1. Einleitung und Definitionen
Wir alle verarbeiten tagtäglich Lebensmittel, wenn wir für uns oder unsere Familie Essen zubereiten, und nahezu alle Lebensmittel erfahren die eine oder andere Verarbeitung, bevor sie verzehrsfertig sind. Manche Lebensmittel sind ohne entsprechende Verarbeitung sogar ungenießbar. Die einfachste Definition für Lebensmittelverarbeitung lautet: „ein oder mehrere Verfahren, durch die rohe Lebensmittel für Verzehr, Kochen, oder Lagerung tauglich werden.“ Lebensmittelverarbeitung umfasst alle Massnahmen, die rohe pflanzliche oder tierische Lebensmittel zu sicheren, essbaren und genussvollen Lebensmitteln machen. In der industriellen Lebensmittelherstellung beinhaltet Verarbeitung die Anwendung wissenschaftlicher und technologischer Prinzipien, um Lebensmittel durch Verlangsamung oder Unterbinden der Verfallsprozesse haltbar zu machen. Ausserdem gestattet sie, die Verzehrsqualität von Lebensmitteln in kontrollierter und vorhersagbarer Weise zu verändern. Lebensmittelverarbeitung nutzt zudem das kreative Potential des Verarbeiters, einfache Rohstoffe in eine breite Palette schmackhafter, ansprechender Produkte umzuwandeln, die den Verbrauchern interessante und abwechslungsreiche Kost bieten. Ohne Lebensmittelverarbeitung wäre es nicht möglich, die Bedürfnisse moderner Stadtmenschen zu decken, und die Auswahl an Lebensmitteln wäre saisonbedingt stark eingeschränkt.
Der Begriff “Lebensmittelverarbeitung” wird von vielen abschätzig gebraucht, wodurch eine mindere Qualität der verarbeiteten Lebensmittel gegenüber den unverarbeiteten Produkten suggeriert wird. Jedoch sollte man sich vor Augen halten, dass Lebensmittelverarbeitung seit Jahrhunderten eingesetzt wird, um Nahrungsmittel haltbar oder überhaupt erst geniessbar zu machen. Genau genommen überspannen Verarbeitungsprozesse die gesamte Lebensmittelkette von der Ernte auf dem Feld bis hin zur kulinarischen Zubereitung zuhause und erleichtern wesentlich die Bereitstellung sicherer Lebensmittel rund um den Globus.
Lebensmittelverarbeitung kann zur Verbesserung oder Verminderung des Nährwerts von Lebensmitteln führen, manchmal beides gleichzeitig, und sie kann helfen Nährstoffe zu erhalten, die ansonsten bei der Lagerung verlorengehen. Zum Beispiel verlangsamt das Schockgefrieren von Gemüse kurz nach der Ernte den Verlust empfindlicher Nährstoffe. Rohe Bohnen sind ungeniessbar, und das bloße Erhitzen (z. B. Kochen) macht sie geniessbar, indem bestimmte Antinährstoffe zerstört oder inaktiviert werden. Das Kochen von Gemüse führt zu Verlusten an Vitamin C, kann aber gleichzeitig durch Zerstörung der pflanzlichen Zellwände bestimmte gesundheitsfördernde Inhaltsstoffe, wie Beta-Carotin in Möhren, freisetzen, die andernfalls während der Verdauung schlechter verfügbar wären.
Seit Jahrhunderten erfüllen Zutaten in einer Vielzahl von Lebensmitteln nützliche Funktionen. Unsere Vorfahren nutzten Salz zur Haltbarmachung von Fleisch und Fisch, fügten Kräuter und Gewürze zur Geschmacksverbesserung hinzu, legten Obst in Zucker und Gemüse in Essig ein. Heutzutage fordern und geniessen Verbraucher eine Lebensmittelversorgung, die nahrhaft, sicher, bequem und abwechslungsreich ist. Methoden der Lebensmittelverarbeitung (z.B. Lebensmittelzusatzstoffe und technologische Fortschritte) helfen dies möglich zu machen. Lebensmittelzusatzstoffe werden zu ganz bestimmten Zwecken verwendet, sei es, die Sicherheit von Lebensmitteln zu gewährleisten, ihren Nährwert zu fördern oder die Qualität zu verbessern. Sie spielen eine wichtige Rolle beim Erhalten von Frische, Sicherheit, Geschmack, Aussehen und Textur der Lebensmittel. Antioxidantien beispielsweise verhindern das Ranzigwerden von Fetten und Ölen, wohingegen Emulgatoren der Trennung von Erdnussbutter in eine flüssige und eine feste Fraktion entgegenwirken. Lebensmittelzusatzstoffe halten Brot länger schimmelfrei und machen Fruchtmarmeladen fest, so dass man sie aufs Brot streichen kann.
2. Geschichte
Menschen haben Lebensmittel seit Jahrhunderten verarbeitet (siehe Tabelle 1). Die ältesten traditionellen Techniken umfassten Sonnentrocknen, Einsalzen von Fleisch und Fisch, und Einlegen von Früchten in Zucker (heute als Einmachen bezeichnet). Sie alle basieren auf dem Prämisse, dass die Verringerung des verfügbaren Wassers im Produkt die Haltbarkeit verlängert. In neuerer Zeit haben technologische Innovationen in der Verarbeitung unsere Lebensmittelauswahl so vielfältig gemacht, wie sie heutzutage in Supermärkten verfügbar ist. Darüberhinaus ermöglicht die Lebensmittelverarbeitung den Herstellern, Produkte mit erhöhtem Nährwert („Funktionelle Lebensmittel“) aufgrund zugesetzter Inhaltsstoffe zu entwickeln, die einen bestimmten Gesundheitsnutzen über die Basisernährung hinaus haben.
2.1 Die Geschichte der Konservendose
Das Konservieren in Dosen hat seinen Ursprung im frühen 19. Jahrhundert, als Napoleons Truppen einer ernsten Proviantknappheit entgegensahen. Im Jahr 1800 setzte Napoleon Bonaparte eine Belohnung von 12000 Francs aus für denjenigen, der eine praktische Methode zur Haltbarmachung von Lebensmitteln für marschierende Soldaten entwickelte. Ihm wird oft folgender Spruch in den Mund gelegt: „Eine Armee marschiert auf ihrem Bauch.“ Nach Jahren des Experimentierens reichte Nicolas Appert seine Erfindung ein, Lebensmittel in Glasbehältern zu versiegeln und zu kochen, und gewann den Preis im Jahr 1810. Im darauffolgenden Jahr veröffentlichte er „L’art de conserver les substances animales et végétales („Die Kunst, tierische und pflanzliche Substanzen haltbar zu machen“), welches das erste Kochbuch seiner Art über moderne Haltbarmachung von Lebensmitteln war. Ebenfalls im Jahr 1810 wendete der Engländer Peter Durand das Appert-Verfahren unter Verwendung verschiedener Gefässe aus Glas, Ton, Zinn und anderen Metallen an und erhielt das erste Konservendosen-Patent von König Georg III. Dies kann als Ursprung der modernen Konservendose betrachtet werden.
2.2 Die Geschichte des Tiefgefrierens
Die moderne Tiefkühlkost-Industrie wurde 1925 durch Clarence Birdseye in Amerika begründet. Birdseye war ein Pelzhändler in Labrador, und ihm fiel auf, dass Fischfilets, die von den Ureinwohnern dem arktischen Winter zum schnellen Gefrieren ausgesetzt wurden, den Geschmack und die Konsistenz von frischem Fisch besser behielten als Fisch, der unter milderen Bedingungen während der anderen Jahreszeiten eingefroren wurden. Von entscheidender Bedeutung bei Birdseyes Entdeckung war die Geschwindigkeit des Einfrierens, und er leistete Pionierarbeit bei der Entwicklung industrieller Maschinerie zum schnellen Gefrieren von Lebensmitteln. Heute wissen wir, dass dieses schnelle Einfrieren, gekoppelt mit entsprechender Vorbehandlung, das Potential hat, den Nährwert einer breiten Palette von Lebensmitteln ausgezeichnet zu erhalten.
Tabelle 1. Chronologische Entwicklung von Techniken der Lebensmittelverarbeitung
| Traditionelle Verarbeitung | Moderne Verfahren
(ab circa 1900) | Modernste Techniken (nach 1960) |
| Konservieren | Extrusionskochen | Gefriertrocknen |
| Fermentation | Tiefgefrieren und Kühlen | Infrarotbehandlung |
| | | Bestrahlung |
| | | Magnetfelder |
| | Ultra-Hocherhitzung (UHT) | Mikrowellenbehandlung |
| | | Verpacken in modifizierter Atmosphäre |
| | | Widerstandserhitzung |
| | | Elektroporation |
| | | Sprühtrocknung |
| | | Ultraschall |
3. Die wichtigsten Vorteile der Lebensmittelverarbeitung
3.1 Schmackhaftigkeit und sensorische Verbesserungen
Nahezu alle Lebensmittel unterliegen einer Verarbeitung, bevor man sie essen kann. Im einfachsten Fall wäre das etwa, eine Banane zu schälen oder eine Kartoffel zu kochen. Bei anderen Produkten jedoch, zum Beispiel Weizen, ist eine recht aufwendige Verarbeitung erforderlich, bevor er geniessbar ist. Zunächst muss das Korn geerntet werden, gefolgt von der Abtrennung von Hülle, Halm, Dreck und Spreu. Das gereinigte Korn wird üblicherweise gekocht oder zu Mehl vermahlen und dann oft zu anderen Produkten wie Brot oder Pasta weiterverarbeitet.
Die organoleptische (sensorische) Qualität mancher Lebensmittel profitiert direkt von der Verarbeitung. Gebackene Bohnen zum Beispiel erhalten ihre cremige Textur durch die Hitzebahndlung während des Konservierens. Extrudierte und gepuffte Produkte wie Frühstückszerealien oder Chips sind ohne moderne industrielle Lebensmittelverarbeitung nahezu undenkbar.
3.2 Erhalt und Verbesserung des Nährwerts
Verfahren wie das Einfrieren bewahren die Nährstoffe, die natürlicherweise in Lebensmitteln enthalten sind. Andere Methoden, zum Beispiel Kochen, können zuweilen den Nährwert verbessern, indem sie Nährstoffe besser verfügbar machen. So führt das Kochen und Konservieren von Tomaten, um Tomatenmark oder -sauce herzustellen, zu einer verbesserten Verfügbarkeit des bioaktiven Inhaltsstoffs Lykopin. Bei entsprechend vorsichtiger Verarbeitung von Kakao und Schokolade bleiben die enthaltenen Flavonoide wie Epicatechin und Catechine erhalten, unachtsame Behandlung jedoch führt zu ihrer Verminderung. Lykopin und Flavonoide haben antioxidative Wirkung, die gemäss einiger Studien zur Erhaltung der Herzgesundheit beitragen und das Risiko für manche Krebsarten verringern kann.
Forscher untersuchen derzeit die Manipulation der Nährstoffverdaulichkeit durch Lebensmittelverarbeitung, um Lebensmittel mit verbesserter Nährstoffverfügbarkeit zu kreieren. So scheint es, dass das Homogenisieren der Milch die Grösse der Tröpfchen von Fett, Kasein und Molkenproteinen verringert. Dies wiederum fördert anscheinend die Verdaulichkeit verglichen mit unbehandelter Milch. Erste Forschungsresultate lassen vermuten, dass die Manipulation der Struktur der Triglyzeride (gabelartiges Grundgerüst der Fette) die Verdaulichkeit der Fette beeinflussen kann, wodurch sich ihre Wirkung auf das Risiko für Herz-Kreislauferkrankungen nach dem Verzehr verändert.
3.3 Sicherheit
Viele Verarbeitungsverfahren garantieren die Sicherheit von Lebensmitteln, indem sie die Anzahl schädlicher Keime reduzieren, welche Krankheiten verursachen können (z. B. Pasteurisieren der Milch). Trocknen, Einlegen und Räuchern verringern die Wasseraktivität (d.h. Wasser, welches für bakterielles Wachstum verfügbar ist) und verändern den pH-Wert von Lebensmitteln, wodurch das Wachstum pathogener und Schimmel erzeugender Mikroorganismen begrenzt und Enzymreaktionen verzögert werden. Andere Verfahren wie Eindosen, Pasteurisieren und Ultrahocherhitzung (UHT) zerstören Bakterien durch Hitzeeinwirkung.
Ein weiterer Nutzen der Verarbeitung liegt in der Zerstörung anti-nutritiver Faktoren. Zum Beispiel zerstört Kochen so genannte Proteaseinhibitoren wie die Trypsininhibitoren, welche sich in Erbsen, Bohnen und Kartoffeln finden. Trypsininhibtoren sind kleine, kugelige Proteine, die die menschlichen Verdauungsenzyme Trypsin und Chymotrypsin hemmen, welche zum Abbau der Nahrungsproteine benötigt werden. Wenn in Lebensmitteln vorhanden, können sie deren Nährwert herabsetzen. In hohen Dosen zeigten sie im Tierversuch toxische Effekte, und vereinzelte Beobachtungen an Menschen wiesen in die gleiche Richtung.
3.4 Haltbarkeit, Komfort und Auswahl
Lebensmittelverarbeitung ermöglicht verlängerte Haltbarkeit (z.B. bei verderblichen Lebensmitteln wie Fleisch, Milch und daraus hergestellten Produkten). Verpacken in modifizierter Atmosphäre führt dazu, dass Obst und Gemüse länger zuhause gelagert werden können und man entsprechend seltener frische Produkte einkaufen muss und auch weniger Verlust durch Verderbnis hat. Ausgeklügelte Lagerung und Verpackung bedeuten mehr Komfort für den Verbraucher.
Lebensmittelverarbeitung erlaubt uns, eine abwechslunsgreiche Ernährung zu geniessen, die der Geschwindigkeit und dem Zeitdruck unserer modernen Gesellschaft angepasst ist. Die Menschen wählen ihre Urlaubsziele zunehmend im Ausland, wodurch sie einer breiteren Auswahl an Aromen und Lebensmittelvarianten ausgesetzt sind. Zudem variiert der Einzelne, wie er seine Zeit verbringt, und viele entscheiden sich, ihr Essen nicht selbst zuzubereiten. Um die Verbrauchererwartungen zu erfüllen, produzieren Lebensmittelhersteller daher raffinierte Speisen in Restaurantqualität oder aus fernen Ländern, die dann zuhause gekocht und genossen werden können.
In der westlichen Welt besteht die Nahrung vornehmlich aus fünf Grundnahrungspflanzen - Reis, Weizen, Mais, Hafer und Kartoffeln. Die Spanne der charakteristischen Eigenschaften, die wir von unseren Speisen kennen, leitet sich von diesen fünf simplen Nahrungspflanzen in Kombination mit modernen Verarbeitungsverfahren ab. Somit lässt sich feststellen, dass wir uns heutzutage an eine breite Palette von Speisen aus einer engen Auswahl von Pflanzenarten, aus denen unsere Nahrung besteht, gewöhnt haben. Diese Umwandlung von Grundnahrungsmitteln in verarbeitete Speisen wäre ohne moderne Lebensmitteltechnologie nicht möglich.
3.5 Verringerung gesundheitlicher Bedenken und Ungleichheiten
Es ist bekannt, dass Menschen mit geringem Einkommen eine weniger abwechslunsgreiche Ernährung haben, und dies spiegelt sich in schlechterer Nährstoffzufuhr und -status wider. Verarbeitung in Form der Anreicherung bestimmter Produkte wie Mehl, Brot und Frühstückszerealien hat die Zahl von Menschen in Europa mit niedrigem Nährstoffstatus schrumpfen lassen. Zusätzlich ermöglicht der Erhalt von Nährstoffen durch Verfahren wie das Einfrieren denjenigen ohne Zugang zu einer breiten Lebensmittelauswahl, eine bessere Nährstoffversorgung aus der begrenzten Nahrunsmittelpalette zu ziehen.
Chronische Erkrankungen wie Herzkrankheiten, Fettsucht und Diabetes können, zum Teil, durch diätetische Massnahmen kontrolliert werden. Als Reaktion darauf haben Lebensmittelhersteller Verarbeitungsverfahren eingesetzt, um Verbrauchern eine Wahl fettarmer oder fettfreier Varianten vieler Lebensmittel und Speisen zu bieten. Das vielleicht einfachste Beispiel hierfür ist die Herstellung fettarmer Milch, bei der das Fett während der Verarbeitung entzogen wird - nach Zentrifugation der Milch wird der Rahm von der Oberfläche abgeschöpft. Der Fettgehalt eines Lebensmittels kann auch verringert werden, indem man Wasser oder andere Substanzen hinzugibt, die das Fett ersetzen und dadurch die Energiedichte senken. Fettreduzierte Margarine ist hierfür ein gutes Beispiel. Allerdings führt der Wasserzusatz zu einem leichter verderblichen Produkt, so dass fettreduzierte Produkte noch Stabilisatoren und Konservierungsstoffe enthalten können, um ihre ursprüngliche Haltbarkeit und Stabilität wiederherzustellen. Zusätzlich zu fettarmen Produkten ermöglicht die Lebensmittelverarbeitung die Herstellung von salz- und zuckerreduzierten sowie ballaststoffreichen Versionen vieler Lebensmittel, wodurch dem Verbraucher eine Produktauswahl gemäss seinen individuellen Gesundheitsbedürfnissen geboten wird.
4. Verschiedene Verarbeitungsverfahren
4.1 Traditionell
4.1.1 Erhitzen
Die Temperatur des Lebensmittels wird soweit angehoben, dass bakterielles Wachstum gehemmt, Enzyme inaktiviert oder sogar lebende Bakterien zerstört werden. Traditionelle feuchte Kochverfahren umfassen Blanchieren, Kochen, Dämpfen und Dampfdruckkochen. Trockene Kochverfahren schliessen Backen, Braten und Rösten ein. Bei neueren Verfahren wird die Hitze durch elektromagnetische Strahlen wie Mikrowellen übertragen.
Ultrahocherhitzungs- oder UHT-Verfahren werden vielfältig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Hierbei wird das Lebensmittel für mindestens eine Sekunde auf ≥135 °C erhitzt und anschliessend sehr schnell abgekühlt, um alle Mikroorganismen abzutöten.
Beim Pasteurisieren wird das Lebensmittel für mindestens 15 Sekunden auf ≥72 °C erhitzt, um die meisten lebensmittelverderbenden Keime abzutöten, und anschliessend schnell auf 5 °C abgekühlt.
4.1.2 Kühlen
Die Temperatur des Lebensmittels wird abgesenkt, um bakterielles Wachstum zu verlangsamen oder Enzyme mit negativer Wirkung zu inaktivieren und so seinen Verfall zu bremsen. Traditionelle Kühlverfahren umfassen das Kühllagern bei Temperaturen um 5 °C und das Einfrieren bei Temperaturen unter -18 °C (sogar bis -196 °C in industriellen Tiefkühlern). Je tiefer die Temperatur, desto länger kann das Lebensmittel sicher gelagert werden. Jedoch können starke Temperaturschwankungen über einen längeren Zeitraum zu Nährstoffverlusten und der Zerstörung der Lebensmittelstruktur führen, so dass Erscheinungsbild und Nährwert deutlich abnehmen.
4.1.3 Trocknen
Beim Trocknen wird der Wassergehalt eines Lebensmittels so weit reduziert, dass biologische Reaktionen (z. B. Enzymaktivität und mikrobielles Wachstum) gehemmt werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Lebensmittelverderbs abnimmt. Trocknen kann erfolgen als Gefriertrocknen (z. B. Kräuter und Kaffee), Sprühtrocknen (z. B. Milchpulver), Sonnentrocknen (z. B. Tomaten, Aprikosen) oder Tunneltrocknen (z. B. Gemüstestückchen).
4.1.4 Einsalzen
Der Zusatz von Salz wird schon seit Jahrhunderten zur Haltbarmachung von Lebensmitteln verwendet. Diese Technik basiert auf dem Prinzip, dass das Salz die Wasseraktivität des konservierten Lebensmittels reduziert, wodurch das Wachstum von Verderbniserregern gehemmt wird. Abhängig vom Lebensmittel kann der gleiche Effekt mit Zucker erreicht werden. Ebenso ist es möglich, durch Änderung des pH-Wertes eines Lebensmittels (z. B. durch Säurezusatz wie beim Einlegen mit Essig) bestimmte Mikroorganismen in ihrem Wachstum zu bremsen, zu stoppen oder sie abzutöten.
Salz wird den Lebensmitteln auf verschiedene Weise zugesetzt, aber der Begriff Einsalzn bezeichnet im allgemeinen die Haltbarmachung von Lebensmitteln mit trockenem Salz. Einsalzen wird vornehmlich für Fleisch und Fisch verwendet. Entweder wird das Salz einfach so zugegeben, oder ins Fleisch eingerieben. Eingesalzener Fisch (getrockneter und gesalzener Kabeljau) und gepökeltes Fleisch wie der italienische Rohschinken (prosciutto crudo) sind Beispiele für eingesalzene Lebensmittel. Weitere Verarbeitungsverfahren, in denen Salz eine Rolle spielt, sind das Einlegen in Lake, das Beizen und das Pökeln.
In Salzlake eingelegte Lebensmittel werden in Wasser aufbewahrt, das vollständig oder fast vollständig mit Salz gesättigt ist - ein gängiges Verfahren zur Haltbarmachung von Fleisch, Fisch und Gemüse. Heutzutage ist die Salzlake ein weniger übliches Verfahren zur Hatlbarmachung, wird jedoch noch zur Reifung von Käsesorten wie Feta oder Halloumi verwendet.
Das Beizen beinhaltet oft Salzen und Einlegen in Lake, kombiniert mit Fermentation oder Essigzusatz, und wird bevorzugt gebraucht zur Haltbarmachung von Gemüse (z. B. Sauerkraut, Gurken, Paprika, Zwiebeln und Oliven) oder Fisch (z. B. Hering).
Das Pökeln ist ein gängiger Begriff für Verarbeitungsmethoden - in erster Linie für Fisch und Fleisch -, bei denen Lebensmitteln Kombinationen von Salz, Zucker und manchmal Nitraten oder Nitriten (hemmen das Wachstum schädlicher Clostridium botulinum-Bakterien und geben Fleisch eine ansprechende Rosafärbung) zugesetzt werden. Beim Pökeln wird das Lebensmittel manchmal auch geräuchert.
4.1.5 Fermentation
Bei der Fermentation werden spezifische Hefen oder Bakterien verwendet, um einem Lebensmittel sein charakteristisches Aroma und Textur zu geben. Darüberhinaus ist es ein Weg, die biochemischen Eigenschaften eines Lebensmittels zu verändern und dadurch das Wachstum von Verderbniserregern zu hemmen.
Hefefermentation wird bei Verfahren wie dem Brotbacken oder der Herstellung alkoholischer Getränke eingesetzt. Ebenso wird Sojasosse mittels Hefefermentation produziert.
Unter aeroben Bedingungen, d.h. in Anwesenheit von Sauerstoff, setzt die Hefe Zucker und andere Kohlenhydrate zu Kohlendioxid und Wasser um. Auf diese Weise geht Teig auf; die Hefe produziert Gasblasen aus Kohlendioxid, die den Teig zur Ausdehnung bringen. Beim Backen verfestigt sich die schwammartige Struktur durch Hitzeeinwirkung und gibt dem Brot seine weiche Textur. Die Hefe wird durch die Hitze abgetötet.
Bei der Herstellung von Bier, Wein und anderen alkoholischen Getränken hat Hefe die Aufgabe, Alkohol und teilweise auch Kohlensäure zu bilden. Unter anaeroben Bedingungen (d.h. in Abwesenheit von Sauerstoff) setzt Hefe Zucker und andere Kohlenhydrate zu Alkohol (Ethanol) und Kohlendioxid um. Wenn das Kohlendioxid nicht entfernt wird, erhält man ein prickelndes Getränk. Bei der alkoholischen Gärung ist es üblich, spezifische Hefekulturen zu verwenden, jedoch werden bestimmte Getränke einer spontanen Fermentation unterzogen. Dies bedeutet, dass die Fermentation durch Hefen und andere Mikroorganismen ausgelöst wird, die natürlicherweise auf den Trauben oder in der Herstellungsumgebung vorkommen. Beim Backen entsteht Ethanol als Nebenprodukt. Der Fermentationsprozess wandelt sich von aerob zu anaerob, während der Teig geht, da die Hefe den Sauerstoff verbraucht. Allerdings verdampft der Ethanol beim Backen, so dass Brot keinen Alkohol enthält. Die Fermentation ist von grosser Bedeutung für den Geschmack von Bier, Wein, etc., da die Hefe neben Ethanol und Kohlendioxid eine Anzahl weiterer Substanzen produziert, die diesen Getränken ihr charakteristisches Aroma verleihen.
Eine andere Art der Fermentation in der Lebensmittelherstellung wird durch Milchsäure produzierende Bakterien bewerkstelligt, die natürlicherweise in den Lebensmitteln vorkommen oder im Herstellungsprozess zugesetzt werden. Diese Bakterien nutzen Lactose (Milchzucker) oder andere Kohlenhydrate als Substrat zur Herstellung von Milchsäure. Durch den Anstieg des Milchsäuregehalts senkt sich der pH, was wiederum einen Einfluss auf die Eigenschaften eines Lebensmittels haben kann, da manche Proteine säurempfindlich sind. So gerinnt zum Beispiel das Milchprotein Kasein in saurer Umgebung, wodurch Milch dick wird und Joghurt und anderen Sauermilchprodukten seine besondere Konsistenz verleiht. Nicht alle Sauermilchprodukte werden fermentiert; Milchsäure kann der Milch auch direkt zugesetzt werden. Zu den Lebensmitteln, die durch Milchsäurebakterien vergoren werden, zählen Sauerkraut, sauer eingemachtes Gemüse, Sauerteigbrot und Fleischerzeugnisse wie Salami.
Wie bereits erwähnt verbessert Fermentation die Haltbarkeit und Sicherheit von Lebensmitteln. Sowohl Alkohol und Säure als auch die Anwesenheit harmloser (oder nützlicher) Mikroorganismen verhindern das Wachstum verderbniserregender Bakterien, Pilze, etc. Alkohol ist ein weitverbreitetes Desinfektionsmittel und spielt in Getränken eine vergleichbare Rolle; er kann Mikroorganismen abtöten und ihre Vermehrung unterbinden. Eine saure Umgebung wirkt ebenfalls hemmend auf mikrobielles Wachstum. In beiden Fällen hängt die Wirksamkeit von der Alkohol- und Säurekonzentration ab. Auch harmlose Mikroorganismen können die Anzahl und Vermehrungsrate unerwünschter Keime beeinflussen, da der Wettbewerb um Nährstoffe mit der Menge vorhandener Mikroorganismen steigt.
Zusätzlich zu Geschmack und Textur sowie der Haltbarkeit und Sicherheit von Lebensmitteln, kann Fermentation deren Nährwert verbessern. Mikroorganismen produzieren Aminosäuren, Fettsäuren und bestimmte Vitamine, die von unserem Körper absorbiert werden, wenn wir essen. Die mikrobielle Aktivität kann zudem den Gehalt an Antinährstoffen verringern, die in manchen Lebensmitteln (z. B. Hülsenfrüchte, Getreide, Gemüse) enthalten sind und die Absorption von Nährstoffen stören. Das Senken solcher Inhaltstoffe verbessert die Nährstoffaufnahme aus dem Lebensmittel und erhöht so seinen Nährwert. Ein Beispiel ist Sauerteig, der Milchsäurebakterien mit der Fähigkeit zum Abbau von Phytinsäure enthält. Phytinsäure ist ein Antinährstoff in Vollkornmehl, der durch die Bildung von Mineralstoffkomplexen die Absorption lebensnotwendiger Nährstoffe wie Calcium, Eisen, Zink und Magnesium im Dünndarm verhindert. Die Bioverfügbarkeit von Mineraltsoffen ist somit höher in Sauerteigbrot als in Brot, das nur mit Hefegärung hergestellt wurde.
4.1.6 Lebensmittelzusatzstoffe
Lebensmittelzusatzstoffe sind Substanzen, die Lebensmitteln zu technologischen Zwecken zugesetzt werden. Je nach ihrer Funktion werden sie z.B. in Konservierungsstoffe, Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Trennmittel oder Packgase eingeteilt. Nur Substanzen, die üblicherweise nicht als Lebensmittel selbst verzehrt werden oder charakteristischer Bestandteil dieser sind, werden als Lebensmittelzusatzstoffe bezeichnet.
Mit der zunehmenden Ausbreitung der Lebensmittelverarbeitung in der Nahrungsproduktion seit dem 19. Jahrhundert hat sich auch die Zahl der verwendeten Zusatzstoffe erhöht. Alle Lebensmittelzusatzstoffe in verarbeiteten Lebensmitteln müssen durch die zuständige nationale Lebensmittelsicherheitsbehörde eines Landes zugelassen werden. Mengen und Arten von Zusatzstoffen in einem Lebensmittel sind enge Grenzen gesetzt, und jeder Zusatzstoff muss auf der Verpackung in der Zutatenliste aufgeführt sein. In Europa zugelassene Zusatzstoffe tragen eine E-Nummer (E für Europa); E330 steht zum Beispiel für das Säuerungsmittel Zitronensäure. Zitronensäure wurde erstmals 1784 vom schwedischen Chemiker Carl Wilhelm Scheele isoliert, der diese aus Zitronensaft kristallisierte.
4.2 Die Vorteile neuer Technologien
Viele traditionelle Verfahren der Haltbarmachung führen unweigerlich zu Nährstoffverlusten und können die Natur und Qualität eines Produktes während der Verarbeitung beeinträchtigen. Die neueren Verfahren, oft als ‚Minimalverarbeitung’ bezeichnet, zielen auf die Herstellung sicherer Lebensmittel mit höherem Nährwert und verbesserter Haltbarkeit. Jedes neue Verfahren wird umfassend getestet, um die Auswirkungen auf den Nährwert vollständig zu erfassen.
4.2.1 Mikrowellen
Mikrowellenbehandlung bedeutet Erhitzen durch Strahlung, im Gegensatz zu den traditionelleren Konvektions- oder Kunduktions-Verfahren. Mikrowellen werden in Wasser, nicht jedoch in Glas oder Plastik, effizient übertragen, von Metall hingegen abgestrahlt. Das ausgelöste Oszillieren der Wassermoleküle im Lebensmittel führt zur Erwärmung desselben. Da das Wasser für gewöhnlich ungleichmässig im Lebensmittel verteilt ist, ist gelegentliches Umrühren zum vollständigen Erhitzen und aus Gründen der Lebensmittelsicherheit erforderlich. Die Mikrowelle stellt eine schnelle Erhitzungsmethode für Lebensmittel dar, die wenig Wasser benötigt und somit weniger Nährstoffverluste mit sich bringt als andere Kochvarianten.
4.2.2 Verpackung/Lagerung in modifizierter Atmosphäre (MAP)
MAP lässt sich definieren als ‘der Einschluss von Lebensmitteln in gasdichten Materialien, in denen die gasförmige Umgebung verändert wurde’ und bezieht sich auf die kontrollierte Änderung der Atmosphäre, in der Lebensmittel zubereitet, verpackt oder gelagert werden, so dass bakterielles Wachstum gehemmt wird. Die verwendeten Gase sind meistens Sauerstoff, Kohlendioxid und Stickstoff. MAP kann sowohl Vakuumverpackung, als auch die Einleitung eines Gases während des Verpackens sein. Die neueste Form der MAP ist die so genannte aktive Verpackung, bei der sich die Atmosphäre während der Lagerung kontinuierlich verändert. So stehen zum Beispiel Sauerstoff aufnehmende oder Kohlendioxid abgebende Folien zur Verfügung. Die Senkung des Sauerstoffgehalts und die Erhöhung der Konzentration an Kohlendioxid führen beide zur Hemmung mikorbiellen Wachstums.
Fleisch, Fisch und Käse sind Beispiele für so genannte nichtatmende Produkte, die Folien mit sehr geringer Gasdurchlässigket benötigen, so dass das ursprüngliche Gasgemisch in der Verpackung erhalten bleibt. Auf der anderen Seite ist für atmende Produkte wie Obst und Gemüse die Wechselwirkung mit dem Verpackungsmaterial wichtig. Die Gasdurchlässigkeit der Verpackungsfolie lässt sich so an die Atmung des Lebensmittels anpassen, dass sich in der Verpackung ein Gleichgewicht im Gasgemisch einstellt, wodurch sich die Haltbarkeit des Produkts erhöht.
4.2.3 Bestrahlung
Die Behandlung mit ionisierender Strahlung ist eine besondere Form des Energietransfers, bei der die übertragene Energie gross genug ist, eine Ionisierung auszulösen. Sie wird verwendet, um biologische Prozesse zu kontrollieren oder zu stören und dadurch frische Produkte länger haltbar zu machen. Au!sserdem lässt sie sich zum Sterilisieren von Verpackungsmaterialien einsetzen. Erwünschte biologische Wirkungen umfassen die Verhinderung des Keimens und Sprossens, die Verzögerung der Reifung sowie die Entwesung durch Abtöten oder Sterilisieren von Insekten. Auf mikrobiologischer Ebene unterdrückt Bestrahlung pathogene und verderbniserregende Mikroorganismen. Der wesentliche Vorteil der Bestrahlung liegt darin, dass sie Lebensmittel durchdringt und Mikroorganismen abtötet, jedoch aufgrund der fehlenden Erwärmung nur minimalen Einfluss auf die Nährstoffzusammensetzung hat. Proteine und Kohlenhydrate können teilweise abgebaut werden, aber ihr Nährwert ändert sich dadurch kaum.
Nach europäischem Lebensmittelrecht (1999/2/EC und 1993/3/EC) ist die Behandlung eines bestimmten Lebensmittels mit ionisierenden Strahlen nur zulässig, wenn:
- sie technologisch sinnvoll und notwendig ist;
- gesundheitlich unbedenklich ist;
- für den Verbraucher nützlich ist und;
- nicht als Ersatz für Hygiene- und Gesundheitsmassnahmen oder für gute Herstellungs- oder Landwirtschaftsverfahren verwendet wird.
Um dem europäischen Recht zu entsprechen, muss jedes Lebensmittel, das bestrahlt wurde oder bestrahlte Zutaten enthält, klar als solches gekennzeichnet werden.
4.2.4 Widerstandserhitzung
Hierbei handelt es sich um ein thermisches Verfahren, bei dem im Lebensmittel Hitze erzeugt wird, indem elektrische Wechselströme durch das als Widerstand wirkende Lebensmittel geleitet werden. Da die Widerstandserhitzung nicht auf dem Energietransfer durch Wassermoleküle basiert, ist sie eine wichtige Entwicklung für das effiziente Erhitzen wasserarmer, jedoch vorwiegend flüssiger Lebensmittel. Zu den Hochtemperatur-Kurzzeit-Verfahren (high-temperature short-time (HTST) zählend, verringert sie die Möglichkeit einer Hochtemperatur-Überverarbeitung und der damit verbundenen Nährstoffverluste. Ein weiterer Vorteil der Widerstandserhitzung ist, dass sie empfindliche Lebensmittelstrukturen, z. B. bei Erdbeeren, bewahrt.
4.2.5 Ultrahochdruck
In der Hochdrucktechnologie werden Lebensmittel üblicherweise für 5 bis 20 Minuten Drücken von 100-1000 Megapascal ausgesetzt. Zu den charakteristischen Wirkungen zählen die Inaktivierung von Mikroorganismen, die Modifizierung von Biopolymeren (z. B. Gelbildung) sowie der Qualitätserhalt bezüglich Farbe, Aroma und Nährstoffen. Dies ist der einzigartigen Fähigkeit geschuldet, nicht-kovalente Bindungen (Wasserstoffbrücken, Ionenbindung, hydrophobe Wechselwirkung) direkt zu beeinflussen und dabei kovalente Bindungen intakt zu lassen, beides ohne den Gebrauch von Wärme. Folglich besteht die Möglichkeit, Vitamine, Pigmente und Aromastoffe zu erhalten, während Mikroorganismen und Enzyme inaktiviert werden, die anderenfalls zu Lebensmittelverderb führen könnten.
4.2.6 Lichtpulse
Dieses Verfahren verwendet Serien weisser Lichtblitze (20% UV-, 50% sichtbares und 30% Infrarotlicht) mit einer Intensität, die 20000-mal stärker als das Sonnenlicht auf der Erdoberfläche sein soll. Ein bis zwanzig Blitze pro Sekunde sind eine typische Pulsfrequenz, die die Keimzahl auf der Oberfläche von Fleisch, Fisch und Backwaren signifikant reduziert. Diese Technik ist ideal für die Oberflächenreinigung von Verpackungsmaterialien und funktioniert am besten auf glatten, staubfreien Flächen.
4.2.7 Elektroporation (pulsed electric field, PEF)
Bei diesem Verfahren wird eine pumpfähige Flüssigkeit, die zwischen zwei Elektroden fliesst, wiederholt kurzen Pulsen eines elektrischen Hochspannungsfeldes (10-50 kV/cm) ausgesetzt. Hierbei wird nicht durch Elektrizität Hitze erzeugt, sondern Zellwände und -membranen von Mikroorganismen durch die Hochspannungspulse aufgebrochen und diese so inaktiviert. Elektroporation wird meistens bei gekühlten oder bei Raumtemperatur gelagerten Produkten angewendet, und da sie nur eine Sekunde oder weniger dauert, kommt es nicht zur Erwärmung des Lebensmittels. Aus diesem Grund ist sie traditionelleren, hitzegebundenen Verfahren überlegen, die zum Verlust hitzempfindlicher Nährstoffe führen.
5. Einfluss der Verarbeitung auf den Nährwert
Die Lebensmittelverarbeitung kann den Nährwert eines Lebensmittels verbessern oder verringern. Bereits einfache Schritte der Lebensmittelzubereitung in der heimischen Küche führen unweigerlich zur Beschädigung der Zellen von Nahrungspflanzen, wodurch es zum Auslaufen lebenswichtiger Vitamine und Mineralstoffe kommt. Lassen wir jedoch Vorsicht bei der Zubereitung walten, und wählen verarbeitete Lebensmittel abwechslunsgreich, dann können diese einen wertvollen Beitrag zu einer nahrhaften und ausgewogenen Ernährung leisten. Anders als in der häuslichen Umgebung, stehen den Lebensmittelherstellern schnelle Verarbeitungsverfahren im industriellen Massstab zur Verfügung, die nur minimale Nährstoffverluste verursachen. Zudem nutzen die Hersteller gezielt Prozesse, die gesundheitsfördernde Nährstoffe freisetzen (wie das Lykopin beim Kochen von Tomaten) und bedenkliche Substanzen zerstören (wie Lektine in Hülsenfrüchten).
5.1 Vitamine und Mineralstoffe
Es gibt 13 Vitamine, die vom Körper zwar nur in geringen Mengen benötigt werden, aber nichtsdestotrotz lebensnotwendig sind. Vier sind fettlöslich (A, D, E und K), und die übrigen neun wasserlöslich (C, Vitamine der B-Gruppe). Kein Lebensmittel enthält alle Vitamine, weshalb eine ausgewogene und abwechslunsgreiche Ernährung für eine ausreichende Zufuhr unabdingbar ist. Verarbeitung beeinflusst die verschiedenen Vitamine auf unterschiedliche Weise. So sind die wasserlöslichen Vitamine tendentiell empfindlicher gegenüber der Verarbeitung, und Kochen und Hitzebehandlung führen zu teilweisen Verlusten. Neuere, „nicht-thermische“ Prozesse wie die Widerstandserhitzung oder die Ultrahochdruckbehandlung können helfen, die Vitamine zu erhalten, da sie das Lebensmittel wenn überhaupt nur schwach und für sehr kurze Zeit erwärmen. In manchen Fällen enthalten verarbeitete Lebensmittel sogar mehr Vitamine als frische Produkte. Zum Beispiel bleibt Vitamin C besser erhalten in tiefgefrorenem Gemüse, das frisch geerntet und innerhalb weniger Stunden eingefroren wurde, als in frischem Gemüse, da mehr Vitamin C während der Lagerung im Kühlschrank als während der Tiefkühllagerung verloren geht.
Mineralstoffe sind anorganische Elemente, die unser Körper in kleinen Mengen benötigt und üblicherweise in ausreichenden durch den Verzehr einer konventionellen Mischkost erhält. Lebensmittelverarbeitung kann sich mitunter sehr günstig auf die Verfügbarkeit der Mineralstoffe aus Lebensmitteln auswirken. Zum Beispiel hemmen Phytate aus Vollkorngetreide die Aufnahme von Eisen und Zink, doch während der Fermentation werden Enzyme freigesetzt, die die Phytate abbauen und so die Eisen- und Zinkverfügbarkeit im Teig erhöhen.
Eine Reihe von Lebensmitteln werden inzwischen aus volksgesundheitlichen Gründen mit Vitaminen und Mineralstoffen angereichert. Verzehrfertige Frühstückszerealien enthalten oft zusätzliches Eisen, wodurch sie für jene jungen Frauen zu einer wesentlichen Eisenquelle wurden, deren Verzehr an rotem Fleisch abgenommen hatte (rotes Fleisch enthält natürlicherweise hohe Mengen an leicht verfügbarem Eisen). Eisenmangel ist einer der bedeutendsten Nährstoffmängel in Europa, von dem bis zu 30% der jungen Frauen betroffen sind. Frühstückszerealien und Mehl sind in manchen Ländern mit Folsäure angereichert, um den Folat-Status von Frauen im gebärfähigen Alter zu verbessern. Dies stammt aus der Erkenntnis, dass ein niedriger Folat-Status während der Schwangerschaft mit einem erhöhten Risiko für Neuralrohrdefekte (z. B. Spina bifida) bei ungeborenen Kindern verbunden ist.
5.2 Kohlenhydrate und Ballaststoffe
Mono- und Oligosaccharide (Einfach- und Mehrfachzucker) werden bei Temperaturen bis zu denen der Ultrahocherhitzung nur geringfügig abgebaut, doch treten einige Reaktionen auf, die den Nährwert beeinflussen können. Zum Beispiel können manche Zucker ihre Struktur während des Erhitzens verändern, wodurch sich auch ihre Verdaulichkeit ändert. Dies kann von Vorteil sein beim Senken der Konzentration an unverdaulichen Oligosacchariden (wie Stachyose und Raffinose in Hülsenfrüchten und einigen anderen Lebensmitteln), die bei übermässigem Verzehr Blähungen verursachen.
Derzeit wird intensiv erforscht, welchen Einfluss die Verarbeitung auf die Löslichkeit und Verdaulichkeit bestimmter Ballaststoffe und Stärken wie der resistenten Stärke hat. Geringe Verdaulichkeit kann vorteilhaft sein, da sich gezeigt hat, dass langsam freigesetzte Kohlenhydrate den Anstieg des Blutzucker- und Insulinspiegels nach einer Mahlzeit mindern können. Überhöhte Blutzucker- und Insulinspiegel sind mit der Entstehung der Insulinresistenz, einem möglichen Vorläufer des Diabetes Typ II, in Verbindung gebracht worden. Man hat beobachtet, dass Extrusion die Löslichkeit von Ballaststoffen erhöhen kann. Lösliche Ballaststoffe wie Beta-Glucan können den Spiegel an Cholesterin im Blutserum senken und sich so günstig auf das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen auswirken.
5.3 Fette und Proteine
Die meisten Fette sind während der Verarbeitung recht stabil. Ungesättigte Fettsäuren allerdings sind anfällig für Oxidation und Ranzigwerden während der Lagerung. Der Einsatz von modifizierter Atmosphärenverpackung (MAP), Antioxidantien und steriler Verpackung kann die Haltbarkeit deutlich steigern, wodurch die vorgenannten Probleme gemildert werden.
Proteine werden bei hohen Temperaturen generell denaturiert, was sich nachteilig auf die Lebensmittelstruktur auswirken kann. Andererseits kann dies hinsichtlich des Nährwertes von Vorteil sein, da es unter Umständen gleichbedeutend mit verbesserter Verdaulichkeit ist. Spannende Forschungsresultate zeigen, dass neuere Verfahren der Lebensmittelverarbeitung wie Hochdruckbehandlung, Elektroporation oder Bestrahlung Lebensmittelallergene beeinflussen können. Die Zerstörung antinutritiver Proteine wie Avidin in rohen Eiern ist günstig, weil während der Verarbeitung Nährstoffe zur Absorption frei werden, die ansonsten gebunden sind. Avidin bindet fest an Biotin in rohen Eiern und verhindert so die Aufnahme dieses B-Vitamins. Die Verbindung wird jedoch gelöst, wenn Avidin während des Kochens denaturiert wird.
6. Warum sind verarbeitete Lebensmittel so wichtig für die moderne Gesellschaft?
Heutzutage ist es schwierig, sich ausschliesslich von frischen, unverarbeiteten Lebensmitteln zu ernähren. Der Grossteil des familiären Nahrungsbedarfs wird durch verarbeitete Lebensmittel gedeckt, die unsere Kost abwechslungsreich und unseren hektischen Lebensstil bequemer machen. Verarbeitete Lebensmittel erlauben den Verbrauchern, weniger oft einkaufen zu gehen und eine breite Palette von Lebensmitteln als Basis abwechslungsreicher und nahrhafter Mahlzeiten einzulagern.
Viele verarbeitete Lebensmittel sind genauso nahrhaft oder in manchen Fällen sogar noch nahrhafter als frische oder selbstgekochte Lebensmittel, je nachdem wie sie verarbeitet wurden. Zum Beispiel überstehen Folat und Thiamin in Bohnen den Prozess der Dosenkonservierung besser als das lange Einweichen und Kochen getrockneter Bohnen zuhause. Gefrorenes Gemüse wird oft innerhalb weniger Stunden nach der Ernte verarbeitet. Während des Einfrierens gehen nur wenig Nährstoffe verloren, so dass gefrorenes Gemüse seine hohen Vitamin- und Mineralstoffgehalte bewahrt. Demgegenüber werden frische Gemüse geerntet und anschliessend zum Markt transportiert. Es kann Tage bis Wochen dauern, bevor sie auf dem Esstisch landen, und die Vitamine gehen mit der Zeit verloren, egal wie vorsichtig das Gemüse transportiert und gelagert wird. Dosenfisch ist eine gute Calciumquelle, da der Fisch oft ohne Entgräten eingedost wird, und der Prozess des Eindosens die kleinen Gräten weich und leichter essbar macht.
Die Verwendung vieler verschiedener Lebensmittel - frisch, tiefgekühlt, als Konserve oder anderweitig verarbeitet - ermöglicht den Verbrauchern, ihren Nährstoffbedarf zu decken. Zum Beispiel zählen Dosenfrüchte, Fruchtsäfte und Smoothies sowie tiefgekühltes Gemüse allesamt im Rahmen der bekannten Zielvorgabe von „5 Portionen Obst und Gemüse am Tag“. Der Schlüssel für Verbraucher ist Ausgewogenheit und Abwechslung - kein einzelnes Lebensmittel liefert genug Nährstoffe zum Überleben, und jedes Verarbeitungsverfahren hat eine andere Wirkung auf die Nährstoffgehalte.
7. Schlüsselfakten zur Lebensmittelverarbeitung
- Menschen verarbeiten seit Jahrhunderten Lebensmittel - um sie haltbar zu machen und sicheren Verzehr zu garantieren.
- Lebensmittelverarbeitung liefert die Mittel, ansonsten verderbliche Lebensmittel länger haltbar zu machen, wodurch die Auswahl vergrössert und die Saisonabhängigkeit verringert wird.
- Lagerverluste sind bei frischen Lebensmitteln allgemein grösser als bei verarbeiteten, und die Lebensmittelbehandlung kann den Nährwert bestimmter Produkte verbessern.
- Der Zusatz von Nährstoffen zu Speisen und Getränken wird weltweit als Massnahme für die Volksgesundheit genutzt und ist ein kostengünstiges Verfahren, die Nahrungsqualität der Lebensmittelversorgung sicherzustellen.
- Konserviertes, frisches und tiefgefrorenes Obst und Gemüse liefern allesamt für eine gesunde Ernährung benötigte Nährstoffe.
- Ausschliessliche Verwendung von frischem Obst und Gemüse vernachlässigt den ernährungsphysiologischen Nutzen, den industriell wie zu Hause verarbeitete Lebensmittel bieten.
Verwendete und weiterführende Literatur
MacEvilly C and Peltola K. (2003). The effect of agronomy, storage, processing and cooking on bioactive substances in food. In Plants, Diet and Health Ed. Gail Goldberg. Blackwell Science Publishing.
Mills EN, Sancho AI, Rigby NM, Jenkins JA, Mackie AR. (2009). Impact of food processing on the structural and allergenic properties of food allergens. Molecular Nutrition & Food Research 53(8):963-969.
Nutrition and Food Processing. British Nutrition Foundation Briefing Paper 1999.
Paschke A. (2009). Aspects of food processing and its effect on allergen structure. Molecular Nutrition & Food Research 53(8):959-962.
