Herstellung gekühlt haltbarer Fertiggerichte durch MIKROWELLENTECHNOLOGIE 13. Kooperationsforum am 29. April 2014, Bonn

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1 Herstellung gekühlt haltbarer Fertiggerichte durch MIKROWELLENTECHNOLOGIE 13. Kooperationsforum am 29. April 2014, Bonn Dr. Bernhard Roth Lebensmittelinstitut KIN e.v Neumünster

2 Die KIN-Mission Qualifizierung von Lebensmitteltechnikern sowie Führungs- und Fachkräften Im Mittelpunkt unseres Handelns: hohe Lebensmittelqualität, die Produktsicherheit und die Weiterbildung Produktentwicklung, Verfahrensentwicklung (Anwendung) und Prozessbegleitung mit neuesten Erkenntnissen der Forschung und einem kompetenten und interdisziplinären Team

3 Zahlen, Daten & Fakten Gegründet 1965 als privatwirtschaftliches Institut auf Initiative der Lebensmittelindustrie Lebensmittelinstitut KIN e.v. - gemeinnütziger Bereich, Ausund Weiterbildung KIN GmbH - wirtschaftlicher Geschäftsbereich akkreditiertes Prüflabor, Innovation, Technologie, Verfahrensund Produktentwicklung Ca. 290 Mitglieder aus der Lebensmittelindustrie und über 20 internationale und nationale Kooperations- und Netzwerkpartner, 70 Mitarbeiter

4 KIN PROJEKTE COOK & CHILL PHASE 1: Verfahrensprüfung- und - entwicklung von Cooked & Chilled Food PHASE 2: Mikrowellentechnologie zur Herstellung von gekühlten Fertiggerichten Projektförderung: Die Projekte wurden bzw. werden gefördert mit Mitteln der WTSH Agentur Schleswig- Holstein, Kiel, aus dem EFRE Programm (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) sowie aus Eigenmitteln des KIN- Lebensmittelinstituts

5 Produktsicherheit* Gekühlt haltbare Lebensmittel sind sehr empfindlich im Hinblick auf mikrobiellen Verderb, Wachstum und eventuelle Toxinbildung.* Zur Beherrschung dieser Risiken müssen insbesondere folgende Kriterien beachtet werden: Spezifizierung Rohstoffe, Lieferantenauswahl und Eingangskontrolle; Produkt- /Prozess- Design und Lenkungsmaßnahmen; Hygienische Prozessbedingungen; Einhaltung Lagerbedingungen und Lagerumschlagszeiten; Festlegung Haltbarkeitsdatum; Einhaltung der Kühlkette während Distribution und Verkauf. *ECFF Recommendations December 2006

6 Kriterien zur Herstellung von sicheren gekühlt haltbaren Fertiggerichten*: Produkt Design Anwendung des Hürdenkonzepts zur Erreichung der angestrebten Haltbarkeit Thermische Behandlung Pasteurisation insbesondere sichere Abtötung aller pathogenen vegetativen Mikroorganismen Kühlung zur Vermeidung von mikrobiellem Wachstum während der Abkühlphase, während der Lagerung Verpackung zur Verlängerung der Haltbarkeit, z.b. unter Verpackung von Vakuum/Schutzgasatmosphäre (MAP) *Auszug Vortrag Gail Betts, Campden BRI, auf der Anuga Food TEC 2012

7 Hürdenkonzept: Faktoren von Relevanz* Hauptsächlich genutzte Individuelle Hürden für gekühlt haltbare Fertiggerichte F - Wert (Erhitzung), t - Wert (Kühlung), ph - Wert (Säuerung), E h -Wert (Redoxpotential) oder Kombinationen daraus.* Der Effekt einer einzelnen Hürde in der Kontrolle von Mikroorganismen wird im allgemeinen bei Bedingungen ermittelt, bei welchen alle anderen Faktoren zum Wachstum optimal sind.** Die Kombination verschiedener Hürden kann synergistisch wirksam sein. In solchen Fällen ist der Gesamteffekt aller Hürden stärker als die Summe der Einzeleffekte. *L. Leistner und G.W. Gould (2002) Hurdle Technologies: Combination Treatments for Food Stability, Safety and Quality, p , Kluwer Academic / Plenum Publishers, New York, U.S.A.). **ECFF Recommendations December 2006

8 Allgemeine Wachstumsgrenzen für pathogene Mikroorganismen 1 Mikroorganismen und Wachstumsgrenzen 2 Min. Temp. ( C) Min. ph *ECFF Recommendations December 2006 Min. a w Aerob / anaerob 3 L. monocytogenes Fakultativ B. cereus Fakultativ Campylobacter jejuni Mikroaerophil Cl. botulinum mesophil/proteolytisch Anaerob Cl. botulinum psychrotroph/nichtproteolytisch (5% NaCl) Anaerob Cl. perfringens Anaerob E. coli Fakultativ E. coli O157:H Fakultativ Salmonella Fakultativ Staphylococcus aureus Fakultativ V. cholerae Fakultativ V. parahaemolyticus Fakultativ Y. enterocolitica Fakultativ

9 Pasteurisationprozess für gekühlt haltbare Fertiggerichte (Chilled Ready Meals)* Besondere Vorsicht ist bei den unter kühlen Bedingungen wachstumsfähigen pathogenen Keimen wie Listeria monocytogenes, psychrotrophen Clostridien und psychrotrophen B. cereus angebracht. Für Listerien (und andere vegetative Keime) gelten folgende Vorgaben: Erhitzung auf 70 o C für 2 Minuten (oder Äquivalent) Zielvorgabe : die Reduktion um 6 logarithmische Zyklen Mikroorganismus D-Wert bei 70 0 C (min) 6 log Reduktion (min) L. monocytogenes (Leitkeim) 0,3 1,8 Campylobacter jejuni ,0006 E. coli (einschließlich O157:H7) ,006 Salmonellae ,06 S. aureus 0.1 0,6 V. parahaemolyticus ,006 Y. enterocolitica ,06 *ECFF Recommendations December 2006

10 Pasteurisationprozess für gekühlt haltbare Fertiggerichte (Chilled Ready Meals)* Für unter Schutzgas (MAP) oder Vakuum verpackte (VP), gekühlt haltbare Lebensmittel mit einer verlängerten Haltbarkeit (>10 Tage): Erhitzung auf 90 o C für 10 Minuten (oder Äquivalent) Zielvorgabe : die Reduktion von C. botulinum um 6 logarithmische Zyklen (ACMFS**, 1992); D- Wert =1,5 min Leitkeim C. botulinum psychrotroph (nicht-proteoloytisch),typ B Referenztemperatur: 90 o C z-wert: <90 o C = 7; >90 o C = 10 Startpunkt Berechnung: 80 o C Berechnung Letalitätsrate = L i ; L i = t x 10 (T- Tref Grd. C)/z B. cereus muss durch Rohwarenkontrolle oder andere Maßnahmen (Hürdentechnik) ausgeschlossen werden. *Auszug Vortrag Gail Betts, Campden BRI, auf der Anuga Food TEC 2012 **ACMFS (Advisory Committee on the Microbiological Safety of Food)

11 Phase 1: Verfahrensvergleich Zeitbedarf der thermischen Behandlung bis zur Erreichung von 10 Pasteurisationseinheiten (90/10 oder Äquivalent; Minuten) Sauerbraten mit Knödel: Kochen im Autoklav 55 Minuten Sauerbraten mit Knödel : Kombidämpfer 50 Minuten Sauerbraten mit Knödel : Mikrowelle (440 W) 10 Minuten Ergebnis: Die Erhitzung mit Mikrowelle bis zum Erreichen eines Pasteurisationswertes von 10 Minuten oder einem Äquivalent von 90/10 ist ca. 5 mal schneller als die Kochung im Autoklaven (Berieselung) und Kombidämpfer (feuchte Hitze). Deutliche Vorteile aufgrund der kürzeren Behandlungszeit im Hinblick auf geschmackliche Eigenschaften und Farberhaltung

12 Phase 2: Abschätzung und Vergleich des Energieaufwandes Herstellung Schaffung einer identische Ausgangssituation gleiche Rohstoffbasis gleiche Rezepturen gleiche Verpackung gleichartige thermische Behandlung (gleicher Fp- Wert) Vergleichende Herstellung Pasteurisation im Autoklaven / per Mikrowelle Ermittlung der jeweiligen Betriebsdaten Berechnung der Energiekosten Vergleich der Energiekosten Herstellung Mikrowelle vs. Pasteurisation im Autoklaven

13 Versuchsdesign Rohstoffe (frisch, tk- Produkte, Halbfabrikate) Arbeitsvorbereitung Prozessführung Initialtemperaturen Aufheizphase Haltezeit Kühlung im Autoklaven auf 30 C Schnittstelle in thermischen Prozess Schnittstelle aus thermischem Prozess Kühlung Lagerung alle Produkte im Chiller auf 3-5 C

14 Mikrowellenanlage KIN

15 Mikrowelle Datenerfassung ELLAB FISO FOT-L-BA Model

16 Position Gewicht EIN (g) Gewicht AUS (g) Verlust (g) Verlust (%) Energie (kw/min) Mitte 458,5 424,6 33,9 7,4 3,06 Mitte 450,8 419,1 31,7 7,0 2,94 Mitte 450,5 420,2 30,3 6,7 2,89 Mitte 456,0 428,0 28,0 6,1 2,82 Mitte 454,2 425,6 28,6 6,3 2,84 Mitte 455,2 429,2 26,0 5,7 2,75 Mitte 458,0 427,5 30,5 6,7 2,93 Durchschnitt 454,7 424,9 31,0 6,82 2,93 Std.Abw. 3,2 3,9 2,5 0,5 0,10 KIN Innovation und Qualität für Europa

17 Versuchsdurchführung: Erhitzen in der Mikrowelle

18 Funktionsweise Autoklav: Berieselung Simulation Pasteurisation Dampfzufuhr Kondensat Zu- Abgang Luft Kühlwasser Eiswasser Vorlage Abfluss

19 Memograph: Datenerfassung Autoklav Volumenstrom Dampf Druck Sattdampf Messpunkte siehe rechts Dichte Sattdampf Volumenstrom Druckluft Druck Druckluft Temperatur Druckluft

20 KIN Innovation und Qualität für Europa

21 Versuchsdurchführung: Erhitzen im Autoklaven

22 Verfahrensvergleich

23 Fazit Der Vergleich der angewandten Verfahrenskonfigurationen zwischen Autoklav und Mikrowelle zeigt, dass die Aufheizphase bei der Mikrowelle ( ca. 5 Minuten) um den Faktor von ca. 3 schneller ist. Während bei der Mikrowelle keine Haltephase erforderlich ist, folgt beim Autoklaven eine Haltezeit von zusätzlich ca. 26 Minuten. Da jedoch die Kühlphase bei der Mikrowelle länger dauert, ist die Mikrowelle im Gesamtprozess um den Faktor von ca. 2 schneller. Beim Autoklaven werden diverse Primärenergien eingesetzt, bei der Mikrowelle wird lediglich Strom verwendet. Beim Vergleich der Betriebskosten zeigt sich, dass die Kosten der Einzelpackung in der jeweils verwendeten Anlagenkonfiguration bei der Mikrowelle lediglich 1/3 der Kosten des Autoklaven betragen.

24 Vor Behandlung mit Mikrowelle nach Behandlung

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