che Risi­ken. Ein Mit­tel­weg ist daher die Hoch­­­te­m­­pe­ra­­tur-Kur­z­­zei­t­­be­han­d­­lung“, betont Jäger.

Ein wei­te­rer Aspekt der Halt­bar­ma­chung ist die Ver­pa­ckung: Wäh­rend mit Hoch­druck, Hoch­­­span­­nungs-Impu­l­­sen oder klas­sisch mit Hitze oder Kälte die Anzahl von leben­den Mikro­or­ga­nis­men oder deren Stoff­wech­sel redu­ziert wird, kon­trol­liert die rich­tige Ver­pa­ckung die Ent­wick­lung von Mikro­or­ga­nis­men und deren Stoff­wech­sel wäh­rend der Lage­rung. Außer­dem spielt die Ver­pa­ckung eine wesent­li­che Rolle bei phy­sio­lo­gi­schen Vor­gän­gen in den Pro­duk­ten wie bei der Akti­vi­tät von Enzy­men oder Aus­trock­nung. „Bei Ver­pa­ckungs­ma­te­ria­lien läuft viel Ent­wick­lungs­ar­beit, um Mate­ria­lien ein­zu­set­zen, die sowohl Anfor­de­run­gen an Nach­hal­tig­keit und ver­rin­gerte Umwelt­aus­wir­kun­gen erfül­len als auch gute Schutz- und Bar­rie­re­wir­kung haben“, berich­tet Jäger. Aktive Ver­pa­ckun­gen etwa kon­trol­lie­ren die Gas­at­mo­sphäre wäh­rend der Lage­rung eines Lebens­mit­tels. Absor­ber wie­derum wer­den ein­ge­baut, um frei­wer­den­des Gas von Obst und Gemüse zu absor­bie­ren und mög­lichst opti­male Bedin­gun­gen zu schaf­fen. Auch Schutz­gase wer­den ein­ge­setzt, sowie Schutz­kul­tu­ren, bei denen Lebens­mit­tel mit Mikro­or­ga­nis­men besie­delt wer­den, um patho­gene Mikro­or­ga­nis­men zu unterdrücken.

Wei­ters wird an Ver­fah­ren zur Ober­flä­chen­be­hand­lung gear­bei­tet. Ein Ent­wick­lungs­feld ist die Behand­lung mit Plasma. „Diese akti­vierte Gas­form ent­hält Radi­kale, Ozon, Stick­oxide und diverse anti­mi­kro­biell wirk­same Kom­po­nen­ten, die zur Ober­flä­chen­be­hand­lung ein­ge­setzt wer­den“, erklärt Jäger. Aller­dings wird ­Plasma zur Zeit nur auf Nicht-Lebens­­­mi­t­­teln ange­wen­det. „Es ist immer noch zu klä­ren, ob die Inter­ak­tion von Plasma mit dem Lebens­mittel nicht zu uner­wünsch­ten Ver­än­de­run­gen führt.“

Die eBeam-Tech­­no­­lo­­gie, also die Bestrah­lung mit Elek­tro­nen­strah­len, ist bereits weit ent­wi­ckelt. „Es han­delt sich hier um ein sehr wirk­sa­mes und scho­nen­des Ver­fah­ren, bei dem sich tech­nisch viel getan hat.“ Aller­dings ist ihr Ein­satz durch die Ver­brau­cher­ak­zep­tanz und recht­li­che Rah­men­be­din­gun­gen limi­tiert, berich­tet Jäger. „Gerade in Europa gibt es noch große Ein­schrän­kun­gen bei den Pro­duk­ten, für die eBeam-Tech­­no­­lo­­gie ver­wen­det wer­den darf. Auch die Ver­brau­cher­wahr­neh­mung ist noch eher ablehnend.“

Aus­wir­kun­gen auf zel­lu­lä­rer Ebene

Die Grund­la­gen­for­schung kon­zen­triert sich der­zeit dar­auf, wie sich Metho­den der Inak­ti­vie­rung auf zel­lu­lä­rer Ebene aus­wir­ken. Außer­dem wer­den mög­li­che Indi­­ka­­tor-Spe­­zies defi­niert und als Modell­orga­nis­men fest­ge­legt. „Für die ther­mi­sche Inak­ti­vie­rung wis­sen wir, wel­che Mikro­or­ga­nis­men resis­tent sind und dass wir uns bei der Gestal­tung eines siche­ren Pro­zes­ses und den Erhit­zungs­be­din­gun­gen an die­sen resis­ten­tes­ten For­men ori­en­tie­ren müs­sen“, berich­tet Jäger aus der Pra­xis. „Für neue Tech­no­lo­gien muss die­ses Wis­sen erst erar­bei­tet wer­den: zum Bei­spiel wel­che Refe­­renz-Keime wir defi­nie­ren, mit denen wir Pro­zesse vali­die­ren kön­nen.“ Gesund­heits­schä­di­gende Aus­wir­kun­gen auf den Kon­su­men­ten seien nicht zu befürch­ten, da die Novel Food-Ver­­or­d­­nung der EU das Inver­kehr­brin­gen von neuen Lebens­mit­teln regu­liere, erklärt Jäger. „Diese Regu­la­tion betrifft auch Lebens­mit­tel, die mit neuen Tech­no­lo­gien pro­zes­siert wer­den. Hier soll sicher­ge­stellt wer­den, dass aus der Behand­lung kein Risiko für den Ver­brau­cher erwächst.“ Unter der Novel Food Ver­ord­nung müs­sen neue Ver­fah­ren oder Roh­stoffe ange­mel­det und einer Prü­fung unter­zo­gen wer­den. „Wenn es Hin­weise dar­auf gibt, dass es zu signi­fi­kan­ten Ver­än­de­run­gen am Lebens­mit­tel kommt, so muss in einer inten­si­ven Aus­ar­bei­tung zu Toxi­ko­lo­gie, Mikro­bio­lo­gie und Nähr­stof­fen nach­ge­wie­sen wer­den, ob diese Ver­än­de­run­gen gesund­heit­lich bedenk­lich sind oder nicht.“

Einige neue Roh­stoffe wur­den zum Bei­spiel nach der Prü­fung nicht zuge­las­sen. Die Hoch­­­druck-Tech­­no­­lo­­gie wurde bereits in den 1990er-Jah­­ren einer ent­spre­chen­den Prü­fung für Frucht-Zube­­rei­­tun­­­gen unter­zo­gen und 2001 zuge­las­sen. „Das Fazit war, dass keine gesund­heit­li­chen Aus­wir­kun­gen zu erwar­ten sind. Auch bei Hoch­­­span­­nungs-Impu­l­­sen wurde gefol­gert, dass keine Ver­än­de­run­gen am Lebens­mit­tel vor­han­den sind, die zu Ein­schrän­kun­gen des Nähr­werts oder der gesund­heit­li­chen Eigen­schaf­ten füh­ren.“ Bei der Ober­flä­chen­be­hand­lung mit Plasma lau­fen diese Unter­su­chun­gen noch. „Es ist durch­aus abzu­se­hen, dass hier ein viel inten­si­ve­res Prü­fungs­ver­fah­ren durch­lau­fen wer­den muss, das spe­zi­fisch für bestimmte Lebens­mit­tel zei­gen muss, ob kri­ti­sche Ver­än­de­run­gen vor­han­den sind“, sagt Jäger. Und wei­ter: „Für Hoch­druck und Hoch­span­nungs­im­pulse wurde das ent­spre­chend aus­ge­schlos­sen. Wir gehen von siche­ren Lebens­mit­teln aus, die dann in Ver­kehr gebracht werden.“

Gesund­heit­li­che Auswirkungen

Wie sich der Ver­zehr von in die­ser Form halt­bar gemach­ten Pro­duk­ten wei­ter auf die Gesund­heit aus­wirkt, wurde bis­her noch nicht durch epi­de­mio­lo­gi­sche Unter­su­chun­gen unter­sucht. Aller­dings gibt es Unter­su­chun­gen dazu, wie sich stark- und hoch­ver­ar­bei­tete Lebens­mit­teln aus­wir­ken, erklärt Ao. Univ. Prof. Cem Ekmek­cio­glu, Phy­sio­loge vom Zen­trum für Public Health der Medi­zi­ni­schen Uni­ver­si­tät Wien. Dies sei aber nicht unbe­dingt auf halt­bar gemachte Lebens­mit­tel umzu­le­gen. „Diese Stu­dien haben gezeigt, dass ein hoher Ver­zehr von hoch­ver­ar­bei­te­ten Lebens­mit­teln vor allem mit einem höhe­ren Risiko für Über­ge­wicht, Dia­be­tes mel­li­tus, meta­bo­li­sches Syn­drom und Gesamt­mor­ta­li­tät ein­her­geht – teil­weise auch mit einem ungüns­tigen kar­dio­me­ta­bo­li­schen Profil.“

In einer Cros­s­o­ver-Stu­­die aßen 20 Teil­neh­mer zwei Wochen lang nach Belie­ben hoch­ver­ar­bei­tete Lebens­mit­tel, in den bei­den ande­ren Wochen unver­ar­bei­tete Lebens­mit­tel. „Wenn sie täg­lich hoch­ver­ar­bei­tete Lebens­mit­tel aßen, nah­men sie nach zwei Wochen 0,9 Kilo­gramm an Gewicht zu“, berich­tet Ekmek­cio­glu. „Hin­ge­gen kam es nach zwei Wochen Ver­zehr von frisch zube­rei­te­ten Lebens­mit­teln zu einem Gewichts­ver­lust.“ Es gäbe meh­rere Gründe, wes­we­gen hoch­ver­ar­bei­tete Lebens­mit­tel das Risiko für eine posi­tive Ener­gie­bi­lanz erhö­hen, erklärt Ekmek­cio­glu. „Man isst mehr, weil es bes­ser schmeckt oder weni­ger sät­ti­gend ist, womit das Risiko für eine posi­tive Ener­gie­bi­lanz steigt. Außer­dem haben hoch­ver­ar­bei­tete Lebens­mit­tel oft eine hohe Ener­gie­dichte, was eine höhere Kalo­rien­zu­fuhr ­begüns­tigt.“ Die Cros­s­o­ver-Stu­­die zeigte etwa, dass die Blut­spie­gel von Sät­ti­gungs­hor­mo­nen bei Pro­ban­den gerin­ger waren, wenn sie hoch­ver­ar­bei­tete Lebens­mit­tel zu sich nah­men, als wenn sie unver­ar­bei­tete Lebens­mit­tel aßen – auch das sei laut Ekmek­cio­glu ein Erklärungsansatz.

Ein wei­te­rer, mecha­nis­ti­scher Erklä­rungs­an­satz, wieso der Ver­zehr von hoch­ver­ar­bei­te­ten Lebens­mit­teln zu einem höhe­ren Risiko für Über­ge­wicht und ein meta­bo­li­sches Syn­drom führt: Zusatz­stoffe. Auf diese kann jedoch nach der Halt­bar­ma­chung mit neuen Metho­den teil­weise ver­zich­tet wer­den. Beson­ders der Zusatz von Zucker und Salz seien zum Teil mit Zivi­li­sa­ti­ons­krank­hei­ten wie Dia­be­tes mel­li­tus und hohem Blut­druck asso­zi­iert, betont Ekmekcioglu.

© Öster­rei­chi­sche Ärz­te­zei­tung Nr. 08 /​25.04.2022