Verfahren zur Behandlung von eine Zellstruktur aufweisenden Rohstoffen in der fleisch-, fleischnebenprodukte-, fisch- und seafoodverarbeitenden Nahrungsmittelindustrie

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von eine Zellstruktur aufweisenden Rohstoffen in der fleisch-, fleischnebenprodukte-, fisch- und seafoodverarbeitenden Nahrungsmittelindustrie zum Zweck der Effektivierung und/oder Verkürzung von Prozessschritten gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Herstellung von Rohpökelwaren spielt die fachgerechte Auswahl des Rohmaterials eine wesentliche Rolle für die Qualitätskriterien. So werden Um- rötung, Haltbarkeit, Farbhaltung und Geschmack von der exakten Materialauswahl beeinflusst. Da es sich bei der Rohpökelware um ein Produkt handelt, das durch Salzen, Trocknen oder evtl. auch Räuchern haltbar gemacht wird, kommt der Hygiene der Rohmaterialgewinnung und -behandlung eine wichtige Bedeutung zu. Die Wasserbindung ist bei Kochpökelwaren, ähnlich wie bei der Herstellung von Brüh-, Sülz- und Kochwurst, limitierend für eine Verminderung der Einsatzmengen an Pökelhilfsstoffen oder Kochsalz. pH- und aW-Werte werden dabei in ähnlicher Weise beeinflusst. Kochpökelwaren wie Kochschinken, Schulter oder Kassler werden üblicherweise durch Injektion von Pökellake mit anschließendem mechanischem Massieren (Tumblen) hergestellt. Rohwürste werden aus rohem Rind- oder Schweinefleisch, kernigem Speck, Salz und Gewürzen gefertigt. Für das Rohwurstbrät werden Fleisch und Speck in einer Schneidewanne mit rotierenden Messern (Kutter) oder aber in einem Wolf zerkleinert, bis die gewünschte Körnung erreicht ist. Nach dem Zumischen von Salz und Gewürzen und/oder technischen Hilfsstoffen wird die Wurstmasse abgefüllt. Die Wursthüllen sollten atmungsaktiv, wasser- und dampfdurchlässig sowie elastisch sein, da die Würste im Laufe der Reifung Wasser abgeben und einer Schrumpfung unterliegen.

Brühwürste werden ebenso wie Rohwürste aus roh zerkleinertem Rind- oder Schweinefleisch, Speck sowie Salz und Gewürzen gefertigt. Beim Zerkleinern des Fleisches im Kutter wird gestoßenes Eis zugefügt. Dies kühlt die Wurstmasse und sorgt für einen gleichmäßigen, homogenen Fleischteig. Rote Brühwurstsorten werden unter Zusatz von Pökelsalz hergestellt, die weißen Sorten wie Gelb- und Weißwurst sowie Bratwürste ausschließlich mit Kochsalz. Brühwürste unterscheiden sich danach, wie fein das Brät gekuttert wurde und ob

grobe Fleischstücke beigemengt sind. Die Würste werden dann gebrüht und zum Teil geräuchert. Beim Brühen in heißem Wasser oder Wasserdampf gerinnt das Fleischeiweiß und erstarrt, so dass die Wurst schnittfest wird. Für Kochpökelwaren kommt zum Auflockern des Bindegewebes sowie der Muskelfasern sowie zur Erzielung eines teilweisen Eiweißaufschlusses das so genannte Poltern (Tumblen) zur Anwendung. In diesem Sinn behandelte Rohmaterialien können stärker quellen, die Wasserbindung wird verbessert und das Verkleben stückiger Anteile, wie etwa bei der Produktion von Formschinken gefordert, wird verbessert. Des weiteren erhöht das Tumbeln die Zartheit und bewirkt eine bessere und schnellere Verteilung von zugegebenen Pökel- und Hilfsstoffen. Es hat sich jedoch zurückgehend auf Versuche gezeigt, dass auch getumbeltes Rohmaterial nur eine unzureichende Quellung des Eiweißvolumens sowie eine relativ ungleichmäßige Textur aufweist, so dass ausreichende Erfolge bezüglich der Zartheit, des Eiweißaufschlusses und der Wasserbindung nur durch die Zugabe von Kutterhilfsmitteln gewährleistet sind. Derartige Kutterhilfsmittel sind beispielsweise phosphathaltige Stoffe.

Im Fertigungs- und Produktionsprozess bedarf es zur Erzielung einer ausreichenden Wirkung des Kutterns oder Tumbelns neben dem hohen Eintrag an mechanischer Energie und damit verbundenen, thermischen Produktschädigungen eines nicht unerheblichen Zeitaufwands. Dies führt insbesondere durch die notwendige Kühlung der entsprechenden Maschinen zu höheren Kosten.

Beispielsweise aus der Publikation Angersbach, Heinz, Knorr; „Effects of pulsed electric fields on cell membranes in real food Systems"; Innovative Food Science & Emerging Technologies 1 (2000), Seite 135 bis 149, oder Angersbach, Heinz, Knorr; Electrophysiological Model of Intact and Processed Plant Tissues: Cell Disintegration Criteria; Biotechnol.Prog. 1999, 15, 753 bis 762 ist die Wirkung elektrischer Felder zum Zweck der Elektroporation insbesondere von pflanzlichen Zellmembranen vorbekannt.

Es besteht die Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Behandlung von eine Zellstruktur aufweisenden Rohstoffen in der fleisch-, fleischnebenprodukte-, fisch- und seafoodverarbeitenden Nahrungsmittelindustrie zum Zweck der Effektivierung und/oder Verkürzung von Prozessschritten anzugeben, wobei das Verfahren neben der angestrebten Verkürzung der Be-

handlungsdauer von Rohwaren auch gleichzeitig dazu beitragen soll, die ansonsten notwendige Beigabe von zartmachenden und/oder wasserbindenden Zugabemitteln zu reduzieren. Das Verfahren soll sowohl für die Herstellung und Behandlung von Kochpökelware als auch allgemein für die Produktion von Brüh-, Sülz-, Kochwurst oder dergleichen geeignet sein.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch das im Patentanspruch 1 definierte Verfahren, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Demnach wird erfindungsgemäß eine Vorbehandlung des Rohstoffs wie z.B. Fleisch oder Innereien mittels Elektroporation vorgenommen, wodurch sichergestellt ist, dass der notwendige Zell- und Eiweißaufschluss während eines sich anschließenden, verkürzt durchführbaren Kutter- und/oder Wolfvorgangs umfassend erfolgt.

Dem Rohmaterial kann vor, während oder nach der Elektroporation mittels Injektion von Lake, d. h. einem Wasser/Salz-Gemisch möglicherweise auch anderen Hilfsstoffen, aber auch durch Zugabe von Salz und Wasser und/oder Hilfs- stoffen während des Kutterns oder Wolfens, in einer für das Erzielen einer stabilen Emulsion erforderlichen Menge hinzugefügt werden. Die Elektroporation sichert einen umfassenden Zellaufschluss, so dass sich der Kutter- oder WoIf- vorgang lediglich auf das Zerkleinern und Vermischen von Magerfleisch, Salz, Fett, Gewürzen, Hilfsstoffen und eventuellen Einlagen wie Grobbestandteilen beschränkt. Hierdurch kann der Produktionsprozess insgesamt beschleunigt werden. Auch besteht die Möglichkeit, dass Kuttermesser eingesetzt werden, die aufgrund definierter Schlagwirkung zu einer weiteren Verkürzung des Produktionsprozesses beitragen.

Der Kuttervorgang kann entfallen, wenn zum Zerkleinern des Rohmaterials ein mit geeigneten (feinen) Lochscheiben und zweckmäßigem Förderwerkzeug ausgestatteter Wolf, Füll- und/oder Mischwolf eingesetzt wird .

Eine Vorbehandlung von Magerfleisch-Grobbestandteilen zur Herstellung von Bierschinken, Jagdwurst oder ähnlichem mittels Elektroporation und anschließender Lakeinjektion ermöglicht eine optische Aufwertung der Fertigprodukte, da das Fleischvolumen aufgrund verbesserter Wasserbindung während des Erhitzungsvorgangs weniger stark schrumpft.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorbehandl ung des Fleisches mittels Elektropo- ration kann zweckmäßigerweise im Anschluss ein (oder mehrere) (Füll-) Wolf/ Wölfe eingesetzt bzw. kombiniert werden, da dann lediglich die Aufgaben des Zerkleinerns und Vermischens der Einzelkomponenten zu übernehmen sind.

Die Elektroporation erfolgt durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit einer Feldstärke >0,5 kV/cm und dem sich hierdurch ergebenden Energieeintrag in das zu behandelnde eine Zellstruktur aufweisende Prod ukt.

Durch d ie Feldeinwirkung wird die Semipermeabilität der Zellmembran reversibel oder irreversibel aufgehoben.

Die elektroporierte Zellmembran und die damit verbundene Aufhebung der Stofftransportbarriere zwischen Zellinnerem und der Umgebung schafft durch beschleunigte Diffusions- und Massentransportvorgänge die Voraussetzung zur Gleichverteilung von Lakeflüssigkeit, die entweder injiziert wird oder die durch Einlegen des Rohprodukts in die Lake bereitgestellt ist. Die erhaltene poröse Matrix erhöht darüber hinaus die Wasserbindung, wobei dieser Effekt durch eingebrachte Elektrolyte oder weitere wasserbindende Substanzen wie Zucker, Polysaccharide oder ähnliches noch weiter verbessert werden kann. Darüber hinaus kann durch verbesserten Massentransport innerhalb des zellulären Gewebes erfindungsgemäß eine etwa bei der Herstellung von Rohschinken angewendete Aufnahme trocken applizierter Gewürze, Salz oder Hilfsstoffe beschleunigt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist sichergestellt, dass die einzubringende Elektroenergie mindestens 5 kJ/kg behandeltes Produkt beträgt. Die Obergrenze des Energieeintrags ist so bestimmt, dass thermische Einwirkungen nicht die primäre Ursache der Veränderungen der Produktstruktur darstellen.

Das elektrische Feld wird durch Einkoppeln, und zwar entweder durch Direktkontakt mit Hilfe von Elektroden oder über leitende Flüssigkeiten erzeugt, wobei die zu behandelnden Produkte ganz oder teilweise in die leitende Flüssigkeit eingelegt werden.

Aufgrund der erhaltenen porösen Struktur und die dadurch erzielte höhere Wasserbindung gelingt es erfindungsgemäß, eine verbesserte Zartheit der hergestellten Produkte zu erreichen.

Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass d ie gewünschte Zartheit von Fleisch auch dann erreicht wird, wenn dem erfindungsgemäß behandelten Produkt nach der Elektroporation keine weitere Flüssigkeit zugefügt wird .

In einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Möglichkeit, das Verfahren der Elektroporation und den resultierenden Zellaufschluss zum gezielten Entzug von Flüssigkeiten zu nutzen. Ein solcher Entzug von Flüssigkeit dient als ergänzender Produktsschritt zur Herstellung von Roh- und Dauerwaren. Der selektive Entzug von Wasser kann mittels Anwendung geeigneter Triebkräfte wie Vakuum im Vakuumkutter, Vakuumwolf, aber auch in jedem Vakuumbehälter sowie auch Konzentrationsgradienten durch Einsatz hygroskopischer Stoffe und/oder trockener Luft oder mechanischen Einwirkungen wie Pressen vorgenommen werden.

Die erfindungsgemäß hier eingesetzte Elektroporation ermöglicht einen beschleunigten, selektiven Wasserentzug in einer keimarmen Umgebung, nämlich im Unterd ruck, wobei zusätzlich hygroskopische Stoffe im Behandlungsraum vorgesehen sein können. Neben herkömmlichen Rohstoffen können auch sehr frische, auch schlachtwarme Fleischstücke gezielt unter Nutzung der Elektroporation entfeuchtet werden.

Die Elektroporation unterstützt insbesondere die Bearbeitung sehr frischer Rohstoffe, wie z. B. schlachtwarmes Fleisch, für die Herstellung von Rohdauerwaren wie Rohschinken oder Rohwurst, wobei hierdurch der Einsatz von pro- biotischen Stoffen bei gleichzeitiger Reduktion der Einsatzmengen von Kochsalz und Nitrit bzw. Nitrat erfolgen kann. Durch die Elektroporation des frischen Rohmaterials wird neben der Verbesserung von Massentransportvorgän- gen, und bei Anwendung geeigneter Triebkräfte des Feuchtigkeitsentzuges, auch der Zartheitsgrad wesentlich erhöht, wobei diese Eigenschaft auch bei einer weiteren Verarbeitung zu Rohpökelprodukten erhalten bleibt.

Die Elektroporation gemäß der Erfindung dient demnach der verbesserten und gleichmäßigen Aufnahme und Bindung von hinzugefügten Flüssigkeiten in Pro-

dukten, die unzerkleinert und/oder zerkleinert erst nach einer weiteren Behandlung, wie nach einem Temperieren, Räuchern oder Einarbeiten in andere Rohprodukte vermarktet werden.

Ebenso ist aber die Elektroporation auch dann von wesentlichem Vorteil, wenn das Ziel besteht, Pökellake in Kochpökelwaren in effektiver Weise, insgesamt verfahrensoptimierend, einzubringen, wobei hier die Elektroporation vor, während oder nach einer Injektion von Spritzlake möglich ist. Durch die Elektroporation wird auch bei der Herstellung von Kochpökelwaren der Zartheitsgrad verbessert. Das gemäß dem Ausführungsbeispiel behandelte Rohprodukt wird nach Erhitzen als Kochpökelware oder Kasseler dem Verbraucher zugeführt.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung gelingt es, durch Elektroporation die Rohprodukte in ihrer Zellstruktur so zu verändern, dass wie etwa bei der Marination durchgeführt Flüssigkeiten aus einem Umgebungsbad, d.h. ohne Injektion, in signifikanter Weise aufgenommen werden können.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie einer figürlichen Darstellung näher erläutert werden.

Die Figur 1 zeigt hierbei eine mikroskopische Schnittaufnahme eines Kasselerprodukts in üblicher, nach dem Stand der Technik hergestellter Weise, d.h. ge- tumbelt und gegart. Eine weitere Darstellung zeigt ein ähnliches Kasselerprodukt, welches jedoch vor dem Tumbeln und Garen einer erfindungsgemäßen Elektroporation unterzogen wurde.

Wie in der letzteren Darstellung erkennbar, ist das Eiweißvolumen ausgedehnt, die Textur besser und gleichmäßiger und insgesamt die Produktqualität erhöht, und zwar ohne dass die Zugabe von Kutterhilfsmitteln notwendig wurde.

Bei dem Verfahren zur Behandlung von eine Zellstruktur aufweisenden Rohstoffen in der fleisch- und wurstverarbeitenden Lebensmittelindustrie gemäß nachstehendem Ausführungsbeispiel ist dieses zunächst dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit einer Feldstärke >0,5 kV/cm ein Energieeintrag in das zu behandelnde Produkt erfolgt, wobei

als Energieobergrenze der Wert gewählt wird, der sicherstellt, dass eintretende Veränderungen der Produktstruktur nicht primär thermisch bedingt sind.

Mit Hilfe des elektrischen Feldes erfolgt ein Elektroporieren der Zellmembran mit sich hierdurch einstellender Aufhebung der Stofftransportbarriere zwischen Zellinnerem und Umgebung. Durch diese Maßnahme kann sowohl ein beschleunigtes und gleich verteiltes Aufnehmen von flüssigen Medien in die geschaffene poröse Zellmatrix erfolgen oder aber beim Anlegen geeigneter Triebkräfte wie etwa eines Vakuums oder Konzentrationsgradienten Feuchtigkeit aus der Zellmatrix entfernt werden.

Das flüssige Medium, welches bedingt durch die Elektroporation beschleunigt und gleich verteilt in die Zellmatrix eindringt, kann weitere, die Produkteigenschaften bestimmende Substanzen enthalten.

Die Elektroporation kann dabei beispielsweise in einem Fl üssigkeitsbad, das Produkteigenschaften veränderte Substanzen enthält, erfolgen.

Es ist bei der Anwendung der Elektroporation im Flüssigkeitsbad dafür Sorge zu tragen, dass der Leitfähigkeitswert des Bades in einem für die Impulserzeugungsanlage geeigneten Bereich liegt, vorzugsweise wird diese geringer als die Leitfähigkeit des zu behandelnden Rohstoffs eingestellt.

Alternativ, aber auch ergänzend, kann das elektrische Feld über Elektroden, z.B. Nadel, Walzen, Gitter, Durchfluss, oder Platten angelegt werden. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Nadelelektroden eine Kanülenform auf und können der gleichzeitigen oder zeitversetzten Zuführung von Injektionsflüssigkeit, z.B. Spritzlake, dienen.

Die Elektroporation kann vor oder erst nach einem Flüssigkeitsinjektionsschritt oder Marination oder aber diesen Schritt begleitend bzw. ergänzend ausgeführt werden.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, Rohwurstbrät mittels Elektroporation zu behandeln und dieses so behandelte Brät dann in an sich bekannter Weise, allerdings auch mit verringerter Kutterzeit sowie eventuell verringerten Einsatzmengen an Kutterhilfsstoffen weiter zu verarbeiten.