Lexikon der Biologie: Konservierung
Konservierung w [von latein. conservatio = Bewahrung, Erhaltung], Haltbarmachen und möglichst unverändertes Erhalten von verderblichen Materialien für einen genügend langen Zeitraum durch Ausschalten aller schädigenden oder verderbenden Einflüsse, z.B. bei tierischen und pflanzlichen Produkten, biologischen und medizinischen Präparaten, Kosmetika, menschlichen Organen, Sperma oder auch Embryonen. Die Schädigungen können eintreten: 1) durch physikalisch-chemische Prozesse (z.B. Austrocknung, Oxidation, Einwirkung von Licht), 2) durch enzymatische Umsetzungen produkteigener Enzyme (Autolyse) oder durch Enzyme, die von Mikroorganismen freigesetzt wurden, oder 3) durch die Entwicklung von Mikroorganismen (Schimmelpilze, Hefen, Bakterien). Nahrungsmittel (Lebensmittel) werden nicht nur dadurch für den menschlichen Genuß verdorben, daß die Mikroorganismen sie zersetzen (Zersetzung) und abbauen (aerobe Verwesung, anaerobe Fäulnis; Abbau), sondern auch durch den Befall mit toxinbildenden Bakterien (Bakterientoxine) und Pilzen (Mykotoxine; Nahrungsmittelvergiftung). Als weitere Produktschädigungen durch mikrobielle Einflüsse können auftreten: Geschmacksveränderung, Verfärbung, Gasbildung (z.B. CO2, H2S), Änderung des pH-Werts, Konsistenzänderung, sichtbarer Bewuchs sowie Verschleppung von pathogenen Keimen. Das biologische Verderben der Produkte kann verhindert werden durch Abtöten der vorhandenen Mikroorganismen und Schutz vor Neu-Infektionen oder durch Schaffen von Bedingungen, die enzymatische Reaktionen und die Entwicklung von Keimen unterdrücken ( vgl. Tab. ). – Kältekonservierung: Kaltlagerung und Kältekonservierung durch Gefrieren ist eines der wichtigsten Verfahren zum Aufbewahren von Lebensmitteln. Im Kühlschrank (0 °C bis +6 °C) bleiben offene Lebensmittel in der Regel nur für wenige Tage haltbar, da die Enzymaktivitäten nur verlangsamt werden (RGT-Regel) und eine Reihe von Mikroorganismen, besonders kälteliebende Bakterien (psychrophile Organismen), sich weiter vermehren. Schwach gekühltes Obst und Gemüse lassen sich jedoch monatelang frisch halten, wenn der Sauerstoffgehalt der Gasphase stark vermindert (ca. 2%) und die CO2-Konzentration erhöht (ca. 10%) wird. Eine „konservierende Spezialatmosphäre" durch eine Vakuumverpackung bzw. durch Schutzgashüllen kann auch bei Zimmertemperatur und bei anderen Produkten, z.B. bei Süßmost, für längere Zeit ein Verderben verhindern. Eine echte Konservierung tritt erst bei Temperaturen unter –18 °C ein (Gefrierschrank), wobei die Enzymaktivitäten und die Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen nahezu vollständig aufhören, so daß, bei geeigneter Vorbehandlung und Verpackung, das Gefriergut für viele Monate fast unverändert bleibt. Die Kühlung (Kühlkette) darf aber nicht unterbrochen werden, da tiefe Temperaturen die meisten Mikroorganismen nicht abtöten und ihr Stoffwechsel bei Erhöhung der Temperatur sofort wieder aktiv ist, so daß sich Keime, auch pathogene, vermehren und gefährliche Toxine ausscheiden können. Die Tiefgefrierkonservierung bei –80 °C bis –196 °C (in flüssigem Stickstoff) gewinnt heute immer stärker an Bedeutung zur Aufbewahrung und Erhaltung der uneingeschränkten Lebensfähigkeit von Mikroorganismen, Zellkulturen, Blut (Blutkonserve), Sperma, Embryonen (embryo banking, Insemination) und genetischem Material (Genbank, Samenbank). – Konservierung durch Erhitzen: Durch Abkochen (100 °C) und Pasteurisierung, ein Erhitzen auf 75 °C bis 80 °C (15 bis 30 Sekunden), läßt sich nur eine Teilentkeimung erreichen, bei der in der Regel nur vegetative, auch pathogene Keime und viele Pilzsporen abgetötet werden. Bakteriensporen bleiben lebensfähig, keimen nach kurzer Lagerzeit aus, die Bakterien vermehren sich und führen zum Verderb der Produkte. Pasteurisierte Milch bleibt somit nur wenige Tage haltbar. Milch kann auch einer kürzeren Hitzebehandlung bei höheren Temperaturen unterzogen werden, bei der auch der Geschmack sich nicht so stark verändert: Bei der Hocherhitzung wird die Milch auf 85 bis 87 °C (4 bis 5 Sekunden) erhitzt. Bei der Ultrahocherhitzung (UHT, H-Milch; Uperisation) findet eine Temperaturerhöhung entweder auf 135 °C (2 bis 3 Sekunden) oder 150 °C (1 bis 2 Sekunden) statt. Die Temperaturen über 100 °C werden durch Einspritzen von überhitztem Wasserdampf erreicht; das zusätzliche Wasser wird der Milch anschließend wieder entzogen. H-Milch ist monatelang haltbar. Fruchtsäfte und andere Getränke, die viel Säure enthalten, können jahrelang (unter Luftabschluß) aufbewahrt werden, da die Bakteriensporen unter sauren Bedingungen normalerweise nicht auskeimen. Das Konservieren durch Einwecken (z.B. Obst) ist ebenfalls nur eine Teilentkeimung; durch die Fruchtsäuren und den luftdichten Verschluß wird jedoch die Entwicklung der überlebenden Keime unterbunden und ein Verderben verhindert. Ein vollständiges Abtöten der Mikroorganismen und ihrer Dauerformen, eine Sterilisation, wie sie bei Vollkonserven vorliegt, läßt sich in gesättigtem Wasserdampf (115 °C bis 122 °C) im Autoklaven erreichen. Die Haltbarkeit dieser Dosenkonserven (z.B. mit Gemüse oder Fleisch; vgl. Infobox ) wird wegen möglicher Geschmacksveränderungen meist mit 2 bis 3 Jahren angegeben; doch bleibt die Genießbarkeit in der Regel jahrzehntelang erhalten. Eine neuere schonende Methode zur Konservierung von Lebensmitteln ist ein Pasteurisieren unter Hochdruck (Hochdruckpasteurisierung), das in Japan entwickelt wurde. Der natürliche Geschmack von rohem Fleisch, rohem Fisch als auch von rohen Früchten und Säften bleibt erhalten, und es treten keine Farbveränderungen auf. Abhängig vom Produkt werden Drücke zwischen 4000 und 8000 bar bei Temperaturen bis zu 55 °C (zum Teil auch höher) bei einer Einwirkungszeit von wenigen Minuten angewandt. – Sterilfiltration: Klare Flüssigkeiten (z.B. Most, Wein) lassen sich auch durch Filtration entkeimen und haltbar machen (Bakterienfilter, Entkeimungsfilter, Sterilfiltration). – Konservierung durch Trocknen, Eindicken und chemische Methoden: Mikroorganismen benötigen zum Wachstum relativ viel freies Wasser (über 10%), unterscheiden sich aber erheblich im benötigten Wassergehalt: bei äußerst geringen Wassergehalten (aw = 0,6; Hydratur) entwickeln sich noch einige osmotolerante Hefen (z.B. Saccharomyces rouxii); auch eine Reihe von Schimmelpilzen kann mit relativ wenig Feuchtigkeit auskommen (aw = 0,8, z.B. Aspergillus glaucus). Bakterien benötigen dagegen in der Regel höhere Wasseraktivitäten (aw bis 0,98), mit Ausnahme von (nicht-pathogenen) halophilen Bakterien (aw = 0,75), die auch auf Salzheringen vorkommen. Durch Verminderung des relativen Wassergehalts (Einstellen eines hohen osmotischen Wertes) können somit viele Nahrungsmittel konserviert werden, z.B. als Dörrgemüse und Dörrobst, Dörrfleisch, Stockfisch. Der Wasserentzug an der Luft oder in industriellen Trockenanlagen beeinflußt meist nicht die Lebend-Keimzahl, sondern unterdrückt nur die Entwicklung der Keime. Besonders schonend läßt sich ein Wasserentzug in gefrorenem Zustand durch die Gefriertrocknung erreichen. Eine Verminderung des verwertbaren Wassers und Konservierung können auch durch Zugabe von Zucker (ca. 50% Saccharose), wie beim Einkochen von Marmelade oder Sirup, oder durch Salzen (14–25%ige Kochsalzlösung) wie bei Fischprodukten oder Salzgemüse erhalten werden. Eine Kombination von Wasserentzug und chemischer Behandlung wird beim Pökeln (Koch- und Pökelsalz) angewandt und beim Räuchern, wobei durch den Rauch schwelender Hölzer neben vielen Geschmacksstoffen bakterizid (Bakterizide) und bakteriostatisch (Bakteriostatika) wirkende Substanzen in das Fleisch eindringen (u.a. Ameisensäure, Acetaldehyd, Phenole, Kresole). – Eine biologisch-chemische Konservierung ist die natürliche Säuerung mit Milchsäurebakterien, durch deren Stoffwechselprodukte Schadorganismen (besonders Fäulniserreger) in der Entwicklung gehemmt und gleichzeitig die Verwertbarkeit sowie der Geschmack der Lebensmittel (bzw. Futtermittel) verbessert werden (Silage, Sauerkraut, Sauermilchprodukte). Die Aktivität der Keime läßt sich auch durch direkte Zugabe von Säuren (z.B. Milchsäure, Essigsäure oder Citronensäure) oder Alkohol (ca. 20%ig; Ethanol) unterdrücken. Meist wird vorher noch zusätzlich pasteurisiert. Pharmazeutische Präparate, Kosmetika und eine Reihe von Lebensmitteln werden auch mit den eigentlichen Konservierungsstoffen (Konservierungsmittel, kennzeichnungspflichtig; Lebensmittelzusatzstoffe), antimikrobiell wirksamen chemischen Verbindungen, behandelt, z.B. die Schalen von Citrusfrüchten mit Wachsen, Diphenyl (Biphenyl) oder o-Phenylphenolat, um einen Befall mit Schimmelpilzen zu verhindern. Schweflige Säure wird dem Wein zugesetzt; ungiftige Verbindungen werden auch Nahrungsmitteln direkt zugegeben: Sorbinsäure und Benzoesäure und ihre Salze, PHB-Ester bei Fleisch- und Wurstsalat (sog. Halbkonserven). Antibiotika sind als Konservierungsmittel (z.B. für Frischfleisch) in der Bundesrepublik Deutschland und vielen anderen Ländern nicht zugelassen. – Konservierung durch Bestrahlung: Mit UV-Strahlen (Ultraviolett) dürfen Oberflächen von Obst- und Gemüseerzeugnissen sowie Hartkäse bei der Lagerung zur Inaktivierung von Keimen behandelt werden. Die Anwendung von sehr energiereicher, ionisierender Isotopenstrahlung (Gammastrahlen aus Kobalt[60]- oder Cäsium [137]-Quellen) ist in vielen Ländern auch zur Konservierung zugelassen, doch ist diese Strahlungskonservierung noch umstritten (Lebensmittelbestrahlung). Es werden daher, vor einer allgemeinen Einführung, weitere Untersuchungen gefordert, um mögliche gesundheitliche Nebenwirkungen auszuschließen. Die Konservierung abgepackter Lebensmittel mittels Mikrowellen befindet sich noch in der Erprobung. – Konservierung von anatomisch-zoologischen und mikroskopischen Objekten und Pflanzen: Herbarium, mikroskopische Präparationstechniken, Präparationstechniken. Biotechnologie, Kryofixierung, Mikrobiologie, Mumifikation.
G.S.
Schreiben Sie uns!