Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag

Die Seite wird erstellt Johannes Horn
 
WEITER LESEN
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
Pasteurisation HPP
Mit Hochdruck gegen Keime

Rosa Heydenreich         | Labor für Nachhaltige Lebensmittelverarbeitung, Institut für Lebensmittelwissenschaften, Ernährung und
                           Gesundheit , ETH Zürich

Dr. Peter Nünnerich      | Forschung und Entwicklung, Uhde High Pressure Technologies GmbH, Hagen DE

Lebensmitteltag, Luzern, 7. April 2022
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
Zur Person

• Studierte Chemikerin
                                                                               Rosa Heydenreich        Prof. Alexander Mathys
• Seit 2020 Doktorandin an der ETH Zürich

    in der Gruppe für Nachhaltige Lebensmittelverarbeitung

• SNF Forschungsprojekt: «Kontrolle bakterieller Sporen mittels Hochdruck»

                                                                                             Dr. Alessia Delbrück

2   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
Historie Hockdruckbehandlungen von Lebensmitteln

                                                                                                               > 500 Anlagen
                                                                                                                  weltweit

                                                            1. Kommerzielle HPP
                                                            Anlagen & Produkte

         1. Versuche mit Milch
                 B. Hite
adapted from: ttps://d2zo35mdb530wx.cloudfront.net/_legacy/UCPthyssenkruppBAISMicrositeUhdeHPP/assets.files/hpp-microsite/when_was_hpp_invented_infographic_image_h664.png (Stand: 14.03.2022)

3     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
Was versteht man unter Hochdruckbehandlung (HPP) von Lebensmitteln?

                                                                                      • HPP = High Pressure Processing
                  • “Kalt gepresst” - Technologie zur nicht-thermischen Pasteurisierung (5 - 20 °C)

             Inaktivierung von                                                                                                                             Mildere          Von Verbrauchern
             Mikroorganismen                                                        Clean Label                                                          Verarbeitung          akzeptiert3
                          =                                                           =                                                                        =
                   3 - 10x längere                                             weniger / ohne                                                           Natürlichere &
                    Haltbarkeit1,2                                          Konservierungsstoffe1                                                   Frischere Produkte1,2

1: https://www.hiperbaric.com/en/hpp-technology/, 2: https://www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com/high-pressure-processing/de/was-ist-hpp, 3: Sonne et al. (2012)

4     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
Allgemeine Vorteile einer nicht-thermischen Keimreduktion

                                                                                       Schonend zu:

                                                                                       • Vitaminen & Nährstoffen

                                                                                       • Farbe

                                                                                       • Textur

                                                                                       • Geschmack – keine Hitze-induzierten Fremdaromen

                Kommt Wunsch nach frischeren, gesünderen Lebensmitteln nach
https://www.hiperbaric.com/en/hpp-technology/, https://www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com/high-pressure-processing/de/was-ist-hpp, Zhang et al. (2011)

5     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
Typische Prozessparameter einer Hochdruckbehandlung

                                                        6000 bar/ 600 MPa

                                                                                                                                                                                              Temperatur
                                                                                  Druck
                                                                                                                                                                                5-20°C

                                                                                                                 Haltezeit ~5 Min
                                                                                                            Gesamtzeit ~9 Min

                            Anwendung                                                             Druck                                                                 Haltezeit
                            Muschelfleischextraktion                                              2400 - 4000 bar                                                       1 - 3 min
                            Kaltpasteurisierung                                                   meist 6000 bar                                                        1 - 9 min

https://www.hiperbaric.com/en/hpp-technology/what-is-hpp/, Raghubeer (2007) , Zhang et al. (2011), Vortrag «HPP – A manufacturer’s view», Andreas Grundlehner, Metzgerei Angst (01.12.2021)

6     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
HPP Maschinen nach Lebensmittelsektor

                                                                                                   Dairy Products

                               R&D

                                                                                      Stand 2020
https://www.hiperbaric.com/wp-content/uploads/2021/09/bvgn1.png (Stand: 03.03.2022)

7     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
Autoren

                                                                               Dr. Peter Nünnerich
                                                                               • Leiter Forschung und Entwicklung
                                                                               • Über 30 Jahre Erfahrung mit Hochdruck
                                                                               • Seit über 20 Jahren bei thyssenkrupp |
                                                                                 Uhde High Pressure Technologies und mit
                                                                                 HPP beschäftigt

                                               Dr. Jasna Ivanovic              Boris Brockhaus
                                               • Food Technologist HPP         • Product Manager HPP

8   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
thyssenkrupp
Globaler Konzern mit
~ €35 Mrd. Umsatz und
~ 100.000 Mitarbeitern in 78 Ländern

9   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Pasteurisation HPP Mit Hochdruck gegen Keime - Lebensmitteltag
thyssenkrupp
                                                                                             Chemicals /
                                                                                             Oil & Gas
                                                                                             Business Unit
                                                                Aircraft                     Uhde

                Marine Systems
                                                                                   Steel Europe / Steel USA

               Automatization
                                                                                Automotive

10   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
thyssenkrupp – Uhde High Pressure Technologies

                                                                                Hochdruckausrüstung für Anwendungen bis 14.000 bar
                                                                                       Gegründet 1930 - 90 Jahre Erfahrung
                                                                                               Hagen, Deutschland

11   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
thyssenkrupp – Uhde High Pressure Technologies

            HD-Ausrüstung                                                       Schlüsselfertige Anlagen      Komponenten
     Low Density Polyethylen                                                    Überkritische Extraktion   Wasserstrahlschneiden
           3.000 bar                                                                   1.000 bar                6.000 bar

     Harnstoff, Düngemittel                                                     High Pressure Processing
            300 bar                                                                                               Service
                                                                                       6.000 bar

12   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
HPP Technologie
                 High Pressure Processing

13   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Ablauf der HPP-Behandlung, schematisch

                                                                                           6000 bar ~
                                                                                           6000 kg /cm3

                      1                                                         2                             3                             4

     Container mit verpackten                                                                       Wenige Minuten Behandlung
                                                                      Füllen mit Wasser und                                     Entspannen und Entladen des
     Produkten werden in den                                                                           zur Inaktivierung der
                                                                    Druckaufbau bis 6.000 bar                                            Behälters
         Behälter geladen                                                                                Mikroorganismen

14   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Ablauf der HPP-Behandlung, Übersicht
            Lagerung der unbehandelten                                          Beladung der Behandlungskörbe    Beladen des HPP-Behälters
               Produkte im Kühlhaus

                       Druckbehandlung                                             Umpacken des Produktes       Lagerung oder Transport in der
                                                                                                                          Kühlkette

15   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Schematischer Aufbau einer HPP-Anlage

16   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Druckverlauf im HPP-Prozess
350 L Druckbehälter, 180 s Haltezeit

17   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Isostatischer Druck

• Der Druck wirkt gleichmäßig von allen Seiten auf das Produkt ein:
     ➢Keine Scherkräfte, keine Formveränderung, keine Beschädigung
     ➢Der Druck wirkt sofort und gleichmäßig im gesamten Lebensmittel, kein Druckgradient
     ➢Sichere Behandlung, unabhängig von der Produktgröße

18    7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Kompression von Wasser
                                                                                                     Wasser
                                                                                               20°C Starttemperatur

                                                                            Kompression: ß=(V0, T0-VP, TP)/V0, T0 · 100 %
Kompression ß / %

                                                                                                                                      Temperatur / °C
                                                                                                    Temperatur

                              0                                    2’000                              4’000           6’000   8’000
                                                                                                   Druck / bar

19                  7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Kompression von Gas (Stickstoff)
                                 Spezifisches Volumen von Stickstoff bei verschiedenen Drücken
                                                                         (Temperatur konstant 20°C)
                    1.000                                                                                                   Bei einem Druck von ca. 100 bar
                                                                                                                            reduziert sich das Gasvolumen auf ein
                                                                                                                            hundertstel.
                                                                                                                            Nahezu vollständige Lösung des Gases
                                                                                                                            bei Betriebsdruck
                    0.100
Volumen / m³/kg

                    0.010

                    0.001
                                 1                                   10                         100        1’000   10’000
                                                                                             Druck / bar

20                7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
HPP-Anlage                                                                                                                       Uhde 350-60
                                                                                                                                 Geschätzte Verbräuche
                                                                                                                                  Energie    15 kWh/ Zyklus
                                                                                                                                  Wasser     180 bzw. 70 l/ Zyklus
            Anzahl HD Pumpen               3                                    Anschlussleistung   ~ 8 Zyklen pro Stunde
            Volume                         je 5,4 l/min                         340 kW
            Leistung Pumpe                 je 90 kW
            Abmessung Pumpe                2,7 x 1,7 x 1,2 m

                                                                                                                                           Max. Höhe
                                                                                                                                           3,5 m

                                                                                                                                 Gewicht
                                                                                                                                 66 to
                            Grundfläche                                                               Auslegungsdruck
                            12 x 5 m                                                                  6.300 bar

                                                                                        Ø 380 mm      Volumen 350 l
                                                                                                      Geschätzter Füllgrad 60%
                                                    Durchsatz
                                                    ~1.600 kg/h

21   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
HPP-Anlagen, Impressionen

                       700l in Deutschland                                       350l in Mexiko   350l in Australien

                     350l in Finnland                                                             55l in Deutschland

                                                                                55l in Südkorea

22   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Weltweite Anwendung von HPP

• 2020 - 550 HPP Produktionsanlagen weltweit                                                                              Ozeanien
                                                                                                       Asien                6%
• 140.000 Liter installierte Behältervolumen                                       Afrika              12%
                                                                                   1%
• Zusätzlich 40 bis 50 Pilotanlagen für die
                                                                                     Süd Amerika                                                       Nord Amerika
  Produktentwicklung                                                                 3%                                                                54%
  (Volumen bis 4 L und 10.000 bar)
• Über 250 Unternehmen setzen HPP bereits ein
                                                                                             Europa
• Jährliches Marktwachstum                                                                   25%
  von 15 bis 20 %

                                                                                                                                     Quelle: Deutsches Institut für Lebensmittel, 2018
                                                                                Quelle: Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik

23   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Verpackungsmaterialien
Die HPP-Behandlung erfolgt meist in der Endverpackung                           → Keine Rekontamination
                                                                                → Verpackung muss für HPP geeignet sein

                                                     Geeignet                                                            Ungeeignet
Flexibel & wasserdichte Kunststoffe                                                        • Karton
• Flaschen, Becher und Schalen                                                             • Papier
  − PET                                                                                    • Glas (evtl. mit flexiblem Deckel verwendbar)
  − HDPE                                                                                   • Geschäumtes Polystyrol
  − PP
  − Polymerkombinationen
  −…
• Bag in Box Beutel, Trinkbeutel & Folien                                                   ?                       Können möglich sein
  − PET
  − PP                                                                                     • Einige Schichtstoffe
  − PE oder PP mit EVOH                                                                    • Aluminium-basierte Schichtstoffe
  − Mehrschichtig aus Polymeren
• Die Verpackungsmaterialien müssen die längere Haltbarkeit
  gewährleisten
24   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Beispiele für geeignete Verpackungen

     Kunststoff-                                                                               Kunststoffbecher und
                                                                  Beutel        Vakuum & MAP
      flaschen                                                                                       -schalen

Flexibel / fest verschlossen / wasserbeständig

25   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Füllgrad
                                          Verpackungsform

                 Rund ~ 40%                                            Quadratisch ~ 45%   Produktbeutel

            Hexagonal ~ 50%                                                Dreieck ~ 70%   Prozessbeutel

26   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Allgemeiner Effekt von Hochdruck

                                                                                                 HPP
                                                                                   beeinflusst         schont

                                     Schwache non-kovalente                                                       Starke kovalente
                                            Bindungen                                                                 Bindungen
                                       = Makromolekulare                                                          = kleine Moleküle
                                   Strukturen & deren Funktion
                                                                 Proteine
                    Lipide                                                        Polysaccharide                                 Vitamin C
                                                                 / Enzyme
                                                                                                                Vitamine, Farbstoffe, Aromen

                                                                                       Stärke

Bello et al. (2014), Queirós et al. (2018), Larrea-Wachtendorff et al. (2021)

27     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Allgemeiner Effekt von Hochdruck

                                                                                                 HPP
                                                                                   beeinflusst

                                     Schwache non-kovalente
                                            Bindungen
                                       = Makromolekulare
                                   Strukturen & deren Funktion
                                                                 Proteine                                        Technologisch nutzbar für
                    Lipide                                                        Polysaccharide
                                                                 / Enzyme

                                                                                                       -   Inaktivierung oder Aktivierung von Enzymen
                                                                                       Stärke
                                                                                                       -   Inaktivierung von Mikroorganismen
                                                                                                       -   Gezielte Protein- oder Stärkemodifikation

Bello et al. (2014), Queirós et al. (2018), Larrea-Wachtendorff et al. (2021)

28     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Wirkung von HPP auf Mikroorganismen

• Inaktivierung von vegetativen Zellen* bei >3000 bar durch Veränderung von:

                                                                                                                   Proteine
                                                                                                                  Ribosomen

                                                                   H+                                            Zellmembran
                                                                                                                                         H+
                                                                                                                   pH Wert
         *Hefen, Schimmelpilze, Bakterien
         (z.B. Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Escherichia coli)

                                                                                                        → Verlängerung der Haltbarkeit

• Resistente Zelltypen können überleben, z.B. (Bakterielle Sporen, Resistente Pilzsporen, Resistente Viren)
Bello et al. (2014), Smelt (1998), Smelt et al. (2001), Sevenich & Mathys (2018), Zhang et al. (2011)

29     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Kritische Parameter für die Keimreduktion

                                                  Lebensmittel                                                                                               HPP Prozess

                                                                                             H+
             Wasseraktivität aw                                                                pH                                                    Druck                 Zeit
                                                                               pH
Beispiel – Inaktivierung von Listeria monocytogenes in Queso Fresco

                                                                                                        HPP Prozess
                                                                                     Effekt von Druck & Haltezeit auf Keimreduktion
                                                                             9
                                                                                                                                     400 MPa
                                                                             8                                                       450 MPa
                                                                             7                                                       500 MPa
                                                  Keimzahl [log10(KBE)/mL]
                                                                                                                                     550 MPa
                                                                             6                                                       600 MPa
                                                                             5
                                                                             4
                                                                             3
                                                                             2
                                                                             1
                                                                             0
                                                                                 0       5         10          15          20   25             30
                                                                                                         Haltezeit [min]

                                                                                             Druck effektiver als Zeit
Hnosko et al. (2012)

31    7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Bakterielle Sporen unter Hochdruck
                                                                                  Im ruhenden Zustand
                                                                                      Sehr resistent

                                                                                         Spore

                                                                                      Lebenszyklus
                                                                                       bakterieller
                                                                                      Sporenbildner

                                                                                                        Ausgekeimte Spore

                                                           Vermehrung

                                                                                     Vegetative Zelle
Lent et al. (2015)

32     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Bakterielle Sporen unter Hochdruck

                                                                                     Sehr resistent
                                                                                                        Keine direkte Inaktivierung durch kaltes HPP
                                                                                                                     6000 bar, 5 - 20°C

                                                                                         Spore                     Direkte Inaktivierung
                                                                                                                       nur über Hitze
                                                                                                                   ≥ 6000 bar, 90 - 121°C
                                                                                      Lebenszyklus
                                                                                       bakterieller
                                                                                      Sporenbildner

                                                                                                        Ausgekeimte Spore
                                                            Ziel: Keine Vermehrung

                                                                                     Vegetative Zelle
Lenz et al. (2015), Gratz et al. (2021), Sevenich & Mathys (2018)

33     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Bakterielle Sporen unter Hochdruck

                                                                                  Sehr resistent

                                                                                      Spore

                                                                                   Lebenszyklus
                                                                                    bakterieller
                                                                                   Sporenbildner

Lösung:                                                                                              Ausgekeimte Spore
Verhinderung Wachstum durch
- Kühlung
- pH
- Weitere Faktoren (z.B. Salz, etc.)
Dient auch der Kontrolle von
resistenten Pilzsporen oder Viren                                                 Vegetative Zelle
Wells-Bennik et al. (2016), Zhang et al. (2011)

34     7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
HPP im Lichte der Hygieneverordnung

Prozessvalidierung
• Anpassung Druck, Haltezeit und Temperatur an Produkt

• Auswahl der für Produkt relevantesten Mikroorganismen

• Validierungsstudie über gesamten Haltbarkeitszeitraum

      → HPP Dienstleister garantiert Einhaltung der Prozessparameter
      → Inverkehrbringer gewährleistet Produktsicherheit

35   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
HPP im Lichte der Hygieneverordnung

• HPP behandelte Produkte brauchen in CH keine Zulassungspflicht

• Vorgaben zu HPP in CH in VtVtH
  (Verordnung über technologische Verfahren sowie technische Hilfsstoffe zur Behandlung von Lebensmitteln)
     → HPP kennzeichnungspflichtig

36    7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Beispiel für ein Betreiberkostenmodell einer HPP Anlage

     Investment und Abschreibung                                         1650 k€ /    Anlagenvolumen       350l
                                                                          5 Jahre

                    Mitarbeiter                                           3x 18€ /    Automatisierung    Optional
                                                                            Std.

                                                                           1,0 € /
                        Wasser                                                            Füllgrad         60%
                                                                           Zyklus
                                                                                                                      € pro
                                                                           3,0 € /                       6000 bar     Liter /
                        Energie                                            Zyklus         Rezepte                      kg /
                                                                                                          / 3 Min
                                                                                                                     Packung
                                                                           5,0 € /                         ohne
                 Verschleißteile                                                     Zusatzkomponenten
                                                                           Zyklus

                                                                            25 € /                       6517ton /
                        Service                                                         Auslastung
                                                                             Std.                            a

                        Kosten                                                           Kapazität

37   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Auswertung Betreiberkostenmodell
Kosten und Produktionsmenge pro Jahr (Abschreibungszeitraum 5 Jahre – ohne Zinsbetrachtung)
                                                                                                                  Servicepersonal
                                                                                                                        2%
                                                                                                                                       Kostenverteilung
 Anlage und Abschreibung                                                        330.000,-€                                                                      Anlageninvestition
                                                                                                                                                                      39%
                                                                                             Mitarbeiter
                                                                                                26%
 Wasserversorgung                                                                31.000,-€

 Stromversorgung                                                                 93.000,-€

 Verschleißteile                                                                155.000,-€      Verschleißteile
                                                                                                     18%
                                                                                                                                                       Wasser
                                                                                                                                             Energie    4%
 Mitarbeiter                                                                    216.000,-€                                                    11%

 Servicepersonal                                                                 15.000,-€                                          Kosten

                                                                                840.000,-€                           840.000,-€ : 6.517.000 kg

                                                                                                                            0,13 € je kg bzw. l

38   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Kostenvergleich

                                140
                                                                                               Thermische
                                                                                            Sterilisierung
                                120

                                                                                                                                                                    Ohne Temperatureinfluss
     maximale Temperatur (°C)

                                100
                                                                               Thermische                                               Ohmsche                     Endverpackung
                                                                                                                                       Erwärmung
                                                                             Pasteurisierung
                                 80                                                                                                                                 Sicheres Verfahren

                                 60                                                                                    Räuchern                          Trocknen

                                                                                                             Pöckeln
                                 40                                                                                                    PEF
                                                                                                         UV Light                                                        Irradiation

                                 20                                                                                                                       HPP
                                                                                                                       Fermentierung
                                  0
                                      1                                                           10                                               100                                        1000
                                                                                                                Kostenschätzung (€/t)

39           7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
HPP-Behandlung, Übersicht
     Lager                                                                          HD-
                                                                                 Behandlung

          Pumpen,
     Versorgungstechnik,
             etc.

40    7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Lohnbehandlungsprozess

41   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Lohnbehandlung vs. Eigene Anlage
 Investition                                                                     HPP Lohnbehandlung   Eigene HPP Anlage
  CAPEX                                                                              nein                 ja
     OPEX (Strom, Wasser, Personal, Wartung)                                        nein                  ja
     Lohnbehandlungskosten                                                          ja                    nein
     Verfügbarkeit                                                                  sofort                6 - 12 Monate
 Infrastruktur und Logistik
  Produktionsfläche                                                                 nein                  ja
     Kühlräume                                                                      nein                  ja
     Strom-, Wasser- und Luftanschlüsse                                             nein                  ja
     Versand                                                                        nein                  ja
     Installation                                                                   nein                  ja
     Kühltransport                                                                  ja                    nein
 QM
  Verifizierung von HPP-Parametern zur Keimreduktion – produktspezifisch            ja                    ja
     Integration des HPP-Verfahrens im HACCP Konzept                                ja                    ja
     Berücksichtigung von regionalen Vorschriften (Rohmilch)                        ja                    ja
 Personal
  Schulung, etc.                                                                    nein                  ja
42    7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Umsetzung des HACCP-System: Beispiel HPP-Verfahren

                                                                                               Beladen der HPP-Anlage mit
             Wareneingang                                                       Kühllagerung
                                                                                                   verpacktem Produkt

                                                                                                                                HPP-Verfahren

               Fließschema                                                                                       oPRP

                                                                                                                                Druck, Haltezeit,
                                                                                                                            etc. nach Spezifikation?
                                                                                                                 nein

                                                                                                                                       ja
             Warenausgang                                                       Kühllagerung    Entladen der HPP-Anlage

43   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
HACCP-Plan (Produktion), Analyse

                                                        Gefahrenanalyse

     Prozessschritt                                 Art                              Gefahr              Ursache

Prozessdruck wird nicht erreicht,
Undichtigkeit im System

                                       mikrobiologisch, chemisch

                                                                                 Keimreduktion nicht ausreichend,
                                                                                 Ware kontaminiert

                                                                                                     Ausfall der Anlagenkomponenten

44    7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
HACCP-Plan (Produktion), Risiko und Prävention

                                     Risikobewertung                                                         Prävention

     R=WxA                                Begründung                            Klassifizierung    Maßnahme         Verantwortung

Höhe des Risikos R-Wert                                                                           Überprüfung der Druckaufbaukurve,
                                                                                                  4 Drucküberwachungen werden gegeneinander überwacht

                                      Erforderliche Reduktion der
                                      Keimbelastung und Enzymaktivität                                              Produktionsleiter

                                                                                oPRP

45   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
HACCP-Plan (Produktion), Lenkung

                                                                                              Lenkung

     Maßnahme                               Häufigkeit                            Grenzwert        Vorgehen bei       Verantwortung            Nachweise
                                                                                                   Abweichung
Kontrolle der Druckkurven

                                      Kontinuierlich während Druckzyklus

                                                                                ± 0,5 %

                                                                                                  Anlage geht in Störung, Ware wird nochmal behandelt

                                                                                                                      Produktionsleiter

                                                                                                                                          Automatisch: Abweichungsbericht,
                                                                                                                                          Zyklusabbruchbericht

46   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Vergleich mit anderen nicht-thermischen Pasteurisierungsverfahren

                                                                      Hochdruck                                                 PEF             UV-Licht              Membran-
                                                                                                                 pulsed electric fields                               filtration
            100% Nicht-thermisch?                                                Ja                                       Bis zu 55°C               Ja                      Ja
           Für feste LM* geeignet?                                               Ja                                           Nein           Nur Oberflächen-             Nein
                                                                                                                                             dekontamination
        Für flüssige LM* geeignet?                                               Ja                                               Ja       Nur klare Flüssigkeiten   Nur Partikel-freie
                                                                                                                                                                      Flüssigkeiten
          Kontinuierlicher Prozess?                                          Nein                                                 Ja                Ja                      Ja
                   Industrielles                                         > 300                            < 10 Unternehmen für Säfte      > 400 in Nordamerika für       Weltweit
               Standardverfahren?                                     Unternehmen                                                           Cider und klare Säfte      (z.B. für Bier)
                                                                        weltweit
             Gesetzlich anerkannt?                                               Ja                        von FDA anerkannt, in EU:                Ja                      Ja
                                                                                                               Novel Food - für
                                                                                                              Fruchtsäfte bereits
                                                                                                           anerkannt, für andere LM*
                                                                                                             Abklärung notwendig
* LM = Lebensmittel,; https://www.hiperbaric.com/en/non-thermal-preservation-technologies-for-the-food-industry/ (Stand: 25.02.2022)

47    7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Grenzen von HPP und Herausforderungen
HPP eignet sich für viele Produkte, aber es gibt auch Grenzen
• Der Wassergehalt des Produkts sollte bei mindestens 80% liegen
• Nicht alle Enzyme werden inaktiviert
• Nicht alle Bakteriensporen werden inaktiviert
• Säurearme Produkte benötigen unter Umständen weitere Hürden
• Rohes Fleisch hellt auf, hier helfen Marinaden / nach Grillen, Braten kein Unterschied zu unbehandeltem Fleisch
• Das Produkt sollte in einer Endverpackung oder Batch-Verpackung verpackt werden
• Die Verpackung sollte flexibel sein, Gläser oder Dosen sind nicht möglich

                                                                 roh            1000   2000   3000   4000   5000    6000
                                                                                                                           [bar]

48   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Produkte, die nicht mit HPP behandelt werden können

• Getrocknete Lebensmittel (Pulver) mit aw < 0,85 / Lebensmittel mit hohem Luftanteil
• HPP-Behandlung der Rohstoffe möglich

49   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Fazit Hochdruckbehandlung

                               • HPP = Kaltpasteurisierung für natürlichere Produkte

                               • Für frisch-zubereitete, hitzesensitive & wasserreiche Premiumprodukte

                               • Prozessanpassung und –validierung individuell für jedes Produkt

50   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Literatur

• Balasubramaniam, V. M. B., Martínez-Monteagudo, S. I., & Gupta, R. (2015). Principles and application of high pressure-based
  technologies in the food industry. Annual Review of Food Science and Technology, 6, 435–462. https://doi.org/10.1146/annurev-food-
  022814-015539.
• Bello, E., Martínez, G., Ceberio, B., Rodrigo, D., & López, A. (2014). High Pressure Treatment in Foods. Foods, 3(3), 476–490.
  https://doi.org/10.3390/foods3030476.
• Gratz, M., Sevenich, R., Hoppe, T., Schottroff, F., Vlaskovic, N., Belkova, B., Chytilova, L., Filatova, M., Stupak, M., Hajslova, J., Rauh, C., &
  Jaeger, H. (2021). Gentle Sterilization of Carrot-Based Purees by High-Pressure Thermal Sterilization and Ohmic Heating and Influence on
  Food Processing Contaminants and Quality Attributes. Frontiers in Nutrition, 8(March), 1–20. https://doi.org/10.3389/fnut.2021.643837.
• HPP Competence. (Stand: 03.03.2021). Online: https://hppcompetence.ch/.
• Hiperbaric. (Stand: 03.03.2021). Online: https://www.hiperbaric.com/en/hpp-technology/.
• Hnosko, J., Gonzalez, M. F. S., & Clark, S. (2012). High-pressure processing inactivates Listeria innocua yet compromises Queso Fresco
  crumbling properties. Journal of Dairy Science, 95(9), 4851–4862. https://doi.org/10.3168/jds.2011-5028.
• Larrea-Wachtendorff, D., Sousa, I., & Ferrari, G. (2021). Starch-Based Hydrogels Produced by High-Pressure Processing (HPP): Effect of the
  Starch Source and Processing Time. Food Engineering Reviews, 13(3), 622–633. https://doi.org/10.1007/s12393-020-09264-7.
• Lenz, C. A., Vogel, R. F. (2015). Pressure-based strategy for the inactivation of spores. High pressure bioscience (pp. 469-537). Springer.
  https://doi.org/10.1007/978-94-017-9918-8_1.
• Queirós, R. P., Saraiva, J. A., & da Silva, J. A. L. (2018). Tailoring structure and technological properties of plant proteins using high
  hydrostatic pressure. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 58(9), 1538–1556. https://doi.org/10.1080/10408398.2016.1271770.
• Raghubeer, E. V. (2007). High Hydrostatic Pressure Processing of Seafood. Online: https://www.researchgate.net/profile/Errol-
  Raghubeer/publication/237724051_High_Hydrostatic_Pressure_Processing_of_Seafood/links/0c96053600ab99d6e8000000/High-
  Hydrostatic-Pressure-Processing-of-Seafood.pdf.
51   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Literatur

• Sevenich, R., & Mathys, A. (2018). Continuous Versus Discontinuous Ultra-High-Pressure Systems for Food Sterilization with Focus on
  Ultra-High-Pressure Homogenization and High-Pressure Thermal Sterilization: A Review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food
  Safety, 17(3), 646–662. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12348.
• Smelt, J. P. P. M. (1998). Recent advances in the microbiology of high pressure processing. Trends in Food Science and Technology, 9(4),
  152–158. https://doi.org/10.1016/S0924-2244(98)00030-2.
• Smelt, J. P., Hellemons, J. C., & Patterson, M. (2001). Effects of high pressure on vegetative microorganisms. Ultra high pressure
  treatments of foods (pp. 55-76). Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-0723-9_3.
• Sonne, A. M., Grunert, K. G., Olsen, N. V., Granli, B. S., Szabó, E., & Banati, D. (2012). Consumers’ perceptions of HPP and PEF food
  products. British Food Journal, 114(1), 85–107. https://doi.org/10.1108/00070701211197383.
• Thyssenkrupp, Uhde HPP. (Stand 03.03.2021). Online: https://www.thyssenkrupp-industrial-solutions.com/high-pressure-
  processing/de/was-ist-hpp.
• Wells-Bennik, M. H. J., Eijlander, R. T., Den Besten, H. M. W., Berendsen, E. M., Warda, A. K., Krawczyk, A. O., Nierop Groot, M. N., Xiao, Y.,
  Zwietering, M. H., Kuipers, O. P., & Abee, T. (2016). Bacterial Spores in Food: Survival, Emergence, and Outgrowth. Annual Review of Food
  Science and Technology, 7, 457–482. https://doi.org/10.1146/annurev-food-041715-033144.
• Zhang, H. Q., Barbosa-Cánovas, G. V., Balasubramaniam, V. M., Dunne, C. P., Farkas, D. F., & Yuan, J. T. C. (2011). Nonthermal Processing
  Technologies for Food. John Wiley & Sons Ltd. https://doi.org/10.1002/9780470958360.

52   7. April 2022 | Mit Hochdruck gegen Keime | R. Heydenreich, P. Nünnerich
Sie können auch lesen