Keimreduzierung auf Naturprodukten effektiv gemacht

Erfolgreiche Keimreduzierung auf Lebensmitteln und natürlichen Produktbestandteilen mit der neu entwickelten Pasteurisierungsanlage von der ALFRED NOLTE GmbH

Für den sicheren Genuss von rohen Lebensmitteln wie Nüssen, Kernen, Mandeln, Gewürzen, Kräutern, Kichererbsen und weiteren Produkten ist die erhebliche Reduzierung von natürlich vorkommenden Keimen unerlässlich. Das will man natürlich nicht mit Chemie oder Bestrahlung erreichen, sondern es müssen bioverträgliche Verfahren angewendet werden. Dafür haben wir eine hervorragend geeignete Maschine entwickelt. Diese reduziert nicht nur die Keime auf den o.g. Lebensmitteln unter die notwendige Grenze, sie ist auch äußerst energiesparend und prozesssicher. Das haben wir im Labor getestet. Jetzt arbeiten wir an der Markteinführung.

Nolte Pasteurisierungsanlage und Vakuumtrocknungsanlage für körnige Lebensmittelprodukte im Batchbetrieb

Ausgangssituation und Marktbedarf

In der EU werden jährlich viele tausend Tonnen rohe Nüsse, Kerne, Gewürze, etc verarbeitet, die salmonellenbelastet sein können. Die Ware wird teils roh weiter verarbeitet und die Keime können in die Nahrungsmittel der Verbraucher gelangen. Es sind also nicht nur Produkte wie Eier und rohes Fleisch, die belastet sein können, sondern auch die genannten Produkte, die zwischen Ernte und Verzehr verunreinigt sein können. Von den auftretenden Salmonellenerkrankungen verlaufen auch heute noch, selbst bei bester medizinischer Versorgung, in Industrieländern ca 1 % tödlich. Die Rohware kann auch entkeimt vom Erzeuger bezogen werden, aber die Zuverlässigkeit kann hinterfragt werden. Zudem ist der Aufpreis spürbar und so ist nicht sicherzustellen, dass jede importierte Ware behandelt wurde.

Der Lebensmittelindustrie muss eine Maschine angeboten werden, mit der es einfach und preiswert möglich ist, die Lebensmittel zu entkeimen. So muss es für die Industrie attraktiv sein, die Vorbehandlung der Rohware am eigenen Standort, vor der Verarbeitung, auszuführen.

Projektstand

Wir, die Firma Alfred Nolte GmbH, haben dafür erfolgreich eine Maschine im Labormaßstab gebaut und getestet. Wir haben uns jetzt zum Ziel gesetzt, eine preislich attraktivere Maschine zu entwickeln und zu produzieren, die den Entkeimungsprozess vollständig abgeschlossen ausführt und jederzeit nachvollziehbar macht. Das soll im realen Maßstab mit Produkten für Konsumenten erfolgen. Wir wollen nun einen Lebensmittel verarbeitenden Betrieb dafür als Partner gewinnen.

Angestrebte technische Funktionalitäten und relevante Parameter mit zugehörigem Lösungsweg

Lebensmittel aus landwirtschaftlicher Produktion sind häufig von Natur aus mit harmlosen aber auch pathogenen Mikroorganismen kontaminiert. Sollen Mandeln, Nüsse oder Saaten zur Verlängerung der Haltbarkeit konserviert und zum Schutz des Konsumenten keimreduziert werden, kommen Konservierungstechniken wie Wärmepasteurisierung oder Sterilisierung zum Einsatz. Der von uns vorgesehene kontrollierte Pasteurisierungs-Prozess mit Vakuum und Kondensation pasteurisiert die empfindlichen Produkte ohne Qualitätsverluste.

Da Mandeln wie auch Nüsse und Saaten für Qualitätsveränderungen während der Verarbeitung anfällig sind, erfordert die sichere Inaktivierung von Salmonellen neue Pasteurisierungstechniken, die die ursprüngliche Qualität bewahren können. Insbesondere darf der Feuchtigkeitsgehalt von rohen Mandeln während der Behandlung nicht relevant steigen, da ansonsten die Haltbarkeit verringert und das Erscheinungsbild beeinträchtigt wird. Zudem lösen sich die braunen Häute der Mandeln leicht, wenn sie in einer feuchten Atmosphäre behandelt werden, was eine massive Qualitätseinbuße bedeutet. Im Falle einer Behandlung mit feuchter Wärme ist die Veränderung des Geschmacks, wie die Erzeugung eines Geschmacks gekochter Produkte, zu vermeiden.
Eine hohe Wasseraktivität ist zur effizienten Inaktivierung von Mikroorganismen mit Wärme wesentlich. Herkömmliche Pasteurisierungs- und Sterilisationstechniken finden daher unter Bedingungen Wasseraktivität nahe 1 statt. In einer trockenen Atmosphäre und in Trockenprodukten werden vegetative Mikroorganismen bei einer stark verminderten Rate inaktiviert.

Pasteurisieren mit Dampf

Aus diesem Grund wird die Pasteurisierung von Produkten mit geringem Feuchtigkeitsgehalt vorzugsweise unter Bedingungen ausgeführt, unter denen Wasser an der Oberfläche des Produkts kondensiert. Gewürze werden zum Beispiel durch Einspritzen von überhitztem Dampf in ein Druckgefäß, gefolgt von einer plötzlichen Expansion, pasteurisiert. Durch den Druckabfall werden Mikroorganismen von der Oberfläche des Gewürzes freigesetzt und die Zellen bersten. Dies führt zu einer effektiven Inaktivierung der Mikroorganismen. Mehrere wissenschaftliche Forschungsarbeiten untersuchten den Einfluss der Substratwasseraktivität auf die Inaktivierung von Bakterien mit trockener Wärme. Es wurde eine zunehmende Wärmebeständigkeit von Salmonellen bei abnehmenden Wasseraktivitäten berichtet. Diese Wirkung war noch ausgeprägter, wenn die Bakterien an der Oberfläche eines Rohhautprodukts fixiert waren und Wärme direkt an die Rohhaut abgegeben wurde. Bei der Pasteurisierung mit Dampf (100 °C) beträgt die Inaktivierung von Salmonellen unter normalem Druck 2,05 bis 3,83 log-Einheiten nach kurzzeitiger Dampfbehandlung. Durch Verlängerung der Behandlungszeit steigt die Verringerung der log-Einheiten weiter auf 4,00 bis 5,72, aber die Feuchtigkeitsaufnahme nimmt deutlich zu.
Ein einfaches Dampf-Verfahren kann aus zwei Gründen nicht zum Pasteurisieren von Mandeln, Nüssen und Saaten angewendet werden. Erstens führt die Anwendung von Dampf unter erhöhtem oder normalem Druck zu einer beachtlichen Kondensation und Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts, wodurch selbst nach einem separaten Trocknungsverfahren die daraus resultierende Produktqualität verringert wird. Der Anstieg im Feuchtigkeitsgehalt bei Temperaturen über 100 °C verändert die Geschmacksqualität und beeinträchtigt die Struktur des Produkts deutlich. Ferner verringert die heftige mechanische Wirkung, wie ein plötzlicher Druckabfall, die Integrität der Kerne und führt zu unannehmbaren Schäden am Produkt. Im Falle von rohen Mandeln wird die braune Haut beeinträchtigt und von der Mandel abgelöst. Folglich beinhaltet ein idealer Pasteurisierungsprozess für Ölsaaten und Mandeln oder Nüsse die Anwendung feuchter Wärme unter Bedingungen, die die Kondensation von Feuchtigkeit an der Mandeloberfläche auf ein Ausmaß beschränken, bei dem eine hohe Wasseraktivität bereitgestellt ist und eine ausreichende Wärmeübertragung erfolgt, um die notwendige mikrobiologische Inaktivierung zu erreichen. Daher ist es wesentlich, eine solche Behandlung bei möglichst geringem Druck auszuführen, um die Verdampfungstemperatur zu senken. Zur Vermeidung einer übermäßigen Feuchtigkeitskondensation an der Produktoberfläche während der Pasteurisierungsbehandlung ist es wesentlich, eine geeignete Produkttemperatur vor dem Pasteurisieren zu erreichen. Diese physikalischen Bedingungen werden mit dem NOLTE-Pasteurisierungs-Prozess erfüllt.

Kontrollierte Kondensation

Der Dampfpasteurisator besteht aus einem oder mehreren Druckgefäßen mit einem zentralen Technikmodul. Das Druckgefäß muss isoliert sein, um einen Energieverlust und eine Kondensation während des Pasteurisierprozesses zu vermeiden. Zunächst erreichen die Ölsaaten oder Kerne eine angemessene Produkttemperatur in einem Prozessschritt, der in derselben Kammer stattfindet. Dann werden die Ölsaaten oder Kerne bei veringertem Druck in einer Trockendampf-Atmosphäre pasteurisiert. Nach der Pasteurisierung werden kleine Mengen an Restfeuchte unter Vakuum bei derselben Temperatur entfernt. Schließlich werden die Ölsaaten oder Kerne gekühlt und verpackt oder weiter verarbeitet.

Die Analyse der wärmebehandelten Waren muss eine Verringerung der Bakterienzahl um mehr als 5 log-Einheiten bei der Pasteurisierung zeigen. Die Verringerung muss unabhängig von der Stelle oder dem Behandlungstag erreicht werden.

Zum Beispiel Mandeln und Walnüsse lassen sich ohne Änderung im Aussehen pasteurisieren. Ferner ist der Anstieg im Feuchtigkeitsgehalt kleiner 0,5 bis 1 % und daher sehr gering zu erwarten.
Wesentliche Unterschiede zum derzeitigen Stand der Technik sind die vollständige Trennung in einen belasteten und einen entkeimten Teil der Halle, indem die Maschine einteilig ist, eine Eingangs- und Ausgangsseite haben wird und in eine Hallenwand eingebaut werden kann. Dadurch werden die Hallenteile separiert. Außerdem werden alle Prozessschritte in der einzigen Kammer ausgeführt, so dass die Ware nicht zwischendurch offen transportiert werden muss. Dieses ermöglicht zudem Energieersparnis mittels Energierückgewinnung.

Im Einzelnen hat die Anlage folgende Merkmale:

• Chargenweise Pasteurisierung von rohen Nüssen, Kernen, Saaten, Trockenfrüchten, Kräutern, Gewürzen und anderen Lebensmitteln in Wasserdampfatmosphäre bei maximal 95 °C.
• Wiederherstellung der Feuchte, Temperatur und Beschaffenheit des Eingangsproduktes am Ende des Prozesses.
• Sicherstellung der Keimreduzierung durch präzise Überwachung der Prozessparameter Temperatur, Druck, Feuchte, Massenstrom und Zeit sowie Optimierung der gleichmäßigen Erwärmung und Betauung in der gesamten Produktschüttung.
• Durchführung aller Prozessschritte nacheinander in derselben Kammer, dadurch kein Warten schnellerer Phasen auf langsame.
• Behandlung des Produktes in einem Edelstahl-Produktbehälter, der zusammen mit dem Produkt pasteurisiert wird und sowohl für den Transport als auch die Zwischenlagerung des Produktes geeignet ist. Dabei sollen Standard-Produktbehälter mit demontierbaren Einbauten zur Luft- und Dampfverteilung und Anschluss an das Umluftsystem verwendet werden.
• Durchführung des Verfahrens bei reduziertem Druck, um auch bei Temperaturen deutlich unter 100 °C in einer fast reinen Trockendampfatmosphäre arbeiten zu können und alle Bereiche der Produktschüttung mit Wasserdampf zu erreichen.
• Minimierung der Behandlungszeit und Maximierung der Anlagenkapazität mit verringerter Wasserkondensation durch Vorwärmung innerhalb der Anlage, anschließender Evakuierung und Erzeugung einer fast reinen Wasserdampfatmosphäre sowie Vortrocknung/-kühlung durch Druckabsenkung nach dem Hauptprozess.
• Vakuumkammer mit optionaler Tür auf der Rückseite, um nach der Behandlung ein Weiterreichen des Produktes vom potentiell kontaminierten in den sauberen Bereich zu ermöglichen, ohne dass der saubere Bereich kontaminiert werden kann. Leichte Entnahme des Produktes im Falle einer Störung zurück in den potentiell kontaminierten Bereich.
• Vorerwärmung des Produktes innerhalb der Anlage auf eine Temperatur einige Grad unter der Pasteurisierungstemperatur, dadurch leichte Betauung des Produktes (Erhöhung der Wasseraktivität) bei der Dampfzugabe mit minimaler Kondensation.
• Trocknung und Vorkühlung des Produktes durch Druckverminderung und End-Abkühlung durch Umluftkühlung.
• Umkehrbarkeit der Durchströmung der Produktschüttung, dadurch gleichmäßigere Wärme- und Feuchteverteilung.
• Verwendung eine Flüssigkeitsring-Vakuumpumpe, die Aufgrund ihrer Bauform selbst reinen Wasserdampf fördern kann und außerdem leise, zuverlässig und preiswert ist.
• Modularer Aufbau mit Technik-Stationen, die auch mehrere Vakuumkammern versorgen können. Dabei ist ein stufenweiser Ausbau möglich, dadurch geringere Anfangsinvestition mit Erweiterungsmöglichkeit.
• Möglichkeit der Abwärme- und Kondensationsenergienutzung (Enthalpie-Rückgewinnung) durch Wärmepumpen, auch als Umrüstung vom konventionellen System.

Der Pasteurisierer ist durch eine etwas modifizierte Prozessführung, aber ohne Änderungen am Anlagenlayout, auch als Vakuumtrockner oder zur Befeuchtung von Trockenfrüchten (für Soft-Früchte) geeignet.

Realisierung der Pasteurisierungsanlage

Die Firma Alfred Nolte GmbH ist ein Unternehmen des Anlagenbaus und stellt ausschließlich nach Kundenspezifikation her. Dabei werden sowohl einzelne Geräte als auch große Anlagen mit Projektcharakter hergestellt. Für eine Realisierung der neuen Pasteurisierungsanlage am Markt sind wir zu einer Partnerschaft mit einem Lebensmittel verarbeitenden Unternehmen bereit und stellen unsere innovative Reputation zur Verfügung.

Pasteurisierungsanlage

Erfolgreicher Laboraufbau der NOLTE Pasteurisierungsanlage