E83 Expositionszeit Kochkinetik

Thema

Die Dauer der Hitzeeinwirkung bestimmt sowohl den gewünschten Gargrad als auch den Nährwert- und Qualitätsverlust, den diese Hitze letztendlich verursacht. Die Garprozesse, die um dieselbe Hitzeeinwirkungszeit konkurrieren – Fleischzartmachung, Inaktivierung von Mikroorganismen, Vitaminverlust und Farbveränderung – folgen alle derselben Kinetik erster Ordnung: Die Geschwindigkeit jedes Prozesses hängt davon ab, wie viel noch umgewandelt werden muss, und diese Kinetik erster Ordnung bewirkt, dass die Geschwindigkeit jedes Prozesses mit fortschreitender Umwandlung abnimmt.

Die Temperatur beschleunigt jeden dieser Garprozesse gemäß der Arrhenius-Kinetik, welche die Prozessgeschwindigkeit mit der verfügbaren Wärme verknüpft: Eine Temperaturerhöhung um zehn Grad Celsius verdoppeln bis vervierfacht diese Geschwindigkeit typischerweise. Diese Abhängigkeit bedeutet, dass das Garen bei 120 Grad Celsius anstelle von 100 Grad Celsius denselben mikrobiologischen Effekt oder dieselbe Zartmachung des Fleisches in einem Bruchteil der Zeit erzielt – vier- bis achtmal schneller.

Die durch die Temperatur bedingte Beschleunigung des Prozesses ermöglicht die Berechnung des F-Werts. Dieser Indikator erfasst die letale Wirkung der Hitze auf die Inaktivierung von Mikroorganismen über die gesamte Wärmebehandlungsdauer und den gesamten Temperaturverlauf hinweg, anstatt sich auf einen einzelnen Zeitpunkt oder eine einzelne Temperatur zu stützen. Um Milch bei einer Referenztemperatur von 72 °C und einem thermischen Empfindlichkeitsparameter von 7 °C zu pasteurisieren, muss der akkumulierte F-Wert mindestens 15 Sekunden erreichen. Wird dieser Schwellenwert nicht erreicht, ist die Inaktivierung der Mikroorganismen unzureichend, um die Produktsicherheit zu gewährleisten. Der F-Wert ermöglicht die Berechnung der Äquivalenzzeit. Dieses Konzept vergleicht verschiedene Wärmebehandlungen – unterschiedliche Kombinationen aus Wärmebehandlungsdauer und Temperatur –, die dennoch die gleiche Inaktivierung von Mikroorganismen erzielen. Das bedeutet, dass eine Minute bei 121 °C in der gleichen Zeit die gleiche Wirkung auf die Sporeninaktivierung hat wie Tausende von Minuten bei 100 °C. Beim langsamen Garen, wie beispielsweise beim Sous-vide-Garen bei 60 °C über 12 Stunden, entspricht die über diese 12 Stunden akkumulierte Garzeit derjenigen, die durch Garen bei 80 °C über nur 30 Minuten erreicht wird.

Der Vitaminverlust, der im Zusammenhang mit dem eingangs erwähnten Nährstoff- und Qualitätsverlust auftritt, folgt derselben Kinetik erster Ordnung wie die Inaktivierung von Mikroorganismen, jedoch mit einer geringeren Aktivierungsenergie. Diese geringere Aktivierungsenergie bedeutet, dass der Vitaminverlust weniger stark auf einen Temperaturanstieg reagiert als die Inaktivierung von Mikroorganismen auf denselben Anstieg. Genau dieser Unterschied zwischen den beiden Aktivierungsenergien ermöglicht es uns, Kombinationen aus Erhitzungsdauer und Temperatur zu finden, die Lebensmittel erfolgreich pasteurisieren oder sterilisieren – und damit den erforderlichen F-Wert erreichen – während gleichzeitig der Nährstoffverlust durch dieselbe Wärmebehandlung minimiert wird.

Dieser Unterschied in der thermischen Empfindlichkeit ist der Grund, warum kurze Hochtemperaturbehandlungen langen Behandlungen bei mittleren Temperaturen vorzuziehen sind: Eine Ultrahocherhitzung von Milch bei 140 Grad Celsius für nur vier Sekunden erzielt die gleiche Inaktivierung von Mikroorganismen wie eine längere Behandlung bei niedrigerer Temperatur, jedoch mit deutlich geringerem Nährstoffverlust. Dies liegt daran, dass die zur Erreichung des erforderlichen F-Wertes benötigte Hitzeeinwirkungszeit kürzer ist als die Zeit, die für den gleichen Vitaminverlust erforderlich ist. Letztendlich ermöglicht die Wahl der richtigen Hitzeeinwirkungszeit und -temperatur für jede Wärmebehandlung, den gewünschten Gargrad und die erforderliche mikrobiologische Sicherheit zu erreichen, ohne die vollen Einbußen an Nährstoffen und Qualität in Kauf nehmen zu müssen, die durch eine unzureichende Hitzeregulierung entstehen würden.

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