1. Die physikalische Konservierung von Nahrungsmitteln

Die Haltbarmachung von Nahrungsmittel beschäftigt die Menschheit über Jahrtausende. Je nach Kultur und Nahrungsangebot haben sich im Laufe der Zeit verschiedene Verfahren entwickelt, um Nahrungsmittel über mehrere Monate haltbar zu machen damit klimabedingte Verknappungen an Nahrungsangeboten überbrückt werden konnten. Das Hauptziel bei der Konservierung ist vor allem, Mikroorganismen wie beispielsweise Schimmelpilze oder Bakterien das Wachstum auf oder in den Nahrungsmitteln zu verhindern.

Bei der physikalischen Konservierung stehen grundsätzlich 3 Effekte zur Verfügung:

Die Konservierung mit Erhitzen ist direkt gekoppelt mit der Entwicklung von Behältnissen, die nach der Erhitzung eine keimfreie Lagerung garantieren. Vor rund 150 Jahren wurden dazu verlötete Blechdosen entwickelt, die erstmals eine industrielle Produktion ermöglichten. Rund 40 Jahre später wurden Glasbehälter mit Weichdichtungen (Gummidichtungen) hergestellt, die es auch der Hausfrau ermöglichten, in den sogenannten Einmachgläsern (Einweckgläser) die erhitzten Nahrungsmittel steril aufzubewahren.
Nachfolgend wird nur noch die Konservierung mit Erhitzen näher betrachtet.

2. Die Restkeimzahl beim Erhitzen

Beim Erhitzen werden Mikroorganismen, Viren und schliesslich auch DAN- Fragmente zerstört. Die Zersetzung ist abhängig von der Temperatur und der Zeit und für jedes organische System unterschiedlich. Die Abnahme der aktiven Systeme (Sterbegeschwindigkeit der Keime) lässt sich durch eine einfache mathematische Beziehung ausdrücken:

Der Reduktionskoeffizient DT ist abhängig von der Sterilisationstemperatur und der Keimart und besagt, dass in der Zeit DT die Keimzahl bei der Temperatur T um 90 % gesunken ist. Die Sterilisationszeit hat gemäss der Formel einen massgebenden Einfluss auf die Anzahl der überlebenden Keime. Beispielsweise wird bei Konservendosen eine Sterilisationszeit von 12 x DT eingehalten, was bedeutet, dass die Keimzahl während der Sterilisation um 12 Zehnerpotenzen abnimmt.

3. Die verschiedenen Hitzekonservierungen

Die Konservierung durch Erhitzen wird im Sprachgebrauch in 3 Klassen unterteilt :

Sterilisation:
Die Prozesstemperaturen liegt über 100 °C. Der Druck im Nahrungsmittel-Behältnis steigt über den Normaldruck (1 bar). Damit die Behältnisse keinen Schaden erleiden, muss die Sterilisation in Autoklaven durchgeführt werden, die immer den gleichen Druck ausserhalb des Behältnisses erzeugen wie im Behältnis selber.

Pasteurisierung:
Die Prozesstemperatur liegt unter 100 °C . Die Nahrungsmittel- Behältnisse können bei Normaldruck zum Beispiel in einem Wasserbad erhitzt werden.

Einkochen (Einwecken):
Diese Hitzekonservierung entspricht der Pasteurisierung und wird mit Spezialgläsern mit Weichdichtungen durchgeführt. Diese Methode wird üblicherweise in der Küche angewendet und war bis vor rund 40 Jahren eine wichtige Methode, um lagerfähige Nahrungsmittel- Vorräte (Gemüse, Fleisch, Obst, Säfte) anzulegen.

Bezüglich der Haltbarkeit der konservierten Nahrungsmittel spricht man bei der Pasteurisierung und beim Einkochen von Halbkonserven, die in der Regel über mehrere Monate geniessbar bleiben. Bei der Sterilisation entstehen sogenannte Vollkonserven, die über mehrere Jahre gesundheitlich unbedenklich verzehrt werden können.

4. Physikalische Effekte beim Einkochen (‚Einmachen’)

Wie schon erwähnt werden beim Einkochen spezielle Gläser verwendet. Gebräuchlich sind in der Schweiz die Gläser mit beweglicher Gummidichtung und Glasdeckel (Bülacher Gläser) sowie Einmachgläser mit Blechdeckel und Schraubverschluss. In die Gläser werden in der Regel vorgekochte Nahrungsmittel heiss eingefüllt und mit Flüssigkeit überdeckt falls das Kochgut nicht schon flüssig ist . Die Gläser werden fest verschlossen und die Glasdeckel mit Klammern fixiert. Die Gläser werden danach erhitzt und über 1 – 2 Stunden bei Temperaturen um 80 – 90 °C gehalten. Vorzugsweise wird dieser Prozess in einem Wasserbad druckfrei durchgeführt. Nach der Abkühlung können die Deckelklammern entfernt werden.

Während des Prozesses wird auch der freie Kopfraum der Gläser aufgeheizt. Das eingeschlossene Luftvolumen dehnt sich aus und erzeugt einen Innendruck um 0.2 –0.3 bar. Zugleich erwärmt sich auch der wässrige Inhalt und erzeugt einen Dampfdruck bis zu 0.5 bar. Im Kopfraum der Gläser bildet sich somit ein Luft-Dampf- Gemisch mit einem markanten Überdruck zur Umgebung. Durch die Weichdichtung kann sich der Druck teilweise abbauen und es entweicht ein Gasgemisch aus dem Kopfraum. Nach Abschluss des Hitzeprozesses kühlt sich das Glas mit Inhalt und somit auch das Gasvolumen im Kopfraum langsam ab. Die ausgeströmte Luft fehlt jetzt im Kopfraum und zugleich kondensiert auch der Dampf im Gasgemisch sodass ein Unterdruck ( volkstümlich Vakuum) entsteht. Die Weichdichtung ist so gestaltet, dass dieser Unterdruck im kalten Zustand aufrechterhalten bleibt und keine keimbeladene Luft in das Glas einströmen kann. Dieser Unterdruck ist das wichtigste Merkmal für eine gelungene Konservierung und er sollte während der gesamten Lagerzeit der Gläser aufrechterhalten bleiben.

Falls sich der Unterdruck in einem Glas abgebaut hat, muss davon ausgegangen werden, dass keimbeladene Luft in den Kopfraum eingeströmt und der Inhalt verdorben ist, auch wenn optisch oder geschmacklich noch keine Unterschiede zu intakten Gläsern erkennbar sind.

5. Sicherheit durch 2-fache Sterilisation beim Einkochen

In der Vergangenheit sind bei ungenügender Erhitzung (auch mit intaktem Unterdruck bei den Gläsern) gesundheitliche Beschwerden bis zu Todesfällen nach dem Genuss der Gläserinhalte aufgetreten. Dies wird vor allem auf den Clostridium botulinum Erreger ( Botulinus- Bakterium) zurückgeführt. Insbesondere bei proteinhaltigen Nahrungsmittel wie Fleisch, Fisch oder eiweissreichen Gemüsen (zB. Erbsen) können solche Erreger während der Lagerung noch Kolonien bilden. Auch bei grobstückigen Nahrungsmitteln besteht die Gefahr, dass noch zu viele Keime den Hitzeprozess überleben, da die Wärmeleitung durch diese Stücke schlechter sein kann als bei flüssigem Inhalt und daher die Temperatur im Kern der Stücke wesentlich tiefer ist als die angestrebte Prozesstemperatur.

Bei solchen Nahrungsmittel empfiehlt sich eine zweite Sicherheits- Konservierung im Abstand von 1 – 2 Tagen.