Hygienic Processing Teil 4
High pressure processing (HPP)und Pulsed electrical fields (PEF)
High pressure processing (HPP)und Pulsed electrical fields (PEF)
Eigenschaften des Hochdruckverfahrens
- Hydrostatischer Druck
im großtechnischen Maßstab zwischen 300 und 700 MPa,im Labor- bzw. Pilotmaßstab bis 1000 MPa (explorativ zum Teil noch höher)
- Isostatisches Prinzip: kein Druckgradient
--> Effekt unabhängig von Form und Stückigkeit des Produktes
- Prinzip von Le Chatelier: durch Druck beschleunigt werden Reaktionen, die mit einer Volumenverringerung einhergehen
-->kein Einfluss auf kovalente Bindungen
-->Erhalt von Vitaminen, Farbe, Aroma (meistens)
- „kaltes“ Verfahren
-->keine Bildung von Maillard-Produkten
-->keine maßgebliche thermische Schädigung von Inhaltsstoffen
Welche Bindungen sind betroffen? (Druck)
l
Hochdruck und Proteine
l
Druckinaktivierung von Mikroorganismen
- Druckinaktivierung von E.coli in Milch bei 400 MPa in Abhängigkeit von der Prozesstemperatur
- Allerdings: Der
Inaktivierungseffekt ist bei Sporenbildnern vergleichsweise gering Eine Sterilisation durch UHP ist daher kaum bzw. nur im Zusammenspiel mit Milieufaktoren (pH, EtOH, Ionenstärke) möglich
Hochdruckeinfluss auf biologische Systeme
l
Zusammenfassung HPP
- Stand der Technologie
- Ultrahochdruck als Pasteurisationsverfahren für Lebensmittel
- Strukturbildung durch Druckanwendung
- Stand der Technologie
– Anlagen im Produktionsmaßstab existieren.
– Hochdruckprodukte (hochpreisig, Nischenprodukte) sind auf dem Markt.
- Ultrahochdruck als Pasteurisationsverfahren für Lebensmittel
– Pathogene Keime können bei Raumtemperatur abgetötet werden.
– Sporen bleiben mehr oder weniger unberührt.
– Eine Sterilisation bei moderaten Temperaturen ist nicht möglich.
– Enzyme werden zum Teil oder vollständig inaktiviert.
– Farb- und Aromastoffe bleiben erhalten (wenige Ausnahmen).
- Strukturbildung durch Druckanwendung
– neue Strukturen (Partikel, Gele) lassen sich durch Denaturierung von
Proteinen erzeugen
– Verfahrensalternativen entstehen: Bsp. Hochdruck-Weichkäse
Die Hauptmechanismen der MO-Inaktivierung durch PEF
- Elektro-Osmose
- Gerichteter Fluss von Elektrolyten in der Nähe einer geladenen Fläche in einer Membranpore unter dem Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes (die Flussgeschwindigkeit ist direkt proportional zur Feldstärke; Größenordnung bei PEF: rund 1 m/s)
- Elektropolation
- Bildung und Vergrößerung von Poren in Membranen bei Überschreiten der kritischen Feldstärke
- Membranüberhitzung durch Joule‘sche Erwärmung:
- Der Fluss elektrischen Stroms durch ein leitendes Medium führt zu einer Erwärmung; Überschlagsrechnung: die Membranerwärmung bei E = 500 V/cm und t = 0,01 s beträgt etwa 26 K, die Erwärmung des Umgebungsmediums rund 0,8 K; nur sehr schwacher Einfluss dieses Effektes
- Der Fluss elektrischen Stroms durch ein leitendes Medium führt zu einer Erwärmung; Überschlagsrechnung: die Membranerwärmung bei E = 500 V/cm und t = 0,01 s beträgt etwa 26 K, die Erwärmung des Umgebungsmediums rund 0,8 K; nur sehr schwacher Einfluss dieses Effektes
Zusammenfassung PEF
- Stand der Technologie
- PEF als Sterilisationsverfahren für Lebensmittel
- Grenzen der Anwendung
- Alternative Anwendung
- Stand der Technologie
– Anlagen im Produktionsmaßstab existieren.
– PEF-behandelte Lebensmittel sind noch nicht auf dem Markt.
- PEF als Sterilisationsverfahren für Lebensmittel
– Vegetative Keime und Hefen können abgetötet werden.
– Eine Sterilisation bei moderaten Temperaturen ist nicht möglich.
– Enzyme werden nur zum Teil inaktiviert.
- Grenzen der Anwendung
– Zu behandelnde Produkte müssen pumpfähig sein, schwierig bei stark leitenden
Produkten und bei Gaseinschlüssen.
– Für frisches Fleisch und Fisch nicht geeignet.
– Partikelgröße limitiert (kleiner als Elektrodenabstand).
- Alternative Anwendung
– Permeabilisierung von pflanzlichen Zellmembranen zum Zweck der
Ausbeutesteigerung oder von mikrobiellen Zellen zum Transfer von Genmaterial.
-
- 1 / 8
-
Lernkarten
Eigenschaften des Hochdruckverfahrens
- Hydrostatischer Druck
im großtechnischen Maßstab zwischen 300 und 700 MPa,im Labor- bzw. Pilotmaßstab bis 1000 MPa (explorativ zum Teil noch höher)
- Isostatisches Prinzip: kein Druckgradient
--> Effekt unabhängig von Form und Stückigkeit des Produktes
- Prinzip von Le Chatelier: durch Druck beschleunigt werden Reaktionen, die mit einer Volumenverringerung einhergehen
-->kein Einfluss auf kovalente Bindungen
-->Erhalt von Vitaminen, Farbe, Aroma (meistens)
- „kaltes“ Verfahren
-->keine Bildung von Maillard-Produkten
-->keine maßgebliche thermische Schädigung von Inhaltsstoffen
Welche Bindungen sind betroffen? (Druck)
l
Hochdruck und Proteine
l
Druckinaktivierung von Mikroorganismen
- Druckinaktivierung von E.coli in Milch bei 400 MPa in Abhängigkeit von der Prozesstemperatur
- Allerdings: Der
Inaktivierungseffekt ist bei Sporenbildnern vergleichsweise gering Eine Sterilisation durch UHP ist daher kaum bzw. nur im Zusammenspiel mit Milieufaktoren (pH, EtOH, Ionenstärke) möglich
Hochdruckeinfluss auf biologische Systeme
l
Zusammenfassung HPP
- Stand der Technologie
- Ultrahochdruck als Pasteurisationsverfahren für Lebensmittel
- Strukturbildung durch Druckanwendung
- Stand der Technologie
– Anlagen im Produktionsmaßstab existieren.
– Hochdruckprodukte (hochpreisig, Nischenprodukte) sind auf dem Markt.
- Ultrahochdruck als Pasteurisationsverfahren für Lebensmittel
– Pathogene Keime können bei Raumtemperatur abgetötet werden.
– Sporen bleiben mehr oder weniger unberührt.
– Eine Sterilisation bei moderaten Temperaturen ist nicht möglich.
– Enzyme werden zum Teil oder vollständig inaktiviert.
– Farb- und Aromastoffe bleiben erhalten (wenige Ausnahmen).
- Strukturbildung durch Druckanwendung
– neue Strukturen (Partikel, Gele) lassen sich durch Denaturierung von
Proteinen erzeugen
– Verfahrensalternativen entstehen: Bsp. Hochdruck-Weichkäse
Die Hauptmechanismen der MO-Inaktivierung durch PEF
- Elektro-Osmose
- Gerichteter Fluss von Elektrolyten in der Nähe einer geladenen Fläche in einer Membranpore unter dem Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes (die Flussgeschwindigkeit ist direkt proportional zur Feldstärke; Größenordnung bei PEF: rund 1 m/s)
- Elektropolation
- Bildung und Vergrößerung von Poren in Membranen bei Überschreiten der kritischen Feldstärke
- Membranüberhitzung durch Joule‘sche Erwärmung:
- Der Fluss elektrischen Stroms durch ein leitendes Medium führt zu einer Erwärmung; Überschlagsrechnung: die Membranerwärmung bei E = 500 V/cm und t = 0,01 s beträgt etwa 26 K, die Erwärmung des Umgebungsmediums rund 0,8 K; nur sehr schwacher Einfluss dieses Effektes
- Der Fluss elektrischen Stroms durch ein leitendes Medium führt zu einer Erwärmung; Überschlagsrechnung: die Membranerwärmung bei E = 500 V/cm und t = 0,01 s beträgt etwa 26 K, die Erwärmung des Umgebungsmediums rund 0,8 K; nur sehr schwacher Einfluss dieses Effektes
Zusammenfassung PEF
- Stand der Technologie
- PEF als Sterilisationsverfahren für Lebensmittel
- Grenzen der Anwendung
- Alternative Anwendung
- Stand der Technologie
– Anlagen im Produktionsmaßstab existieren.
– PEF-behandelte Lebensmittel sind noch nicht auf dem Markt.
- PEF als Sterilisationsverfahren für Lebensmittel
– Vegetative Keime und Hefen können abgetötet werden.
– Eine Sterilisation bei moderaten Temperaturen ist nicht möglich.
– Enzyme werden nur zum Teil inaktiviert.
- Grenzen der Anwendung
– Zu behandelnde Produkte müssen pumpfähig sein, schwierig bei stark leitenden
Produkten und bei Gaseinschlüssen.
– Für frisches Fleisch und Fisch nicht geeignet.
– Partikelgröße limitiert (kleiner als Elektrodenabstand).
- Alternative Anwendung
– Permeabilisierung von pflanzlichen Zellmembranen zum Zweck der
Ausbeutesteigerung oder von mikrobiellen Zellen zum Transfer von Genmaterial.
