Lebensmittelkonservierung bezieht sich auf den Prozess oder die Technik, die durchgeführt wird, um Verderb zu vermeiden und die Haltbarkeit von Lebensmitteln zu verlängern . Verschiedene Konservierungs- und Verarbeitungstechniken sind in Abb. 5 .

Klassifizierung von Lebensmittelkonservierungs- und Verarbeitungsmethoden, neu erstellt aus Referenzen

Physikalische Verarbeitung

Trocknung

Trocknung oder Dehydratisierung ist die verfahren zur Entfernung von Wasser aus einem festen oder flüssigen Lebensmittel durch Verdunstung. Der Zweck der Trocknung besteht darin, ein festes Produkt mit ausreichend niedrigem Wassergehalt zu erhalten. Es ist eine der ältesten Methoden der Lebensmittelkonservierung . Wasser ist die Voraussetzung für die Mikroorganismen und Enzyme, um Lebensmittelverderbsmechanismen zu aktivieren. Bei diesem Verfahren wird der Feuchtigkeitsgehalt so weit gesenkt, dass die Aktivitäten dieser Mikroorganismen gehemmt werden . Die meisten Mikroorganismen können bei einer Wasseraktivität über 0,95 wachsen. Bakterien sind bei einer Wasseraktivität unter 0,9 inaktiv. Die meisten Mikroorganismen können bei einer Wasseraktivität unter 0,88 nicht wachsen .

Die Trocknung hat zahlreiche Vorteile. Es reduziert Gewicht und Volumen von Lebensmitteln, erleichtert die Lagerung, Verpackung und den Transport von Lebensmitteln und bietet auch verschiedene Aromen und Gerüche. Mit all diesen Vorteilen ist das Trocknen anscheinend die billigste Methode zur Lebensmittelkonservierung . Dieser Prozess hat jedoch auch Einschränkungen. In einigen Fällen wurde nach dem Trocknen ein signifikanter Geschmacks- und Aromaverlust beobachtet. Einige funktionelle Verbindungen wie Vitamin C, Thiamin, Protein und Lipid gehen ebenfalls durch Austrocknen verloren.

Klassifizierung der Trocknung Die Trocknung kann in drei Hauptgruppen eingeteilt werden: konvektiv, leitfähig und strahlend. Konvektive Trocknung ist die beliebteste Methode, um über 90% dehydrierte Lebensmittel zu erhalten. Je nach Betriebsart können Trockner als Batch oder kontinuierlich klassifiziert werden. Für kleinere Betriebe und kurze Verweilzeiten werden Batch-Trockner bevorzugt. Die kontinuierliche Trocknungsmethode wird bevorzugt, wenn lange periodische Vorgänge erforderlich sind und die Trocknungskosten reduziert werden müssen.

Trocknen verschiedener Lebensmittel Lebensmittel wie Obst, Gemüse, Fleisch und Fisch werden durch Trocknen verarbeitet. Instantkaffee und Tee werden auch durch Sprühtrocknung oder Gefriertrocknung hergestellt. Verarbeitungstemperatur und Trocknungszeit verschiedener Lebensmittel sind in Tabelle 5 dargestellt.

Pasteurisierung Die Pasteurisierung ist eine physikalische Konservierungstechnik, bei der Lebensmittel auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden, um verderbliche Mikroorganismen und Enzyme zu zerstören . Fast alle pathogenen Bakterien, Hefen und Schimmelpilze werden durch diesen Prozess zerstört. Infolgedessen erhöht sich die Haltbarkeit von Lebensmitteln . Dieses Verfahren wurde nach dem französischen Wissenschaftler Louis Pasteur (1822-1895) benannt, der 1862 mit diesem Verfahren experimentierte. Er verwendete diesen Prozess, um Wein und Bier zu behandeln . Tabelle 6 zeigt die Anwendungen des Pasteurisierungsprozesses zur Konservierung verschiedener Lebensmittel.

Pasteurisierungstechniken Die Effizienz der Pasteurisierung hängt von der Temperatur–Zeit-Kombination ab. Diese Kombination basiert hauptsächlich auf den thermischen Todeszeitstudien hitzebeständiger Mikroorganismen . Auf der Grundlage von Temperatur und Hitzeeinwirkung kann Pasteurisierung als Vat (Batch), Hochtemperatur-Kurzzeit (HTST) und Ultra-Hochtemperatur (UHT) kategorisiert werden; HTST und UHT sind kontinuierliche Prozesse . Vat Pasteurizer eignet sich für kleine Anlagen mit einer Kapazität von 100-500 Gallonen. Die Pasteurisierung von Bottichen erfordert eine ständige Überwachung, um Überhitzung, übermäßiges Halten oder Verbrennen zu verhindern . Die Hochtemperatur-Kurzzeit-Pasteurisierung (HTST) ist ein kontinuierlicher Prozesspasteurisator, der mit einem ausgeklügelten Steuerungssystem, einer Pumpe, Strömungsumlenkvorrichtungen oder Ventilen und Wärmetauschergeräten ausgestattet ist. Die HTST-Pasteurisierung wird auch als Flash-Pasteurisierung bezeichnet . Die Pasteurisierung von Bottich und HTST zerstört pathogene Mikroorganismen effektiv. Um thermoresistente Sporen zu inaktivieren, ist die Pasteurisierung bei ultrahoher Temperatur (UHT) jedoch wirksamer als VAT und HTST . Während der Wärmebehandlung von Lebensmitteln finden minimale physikalische, chemische oder biologische Veränderungen statt . Nach dem Erhitzen werden die Produkte aseptisch in sterilen Behältern verpackt . UHT pasteurisierte Produkte haben eine längere Haltbarkeit als andere pasteurisierte Produkte. Tabelle 7 zeigt die Vergleiche zwischen den drei Pasteurisierungsmethoden.

Die hohe Hitze des Pasteurisierungsprozesses kann einige Vitamine, Mineralien und nützliche Bakterien während der Pasteurisierung schädigen. Bei Pasteurisierungstemperatur wird Vitamin C um 20 Prozent, lösliches Calcium und Phosphor um 5 Prozent und Thiamin und Vitamin B12 um 10 Prozent reduziert. In Fruchtsäften führt die Pasteurisierung zu einer Verringerung von Vitamin C, Ascorbinsäure und Carotin. Diese Verluste können jedoch aus ernährungsphysiologischer Sicht als gering angesehen werden .

Thermische Sterilisation

Die thermische Sterilisation ist ein Wärmebehandlungsprozess, bei dem alle lebensfähigen Mikroorganismen (Hefen, Schimmelpilze, vegetative Bakterien und Sporenbildner) vollständig zerstört werden, was zu einer längeren Haltbarkeit führt . Retortieren und aseptische Verarbeitung sind zwei Kategorien der thermischen Sterilisation . Die thermische Sterilisation unterscheidet sich von der Pasteurisierung. Ein Vergleich verschiedener Kriterien zwischen Pasteurisierung und Sterilisation ist in Tabelle 8 angegeben.

Retortierung

Retortierung ist definiert als das Verpacken von Lebensmitteln in einem Behälter mit anschließender Sterilisation . Lebensmittel mit einem pH-Wert über 4,5 benötigen mehr als 100 °C als Sterilisationstemperatur. Das Erreichen einer solchen Temperatur kann in Batch- oder kontinuierlichen Retorten möglich sein. Batch-Retorten werden schrittweise durch kontinuierliche Systeme abgelöst. Hydrostatische Retorten und Rotationskocher sind die am häufigsten verwendeten kontinuierlichen Systeme in der Lebensmittelindustrie . Tabelle 9 zeigt verschiedene Kriterien für Batch- und kontinuierliche Retorten.

Aseptische Verpackung

Bei der aseptischen Verpackung werden handelsübliche sterilisierte Lebensmittel in eine sterilisierte Verpackung gegeben, die anschließend in einer aseptischen Umgebung versiegelt wird . Herkömmliche aseptische Verpackungen verwenden Papier und Kunststoff. Die Sterilisation kann entweder durch Wärmebehandlung, durch chemische Behandlung oder durch Zuschreibung beider erreicht werden . Aseptische Verpackungen werden häufig zur Konservierung von Säften, Milchprodukten, Tomatenmark und Obstscheiben verwendet. Beispielsweise kann der UHT-Pasteurisierungsprozess die Haltbarkeit von Flüssigmilch von 19 auf 90 Tage verlängern, während die kombinierte UHT-Verarbeitung und aseptische Verpackung die Haltbarkeit auf sechs Monate oder mehr verlängern. Verpackungen für die aseptische Verarbeitung werden aus Kunststoffen mit relativer Erweichungstemperatur hergestellt. Darüber hinaus kann aseptische Abfüllung eine breite Palette von Verpackungsmaterialien akzeptieren, einschließlich: (a) durch Heißdampf sterilisierte Metalldosen, (b) durch heißes Wasserstoffperoxid sterilisierte Papier-, Folien- und Kunststofflaminate und (c) eine Vielzahl von durch Hochdruckdampf sterilisierten Kunststoff- und Metallbehältern. Eine große Variation der Verpackungen verbessert somit die aseptische Verpackung und senkt die Kosten.

Der direkte Ansatz der aseptischen Verpackung besteht aus Dampfinjektion und Dampfinfusion. Auf der anderen Seite umfasst der indirekte Ansatz der aseptischen Verpackung den Wärmeaustausch durch Plattenwärmetauscher, verschrottete Oberflächenwärmetauscher und Rohrwärmetauscher . Die Dampfinjektion ist eine der schnellsten Heizmethoden und entfernt häufig flüchtige Substanzen aus einigen Lebensmitteln. Im Gegenteil, die Dampfinfusion bietet eine höhere Kontrolle über die Verarbeitungsbedingungen als die Dampfinjektion und minimiert das Risiko einer Überhitzung der Produkte. Dampfinfusion eignet sich zur Behandlung von viskosen Lebensmitteln . Rohrwärmetauscher werden für den Betrieb bei höheren Drücken und Durchflussraten eingesetzt. Diese Wärmetauscher sind nicht sehr flexibel, um einer Veränderung der Produktionskapazität standzuhalten, und ihre Verwendung ist nur auf niedrigviskose Lebensmittel beschränkt. Plattenaustauscher hingegen überwinden diese Probleme. Häufige Reinigungs- und Sterilisationsanforderungen haben diesen Wärmetauscher jedoch in der Lebensmittelindustrie weniger beliebt gemacht.

Einfrieren

Das Einfrieren verlangsamt die physiochemischen und biochemischen Reaktionen durch Bildung von Eis aus Wasser unter dem Gefrierpunkt und hemmt so das Wachstum von verschlechternden und pathogenen Mikroorganismen in Lebensmitteln . Es reduziert die Menge an flüssigem Wasser in den Lebensmitteln und verringert die Wasseraktivität . Die Wärmeübertragung während des Einfrierens eines Lebensmittels beinhaltet eine komplexe Situation des gleichzeitigen Phasenübergangs und der Veränderung der thermischen Eigenschaften . Keimbildung und Wachstum sind zwei grundlegende sequentielle Prozesse des Einfrierens. Keimbildung bedeutet die Bildung von Eiskristall, gefolgt von einem Wachstumsprozess, der die anschließende Zunahme der Kristallgröße anzeigt .

Gefrierzeit Gefrierzeit ist definiert als die Zeit, die benötigt wird, um die Anfangstemperatur eines Produkts auf eine bestimmte Temperatur in seinem thermischen Zentrum zu senken. Im Allgemeinen führt ein langsames Einfrieren von Nahrungsgeweben zur Bildung größerer Eiskristalle in den extrazellulären Räumen, während ein schnelles Einfrieren kleine Eiskristalle erzeugt, die im gesamten Gewebe verteilt sind . Das International Institute of Refrigeration (1986) definiert verschiedene Faktoren der Gefrierzeit in Bezug auf die Lebensmittel und Gefriergeräte. Abmessungen und Formen des Produkts, Anfangs- und Endtemperatur, Temperatur des Kühlmediums, Oberflächenwärmeübergangskoeffizient des Produkts und Änderung der Enthalpie und Wärmeleitfähigkeit des Produkts sind die wichtigsten Faktoren unter ihnen .

Individuelles Schnellgefrieren Individuelles Schnellgefrieren (IQF) bezieht sich im Allgemeinen auf das schnelle Einfrieren fester Lebensmittel wie grüne Erbsen, geschnittene Bohnen, Blumenkohlstücke, Garnelen, Fleischstücke und Fisch. Auf der anderen Seite wird das Einfrieren von flüssigen, breiigen oder halbflüssigen Produkten wie Fruchtsäften, Mangopulpen und Papayapulpen als Schnellgefrieren bezeichnet. Die Eiskristalle, die durch schnelles Einfrieren gebildet werden, sind viel kleiner und verursachen daher weniger Schäden an der Zellstruktur oder Textur des Lebensmittels. Eine kürzere Gefrierzeit verhindert die Diffusion von Salzen und verhindert die Zersetzung von Lebensmitteln während des Gefrierens. IQF ermöglicht auch eine höhere Kapazität für kommerzielle Gefrieranlagen mit der daraus resultierenden Kostensenkung. Für den Aufbau einer Schnellgefrieranlage sind jedoch höhere Investitionen erforderlich . Zur Verarbeitung von Lebensmitteln werden verschiedene Schnellgefriertechniken wie Kontaktplattengefrieren, Luftgefrieren und kryogenes Einfrieren verwendet. Der Vergleich zwischen verschiedenen Schnellgefriertechniken für Fischereierzeugnisse ist in Tabelle 10 dargestellt.

Kühlen

Beim Kühlen wird die Temperatur der Lebensmittel zwischen -1 und 8 ° C gehalten. Der Kühlprozess reduziert die Anfangstemperatur der Produkte und hält die Endtemperatur der Produkte über einen längeren Zeitraum aufrecht. Es wird verwendet, um die Rate biochemischer und mikrobiologischer Veränderungen zu reduzieren und die Haltbarkeit von frischen und verarbeiteten Lebensmitteln zu verlängern . In der Praxis wird der Gefrierprozess oft als Kühlung bezeichnet, wenn die Kühlung bei <15 ° C durchgeführt wird. Teilgefrieren wird angewendet, um die Haltbarkeit von frischen Lebensmitteln in der modernen Lebensmittelindustrie zu verlängern. Dieser Prozess reduziert die Eisbildung in Lebensmitteln, bekannt als Super Chilling .

Das Kühlen kann mit verschiedenen Geräten erfolgen, z. B. einem kontinuierlichen Luftkühler, einem Eisbankkühler, einem Plattenwärmetauscher, einem ummantelten Wärmetauscher, einem Eisverteilungssystem, einem Vakuumverteilungssystem und einer Kryokammer. Die Kühlrate hängt hauptsächlich von der Wärmeleitfähigkeit, der Anfangstemperatur der Lebensmittel, der Dichte, dem Feuchtigkeitsgehalt, dem Vorhandensein oder Fehlen eines Deckels auf dem Lebensmittelvorratsbehälter, dem Vorhandensein von Plastiktüten als Lebensmittelverpackungsausrüstung und der Größe sowie dem Gewicht der Lebensmitteleinheiten ab . Tabelle 11 beschreibt verschiedene Verfahren zum Kühlen von festen und flüssigen Lebensmitteln.

Vor- und Nachteile der Kühlung Die Kühllagerung wird aufgrund ihrer effektiven Kurzzeitkonservierungskompetenz in großem Umfang eingesetzt. Das Abkühlen verzögert das Wachstum von Mikroorganismen und verhindert Stoffwechselaktivitäten nach der Ernte intakter Pflanzengewebe und Stoffwechselaktivitäten nach der Schlachtung tierischer Gewebe. Es behindert auch verschlechternde chemische Reaktionen, die enzymkatalysierte oxidative Bräunung, Oxidation von Lipiden und chemische Veränderungen im Zusammenhang mit Farbabbau umfassen. Es verlangsamt auch die Autolyse von Fischen, verursacht den Verlust des Nährwerts von Lebensmitteln und schließlich den Feuchtigkeitsverlust . Das Kühlen ist sehr kapitalintensiv, da dieser Prozess spezielle Ausrüstung und strukturelle Änderungen erfordert. Das Abkühlen kann die Knusprigkeit ausgewählter Lebensmittel verringern . Der Kühlprozess dehydriert auch unverpackte Lebensmitteloberflächen, was eine wesentliche Einschränkung des Kühlprozesses darstellt .

Bestrahlung

Bestrahlung ist ein physikalischer Prozess, bei dem die Substanz einer bestimmten Dosis ionisierender Strahlung (IR) ausgesetzt wird. IR kann natürlich und künstlich sein. Natürliches IR umfasst im Allgemeinen Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und hochenergetische ultraviolette (UV) Strahlung; künstlich erzeugtes IR ist beschleunigte Elektronen und induzierte Sekundärstrahlung . IR wird in 40 verschiedenen Ländern für mehr als 60 verschiedene Lebensmittel verwendet . Die Auswirkungen von IR umfassen: (a) Entwesung von Getreide, Obst und Gemüse, (b) Verbesserung der Haltbarkeit von Obst und Gemüse durch Hemmung der Keimung oder durch Veränderung ihrer Reifungs- und Seneszenzrate und (c) Verbesserung der Haltbarkeit von Lebensmitteln durch Inaktivierung von Verderbniserregern und Verbesserung der Sicherheit von Lebensmitteln durch Inaktivierung lebensmittelbedingter Krankheitserreger . Verschiedene Faktoren der Lebensmittelbestrahlungstechniken sind in Tabelle 12 aufgeführt.

Regulatorische Grenzen der Bestrahlung Die an Lebensmittel abgegebene IR-Dosis wird in Kilo-Grautönen (kGy) gemessen. 1 grau entspricht einer ionisierenden Energiedosis, die von 1 kg bestrahltem Material absorbiert wird. Die regulatorischen Grenzen werden von den gesetzgebenden Körperschaften festgelegt. Abhängig von der Regulierungsbehörde können diese Grenzwerte als Mindestdosis, Höchstdosis oder zugelassener Dosisbereich ausgedrückt werden . Tabelle 13 zeigt verschiedene gesetzliche Grenzwerte für Lebensmittelbestrahlungsanwendungen.

Auswirkungen der Bestrahlung Die Ernährungsparameter wie Lipide, Kohlenhydrate, Proteine, Mineralien und die meisten Vitamine bleiben auch bei hohen Dosen von IR unberührt . Bei einer hohen Dosis kann IR den Verlust einiger Mikronährstoffe verursachen, insbesondere der Vitamine A, B1, C und E. Laut FDA hat IR Auswirkungen auf den Nährwert von Lebensmitteln, die denen herkömmlicher Lebensmittelverarbeitungstechniken ähneln .

Hochdruck-Lebensmittelkonservierung

Die Technologie des hohen hydrostatischen Drucks oder der Ultrahochdruckverarbeitung (HPP) umfasst eine Druckzuweisung von bis zu 900 MPa, um Mikroorganismen in Lebensmitteln abzutöten. Dieser Prozess inaktiviert auch den Verderb von Lebensmitteln, verzögert den Beginn chemischer und enzymatischer Verschlechterungsprozesse und behält die wichtigen physikalischen und physiochemischen Eigenschaften von Lebensmitteln bei. HHP hat das Potenzial, als wichtige Konservierungsmethode zu dienen, ohne Vitamine, Aromen und Farbmoleküle während des Prozesses abzubauen . Frische und verbesserter Geschmack mit hohem Nährwert sind die unvergleichlichen Eigenschaften der HPP-Technologie. Dieser Prozess ist auch umweltfreundlich, da der Energieverbrauch sehr gering ist und nur minimale Abwässer zum Ablassen erforderlich sind . Der Hauptnachteil dieser Technologie sind die hohen Investitionskosten. Darüber hinaus schränken begrenzte Informationen und Skepsis gegenüber dieser Technologie auch die breite Anwendung von HPP-Prozessen ein .

Mechanismus und Funktionsprinzip Der Prozess folgt dem Prinzip von Le Chatelier und dem isostatischen Prinzip . Nach dem Prinzip von Le Chatelier werden biochemische und physikalisch-chemische Phänomene im Gleichgewicht von der Volumenänderung begleitet und somit vom Druck beeinflusst. Unabhängig von der Form, Größe oder Geometrie der Produkte beruht das isostatische Prinzip auf der sofortigen und gleichmäßigen Druckübertragung in allen Lebensmittelsystemen . HP-Prozesse betreffen alle Reaktionen und strukturellen Veränderungen, bei denen es um eine Volumenänderung geht. Die kombinierte Wirkung von Abbau und Permeabilisierung der Zellmembran tötet oder hemmt das Wachstum von Mikroorganismen. Vegetative Zellen werden bei 3000 bar Druck (ungefähr) bei Umgebungstemperatur inaktiviert, während die Sporeninaktivierung in Kombination mit dem Temperaturanstieg auf 60 ° C bis 70 ° C einen viel höheren Druck erfordert. Der Feuchtigkeitsgehalt ist in diesem Zusammenhang äußerst wichtig, da unterhalb von 40% Feuchtigkeitsgehalt wenig Wirkung spürbar ist. Behälterverarbeitung und Massenverarbeitung sind zwei Methoden zur Konservierung von Lebensmitteln unter hohem Druck. Tabelle 14 zeigt die Vorteile und Einschränkungen der In-Container- und Bulk-Verarbeitung von Lebensmitteln unter hohem Druck.

Gepulstes elektrisches Feld

Gepulstes elektrisches Feld (PEF) Die Lebensmittelverarbeitung ist definiert als eine Technik, bei der Lebensmittel zwischen zwei Elektroden platziert und einer gepulsten hohen Temperatur ausgesetzt werden spannungsfeld (20-40 kV/cm). Im Allgemeinen beträgt die PEF-Behandlungszeit weniger als eine Sekunde. Niedrige Verarbeitungstemperatur und kurze Verweilzeit dieses Verfahrens ermöglichen eine hochwirksame Inaktivierung von Mikroorganismen. PEF-Verarbeitung ist viel effektiver, gramnegative Bakterien als grampositive Bakterien zu zerstören. Vegetative Zellen sind für diesen Prozess viel empfindlicher als Sporen. Alle Zelltode treten aufgrund der Störung der Zellmembranfunktion und der Elektroporation auf . Die PEF-Technologie behält Geschmack, Aroma und Farbe der Lebensmittel bei. Darüber hinaus ist diese Technik nicht toxisch . Dieser Prozess hat jedoch keinen Einfluss auf Enzyme und Sporen. Es ist auch nicht für leitfähige Materialien geeignet und nur zur Behandlung flüssiger Lebensmittel wirksam. Dieser Prozess ist energieintensiv und kann Umweltrisiken bergen .

Konservierung flüssiger Lebensmittel Es wird berichtet, dass nichtthermische Lebensmittelkonservierungsprozesse wie HPP und PEF effektiver sind als die thermische Verarbeitung . Die durch PEF erreichte mikrobielle Inaktivierung hängt hauptsächlich von der elektrischen Feldstärke (20-40 kV / cm) und der Anzahl der während der Verarbeitung erzeugten Impulse ab . Es wurde festgestellt, dass die meisten verderblichen und pathogenen Mikroorganismen gegenüber PEF empfindlich sind. Es wird jedoch angemerkt, dass die Behandlung von pflanzlichen oder tierischen Zellen eine hohe Feldstärke und einen höheren Energieeintrag erfordert, was die Verarbeitungskosten erhöht. Darüber hinaus kann diese Art von Feldstärke die Struktur fester Lebensmittel zerstören. Daher ist PEF günstiger, um flüssige Lebensmittel zu konservieren. Die mikrobielle Inaktivierung durch PEF wurde für Frucht- oder Gemüsesäfte, Milch, flüssiges Ei und Nährstoffbrühe als wirksam befunden .

Verarbeitungsparameter Verschiedene Arten von Lebensmitteln werden mit dem PEF-Verfahren verarbeitet. Verarbeitungsparameter verschiedener PEF-behandelter Lebensmittel sind in Tabelle 15 aufgeführt.

Biologischer Prozess: Fermentation

Die Fermentationsmethode verwendet Mikroorganismen, um Lebensmittel zu konservieren. Dieses Verfahren beinhaltet die Zersetzung von Kohlenhydraten unter Einwirkung von Mikroorganismen und/oder Enzymen . Bakterien, Hefen und Schimmelpilze sind die häufigsten Gruppen von Mikroorganismen, die an der Fermentation einer Vielzahl von Lebensmitteln beteiligt sind, z. B. Milchprodukte, Lebensmittel auf Getreidebasis und Fleischprodukte . Die Fermentation verbessert den Nährwert, die Gesundheit und die Verdaulichkeit von Lebensmitteln. Dies ist eine gesunde Alternative zu vielen giftigen chemischen Konservierungsmitteln .

Klassifizierung der Fermentation Die Fermentation kann spontan oder induziert sein. Es gibt verschiedene Arten der Fermentation, die in der Lebensmittelverarbeitung verwendet werden. Mechanismen verschiedener Lebensmittelfermentationstechniken werden im Folgenden kurz diskutiert:

Die Alkoholfermentation ist das Ergebnis der Hefewirkung auf den einfachen Zucker namens ‚Hexose‘, der diesen in Alkohol und Kohlendioxid umwandelt. Die Qualität fermentierter Produkte hängt von der Anwesenheit von Alkohol ab. Bei diesem Verfahren wird Luft aus dem Produkt ausgeschlossen, um die Wirkung von aeroben Mikroorganismen wie dem Acetobacter zu vermeiden. Dieser Prozess sorgt für eine längere Haltbarkeit der Produkte. Die folgende Gleichung veranschaulicht die Alkoholfermentation durch Umwandlung von Hexose

Die Essiggärung erfolgt nach der Alkoholgärung. Acetobacter wandelt Alkohol in Gegenwart von überschüssigem Sauerstoff in Essigsäure um . Bei dieser Methode werden Lebensmittelprodukte als Gurken, Relishes usw. konserviert. . Essigfermentation führt zu Essigsäure und Wasser durch Oxidation von Alkohol

Die Milchsäuregärung findet aufgrund der Anwesenheit von zwei Arten von Bakterien statt: Homofermenter und Heterofermenter. Homofermenter produzieren hauptsächlich Milchsäure über den glykolytischen (Embden–Meyerhof-Weg). Heterofermenter produzieren Milchsäure plus nennenswerte Mengen Ethanol, Acetat und Kohlendioxid über den 6-Phosphogluconat / Phosphoketolase-Weg .

Homolaktische Fermentation — Die Fermentation von 1 Mol Glucose ergibt zwei Mol Milchsäure

Heterolaktische Fermentation — Die Fermentation von 1 mol Glucose ergibt jeweils 1 Mol Milchsäure, Ethanol und Kohlendioxid

Im Fermentationsprozess werden verschiedene Arten von Mikroorganismen ausschließlich zur Herstellung von Aromen in Lebensmitteln verwendet, die in Tabelle 16 dargestellt sind .

Chemische Prozesse

Die Konservierung von Lebensmitteln mit chemischen Reagenzien ist eine der alten und traditionellen Methoden . Die Wirksamkeit dieser Methode hängt von der Konzentration und Selektivität der chemischen Reagenzien, Verderb verursachenden Organismen und den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Lebensmitteln ab . Der weltweite Verbrauch und die Anwendung von Lebensmittelzusatzstoffen und Konservierungsmitteln nehmen zu. Derzeit (Daten von 2012) dominierte Nordamerika den Markt für Lebensmittelkonservierungsmittel, gefolgt von Asien–Pazifik. Es wird erwartet, dass der Markt für Lebensmittelkonservierungsmittel bis Ende 2018 ein Volumen von 2,7 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Die Verwendung chemischer Reagenzien als Lebensmittelzusatzstoffe und Konservierungsmittel ist jedoch aus gesundheitlichen Gründen ein heikles Thema . In verschiedenen Ländern werden die Anwendungen von Konservierungsmitteln und Lebensmittelzusatzstoffen durch verschiedene Gesetze, Regeln und Regierungsbehörden überwacht und reguliert .

Chemische Konservierungsmittel

Konservierungsmittel sind definiert als Substanzen, die in der Lage sind, das Wachstum von Mikroorganismen oder jede andere Verschlechterung, die sich aus ihrer Anwesenheit ergibt, zu hemmen, zu verzögern oder zu stoppen . Lebensmittelkonservierungsmittel verlängern die Haltbarkeit bestimmter Lebensmittel. Konservierungsstoffe verzögern den Abbau durch Mikroorganismen und erhalten daher die Farbe, Textur und den Geschmack des Lebensmittels .

Lebensmittelkonservierungsmittel können als natürlich und künstlich eingestuft werden. Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen enthalten verschiedene Chemikalien, die Lebensmittel konservieren können. Sie wirken auch als Antioxidantien, Aromen und antibakterielle Mittel . Tabelle 17 stellt verschiedene natürliche Reagenzien mit ihren Funktionen als Lebensmittelkonservierungsmittel vor. Künstliche Konservierungsstoffe werden industriell hergestellt. Diese können als antimikrobiell, antioxidativ und antienzymatisch eingestuft werden . Die Klassifizierung von künstlichen Konservierungsmitteln, die in der Lebensmittelindustrie verwendet werden, ist in Tabelle 18 dargestellt.

Lebensmittelzusatzstoffe

Die Hauptziele der Verwendung von Lebensmittelzusatzstoffen sind die Verbesserung und Aufrechterhaltung des Nährwerts, die Verbesserung der Qualität, die Verringerung von Verschwendung, die Verbesserung der Kundenakzeptanz, die Bereitstellung von Lebensmitteln und die Erleichterung der Verarbeitung von Lebensmitteln . Lebensmittelzusatzstoffe können entweder natürliche oder synthetische chemische Substanzen sein, die absichtlich während der Verarbeitung, Verpackung oder Lagerung von Lebensmitteln verwendet werden, um die gewünschten Änderungen der Lebensmitteleigenschaften zu bewirken. Lebensmittelzusatzstoffe können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden: absichtlich und zufällig. Unter diesen beiden werden Lebensmittelzusatzstoffe streng von der Regierungsbehörde kontrolliert . Nach Angaben der National Academy of Sciences (1973) sind Zusatzstoffe verboten fehlerhaften Prozess zu verschleiern, Verderb, Schäden oder andere Minderwertigkeit zu verbergen, und offenbar Verbraucher zu täuschen. Darüber hinaus, wenn Zusatzstoffe eine erhebliche Verringerung der Ernährung verursachen, dann sind ihre Verwendungen auch nicht verbunden . Tabelle 19 stellt verschiedene Arten von Lebensmittelzusatzstoffen mit ihren Anwendungsmöglichkeiten vor.

Mögliche gesundheitliche Auswirkungen von Lebensmittelzusatzstoffen und Konservierungsstoffen

Chemische Lebensmittelzusatzstoffe und Konservierungsstoffe gelten meist als sicher, aber einige von ihnen haben negative und möglicherweise lebensbedrohliche Nebenwirkungen. Zum Beispiel werden Nitrate bei der Einnahme in Nitrite umgewandelt, die mit Hämoglobin reagieren können, um Met-Hämoglobin (auch bekannt als: Met-Hämoglobin) zu produzieren, eine Substanz, die insbesondere bei Säuglingen zu Bewusstlosigkeit und Tod führen kann. Verschiedene künstliche Lebensmittelfarbstoffe wie Tartrazin, Allurarot, Ponceau und Benzoatkonservierungsmittel haben nachteilige Auswirkungen auf das Verhalten von Säuglingen; Diese Zusatzstoffe werden als Ursache für das hyperaktive Verhalten von Säuglingen angesehen . Konservierungsstoffe haben auch Unverträglichkeiten bei Menschen mit Asthma. Sulfite (einschließlich Natriumbisulfit, Natriummetabisulfit und Kaliumbisulfit), die in Wein, Bier und getrockneten Früchten vorkommen, lösen bekanntermaßen asthmatische Syndrome aus und verursachen Migräne bei Menschen, die empfindlich auf sie reagieren. Natriumnitrat und Natriumnitrit werden auch von der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) als wahrscheinlich krebserregende Elemente für den Menschen eingestuft. Nitrite und Benzoate können negative Auswirkungen auf schwangere Frauen haben. Die Einnahme von Natriumnitrit senkt die Hämoglobin- und Hämatokritwerte schwangerer Frauen. Sowohl Benzoat als auch Nitrit induzieren eine Abnahme des Serumbilirubins und eine Erhöhung des Serumharnstoffs. Folglich werden das mittlere Gewicht und die Länge des Fötus gesenkt . Nitrite werden nach der Einnahme in Nitrosamine umgewandelt, die für einen Fötus schädlich sein können . Tabelle 20 diskutiert die Auszüge der negativen Auswirkungen von schädlichen Lebensmittelkonservierungsmitteln.