Pasteurisierung
Pasteurisierung [ˌpʰa.stø.ʁiˈziː.ʁʊŋ] oder Pasteurisation bezeichnet die kurzzeitige Erwärmung von flüssigen oder pastösen Lebensmitteln auf Temperaturen von mindestens 72 °C (klassisches Verfahren von Pasteur) bis maximal 100 °C (Hochpasteurisieren) zur Abtötung der vegetativen Phasen von Mikroorganismen. Sie dient z. B. dazu, Lebensmittel, unter anderem Milch, Frucht- und Gemüsesäfte und Flüssigei, schonend haltbar (keimarm) zu machen. ⓘ
Durch die kurze, 15 Sekunden bis wenige Minuten umfassende Zeitdauer der Hitzeeinwirkung und die mäßige Temperatur werden der Nährwert, der Geschmack und die Konsistenz des Lebensmittels nur unbedeutend verändert und dennoch die meisten Lebensmittelverderber wie Milchsäurebakterien und Hefen sowie viele krankheitserregende Bakterien wie Salmonellen und Brucellen zuverlässig abgetötet. Hitzeresistente Bakteriensporen wie die von Clostridium botulinum, die Erreger der Paratuberkulose sowie Sporen einiger Schimmelpilze überleben diese Behandlung zumindest teilweise. Aus diesem Grund sollte der Mikroorganismengehalt der Rohware möglichst gering gehalten werden. ⓘ
Da sie nicht keimfrei sind, müssen pasteurisierte Lebensmittel im Regelfall gekühlt gelagert werden und sind dann einige Tage bis einige Wochen haltbar. Davon abzugrenzen ist die Sterilisation bei Temperaturen von über 100 °C, die auch hitzeresistente Bakteriensporen abtötet. Sterilisierte Lebensmittel können erheblich länger und ungekühlt gelagert werden als pasteurisierte Lebensmittel, verlieren jedoch durch das Erhitzen stärker an Nährwert und Geschmack. ⓘ
Das Verfahren der Pasteurisierung wurde nach dem französischen Chemiker Louis Pasteur benannt und 1864 entwickelt. Pasteur hatte erkannt, dass durch kurzzeitiges Erhitzen von Lebensmitteln und anderen Stoffen die meisten der darin enthaltenen Mikroorganismen abgetötet werden. Sind so behandelte Stoffe in einem abgeschlossenen Bereich, können auch keine neuen Mikroorganismen in diese eindringen. Unter Zuhilfenahme eines speziell angefertigten Glaskolbens, des Pasteurkolbens, wurde diese Methode sehr eindrucksvoll demonstriert. Bei Lebensmitteln kann dadurch die Haltbarkeitszeit deutlich gesteigert werden. Zugleich war mit diesem Versuch auch die Urzeugungsthese widerlegt. ⓘ
Pasteurisierung oder Pasteurisierung ist ein Verfahren, bei dem verpackte und unverpackte Lebensmittel (wie Milch und Fruchtsäfte) mit milder Hitze behandelt werden, in der Regel auf weniger als 100 °C (212 °F), um Krankheitserreger zu beseitigen und die Haltbarkeit zu verlängern. Das Verfahren soll Organismen und Enzyme zerstören oder deaktivieren, die zum Verderb oder zum Krankheitsrisiko beitragen, einschließlich vegetativer Bakterien, aber nicht bakterieller Sporen. ⓘ
Das Verfahren wurde nach dem französischen Mikrobiologen Louis Pasteur benannt, der in den 1860er Jahren durch seine Forschungen nachwies, dass eine thermische Behandlung unerwünschte Mikroorganismen im Wein inaktivieren kann. Auch verderbliche Enzyme werden bei der Pasteurisierung inaktiviert. Heute wird die Pasteurisierung in der Milchwirtschaft und anderen lebensmittelverarbeitenden Industrien in großem Umfang eingesetzt, um Lebensmittel zu konservieren und die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten. ⓘ
Bis zum Jahr 1999 wurden die meisten flüssigen Produkte in einem kontinuierlichen System wärmebehandelt, wobei die Wärmezufuhr über einen Plattenwärmetauscher oder die direkte oder indirekte Verwendung von Heißwasser und Dampf erfolgen kann. Aufgrund der milden Hitze kommt es zu geringfügigen Veränderungen der ernährungsphysiologischen Qualität und der sensorischen Eigenschaften der behandelten Lebensmittel. Die Pasteurisierung oder Hochdruckbehandlung (HPP) und das gepulste elektrische Feld (PEF) sind nichtthermische Verfahren, die ebenfalls zur Pasteurisierung von Lebensmitteln eingesetzt werden. ⓘ
Geschichte
Das Verfahren der Erhitzung von Wein zu Konservierungszwecken ist in China seit 1117 n. Chr. bekannt und wurde in Japan im Tagebuch Tamonin-nikki dokumentiert, das von einer Reihe von Mönchen zwischen 1478 und 1618 verfasst wurde. ⓘ
Viel später, im Jahr 1768, bewiesen die Forschungen des italienischen Priesters und Wissenschaftlers Lazzaro Spallanzani, dass ein Produkt durch thermische Behandlung "steril" gemacht werden kann. Spallanzani kochte eine Stunde lang Fleischbrühe, versiegelte den Behälter sofort nach dem Kochen und stellte fest, dass die Brühe nicht verdarb und frei von Mikroorganismen war. Im Jahr 1795 begann der Pariser Koch und Konditor Nicolas Appert mit der Konservierung von Lebensmitteln zu experimentieren und hatte Erfolg mit Suppen, Gemüse, Säften, Milchprodukten, Gelees, Konfitüren und Sirupen. Er füllte die Lebensmittel in Gläser, verschloss sie mit Kork und Siegellack und legte sie in kochendes Wasser. Im selben Jahr lobte das französische Militär ein Preisgeld von 12.000 Francs für eine neue Methode zur Konservierung von Lebensmitteln aus. Nach etwa 14 oder 15 Jahren des Experimentierens reichte Appert seine Erfindung ein und erhielt im Januar 1810 den Preis. Noch im selben Jahr veröffentlichte Appert L'Art de conserver les substances animales et végétales ("Die Kunst, tierische und pflanzliche Substanzen zu konservieren"). Dies war das erste Kochbuch seiner Art über moderne Methoden der Lebensmittelkonservierung. ⓘ
La Maison Appert (Englisch: The House of Appert) in der Stadt Massy in der Nähe von Paris wurde zur ersten Lebensmittelabfüllfabrik der Welt, die eine Vielzahl von Lebensmitteln in versiegelten Flaschen konservierte. Appert füllte dicke, großmündige Glasflaschen mit Produkten aller Art, von Rind- und Geflügelfleisch bis zu Eiern, Milch und Fertiggerichten. Oben in der Flasche ließ er Luft, und der Korken wurde dann mit einem Schraubstock fest verschlossen. Anschließend wurde die Flasche in Segeltuch eingewickelt, um sie zu schützen, während sie in kochendes Wasser getaucht und dann so lange gekocht wurde, wie Appert es für angemessen hielt, um den Inhalt gründlich zu kochen. Appert ließ seine Methode patentieren, die ihm zu Ehren auch Appertisation genannt wird. ⓘ
Apperts Methode war so einfach und praktikabel, dass sie sich schnell durchsetzte. Im Jahr 1810 patentierte der britische Erfinder und Kaufmann Peter Durand, ebenfalls französischer Herkunft, seine eigene Methode, diesmal jedoch in einer Blechdose, und schuf damit das moderne Verfahren der Konservierung von Lebensmitteln. Im Jahr 1812 erwarben die Engländer Bryan Donkin und John Hall beide Patente und begannen mit der Herstellung von Konserven. Nur ein Jahrzehnt später hatte Apperts Konservierungsmethode ihren Weg nach Amerika gefunden. Die Herstellung von Konservendosen war bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts nicht sehr verbreitet, was zum Teil daran lag, dass bis zur Erfindung des Dosenöffners durch Robert Yeates im Jahr 1855 ein Hammer und ein Meißel zum Öffnen der Dosen benötigt wurden. ⓘ
Eine weniger aggressive Methode entwickelte der französische Chemiker Louis Pasteur während eines Sommerurlaubs 1864 in Arbois. Um dem häufigen Säuregehalt der dortigen gealterten Weine abzuhelfen, fand er experimentell heraus, dass es ausreicht, einen jungen Wein nur kurzzeitig auf etwa 50-60 °C zu erhitzen, um die Mikroben abzutöten, und dass der Wein anschließend gealtert werden kann, ohne die endgültige Qualität zu beeinträchtigen. Zu Ehren von Pasteur wird dieses Verfahren als "Pasteurisierung" bezeichnet. Ursprünglich diente die Pasteurisierung dazu, das Säuern von Wein und Bier zu verhindern, und es sollte noch viele Jahre dauern, bis auch Milch pasteurisiert wurde. In den Vereinigten Staaten war es in den 1870er Jahren, bevor die Milch reguliert wurde, üblich, der Milch Stoffe zuzusetzen, die den Verderb verschleiern sollten. ⓘ
Bereits 1795 wendete der Koch, Konditor und Erfinder Nicolas Appert die Wärmekonservierung in Form des Einkochens an. Als Vorversuch zur Entwicklung einer systematisierten Anwendung dieses Verfahrens in den 1860er Jahren gilt Pasteurs Nachweis, dass Lebensmittelverderb eindeutig durch Lebewesen verursacht wird und kein abiotischer Prozess ist, wie viele seiner Zeitgenossen annahmen. Für diesen Nachweis füllte er frisch gekochte Bouillon in zwei gläserne Kolben. Einen davon ließ er unverschlossen stehen, auf den anderen setzte er ein S-förmig gekrümmtes Glasrohr, das zwar einen Ausgleich des Gasdrucks zwischen Gärraum und Umgebung erlaubt, das Eindringen von Partikeln jedoch verhindert (sog. Gärröhrchen). In beiden Glaskolben kochte er die Bouillon nochmals auf und beobachtete dann die Entwicklung des Inhalts beider Kolben über einen längeren Zeitraum. Der Inhalt des unverschlossenen Kolbens verdarb schneller, während die Bouillon im Kolben mit dem Gärröhrchen längere Zeit genießbar blieb. ⓘ
Milch
Milch ist ein hervorragendes Medium für das Wachstum von Mikroorganismen, und wenn sie bei Raumtemperatur gelagert wird, vermehren sich Bakterien und andere Krankheitserreger schnell. Nach Angaben der US-amerikanischen Centers for Disease Control (CDC) ist unsachgemäß behandelte Rohmilch für fast dreimal so viele Krankenhausaufenthalte verantwortlich wie jede andere lebensmittelbedingte Krankheitsquelle, was sie zu einem der gefährlichsten Lebensmittel weltweit macht. Zu den Krankheiten, die durch Pasteurisierung verhindert werden können, gehören Tuberkulose, Brucellose, Diphtherie, Scharlach und Q-Fieber; außerdem werden die schädlichen Bakterien Salmonella, Listeria, Yersinia, Campylobacter, Staphylococcus aureus und Escherichia coli O157:H7 abgetötet. ⓘ
Vor der Industrialisierung wurden Milchkühe in städtischen Gebieten gehalten, um die Zeit zwischen Milchproduktion und -konsum zu verkürzen, so dass das Risiko einer Krankheitsübertragung über Rohmilch geringer war. Als die städtische Dichte zunahm und die Versorgungsketten sich auf die Entfernung zwischen Land und Stadt verlängerten, wurde Rohmilch (oft Tage alt) als Krankheitsquelle erkannt. So starben zwischen 1912 und 1937 allein in England und Wales etwa 65 000 Menschen an Tuberkulose, die sich durch den Verzehr von Milch zugezogen hatte. Da die Tuberkulose beim Menschen eine lange Inkubationszeit hat, war es schwierig, den Verzehr nicht pasteurisierter Milch mit der Krankheit in Verbindung zu bringen. Im Jahr 1892 beimpfte der Chemiker Ernst Lederle experimentell Meerschweinchen mit Milch von tuberkulosekranken Kühen, wodurch diese die Krankheit entwickelten. Im Jahr 1910 führte Lederle, damals in seiner Funktion als Gesundheitskommissar, die obligatorische Pasteurisierung von Milch in New York City ein. ⓘ
In den Industrieländern wurde die Pasteurisierung der Milch eingeführt, um derartige Krankheiten und Todesfälle zu verhindern, so dass die Milch heute als sichereres Lebensmittel gilt. Eine traditionelle Form der Pasteurisierung, bei der die Sahne gebrüht und abgeseiht wird, um die Haltbarkeit der Butter zu erhöhen, wurde im 18. Jahrhundert in Großbritannien praktiziert und 1773 in Boston in den britischen Kolonien eingeführt, obwohl sie in den folgenden 20 Jahren in den Vereinigten Staaten nicht allgemein praktiziert wurde. Die Pasteurisierung von Milch wurde 1886 von Franz von Soxhlet vorgeschlagen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts legte Milton Joseph Rosenau die Standards für die Pasteurisierung von Milch fest - d. h. langsames Erhitzen bei niedriger Temperatur von 60 °C (140 °F) für 20 Minuten - während seiner Tätigkeit beim United States Marine Hospital Service, insbesondere in seiner Veröffentlichung The Milk Question (1912). Schon bald begannen die US-Bundesstaaten damit, Gesetze zur Pasteurisierung von Milch zu erlassen, das erste im Jahr 1947, und 1973 schrieb die US-Bundesregierung die Pasteurisierung von Milch vor, die im zwischenstaatlichen Handel verwendet wurde. ⓘ
Die Haltbarkeit von gekühlter, pasteurisierter Milch ist länger als die von Rohmilch. Hochtemperatur-Kurzzeitpasteurisierte Milch beispielsweise ist in der Regel zwei bis drei Wochen gekühlt haltbar, während ultrapasteurisierte Milch wesentlich länger haltbar ist, manchmal zwei bis drei Monate. Wenn die Ultrahocherhitzung (UHT) mit einer sterilen Handhabung und einer Behältertechnologie (z. B. keimfreie Verpackung) kombiniert wird, kann sie sogar bis zu 9 Monate ungekühlt gelagert werden. ⓘ
Nach Angaben der Centers for Disease Control waren zwischen 1998 und 2011 79 % der milchbezogenen Krankheitsausbrüche in den Vereinigten Staaten auf Rohmilch oder Käseprodukte zurückzuführen. Sie berichten von 148 Ausbrüchen und 2.384 Erkrankungen (von denen 284 einen Krankenhausaufenthalt erforderten) sowie zwei Todesfällen, die im selben Zeitraum auf Rohmilch- oder Käseprodukte zurückzuführen waren. ⓘ
Medizinische Ausrüstung
Medizinische Geräte, vor allem Beatmungs- und Anästhesiegeräte, werden häufig mit heißem Wasser desinfiziert, als Alternative zur chemischen Desinfektion. Die Temperatur wird dabei 30 Minuten lang auf 70 °C (158 °F) erhöht. ⓘ
Verfahren der Pasteurisierung
Pasteurisierung ist eine milde Wärmebehandlung von flüssigen Lebensmitteln (sowohl verpackt als auch unverpackt), bei der die Produkte in der Regel auf unter 100 °C erhitzt werden. Die Wärmebehandlung und der Abkühlungsprozess sollen eine Phasenänderung des Produkts verhindern. Der Säuregehalt des Lebensmittels bestimmt die Parameter (Zeit und Temperatur) der Wärmebehandlung sowie die Dauer der Haltbarkeit. Bei den Parametern werden auch die ernährungsphysiologischen und sensorischen Eigenschaften berücksichtigt, die hitzeempfindlich sind. ⓘ
Bei sauren Lebensmitteln (pH <4,6) wie Fruchtsaft und Bier zielt die Wärmebehandlung auf die Inaktivierung von Enzymen (Pektinmethylesterase und Polygalacturonase in Fruchtsäften) und die Zerstörung von Verderbniserregern (Hefe und Lactobacillus) ab. Aufgrund des niedrigen pH-Werts der sauren Lebensmittel können Krankheitserreger nicht wachsen. Die Haltbarkeit wird dadurch um mehrere Wochen verlängert. Bei weniger sauren Lebensmitteln (pH-Wert >4,6) wie Milch und Flüssigeiern zielt die Wärmebehandlung auf die Abtötung von Krankheitserregern und Verderbniserregern (Hefe und Schimmelpilze) ab. Nicht alle Verderbniserreger werden durch die Pasteurisierung abgetötet, so dass eine anschließende Kühlung erforderlich ist. ⓘ
Ausrüstung
Lebensmittel können auf zwei Arten pasteurisiert werden: entweder vor oder nach dem Verpacken in Behältnisse. Wenn die Lebensmittel in Glas verpackt werden, wird heißes Wasser verwendet, um das Risiko eines Temperaturschocks zu verringern. Auch Kunststoffe und Metalle werden zum Verpacken von Lebensmitteln verwendet, und diese werden im Allgemeinen mit Dampf oder heißem Wasser pasteurisiert, da die Gefahr eines Temperaturschocks gering ist. ⓘ
Die meisten flüssigen Lebensmittel werden mit kontinuierlichen Systemen pasteurisiert, die über eine Heizzone, ein Hälterohr und eine Kühlzone verfügen, wonach das Produkt in die Verpackung gefüllt wird. Plattenwärmetauscher werden für Produkte mit niedriger Viskosität wie Tiermilch, Nussmilch und Säfte verwendet. Ein Plattenwärmetauscher besteht aus vielen dünnen vertikalen Edelstahlplatten, die die Flüssigkeit vom Heiz- oder Kühlmedium trennen. Schabewärmetauscher enthalten eine innere rotierende Welle im Rohr und dienen dazu, hochviskose Stoffe, die sich an der Rohrwand ansammeln könnten, abzuschaben. ⓘ
Rohrbündelwärmetauscher sind für die Pasteurisierung von Lebensmitteln vorgesehen, bei denen es sich um nicht-newtonsche Flüssigkeiten handelt, wie z. B. Milchprodukte, Tomatenketchup und Babynahrung. Ein Röhrenwärmetauscher besteht aus konzentrischen Edelstahlrohren. Die Lebensmittel werden durch das innere Rohr geleitet, während das Heiz-/Kühlmedium durch das äußere oder innere Rohr zirkuliert. ⓘ
Die Verwendung eines Wärmetauschers zur Pasteurisierung unverpackter Lebensmittel hat gegenüber der Pasteurisierung von Lebensmitteln in Behältern folgende Vorteile:
- Wärmetauscher sorgen für eine gleichmäßige Behandlung, und es besteht eine größere Flexibilität in Bezug auf die Produkte, die auf diesen Platten pasteurisiert werden können.
- Das Verfahren ist energieeffizienter als das Pasteurisieren von Lebensmitteln in verpackten Behältern.
- Höherer Durchsatz ⓘ
Nachdem das Produkt in einem Wärmetauscher erhitzt wurde, fließt es für eine bestimmte Zeit durch ein Halterohr, um die gewünschte Behandlung zu erreichen. Wenn die Pasteurisierungstemperatur oder -zeit nicht erreicht wird, wird ein Durchflussumleitungsventil eingesetzt, um das nicht ausreichend verarbeitete Produkt zurück in den Rohprodukttank zu leiten. Wenn das Produkt ausreichend behandelt wurde, wird es in einem Wärmetauscher abgekühlt und dann abgefüllt. ⓘ
Die Hochtemperatur-Kurzzeit-Pasteurisierung (HTST), wie sie für Milch verwendet wird (71,5 °C (160,7 °F) für 15 Sekunden), gewährleistet die Sicherheit der Milch und bietet eine gekühlte Haltbarkeit von etwa zwei Wochen. Bei der Ultrahochtemperatur-Pasteurisierung (UHT) wird die Milch bei 135 °C (275 °F) für 1 bis 2 Sekunden pasteurisiert, was das gleiche Maß an Sicherheit bietet, aber zusammen mit der Verpackung die Haltbarkeit im Kühlschrank auf drei Monate verlängert. ⓘ
Überprüfung
Direkte mikrobiologische Verfahren sind die ultimative Messung der Kontamination mit Krankheitserregern, aber sie sind kostspielig und zeitaufwändig, was bedeutet, dass die Produkte eine verkürzte Haltbarkeit haben, bis die Pasteurisierung überprüft wird. ⓘ
Da mikrobiologische Verfahren ungeeignet sind, wird die Wirksamkeit der Pasteurisierung von Milch in der Regel durch den Nachweis der alkalischen Phosphatase kontrolliert, die durch die Pasteurisierung denaturiert wird. Die Zerstörung der alkalischen Phosphatase gewährleistet die Abtötung der üblichen Milchpathogene. Daher ist das Vorhandensein von alkalischer Phosphatase ein idealer Indikator für die Wirksamkeit der Pasteurisierung. Bei Flüssigeiern wird die Wirksamkeit der Wärmebehandlung anhand der Restaktivität der α-Amylase gemessen. ⓘ
Wirksamkeit gegen krankheitserregende Bakterien
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts gab es keine gesicherten Erkenntnisse darüber, welche Zeit- und Temperaturkombinationen pathogene Bakterien in der Milch inaktivieren würden, so dass eine Reihe unterschiedlicher Pasteurisierungsstandards in Gebrauch waren. Bis 1943 wurden sowohl die HTST-Pasteurisierungsbedingungen von 72 °C (162 °F) für 15 Sekunden als auch die Batch-Pasteurisierungsbedingungen von 63 °C (145 °F) für 30 Minuten durch Studien über den vollständigen thermischen Tod (so gut es damals gemessen werden konnte) für eine Reihe von pathogenen Bakterien in Milch bestätigt. Später wurde die vollständige Inaktivierung von Coxiella burnetii (von dem man damals annahm, dass es durch die orale Aufnahme von infizierter Milch Q-Fieber verursacht) sowie von Mycobacterium tuberculosis (das Tuberkulose verursacht) nachgewiesen. In der Praxis reichten diese Bedingungen aus, um fast alle Hefen, Schimmelpilze und üblichen Verderbnisbakterien abzutöten und auch die üblichen pathogenen, hitzeresistenten Organismen ausreichend zu vernichten. Mit den bis in die 1960er Jahre verwendeten mikrobiologischen Verfahren war es jedoch nicht möglich, die tatsächliche Reduzierung der Bakterien zu ermitteln. Der Nachweis des Ausmaßes der Inaktivierung pathogener Bakterien durch die Pasteurisierung von Milch erfolgte durch eine Studie über die überlebenden Bakterien in Milch, die hitzebehandelt wurde, nachdem sie absichtlich mit hohen Konzentrationen der hitzeresistentesten Stämme der wichtigsten durch Milch übertragenen Krankheitserreger versetzt worden war. ⓘ
Die mittleren log10-Reduktionen und Inaktivierungstemperaturen der wichtigsten durch Milch übertragenen Krankheitserreger während einer 15-Sekunden-Behandlung sind:
- Staphylococcus aureus > 6,7 bei 66,5 °C (151,7 °F)
- Yersinia enterocolitica > 6,8 bei 62,5 °C (144,5 °F)
- krankheitserregende Escherichia coli > 6,8 bei 65 °C (149 °F)
- Cronobacter sakazakii > 6,7 bei 67,5 °C (153,5 °F)
- Listeria monocytogenes > 6,9 bei 65,5 °C (149,9 °F)
- Salmonella ser. Typhimurium > 6,9 bei 61,5 °C (142,7 °F)
(Eine log10-Reduktion zwischen 6 und 7 bedeutet, dass 1 Bakterium von 1 Million (106) bis 10 Millionen (107) Bakterien die Behandlung überlebt). ⓘ
Der Codex Alimentarius Code of Hygienic Practice for Milk stellt fest, dass die Pasteurisierung von Milch auf eine Reduzierung von Coxiella burnetii um mindestens 5 log10 ausgelegt ist. Der Kodex stellt außerdem fest, dass: "Die Mindestbedingungen für die Pasteurisierung sind solche, die eine bakterizide Wirkung haben, die der Erhitzung jedes Teilchens der Milch auf 72 °C für 15 Sekunden (kontinuierliche Durchflusspasteurisierung) oder 63 °C für 30 Minuten (Batch-Pasteurisierung) entspricht" und dass "Um sicherzustellen, dass jedes Teilchen ausreichend erhitzt wird, sollte der Milchstrom in den Wärmetauschern turbulent sein, d. h. die Reynolds-Zahl sollte ausreichend hoch sein". Der Punkt mit der turbulenten Strömung ist wichtig, da bei einfachen Laborstudien zur Hitzeinaktivierung in Reagenzgläsern ohne Strömung die Bakterieninaktivierung geringer ausfällt als bei Experimenten in größerem Maßstab, bei denen die Bedingungen der kommerziellen Pasteurisierung nachgebildet werden sollen. ⓘ
Als Vorsichtsmaßnahme müssen moderne HTST-Pasteurisierungsverfahren mit einer Durchflussbegrenzung sowie mit Umleitungsventilen ausgestattet sein, die sicherstellen, dass die Milch gleichmäßig erhitzt wird und kein Teil der Milch einer kürzeren Zeit oder einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt wird. Es ist üblich, dass die Temperaturen 72 °C um 1,5 °C oder 2 °C überschreiten. ⓘ
Doppelte Pasteurisierung
Die Pasteurisierung ist keine Sterilisierung und tötet keine Sporen ab. Eine "doppelte" Pasteurisierung, bei der ein zweiter Erhitzungsprozess durchgeführt wird, kann die Haltbarkeit verlängern, indem gekeimte Sporen abgetötet werden. ⓘ
Die Akzeptanz der doppelten Pasteurisierung variiert von Land zu Land. Dort, wo sie erlaubt ist, wird die Milch bereits bei der Abholung vom Bauernhof pasteurisiert, damit sie vor der Verarbeitung nicht verdirbt. In vielen Ländern ist es verboten, solche Milch als "pasteurisiert" zu kennzeichnen, aber es ist erlaubt, sie als "thermisiert" zu kennzeichnen, was sich auf ein Verfahren mit niedrigerer Temperatur bezieht. ⓘ
Auswirkungen auf den Nährwert und die sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln
Aufgrund der milden Wärmebehandlung verlängert die Pasteurisierung die Haltbarkeitsdauer um einige Tage oder Wochen. Diese milde Hitze bedeutet jedoch auch, dass die hitzelabilen Vitamine in den Lebensmitteln nur geringfügig verändert werden. ⓘ
Milch
Eine systematische Überprüfung und Meta-Analyse ergab, dass die Pasteurisierung die Konzentrationen der Vitamine B12 und E zu verringern scheint, aber auch die Konzentrationen von Vitamin A erhöht. Abgesehen von der Meta-Analyse ist es nicht möglich, Schlussfolgerungen über die Auswirkungen der Pasteurisierung auf die Vitamine A, B12 und E zu ziehen, wenn man nur die umfangreiche Literatur zu Rate zieht. Milch ist in der nordamerikanischen Ernährung keine wichtige Quelle für die Vitamine B12 oder E, so dass die Auswirkungen der Pasteurisierung auf die tägliche Aufnahme dieser Vitamine bei Erwachsenen zu vernachlässigen sind. Milch gilt jedoch als wichtige Vitamin-A-Quelle, und da die Pasteurisierung die Vitamin-A-Konzentration in der Milch zu erhöhen scheint, ist die Auswirkung der Wärmebehandlung von Milch auf dieses Vitamin für die öffentliche Gesundheit nicht von Belang. Die Ergebnisse von Meta-Analysen zeigen, dass die Pasteurisierung von Milch zu einem signifikanten Rückgang von Vitamin C und Folsäure führt, aber Milch ist auch keine wichtige Quelle für diese Vitamine. Ein signifikanter Rückgang der Vitamin-B2-Konzentration wurde nach der Pasteurisierung festgestellt. Vitamin B2 findet sich in Kuhmilch normalerweise in Konzentrationen von 1,83 mg/Liter. Da die empfohlene Tagesdosis für Erwachsene 1,1 mg/Tag beträgt, trägt der Milchkonsum erheblich zur empfohlenen Tagesdosis dieses Vitamins bei. Mit Ausnahme von B2 scheint die Pasteurisierung den Nährwert von Milch nicht zu beeinträchtigen, da Milch in der nordamerikanischen Ernährung oft nicht die Hauptquelle für diese untersuchten Vitamine ist. ⓘ
Sensorische Auswirkungen
Die Pasteurisierung hat auch einen kleinen, aber messbaren Einfluss auf die sensorischen Eigenschaften der verarbeiteten Lebensmittel. Bei Fruchtsäften kann die Pasteurisierung zu einem Verlust von flüchtigen Aromastoffen führen. Fruchtsaftprodukte werden vor der Pasteurisierung einem Entlüftungsprozess unterzogen, der für diesen Verlust verantwortlich sein kann. Durch die Entlüftung wird auch der Verlust von Nährstoffen wie Vitamin C und Karotin minimiert. Um die Qualitätsminderung durch den Verlust flüchtiger Verbindungen zu verhindern, kann die Rückgewinnung flüchtiger Stoffe eingesetzt werden, die zwar kostspielig ist, aber zur Herstellung hochwertigerer Saftprodukte beiträgt. ⓘ
Was die Farbe betrifft, so hat der Pasteurisierungsprozess kaum Auswirkungen auf Pigmente wie Chlorophylle, Anthocyane und Carotinoide in pflanzlichen und tierischen Geweben. In Fruchtsäften ist die Polyphenoloxidase (PPO) das wichtigste Enzym, das für die Bräunung und Farbveränderung verantwortlich ist. Dieses Enzym wird jedoch in der Entlüftungsstufe vor der Pasteurisierung durch den Entzug von Sauerstoff inaktiviert. ⓘ
Bei Milch hängt der Farbunterschied zwischen pasteurisierter und Rohmilch mit dem Homogenisierungsschritt zusammen, der vor der Pasteurisierung stattfindet. Vor der Pasteurisierung wird die Milch homogenisiert, um ihre fett- und wasserlöslichen Bestandteile zu emulgieren, was dazu führt, dass die pasteurisierte Milch im Vergleich zur Rohmilch ein weißeres Aussehen hat. Bei pflanzlichen Produkten hängt der Farbabbau von den Temperaturbedingungen und der Dauer der Erhitzung ab. ⓘ
Die Pasteurisierung kann bei zu hohen Verarbeitungstemperaturen zu einem gewissen Texturverlust infolge enzymatischer und nicht-enzymatischer Umwandlungen in der Pektinstruktur führen. Bei der Pasteurisierung mit milder Wärmebehandlung ist die Erweichung des Gewebes im Gemüse, die zu einem Verlust der Textur führt, jedoch unbedenklich, solange die Temperatur nicht über 80 °C (176 °F) steigt. ⓘ
Neuartige Pasteurisierungsverfahren
Es wurden weitere thermische und nicht-thermische Verfahren zur Pasteurisierung von Lebensmitteln entwickelt, um die Auswirkungen auf die ernährungsphysiologischen und sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln zu verringern und den Abbau hitzelabiler Nährstoffe zu verhindern. Pasteurisierung oder Hochdruckverfahren (HPP), gepulstes elektrisches Feld (PEF), ionisierende Strahlung, Hochdruckhomogenisierung, UV-Dekontamination, gepulstes hochintensives Licht, hochintensiver Laser, gepulstes Weißlicht, Hochleistungsultraschall, oszillierende Magnetfelder, Hochspannungsbogenentladung und Streamerplasma sind Beispiele für diese nichtthermischen Pasteurisierungsverfahren, die derzeit kommerziell genutzt werden. ⓘ
Die volumetrische Mikrowellenerhitzung (MVH) ist die neueste verfügbare Pasteurisierungstechnologie. Sie nutzt Mikrowellen zur Erhitzung von Flüssigkeiten, Suspensionen oder halbfesten Stoffen in einem kontinuierlichen Fluss. Da die MVH die Energie gleichmäßig und tief in den gesamten Körper eines fließenden Produkts einbringt, ermöglicht sie eine sanftere und kürzere Erhitzung, so dass fast alle hitzeempfindlichen Stoffe in der Milch erhalten bleiben. ⓘ
Low Temperature, Short Time (LTST) ist eine patentierte Methode, bei der Tröpfchen in einer Kammer versprüht werden, die unter den üblichen Pasteurisierungstemperaturen liegt. Die Behandlung von flüssigen Produkten dauert mehrere Tausendstel Sekunden, weshalb das Verfahren auch als Millisekundentechnologie (MST) bezeichnet wird. In Kombination mit HTST verlängert sie die Haltbarkeit von Produkten erheblich (50+ Tage), ohne die Nährstoffe oder den Geschmack zu beeinträchtigen. LTST ist seit 2019 kommerziell verfügbar. ⓘ
Produkte, die üblicherweise pasteurisiert werden
- Bier
- Lebensmittel in Dosen
- Molkereiprodukte
- Eier
- Milch
- Säfte
- Alkoholfreie Getränke
- Sirupe
- Essig
- Wasser
- Weine ⓘ
Pasteurisierung von Getränken
Auch andere Lebensmittel wie Wein, Fruchtsaft oder Bier werden von der Lebensmittelindustrie häufig pasteurisiert oder aus pasteurisierten Bestandteilen erzeugt in den Handel gebracht. In diesen Bereichen wird die Behandlung meist mit dem Kürzel KZE (Kurzzeiterhitzung) bezeichnet. Saure Produkte mit einem pH-Wert kleiner als 4,5 können in Kombination mit der Pasteurisierung so haltbar gemacht werden, dass eine gekühlte Lagerung nicht erforderlich ist. Zu dieser Gruppe zählen viele Obst- und Gemüsesäfte oder -konserven und u. a. Limonaden und Energydrinks. ⓘ
| Verfahren | kontinuierliche Arbeitsweise | genaue Temperatursteuerung | leichte Reinigung | Kaltfüllung | Einsatz für Trübsäfte | Eignung für CO2-haltige Getränke | Leistung in Liter/h |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Süßmostglocke | ja | nein | nein | nein | ja | nein | < 600 |
| Plattenpasteur | ja | ja | je nach Bauart | nein | je nach Bauart | nein | > 500 |
| Röhrenwärmetauscher | ja | ja | ja | nein | ja | nein | > 500 |
| Tunnelpasteur | ja | je nach Bauart | ja | ja | ja | ja | > 1000 |
| Kammerpasteur | nein | je nach Bauart | ja | ja | ja | ja | > 250 |
Andere Anwendungen
Neben Lebensmitteln können auch andere Produkte pasteurisiert werden, beispielsweise Klärschlamm oder Flüssigmist. ⓘ
Spezielle Techniken, die auf Wärme beruhen, werden ebenfalls zur Virusinaktivierung genutzt. ⓘ
Alternative Verfahren
Andere Verfahren zur Haltbarmachung sind
- Sterilisierung,
- Ultrahocherhitzung,
- Einkochen,
- Tyndallisation und
- Thermisation sowie die
- Lebensmittelbestrahlung mit Gammastrahlen. Diese Methode ist in Deutschland nicht zur Behandlung von Lebensmitteln zugelassen.
- In den letzten Jahren wird die Haltbarmachung von Lebensmittel durch „nichtthermisches Pasteurisieren“ immer bedeutsamer. Man verwendet dabei den Einfluss von Hochdruck auf die Struktur von Proteinen und kann mit dieser „Hochdruckpasteurisierung“ Mikroorganismen und Enzyme inaktivieren. Entgegen der Bezeichnung handelt es sich also nicht um Pasteurisierung (Abtöten durch Wärme). ⓘ