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Die Trocknung von Fleisch und Fleischerzeugnissen

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  • Die Trocknung von Fleisch und Fleischerzeugnissen

    Das Trocknen von Fleisch, häufig in Verbindung mit dem Räuchern, zählt wohl zu den ältesten Konservierungsverfahren. Während ursprünglich ausschließlich an der Luft oder über Feuerstellen getrocknet wurde, wird der Wasserentzug bei modernen Trocknungsverfahren in Trocknungskammern oder -anlagen durchgeführt, deren Klima durch Temperatur- und Feuchteregelung exakt einzustellen ist. Für die zu erzielende Haltbarkeit der Fleischerzeugnisse ist der Grad der Trocknung von besonderer Bedeutung.

    Physikalische Vorgänge während der Trocknung / Auswirkungen der Trocknung auf mikrobielle, chemische und biochemische Vorgänge

    Lässt man Wasser in einem offenen Gefäß stehen, so verdunstet dieses Wasser in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur in mehr oder weniger kurzer Zeit. Das gleiche gilt aber auch für Schnee oder Eis, die bei Temperaturen unter 0 oC aufbewahrt werden. Den Übergang des Wassers in die Gasphase bei erhöhten Temperaturen bezeichnet man als Verdampfen oder Verdunsten, während der Übergang von Eis in die Gasphase als Sublimation bezeichnet wird.
    Der Sublimationsprozess ist die Ursache dafür, dass im Winter feucht aufgehängte Wäsche zunächst gefriert und schließlich an der Luft trocknet. Bei diesem Vorgang handelt es sich um einen Gefriertrocknungsprozess, für den die Luftfeuchtigkeit In der Umgebung des zu trocknenden Systems verantwortlich ist.
    Ist die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft größer als der Sättigungsdampfdruck bei der vorgegebenen Temperatur, so kann Feuchtigkeit auf dem zu trocknenden Gut kondensieren, ist sie niedriger, so verliert das Material durch Wasserabgabe an Gewicht. Diese Erscheinung kann folgendermaßen erklärt werden: Die Wassermoleküle in dem zu trocknenden Material sind ebenso wie die Wassermoleküle in der umgebenden Atmosphäre in ständiger molekularer Bewegung. Die Moleküle bewegen sich in ungeordneten Bahnen, deren Richtung unbestimmt ist. In dem zu trocknenden Lebensmittel ist eine Anzahl von Wassermolekülen enthalten, die beim Zusammenstoß mit anderen Molekülen deren Energie ganz oder teilweise übernehmen. Ist dieser Energiewert so groß, dass der für die Verdampfung oder Sublimation notwendige Energiegrenzwert überschritten wird, dann kann das Wassermolekül aus der Oberfläche in die Gasphase gelangen. Andererseits gelangen aus der Atmosphäre aber auch Wassermoleküle auf das Lebensmittel und werden dort festgehalten (Kondensation). Wenn das Lebensmittel durch diese Vorgänge weder Wasser abgibt noch aufnimmt, spricht man von einem Gleichgewichtszustand.
    Will man ein Lebensmittel, z.B. Fleisch. trocknen, so muss die umgebende Atmosphäre ständig weniger Wasser enthalten, als dem Gleichgewichtszustand mit dem Lebensmittel entspricht. Aufgrund des in diesem Falle bestehenden Dampfdruckunterschiedes zwischen dem zu trocknenden Gut und der Umgebungsluft findet eine Verdunstung statt, die von einer Abkühlung des Gutes begleitet wurde. Die bei der Verdunstung verbrauchte Wärmeenergie wird dem Lebensmittel anschließend aus der Luft wieder zugeführt

    Ob ein Stoff Wasser aufnimmt oder abgibt, hängt von seiner Feuchte, der relativen Luftfeuchte und der Temperatur ab. Diejenige Feuchte eines Stoffes. bei welcher der Stoff weder Feuchtigkeit abgibt noch aufnimmt, ist die Gleichgewichtsfeuchte. Die graphische Darstellung der Gleichgewichtsfeuchte in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte bei konstanter Temperatur bezeichnet man als Sorptionsisotherme.

    Die Sorptionsisothermen zeigen In der Regel einen S - förmigen Kurvenverlauf, der sich in drei Abschnitte mit verschiedener Bedeutung für die Wasseraktivität (aW = rel. Luftfeuchte in % / 100; relative Luftfeuchte = (P / Ps) x 100) des Lebensmittels zerlegen lässt. Im unteren Abschnitt A ist das Wasser durch chemische und physikalische Kräfte sehr fest gebunden. Nach den klassischen physikalisch-chemischen Vorstellungen liegt das Wasser in diesem Bereich in einer monomolekularen Schicht, d.h. als einfache Molekülschicht auf den Bestandteilen (vorwiegend Eiweißstoffen) des Fleisches vor bzw. ist als sog. Hydratationswasser an funktionelle Gruppen von Proteinen gebunden.

    Im folgenden Abschnitt B der Sorptionsisotherme lagert Wasser bereits in mehreren Molekülschichten auf bzw. zwischen den Fleischproteinen. Auch dieses Wasser ist noch relativ fest an das Fleisch gebunden, kann aber bereits bei den höheren relativen Luftfeuchtigkeiten im Grenzbereich zu Abschnitt C eine erhöhte Beweglichkeit aufweisen. Schließlich ist das Wasser im Abschnitt C der Sorptionsisotherme so leicht beweglich, dass es den Transport von Inhaltsstoffen des Fleisches ohne große Schwierigkeiten bewerkstelligen kann. In diesem Abschnitt der Sorptionsisotherme werden daher die meisten chemischen Veränderungen im Fleisch beobachtet, sofern sie nicht durch Sauerstoff aus der Luft (siehe unten) bedingt sind. Im Abschnitt C der Sorptionsisotherme treten auch die mikrobiellen Veränderungen ein. Im allgemeinen vermehren sich Mikroorganismen erst bei relativen Luftfeuchtigkeiten oberhalb 90 % bzw. einem aW- Wert von 0.90 (Ausnahmen!); in diesem Bereich der Isotherme liegt genügend freies Wasser für die Vermehrung der Mikroorganismen vor.
    Sinkt der aW- Wert im Verlauf der Reifung von Fleischerzeugnissen unter einen Wert von 0,85, so sind die dann noch auftretenden Veränderungen im allgemeinen chemischer bzw. biochemischer Natur. In diesem Zusammenhang ist die enzymatische Hydrolyse (--» erfordert Wasser) des Fettes durch Lipasen zu nennen, die - wenn auch in geringem Maß - auch bei sehr niedrigen aW -Werten erfolgt. Während die hydrolytischen Prozesse mit sinkendem aW -Wert verlangsamt ablaufen, kommt es zu einem Anstieg der oxidativen Veränderungen im Lebensmittel. Die Ursache liegt darin, dass Wasser bei höheren Wasseraktivitäten den Fetten gegenüber eine Schutzwirkung ausübt, weil der Luftsauerstoff das in mehreren Molekülschichten übereinander liegende Wasser nicht so leicht durchdringen kann. Infolgedessen ist die Fettoxidation in getrocknetem Fleisch besonders begünstigt. wenn das Fleisch nicht unter Ausschluss von Luftsauerstoff (z.B. in Stickstoffatmosphäre) aufbewahrt wird.

    Fleisch und Fleischwaren werden durch Konvektionstrocknung getrocknet. Dabei dient Luft als Wärmeträger, sie führt diejenige Wärme zu, die für die durch den Dampfdruckunterschied erzwungene Verdunstung benötigt wird. Die Verdunstung wird dabei an der Oberfläche des Trocknungsgutes eingeleitet. Der gebildete Dampf diffundiert in die umgebende Luft (--» äußere Diffusion), dadurch wird ein Feuchtigkeitstransport aus dem inneren des Materials zur Oberfläche hervorgerufen (--» innere Diffusion). Die Dampfbildung beginnt stets an der Oberfläche, kann sich aber später in das Innere des Trocknungsgutes verlagern. Der Feuchtigkeitstransport zur Oberfläche erfolgt demnach zunächst in flüssiger Form und später, falls die Trocknung nicht vorher abgebrochen wird, zunehmend in Dampfform.

    Fleisch stellt hinsichtlich der inneren Diffusion eine Mischform zwischen einem kapillar-porösen Körper (→ Wasser wird als Oberflächenwasser und durch Kapillardruck festgehalten; Transport an die Außenfläche in Dampfform) und einem kolloiden Körper (→ Wasser ist an hydratisierbare Stoffe gebunden; Transport an die Außenfläche In flüssiger Form). Der kapillar-poröse Charakter des Fleisches ist vor allem durch die Interzellularräume gegeben, der kolloide durch das Wasserbindungsvermögen des Eiweißes. Kolloide kapillar-poröse Körper trocknen schneller als rein kolloide Körper (Gelatine, Blutplasma), aber langsamer als rein kapillar-poröse. Die Trocknungsgeschwindigkeit bei Fleischwaren wird vor allem dadurch begrenzt, dass die Beschleunigung der Trocknung über einen bestimmten Grenzwert hinaus sich negativ auf den Genusswert des Endproduktes auswirkt.
    Die innere Diffusion ist charakterisiert durch den sogenannten Feuchtigkeitsdurchgangskoeffizienten α, der seinerseits von der Feuchtigkeitsleitfähigkeit λ und vom Feuchtigkeitsgehalt c des Trocknungsgutes abhängt.

    Die Dichte des Feuchtigkeitsstromes im Trocknungsgut (kg x m -1x h -1) Ist: q = α x Δμ
    worin Δμ das Gefälle des Feuchtigkeitsgehaltes senkrecht zur Oberfläche in kg Feuchte pro kg Trockensubstanz ist.

    Wie aus der 1. Gleichung ersichtlich, ist der Feuchtigkeitsdurchgangskoeffizient α um so größer, je höher die Feuchtigkeitsleitfähigkeit λ und je geringer der Feuchtigkeitsgehalt c des Lebensmittels ist. Mit zunehmender Abtrocknung des Lebensmittels in den Außenbereichen nimmt allerdings die Feuchtigkeitsleitfähigkeit ab. Wird ein Lebensmittel zu schnell getrocknet. wird also λ klein, während der Feuchtigkeitsgehalt c des Lebensmittels noch relativ hoch ist, so ist der Feuchtigkeitsdurchgangskoeffizient α klein. Je kleiner aber α wird, desto geringer ist der Feuchtigkeitsstrom q im Trocknungsgut. Dies hat zur Folge, dass das Lebensmittel nur langsam trocknet, obwohl ein großes Feuchtigkeitsgefälle von Kern des Gutes zur Oberfläche besteht: Forcierte Trocknung in der Anfangsphase führt demnach nicht zu einer beschleunigten, sondern eher zu einer verlangsamten Feuchtigkeitsabgabe.
    Da bei der partiellen (= teilweisen) Trocknung von Fleischwaren nur eine geringe Luftgeschwindigkeit möglich ist (Trockenfehler!), kann der Feuchtigkeitsgradient des Trocknungsgutes praktisch nur über die Luftfeuchte gesteuert werden. Bei konstanter Luftfeuchte verringert sich der Dampfdruck an der Oberfläche von Fleischwaren. Die Ursache liegt darin, dass die Gewebsflüssigkeit zunehmend konzentriert wird (--» Wasserabgabe erschwert). Die Geschwindigkeit der Trocknung nimmt deshalb von Anfang an ab.

    Die äußere Diffusion erfolgt durch eine das Trocknungsgut umgebende gasförmige Grenzschicht, in welcher der Dampfdruck senkrecht von der Oberfläche weg abnimmt, während Lufttemperatur und Luftgeschwindigkeit zunehmen. Diese Grenzschicht entsteht in erster Linie durch die höhere Viskosität der Luft infolge höherer Dichte (diese höhere Dichte ist bedingt durch die im Verhältnis niedrigere Temperatur der Luft unmittelbar an der Oberfläche des Gutes und den höheren Dampfdruck) und durch die Reibung der Luft an der Oberfläche. Die Grenzschicht beginnt in ihrem äußeren Bereich dort, wo die Temperatur und die Luftgeschwindigkeit (von außen gesehen) abzunehmen beginnen und die Abnahme des Dampfdruckes (von der Oberfläche gesehen) beendet Ist. Je dicker die Grenzschicht ist, desto langsamer erfolgt die äußere Diffusion der Feuchte und umgekehrt. Die Dicke der Grenzschicht hängt von der Geschwindigkeit des Luftstromes und der Oberflächenstruktur (z.B. Edelschimmel) des Trocknungsgutes ab. Die Diffusion erfolgt hier um so schneller, je niedriger der Dampfdruck und je höher die Temperatur der Luft im Vergleich zum Trocknungsgut sind. Die beschriebenen Vorgänge und Verhältnisse machen deutlich, das bei der Trocknung von Fleisch und Fleischwaren eine exakte Steuerung des Trocknungsverlaufs und eine laufende Kontrolle des Trocknungsgutes unerlässlich sind. (Derartige Steuerungs- und Kontrollmaßnahmen werden im Rahmen der produktbezogenen Technologie behandelt).

    Quelle: F.S. LmT
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