Haltbarkeit von Chilled Food im Fokus

Ergebnisse der SB-Frischfleischuntersuchung - Rohstoffqualität Hauptursache für Mängel - Verbesserungspotentiale bei Schutzgasen

Chilled Food liegt voll im Trend. Diese frischen, gekühlten Lebensmittel werden von Verbrauchern wegen der implizierten Frische verstärkt nachgefragt und von Marktforschern als Wachstumssegment propagiert. Deshalb setzen viele Hersteller und auch der Handel mit neuen Produktkonzepten auf dieses Wachstumssegment. Deutschland holt damit nach, was in England und Frankreich schon seit längerer Zeit etabliert ist. Auch beim der Internationalen DLG-Qualitätsprüfung für Convenience-Produkte wurden dieses Jahr erstmals in seiner Geschichte mehr gekühlte als tiefgekühlte Produkte geprüft. Mit 337 Proben erfuhr die Angebotsform des "Case Ready", worunter u.a. das fertig portionierte verpackte und ungewürzte Frischfleisch zu verstehen ist, eine Zunahme im Vergleich zum Vorjahr von rund 50 %. Der Bereich des SB-verpackten Frischfleisches hat derzeit in Deutschland nicht zuletzt auch durch die Zunahme der Listungen im LEH einen gewaltigen Schub erfahren. Vorteile dieses Segments sieht man in der längeren Haltbarkeit, der Bequemlichkeit für den Verbraucher, der reduzierten mikrobiellen Risiken und in der Möglichkeit des "Brandings" von Frischfleisch. Hinzu kommen Kostenvorteile in der Herstellung und Optimierungspotenziale in der Logistik.

Kritische Erfolgsfaktoren sind im Segment der Chilled Food neben der Produktqualität die sichere konsequente Einhaltung der Kühlkette und die Qualität der Verpackung. Denn letztere dient nicht nur als Informationsmedium und als leicht handhabbarer, im Design ansprechender Transportbehälter für den Verbraucher. Sie muss auch einen hinreichenden Produktschutz bieten und ein möglichst langes Mindesthaltbarkeitsdatum begünstigen. Im Rahmen der DLG-Qualitätsprüfung für ungewürztes SB-Frischfleisch wird standardmäßig auch die Verpackung beurteilt und - sofern es sich nicht um vakuumverpackte, sondern unter Schutzatmosphäre verpackte Produkte handelt -  die Zusammensetzung der Schutzatmosphäre bestimmt. Dr. Wolf-Dietrich Müller, Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel, Standort Kulmbach, ist DLG-Prüfgruppenleiter für Frischfleisch. Er hat gemeinsam mit der Projektleiterin der DLG-Qualitätsprüfung für Convenience-Produkte, Bianca Schneider, die Auswertungen von 2003 und 2004 zusammengefasst.

Verpackungskonzepte mit modifizierter Atmosphäre (MAP) im Trend

Für Schweinebraten, Steaks, Filets sowie Hackfleisch & Co. stehen unter anderem Vakuumverpackungen oder Verpackungen mit modifizierter Atmosphäre (Modified Atmosphere Packaging - MAP) zur Wahl. MAP hat schon seit etlichen Jahren Einzug in den Chilled Food Bereich gefunden, denn es unterstützt die Produktqualität und verlängert die Haltbarkeit der gekühlten Frischeprodukte. Das MAP-Prinzip beruht bei den meisten Anwendungen im Gegensatz zur Frischfleischverpackung darauf, den Sauerstoff in der Verpackung, der vielfältig zum Verderb der Lebensmittel beiträgt, mit einem definierten Gemisch aus anderen Gasen - in der Regel Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2) - zu ersetzen. Der Einsatz einer Kohlendioxid-Atmosphäre um das Bakterienwachstum zu hemmen ist nicht ganz neu, denn bereits 1877 beobachteten Pasteur und Joubert, dass Bacillus anthracis mittels CO2 abgetötet werden kann und fünf Jahre später wurde der konservierende Effekt von CO2 durch Kolbe erneut bestätigt, der insbesondere Frischfleisch-Produkte in einem Gefäß und unter einer Kohlendioxid-Atmosphäre aufbewahrte.
Heute werden die Lebensmittel überwiegend in Kunststoffschalen unter Schutzatmosphäre verpackt angeboten. Durch Forschung und Entwicklung hat man im Laufe der Jahre günstige Gasmischungen ermittelt, die sich in der Praxis hinsichtlich einer Verlängerung der Haltbarkeit unter Bewahrung der Produktqualität bewährt haben. Die Art und Zusammensetzung der Gasgemische ist abhängig von der Wasseraktivität (aw-Wert) sowie von den Risiken und Parametern mikrobieller Belastungen der Produkte. So sind für die Verpackung von Frischfleisch Gasgemische von 60 - 80 % Sauerstoff (O2) und 20 % bis 40 % Kohlendioxid (CO2) üblich. Der Sauerstoff der zu 21 % in unserer Luft vorhanden ist, wird in diesen Verpackungen in höherer Konzentration verwendet, um die intensive, hellrote Farbe des frischen Fleisches über längere Zeit zu stabilisieren. Das funktioniert über eine Oxidation des roten Fleischfarbstoffes Myoglobin zu Oxymyoglobin. Das Kohlendioxid ist ebenfalls ein geruchs- und geschmacksneutrales Gas. Vor allem bei Kühltemperaturen von -1 bis +5 °C hat es eine hohe Löslichkeit in Fett und Wasser. Daher bildet es mit dem an der Fleischoberfläche enthaltenen Wasser Kohlensäure (CO2 + H2O = H2CO3), die den pH-Wert in der Randzone des Fleisches absenkt und damit die Wachstumsbedingungen für Mikroorganismen verschlechtert. Ab einer Konzentration von 20 % hat auch das gasförmige Kohlendioxid bei niedrigen Temperaturen eine bakteriostatische und fungistatische Wirkung. Das bewirkt ein späteres und langsameres Wachstum von Bakterien und Schimmelpilzen. Dadurch werden unter guten Hygienebedingungen in der Praxis üblicherweise Haltbarkeitszeiten von 7 bis 9 Tagen erreicht.

Kritische Erfolgsfaktoren beim Einsatz von MAP

Die Einstellung der richtigen Gasmischung während des Verpackungsprozesses und die Aufrechterhaltung des Mischverhältnisses im verpackten Lebensmittel bis zum Konsum ist essentiell, um die Produktqualität, dessen Aussehen und Haltbarkeit sicherzustellen. Die Analyse der Qualität des Schutzgases ermöglicht Hinweise auf technologische Fehler im Prozess der Verpackungsversiegelung aber auch bezüglich der minderen Qualität des verwendeten Verpackungsmaterials. Bei Verpackungen, die nicht vollständig gasdicht sind, kann es während der Lagerzeit zu einem erhöhten Gasaustausch über eine Diffusion durch Mikroleckagen in Siegelnähten oder im Verpackungsmaterial kommen. Aufgrund des niedrigeren Gasdruckes der Umgebungsluft, deren Sauerstoffgehalt in der Regel 21 % und deren Kohlendioxid-Gehalt rund 0,03 bis 0,04 % beträgt, sind die Gase in der Verpackung bestrebt heraus zu diffundieren. Anders ist die Situation beim Stickstoff. Der Stickstoffanteil in der Luft beträgt 78 %, so dass er aufgrund des starken Diffusionsgefälles bestrebt ist in die Packungen hinein zu diffundieren. Ein immenser Gasaustausch ist daher vorprogrammiert, sofern nicht sichergestellt wird, dass die Versiegelung der Verpackungen fachgerecht erfolgt.
Auch der Einsatz von höherwertigem Verpackungsmaterial hilft die Gasdichtigkeit zu verbessern, denn je nach der Polymerstruktur eingesetzter Plastik-Materialien und -Filme ist, in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, die Gasdiffusion mehr oder weniger stark. In der Regel werden zur Verpackung von Frischfleisch im "Case Ready" Angebot Schalen bzw. Trays aus Polypropylen (PP) aber auch solche aus geschäumtem Polystyrol, sowie aus Polyethylenterephtalat (PET) eingesetzt. Als Folienmaterialien werden u.a. Polyethylen unterschiedlicher Dichtegrade, Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC) oder Polyvinylchlorid (PVC) verwendet. Eine höhere Wirkung und Stabilität als aktive Barrieren gegen einen zu hohen Gas- oder Feuchtigkeitsaustausch und auch gegenüber der mechanischen Belastbarkeit durch den Transport bieten Mehrschichtfolien, die im Kunststoffverbundmaterial eine zusätzliche Sperrschicht enthalten. Hierbei liegen oft mehrere Folienlagen übereinander, wobei überwiegend Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere (EVOH) und Polyvinylidenchlorid (PVDC) als Sauerstoffbarriere eingesetzt wird. Dieses Verpackungsmaterial ist jedoch vielfach teurer als einfaches Folienmaterial ohne Sperrschicht.

Da sich ein Teil des Kohlendioxids im Wasser löst und das Gas im Vergleich zum Sauerstoff mit ca. fünffach höherem Volumen pro Zeiteinheit durch die Packungen diffundiert, besteht bei einfachen Verpackungen zum Ende der Lagerzeit die Gefahr von "Pseudovakuumpackungen". Hierbei wird die Deckelfolie bis zu einer Verkrümmung der Packung eingezogen. Um diesen Fehler zu vermeiden, hat die Verpackungsbranche ein Gasgemisch entwickelt, das Stickstoff als Stützgas enthält. Ein derartiges Gasgemisch enthält z. B. 70 % Sauerstoff, 20 % Kohlendioxid und 10 % Stickstoff oder alternativ dazu z. B. 66 % Sauerstoff, 25 %Kohlendioxid und 9 % Stickstoff. Stickstoff ist ein geruchs- und geschmacksneutrales, reaktionsträges Inertgas, das in Fett und Wasser kaum löslich ist und damit keinen negativen Einfluss auf die Produktqualität ausübt.

Die Gaszusammensetzung in der Verpackung von Frischfleisch sollte daher, bei der Verwendung einer der vorgenannten Gasgemische, mindestens 15 % Kohlendioxid (20 % abzüglich 5 % als Kohlensäure gelöst) und 60 % Sauerstoff (unterste Grenze der üblichen Gasgemische) enthalten. Der Anteil des Stützgases Stickstoff sollte nicht über 10 % liegen.

Ergebnisse der Schutzgasmessung bei Frischfleisch als "Case Ready"

Während der Frischfleischprüfung im Jahr 2003 wurde bei 169 und im Jahr 2004 bei 310 Schutzatmosphärenpackungen unmittelbar vor der Prüfung die Zusammensetzung der Schutzgase gemessen. Die Messungen von Sauerstoff und Kohlendioxid erfolgten mit dem Gasanalysator "CheckPoint" der Firma PBI Dansensor. Die Summe beider Werte subtrahiert von 100 % ergibt das Restgas, welches bis auf Spuren anderer Gase hauptsächlich aus Stickstoff bestehen sollte. Eine indirekte Bestätigung der ermittelten Ergebnisse lieferten die nicht erkannten "Luftzieher" oder "Fehlverschlüsse", wobei die Gaszusammensetzung in der Packung (ca. 78 % Stickstoff und 20 - 21 % Sauerstoff und bis zu 1 % Kohlendioxid) nahezu identisch mit der Umgebungsluft war.
Betrachtet man die Ergebnisse der Schutzgas-Zusammensetzung bei den Produkten, deren Inhalt in der sensorischen Prüfung infolge von Farbabweichungen, Geruchsveränderungen oder Geschmacksbeeinträchtigungen beanstandet wurden, so fällt auf, dass weniger die Gaszusammensetzung als die Rohstoffqualität Ursache der festgestellten Abweichungen war. Erstaunlicherweise lag hierbei die Gaszusammensetzung immer im Toleranzbereich.
Die statistische Auswertung aller Ergebnisse zeigt die vorliegende Problematik und Herausforderung in diesem Bereich eindeutig: Es ist festzustellen, dass bei einem nicht unerheblichen Teil der geprüften Verpackungen alle drei Gase falsch dosiert waren. Der Fehler zu geringer Sauerstoffgehalt trat mit 7,7 % im Jahre 2003 und mit einer Quote von 16,8 % in 2004 im Verhältnis zu den anderen Abweichungen relativ wenig auf.
Im Jahre 2003 konnte eine Packung eindeutig als Luftzieher (keine dichte Siegelnaht oder nachträglich beschädigte Packungen) identifiziert werden, die optisch jedoch nicht als solche aufgefallen war. Im Jahre 2004 waren es 4 Packungen.

Wenngleich bei den vorliegenden Ergebnissen aus der Schutzgasmessung keine Mängel am Produkt z. B. in Form von Veränderungen bei der Farbhaltung oder im Geruch gegeben hat, wirft das Ergebnis aus Sicht der Qualitätssicherung und des Verbraucherschutzes Bedenken auf.
Die Verhältnisse hinsichtlich der Logistik sind im Rahmen der DLG-Qualitätsprüfungen für SB-Frischfleisch im Vergleich zum Handling des Case Ready Frischfleisches im Verkauf bis zum Verzehr beim Verbraucher etwas anders gelagert. Die Verpackungen werden in der Regel relativ kurz nach der Herstellung unter Einhaltung der Kühlkette zur Qualitätsprüfung geschickt. Die Produkte werden dadurch in einem Frischezustand geprüft, der noch erheblich vom Mindesthaltbarkeitsdatum (Frischfleisch) oder Verbrauchsdatum (Hackfleisch und Geflügel) entfernt ist. Vergleichbares gilt für das Wachstum von Mikroorganismen, das bei zu geringem Kohlendioxidgehalt in der Verpackung zwar nicht gehemmt wird, aber durch die kurze Lagerzeit unter Einhaltung der Kühlkette nicht zum Tragen kommt. Hinzu kommt die sicherlich gute Abpackhygiene in den Herstellerbetrieben, die zusätzlich für die Fehlerfreiheit bezüglich Geruch und Geschmack als Ursache vermutet werden kann. Obwohl keine Produktfehler, die auf eine abweichende Zusammensetzung der Schutzatmosphäre zurückzuführen waren, nachgewiesen werden konnten, sind alle Hersteller gut beraten, ihre Verpackungsmaschinen, die Schutzgase und die Gasmischer sowie die Eignung des verwendeten Verpackungsmaterials kritisch zu überprüfen und zu optimieren, um zu mehr Produktsicherheit zu gelangen. Denn die Umgebungsbedingungen in der Logistik-Kette vom Hersteller bis zum Verbraucher sind in der täglichen Praxis, wie in der Fachwelt bekannt, nicht immer so optimal und damit vergleichbar mit den Voraussetzungen im Rahmen der DLG-Qualitätsprüfung.