Lebensmittelhygiene (Fach) / Einflussfaktoren auf die Qualität, Sicherheit und Haltbarkeit von LM (Lektion)
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Uni Bonn WS '16/'17
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- Was versteht man unter Qualität? Merkmale? Summe der wertbestimmenden Merkmalen eines Lebensmittels,→ die bestimmt den Grad der Nutzung für den vorgeschriebenen Verwendungszweck. Merkmale: Verkehrsfähighkeitswert marketability Einsatzwert use value Nährwert nutritional value Genusswert Frische Verbraucheranreiz consumer incentives Handelswert commercial value Produktionswert Unterschiedliche Bewertung aus unterschiedlichen Interessenbereichen: Ernährungswissenschaftler, Produzenten, Handel, Kontrolle, Verbraucher
- Was versteht man unter "Frische"? Frische = beschreibt den Zustand des Produktes & seines Stoffwechsels zum Schlacht- bzw. Erntezeitpunkt. Der Frischezustand ist veränderlich & durchläuft verschiedene Entwicklungsstufen: (Frischegrad, Frischestadium) Merkmale: Sensorische Eigenschaften: Geruch, Geschmack, Textur Mikrobiologische Kriterien Genusswert Nährstoffgehalte (Vitamine) Technologische Aspekte Vorkommen unerwünschter Stoffwechselprodukte Historie des Produktes
- Was bedeutet „Frischeverlust"? Seine Ursachen bei kühlpflichtigen Produkten? 1. Frischeverlust = Allgemein: Abnahme von Qualität 2. Ursachen des Frischeverlustes bei kühlpflichtigen Produkten: Nicht-durch-Mikroorganismen hervorgerufene Veränderungen:- chemische/biochemische Reaktionen - Physiko-chemische Rektionen Mikrobiologische Stoffwechselaktivitäten bzw. Reaktionen
- Erklären Sie kurz die nicht-durch-Mikroorganismen hervorgerufenen Reaktionen in Lebensmitteln. a. Chemische/ biochemische Reaktionen durch Orginäre Enzyme Unerwünschte Wirkung: Weichwerden Obst (pektinolytische Enzyme) Verflüssigung des Eiklars (Zersetzung Ovomucins trypsin inhibitor- responsible for the gel properties of fresh egg white) Fettoxidation Rohmilch (Lipasen, Lipoxygenasen) Farbveränderungen Fleisch (Oxidation / Myoglobin) b. physiko-chemische Mechanismen Migration von flüssigen Komponenten Verdunstung von Wasser (Hühnerei, Obst, Gemüse) Syneräse (physikalische/chemische Phasentrennung eines Zweiphasensystems)
- Beschreiben Sie kurz die Phasen des bakteriellen Wachstums. 1. Lag-Phase: Bakterien brauchen Zeit, um ihre Nährstoffe zu gewöhnen, so ist das Wachstum langsam. 2. Exponentielle Phase: Sobald die Bakterien angepasst haben, fangen sie an, exponentiell vermehren, ihre Zahl alle paar Minuten verdoppeln. 3. Stationäre Phase: Schließlich ist die Anzahl der Bakterien so groß, dass die Versorgung mit Lebensmitteln zu schwinden to run out beginnt. An diesem Punkt stoppt das rasante Wachstum der log-Phase. 4. Absterben: Da gibt es so viele Bakterien, kann sie sich nicht bewegen, um weitere Ressourcen zu finden. Die Versorgung mit Lebensmitteln abläuft, Abfallprodukte aufzubauen , & die Bakterien sterben
- Nennen Sie die wichtigste am Verderb beteiligte mikrobielle Enzyme. 1. Lipasen = Veresterung von primären, sekundären & tertiären Alkoholen. Entstehung freier Fettsäuren, Diglyceride, Monoglyceride, Glycerol ⇒ Fettranzigkeitkeit 2. Proteasen = Abbau von Proteinen & Peptiden durch hydrolytische Spaltung der Peptidbindung. Entstehung: Ammoniak, Alkohole, CO2, Amine, Schwefelwasserstoff⇒ Geruch: bitter, süß, alt, faulig⇒ Toxische Nebenprodukte: 3. Carbohydrasen = Hydrolytische Spaltung von Kohlenhydraten zu Monosachhariden. Entstehung von Pyruvat, Buttersäure, Essigsäure... ⇒ Gärung, unangenehmer Geruch & Geschmack 4. Oxireduktasen Elektronen & Wasserstoff übertragende Enzyme ⇒ Farbveränderungen
- Geben Sie die Hauptverderbniserreger, die für den Frischeverlust in verschiedener Lebensmitteln verantwortlich sind. Pseudomonas spp. in Geflügel (aerobe Verpackung) Schweinefleisch (aerobe & modifizierter Atmosphäre Verpackung) Rindfleisch (aerobe & modifizierter Atmosphäre Verpackung) Hackfleisch (aerobe Verpackung) Frischfisch (aerobe Verpackung mit Eis)
- Nennen & beschreiben Sie die Produktfaktoren auf den Frischeverlust & die Sicherheit von LM. 1. Produktfaktoren auf das mikrobiologische Wachstum : Nährstoffe – meisten Bakterien benötigen: Wasser, Energie-, Stickstoffquelle, Vitamine, Mineralien ⇒ Fleisch, Fisch, Meeresfrüchte bieten ein optimales Wachstumsmedium . (Hohe Proteinanteil führt häufig zu Geruchsabweichungen) pH-Wert– meisten wachsen bei einem pH-Wert von ca. 7, – Bakterien sind wählerischer particular in ihren Ansprüchen requirements als Schimmel & Hefen ⇒ pH-Wert von Fleisch ist >5,6 = Optimum von Bakterien aw-Wert = Maß für Wasserverfügbarkeit in LM. = P (Wasserdampfdrucks)/ P0 (Wdd reinem Wasser)– aw-Wert von 0.9 = Optimum von Bakterien– aw-Wert von 0.8 = Optimum von Hefe– aw-Wert von 0.7 = Optimum von Pilze Textur – z. B Wurstwaren (Kontamination durch Herstellung & frühzeitige bei falscher Lagerung)– Äußere Schalen kann Verderb verzögern to delay sth. z. B. Früchte Gemüse Schimmelpilze haben aber Enzyme um äussere „Schale zu durchdringen“ natürliche antimikrobielle Substanzen – Wachstum von Mikroorgansimen verzögern – z. B Kräuter & Gewürze (Rosmarin, Knoblauch, Wasabi) Eier: Lysozym (Lyse der Zellwände von gram+ Bakterien)
- Nennen & beschreiben Sie die Prozessfaktoren auf Qualität, Sicherheit und Haltbarkeit von LM. Prozessfaktoren auf das mikrobiologische Wachstum: Hygiene Maschinen Oberflächen Anfangskeimgehalt – Primäre Kontamination: Keime schon im lebenden Tier vorhanden– Sekundäre Kontamination: Quellen außerhalb des lebenden tierischen Organismus (Tier, Mensch, Maschinen, Wasser, Insekten, Nager, Boden, Wasser, Luft)
- Allg. Verpackungsstrategien zur Verbesserung der Lebensmittelqualität, Sicherheit und Haltbarkeit.  Optimierung Verpackungsmaterialien, Techniken & Gasatmosphäre Intelligent Packaging Aktive Verpackungen
- Nennen Sie die Umweltfaktoren auf die Qualität, Sicherheit und Haltbarkeit von LM. Umweltfaktoren: Temperatur Zeit Feuchtigkeit Druck Verpackung Gasatmosphäre Licht
- Was ist die Abhängigkeit der Haltbarkeitszeiten von der Temperatur? Deutliche Haltbarkeits-verkürzung bei höherer Lagertemperatur
- Wann & wie sollte die Temperaturbedingung in der Fleischerzeugenden Kette überwachen? 1) Wann? a) Interne Qualitätsprüfung: Bearbeitung & Verpackung Lagerung b) Wareneingangskontrolle: Datenträgeraustausch während der Transport von Erzueger zu Großhändler Datenträgeraustausch während der Transport von Großhändler zu Einzelhändler 2) Möglichkeiten der Temperaturüberwachung Konventionelle Thermometrie (Einstechthermometer) Elektronische & mechanische Datenlogger Autarke Mikrosysteme Temperatur-Zeit-Integratoren (intelligente Verpack.)
- 1. Was versteht man unter Autarke Mikrosysteme? 2. Und Was haben solche Systeme mit RFIDs zu tun? Wie funktioniert die? 1. Bei der Temperaturüberwachung: = Kommunikation auf Basis von standardisierten Funktechniken, optische Verfahren, Ultraschall oder elektromagnetischen Verfahren (RFID). = Die Übertragung der Daten vom Mikrosystem zu einem Auswertesystem erfolgt drahtlos. 2. Autarke Mikrosysteme auf Basis von RFIDs mit integrierten Temperatursensoren.RFID (Radio-frequency identification): automatisches Identifikations- & Daten-erfassungs-system mit kontaktloser Datenübermittlung auf Basis der Radiofrequenztechnologie. RFID-Tag“ (Transponder) mit Temperatursensor Lesegerät RFID-Middleware EDV System
- Vor & Nachteile von einer Autarke Mikrosystem auf Basis von RFIDs. Autarke Mikrosystem auf Basis von RFIDs: Vorteile keine Blickkontakte mit Lesegeräten nötig mehrere Produkte können gleichzeitig erfasst werden (Pulkerkennung) Zählvorgänge möglich Feststellung des Lagerortes International anerkannte Standards durch EPCglobal / RFID Große Reichweiten möglich, je nach Wellenlängenbereich bis zu mehreren 100 Metern. vielseitig einsetzbar - z.B. Produktion, Lager, Transport, Handel, Sicherungssysteme nutzbar mit Sensorsystemen Nachteile: Elektromagnetische Wellen werden absorbiert oder geschwächt oder verändert durch – unterschiedliche Umweltfaktoren, insbesondere durch Wasser und Metalle – Störsender, z.B. andere elektromagnetische Sender Preis hohe Investitionskosten für Umrüstungen von Gesamtsystemen können nur mit technischen Hilfsmitteln ausgelesen werden
- Was versteht man unter "Intelligent Packaging" Welche Information geben die? Beispiele? Intelligente Verpackungen: Frische-Indikatoren Zeit-Temperatur-Indikatoren (TTI-System = Time Temperature Indicator System) Barcodes (Smart Active Label) Sie können Information über:.... geben. Sicherheit = Babrcodes Frische = CheckPoint, Vitsab, Fresh-Check, TempTime Frische & Historie = ONVU, Freshpoint Historie = UWI
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- Was versteht man unter Zeit-Temperatur-Indikatoren (TTI)? - Prinzip - Nutzen/Vorteile - Vorraussetzungen - Beispiele & ihre Funktionsweise - Einsatzgebiete TTIs sind einfache & kosten-günstige Etiketten, die kumulativ die gesamte oder partielle Zeit-Temperaturhistorie des Produktes durch Farb-umschläge anzeigen. Prinzip: Temperaturabhängige chemische, mikrobiologische, physikalische, oder enzymatische Reaktionen. Nutzen / Vorteile: Kontinuierliche Überwachung der Produkttemperatur. Beurteilung des Frischezustandes bzw. der noch verbleibenden Haltbarkeit des Produktes (produktbegleitende Kontrolle) Voraussetzungen: WICHTIG: Leichte Anpassung an Lebensmittelverderbsprozesse! Einfache Handhabung, Geringe Kosten, Unabhängig von externen Einflüssen, Visualisierbarkeit der Reaktion, Hohe Resistenz gegenüber mechanischen Beanspruchungen, Nicht toxisch Beispiele & ihre Funktionsweise: Fresh-Check, TempTime = Polymerisation von farblosem Monomer zum farbigen Polymer CheckPoint, Vitsab = Enzymatisch bedingte Hydrolyse eines lipidhaltigen Substrats bedingt pH-Wert Erhöhung ONVU, Freshpoint = Photochrome Eigenschaften auf Basis einer lichtinduzierten Transfer- Reaktion. Aktivierung: Bestrahlung mit Photonen eines bestimmten Energiebereichs (UV-Licht) Einsatzgebiete: Innerhalb der gesamten Kette von der Produktion bis zum Verbrauch – Waren-eingangs-kontrolle, Prozess-kontrolle, Waren-ausgangs-kontrolle Überwachung der Kühlkette – Anforderung: Einfache Anpassung an verschiedene Haltbarkeitszeiten unterschiedlicher Produkte. Frische & Sicherheitskontrolle – Anforderung: Einfache Anpassung an Verderbsprozesse & das Wachstum pathogener Bakterien
- Was versteht man unter "Optimierung Verpackungsmaterialien, Techniken und Gasatmosphäre"? Aerobe Lagerung Vakuumverpackungen, Schrumpfverpackungen, Skinverpackungen Modified Atmosphere Packaging (MAP) = modifizierte Atmosphere
- Was versteht man unter "Modified Atmosphere Packaging" (MAP)? Veränderung der Gasatmosphere N2, CO2, O2, Ar in Verpackung. Reduktion mikrobiologisches Wachstum, enzymatischen Prozessen, Oxidationprozesse. Wirkung der Atmosphäre ist Produktabhängig, unterschiedliche Produkte – unterschiedliche Atmosphäre Wichtig = Produkt : Gas (Verhältnis)
- Beispiele von Verpackung OHNE Luft, Vorteile, Produkten mit solcher Verpackungen. 1. Vakuumverpackung: V: Längere Haltbarkeitszeiten = Reduktion vom Waschtum aerober Bakterien & enzymatischer Prozess. z. B. Fleisch 2. Schrumpfverpackung: Verringerung Saftaustritt, Optisch bessere Verkaufspackung z. B. Käse, Fleisch, Wurstwaren 3. Skinverpackungen: Nach Vakuumziehen wird Produkt auf formstabiler Unterfolie oder Tray aufgebracht. Gute Produktpräsentation, Verpackungsdefekte an Oberfolie werden reduziert z. B. Fleisch- & Wurstwaren, Fisch & Meeresfrüchte, Käse, Snacks & Fertiggerichte
- Erklären Sie die Wirkung von den Gasen: - Sauerstoff, (O2) - Kohlendioxid, (CO2) - Stickstoff, (N2) - Argon (Ar) Sauerstoff: Hemmung obligater Anaerobier Notwendig zur Farberhaltung von Frischfleisch Kohlendioxid: Sehr gute Löslichkeit in Wasser & Fett (Löslichkeit steigt mit sinkender Temperatur)→ Bildung von Kohlensäure → Senkt des pH-Wertes ⇒ bakteriostatischer & fungistatischer Effekt (> 20%) Erzeugt "Pseudovakuum" = Gasmoleküle lösen sich im Produkt, kommt es zu einer Volumenabnahme der Verpackung. Stickstoff: Inert Geschmack- & geruchlos Geringe Löslichkeit in Wasser & Fett Kein direkter Einfluss auf Mikroorganismen Stützgasfunktion Argon: Alternative zu Stickstoff - 5. wie Stickstoff
- Was sind die Aufgabe der Verpackung? Darbietung serving, Werbefunktion Information & Kommunikation Schutz der Ware Handhabung, Lade- & Transportfunktion Verzögerung delay des Qualitätsverlustes Erhöhung der Lebensmittelsicherheit Verlängerung der Haltbarkeit Reduzierung von Ausschüssen, Nachhaltigkeit
- Was versteht man unter Aktive Verpackungen? Definition: „Aktive Lebensmittelkontakt-Materialien & -Gegenstände sind derart so beschaffen, dass sie gezielt aktive Bestandteile enthalten, die auf das Lebensmittel übergehen oder ihm bestimmte Stoffe entziehen sollen“ Einsatz als Konservierungsmittel, Antioxidantien, Kohlendioxid, Aromastoffe.oder Entzieht Sauerstoff, Feuchte, Ethylen, Kohlendioxid, Gerüche.
- Übersicht über aktive Verpackungen Sachets Absorber Etiketten Folien Pads ⇒ Bindung von : O2, H2O, Geruch, CO2 ⇒ Absonderung isolation von Gasen: CO2, Ethanol Antimikrobielle Substanzen: Aktive Polymere: SAM Polymere Einbindung von: – Metalle : Silber, Stahl, Kupfer – Organische Säuren: Milch-, Propion-, Essigsäure – Pflanzenextrakte: Kräuteröle, Senföle, Wasabi – Bakteriozine: Nisin, Lactacin, Pediocin – Enzyme : Peroxidase, Lysozym
- Geben Sie die Ziele & Anwendungsbeispiele von den aktiven Verpackungen: - Gas Absober (Pads, Sachets, Folien) - Gas Emitters Absober: Sauerstoff-Absorber z. B Fleischprodukte, Kaffee, Tee, Nüsse, – Schutz vor Fettoxidation & Verfärbungen, – Reduziert Wachstum von Mikroorganismen Feuchtigkeitsabsorber (Absorbierende Pads, Sachets) z. B Fleisch, Geflügel, Fisch, Früchte & Gemüse– Kontrolliert oder absorbiert die Feuchtigkeit. – Reduziert Wasseraktivität des Lebensmittels & somit mikrobielles Wachstum Ethylen-Absorber (Sachets, Folien) z. B. Früchte, Gemüse – Verlangsamung der Reifung & das Weichwerden Emitter: Schwefeldioxide, SO2- z.B. Früchte – Reduziert das Schimmelwachstum Ethanol z. B. Backprodukte– Hemmende Wirkung gegen Schimmel & Hefe Kohlendioxid, CO2 z. B. Fisch, Geflügel, Fleisch, Früchte, Gemüse – Reduktion von Bakterien & Schimmel
- Sauerstoffquelle bei Verpackungen Gelöster Sauerstoff im Verpackungsmaterial Gelöster Sauerstoff im Füllgut (Hauptquelle) Im Kopfraum der Verpackung Sauerstoff-Diffusion durch defekte Siegelnähte seals & Löcher Sauerstoff Permeation durch die Verpackung
- Schädigung durch Sauerstoff, Maßnahmen dagegen. Sauerstoff: Oxidation, Photooxidation Photooxidation: An Oberfläche, bereits geringe O2-Konz wirksam Maßnahmen: Schutzbegasung (CO2- / N2-Gemische) Lichtschutz optimierte Kühtheken-beleuctung, Sauerstoff Absorber (scavenger: Fe, Fe(OH)2 , Na2SO3).
- Wirkung von Ethylen & wie funktionert einer Ethylen-Absober & ihre Bedeutung. 1. Definition: Ethylen wird in der Pflanze bei der Reifung unter Belichtung & Verwendung von Sauerstoff aus Methionin gebilden. 2. Problem: Löst Reifung bei umgebenden Früchten auch aus. 3. Maßnahme: Einsatz von Ethylenabsorbern zur Verlangsamung der Reife 4. Wirkmechanismen: Aluminium Oxide & Kaliumpermanganat, Aktivkohle; Folie mit Zeolithe z.B. Kaliumpermanganat: C2H4 + 4 MnO4- + 4 H+ —→ 4 MnO2 + 2 CO2 + 4 H2O 5. Bedeutung: Unterstützt Abfallvermeidung
- Feuchtigkeitsabsorber: Aufbau Saugeinlage: Micro-Pore Technology, 3D Technologie Obere Abdecklage: Perforierte Poly-ethylen-Folie Absorptionsicht: Zellstofffassern mit Superabsorbenten Untere Abdecklage: Poly-ethylen-Folie
- Problemstellung bei Lieferung von Früchte oder Gemüse & deren negativen Effekte. Maßnahme dagegen. 1. Hohe Luftfeuchtigkeit: Gründe: Atmung während Transport & Lagerung Temperaturunterschiede MAP-Verpackung Negative Effekte Kondenswasser Hohe Luftfeuchtigkeit Hohe Wasseraktivität aw -Wert Maßnahme: Polsterfolie FruitPad 2.0
- Verschiedene Wirkungsmechanismen der antimikrobiellen Verpackung auf der Wachstumrate der Mikro. Hemmung: Längere lag Phase + Langsame Wachstumsrate Statisch: Kein Wachstum Letal: KbE (Größe, die bei der Quantifizierung von Mikroorganismen) Reduktion
- Beispiele: Antimikrobielle wirkende Substanzen mit Biozidfreisetzung. Metalle: Silber, Kupfer, Stahl steel Bakteriocine: Nisin, Lacticin Organische Säuren: Benzoesäure, Milchsäure, Sorbinsäure Enzyme: Lysozyme, Peroxidasen Pflanzenextrakte: Rosmarinöl, Senföl, Wasabi, Grapefruit Sonsitges: UV-Licht, Ionisation
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- Antimikrobielle Wirkung von Silber Aktive antimikrobielle Verpackung: Biozidfreisetzung: Silber greift an viel Angriffspunkt in Mikroorganismen:- Zellmembran- Freie Proteine im Zytoplasma- DNA Bevorzugte Bindung mit Thiolgruppen Veränderungen in den Zellmembranen & Zellwänden ⇒ Erhöhter Transport Ag+ in die Zelle Reaktion mit Enzymen, Proteinen & der DNA⇒ Zell-lyse
- Mögliche Risiken antimikrobiell wirkender Werkstoff Eintragung in Gewässer, Böden Auswirkung auf Kläranlagenbiologie, Bodenbakterien, Fische, Krebse Aufnahme von Additiven im Körper Bildung von Resistenzen
- Was versteht man unter SAM Polymere? Aktive Antimikrobielle Verpackung: Abtötung bei Kontakt: SAM (Sustainable Active Microbicial) Polymere. z. B Poly(TBAMS) Neue Biozidklasse Antimikrobielle Funktion ist im Polymer verankert Träger: Amino-Gruppen (hohe Dichte an Polymeroberfläche erforderlich) Struktur: Kohlenstoff-grundgerüst mit amino-funktionalisierte Seitenketten Antimikrobielle Wirkung = Starke Polarität der Polymer-oberfläche Wirksamkeit beruht auf:– elektrostatischen Wechselwirkungen mit der Zellwand von Mikroorganismen führen zur Lyse.– Protonierung der Aminogruppen → lokaler pH-Wert Steigerung Polymeres Kontaktbiozid unschädlich für höhere Organismen Hohe Wirksamkeit gegen Bakterien, Pilze & Algen
- Anforderungen an antimikrobielle Verpackungsmaterialien: Geringe Human-& Umwelttoxizität Beständigkeit resistance der Additive im Verarbeitungsprozess z.B.Extrusion, Spritzguss,.. Breites Wirksamkeitsspektrum Antimikrobielle Aktivität auch in Lebensmittelkontakt z.B. Proteine, ... Wirksamkeit auch unter praktischen Bedingungen z.B. Kühltemperaturen, ... Definierter Übergang der Additive (Migration)
- Meinungen aus der Industrie & der Konsumenten über aktiven Verpackung Lebensmittelunternehmen, Verpackungsindustrie und Handel: Großes Interesse an aktiven Verpackungen:– Signifikante Erhöhung der Lebensmittelhaltbarkeit & Sicherheit– Keine zusätzlichen Kosten – Prinzip sollte möglichst nicht deklariert werden müssen Konsumenten: Generell skeptisch bei Stoffen, die zusätzlich in Verpackungen integriert werden müssen. Skeptisch gegenüber längeren Haltbarkeitszeiten, Notwendigkeit. Zusammenhang Food Waste wird nicht gesehen
- Unterschiede zw Aktive Verpackung und intelligente Verpackung Aktive Lebensmittelkontaktmaterialien absorbieren Stoffe oder setzen sie frei, um so die Qualität verpackter Lebensmittel zu verbessern oder ihre Haltbarkeit zu verlängern. Intelligente Lebensmittelkontaktmaterialien überwachen den Zustand von verpackten Lebensmitteln oder das sie umgebende Milieu, z.B. indem sie Informationen über die Frische der Lebensmittel liefern.
- Frischeverlust Faktoren! Produktfaktoren:- Nährstoffe - pH-Wert- aw-Wert - natürliche antimikrobielle Substanzen - eigenen Enzym Prozessfaktoren:- Hygiene- Maschinen- Oberflächen- Anfangskeimgehalt Umweltfaktoren:- Temperatur- Zeit- Feuchtigkeit- Druck- Verpackung- Gasatmosphäre- Licht