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Hochdruckbehandlung von Fleisch und Lebensmitteln

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  • Hochdruckbehandlung von Fleisch und Lebensmitteln

    Anwendung
    Die Hochdruckbehandlung (HPP = HIGH PRESSURE PROCESSING) ist ein nichtthermischer Prozess, der je nach Anlage für Getränke, z. B. Frucht- und Gemüsesäfte, Fruchtzubereitungen, Dressings, Soßen, Gemüse und Produkte aus Tomaten sowie Convenience-Erzeugnisse wie z. B. Fischgerichte, Meeresfrüchte, Geflügel-/Fleischerzeugnisse und Fertiggerichte angewendet wird.


    Funktionsweise
    Das Produkt wird vor der eigentlichen Behandlung entweder in einer endgültigen flexiblen Verbraucherpackung vorverpackt oder nach dem Bag-in-Box-System zu mehreren in einer Umverpackung. Die Verpackungseinheiten werden nun in einem zylindrischen Beladekorb gestapelt, der entweder manuell oder automatisch in einen wassergefüllten Druckbehälter eingebracht wird. Der Behälter wird verschlossen und der Druck auf die gewünschte Höhe angehoben, indem Wasser durch eine externen Druckverstärker (Verfahren der direkten Druckerzeugung) in den Behälter gepumpt wird. Die Innentemperatur des Behälters kann dabei zwischen +10° C und +70° C gehalten werden, die erforderliche Haltezeit für den Druck beträgt normalerweise zwischen einer und zehn Minuten. Anschließend erfolgt der Druckabbau und das Produkt wird aus dem Behälter entnommen.


    Kapazität
    Die maximale Kapazität einer Anlage beträgt je nach System 1000 bzw. 2500 Liter pro Stunde; der maximal verfügbare Druck liegt bei 800 MPa (= 8000 bar) bzw. 600 MPa (= 6000 bar). Die Kapazität hängt von den gewünschten Parametern ab z. B. Druck, Haltezeit, Behälterausnutzung (Form und Typ der Verpackung), in Kombination mit der Größe des Druckbehälters und der Durchlaufzeit.


    Grundausstattung
    Zur Grundausstattung einer Anlage gehören ein mit vorgespanntem Stahldraht umwickelter Druckbehälter und ein ebenso stahldrahtumwickelter Stützrahmen, der auf einer Zufuhreinrichtung montiert ist. Der Druckkessel ist ausgestattet mit einem druckverstärkendem Kolben (Verfahren der indirekten Druckerzeugung) innerhalb des Zylinders. Ferner gehört dazu eine Vorrichtung zur automatischen Handhabung des oberen Verschlusses der Presse, ein komplettes elektrohydraulisches System zum Druckaufbau im Behältnis und ein Temperaturkontrollsystem, welches die Presse bei konstanter Temperatur hält. Die zu dem Druckkessel gehörenden oberen und unteren Verschlusseinrichtungen lassen sich mit Hilfe von Hydraulikzylindern zum Öffnen und Schließen des Druckbehälters verschieben. Während des Druckaufbaus werden die Verschlusskappen durch den stahldrahtumwickelten Rahmen gehalten. Der Druckkessel besteht aus zwei separaten Zylindern, die durch den Stahldraht zusammengepresst werden. Der innere Zylinder, das „Futterrohr“ ist ein Sicherheitsrohr, dass so ausgelegt ist, dass ein Bersten kein Sicherheitsrisiko darstellt; dieses Rohr kann mit Hilfe des Druckkolbens ausgetauscht werden. Im Vergleich zum so genannten „Einblocksystem“ ergibt sich bei dem mit vorgespanntem Stahldraht umwickelten Druckzylinder eine Gewichtsersparnis von bis zu 50 %. Diese Ausführung erleichtert die Aufstellung (Unterlage, Fundament), den Aufbau und die Installationsarbeiten. Die Hochdruckpresse ist im Sinne einer schnellen und einfachen Materialhandhabung vertikal angeordnet. Hilfssysteme und Hochdruckröhren befinden sich im Hinblick auf einen niedrigeren Geräuschpegel, maximale Sicherheit und leichte Instandhaltung im Untergeschoss.

    Bei Hochdruckanlagen mit indirekter Druckerzeugung wird der Innenraum durch einen Druckkolben in zwei getrennte Räume unterteilt. Auf der Niederdruckseite steigt der Druck nicht über 2 000 bar an, dadurch ist die Materialbeanspruchung des externen Hydrauliksystems gering und ein Standard-Druckverstärker reicht für dieses System aus. Da die Hydraulikpresse bei direkter Druckerzeugung einer größeren Auslegung bedarf, sind indirekte Anlagen auch im Hinblick auf die Investitionskosten als günstiger zu bewerten.


    Kosten
    Die Kosten der Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln hängen von verschiedenen Faktoren ab. Die Schlüsselaufgabe ist in dieser Hinsicht, den gesamten Prozess von der Vorbereitung des Produktes, der Wahl der Verpackung (Form, Volumen) und den Prozessparametern (Druck, Temperatur, Zeit) her zu optimieren. Bei einer Auslastung von 90 % machen die Kapitalkosten mit etwa 75 % den Hauptanteil der Gesamtkosten aus, die restlichen Kosten entfallen auf Arbeitskraft, Energie, Reparaturen und Wartung. Demnach ist die Auslastung der wichtigste Aspekt zur Beherrschung der Kosten. Bei einem Einschichtbetrieb erweist sich eine Hochdruckbehandlung um 40 % teurer als im Zweischichtbetrieb. Eine Fülldichte von 50 % ist doppelt so teuer wie eine Beschickung zu 85 %, runde Behältnisse mit langem Hals ergeben einen Befüllungsgrad von 50 %, während sechseckige Behältnisse mit kurzem Hals eine Presse zu 75 % füllen. Hochdruckpressen mit größerem Füllvolumen arbeiten aufgrund der größeren Kapazität mit geringeren Kosten pro Kilogramm Produkt. Eine Druckbehandlung bei 4 000 bar für 8 Minuten verursacht die gleichen Kosten wie eine Druckbehandlung bei 6 000 bar für 3 Minuten, bei gleichen mikrobiologischen Ergebnissen. Abhängig von den genannten Faktoren schwanken die Kosten der Hochdruckbehandlung zwischen 0,10 bis 0,20 €/kg. Die Investitionskosten belaufen sich je nach Anlage auf 0,5 bis 2 Millionen €.

    Quelle: F.S. LmT
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  • #2
    Hallo Herr Besser,

    leider gehöre ich zu der älteren Generation die diese Technik nicht kennt.
    Können Sie vielleicht ein paar Anwendungsbeispiele aus der Fleischbranche geben und was damit bewirkt wird.
    Ich kenne halt nur die Begasung und den Luftentzug für die Reifung und verlängerte Haltbarkeit.
    Vielen Dank vorab

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    • #3
      Hallo Herr Besser,
      ich habe schon mal davon gehört und das Abraham / Bell seine US Export ware so behandelt.
      Mich würden Fotos interessieren und etwas zur Physik warum die Ware haltbarer ist.

      Gibt es auch Anlagen für den Handwerksbetrieb ?

      VG

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      • #4
        Wie das funktioniert würde mich auch interessieren!!

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        • #5
          Wir haben Kochschinken verpacken lassen hier in USA - heute nach gut 11 Monaten Lagerung bei 2-4 *C keinerlei Auffaelligkeiten.
          Bakterielle Werte sehr gut. (keine Campylobacter, Listerien)

          Investment und Wartungskosten sind sehr leider sehr hoch.
          Fuer spezielle Anforderungen an die Haltbarkeit fuer bestimmte Kunden werden wir diesen Service aber in der Zukunft nutzen.

          Uebrigens: Frische Obstsaefte werden schon lange so haltbar gemacht.

          Beste Gruesse

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          • #6
            Hallo zusammen,

            gerne versuche ich die Fragen zu beantworten.

            Das Hochdruckbehandeln (Hochdruckpasteurisierung) wird auch als "Kaltes Kochen" bezeichnet.
            Normalerweise ist der Druck in Flüssigkeiten überall gleich groß (isostatisch), dies gilt auch für das Wasser im Fleisch. Übt man auf dieses Wasser maschinellen Druck aus, so hat man folgende Effekte:
            • Inaktivierung von vegetativen Formen der Bakterien
            • Hefen und Schimmelpilze ebenfalls sehr empfindlich
            • Sporen können einen Druck bis zu 1000 MPa überleben, lassen sich aber durch einen niedrigen Druck zum Auskeimen bringen und anschließend mit Hochdruck wieder abtöten
            • Druckanwendung unterbindet biochemische Prozesse, indem sie Enzyme inaktiviert
            • Fleisch kann dabei die Struktur / Konsistenz positiv verändern, sprich, zart werden (Muskelfilamente Aktin und Myosin lockern sich)
            • Gute Stabilität und Erhaltung von Vitaminen
            Hochdruckbehandlung erfolgt meistens direkt in Endverbraucherverpackungen.
            Anlagen in Handwerksbetrieben wird es keine geben, wie erwähnt liegen die Anschaffungskosten zwischen 0,5 - 2 Millionen Euro.

            Anbei einige Video Beispiele:







            Viele Grüße
            Ivan
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            • #7
              Vielen Dank die Videos helfen auf jeden Fall weiter!

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              • #8
                Hallo zusammen,

                das ist auf jeden Fall eine sehr interessante Technologie, die in Zukunft in der Lebensmitteltechnologie noch eine Rolle spielen wird.

                Noch ein paar Anmerkungen meinerseits:
                Die Hochdruckbehandlung lässt sich von der Wirkung mit einer Pasteurisierung vergleichen (manhcmal wird auch von High Pressure Pasteurisation gesprochen). Der ausgeübte Druck wird isostatisch auf alle Lebensmittelinhaltstoffe übertragen, am wichtigsten ist aber das Wasser. Physiko-Chemisch findet das Gesetz von Le Chatelier Anwendung das besagt, dass bei steigenden Drücken die Reaktionsrichtung begünstigt wird, die mit einer Volumenreduktion einhergeht. Das kann folgendes sein:

                - Wasser: Kompression bis zu 15 % bei 6000 bar
                - Proteine: Agglomeration und Abscheidung; Verschieben der physikalischen Struktur (Sekundär, Tertiär- und Quartärstrukturänderung möglich); Gelbildung; Änderung der hydrophoben Interaktionen und Wasserstoffbrückenbindungen
                - Enzyme: Aktivitätsänderung (nicht nur Redkuktion auch Steigerung möglich!)
                - Kohlenhydrate: Gelbildung von Polymeren
                - DNA, RNA: beinahe Druckresistent
                - Vitamine: marginal beeinflusst durch Druck, Abbau hängt zusätzlich vom Milieu ab

                Bei der Inaktivierung von vegetativen MO sind hptsl folgende Reaktionen relevant:
                - Einfluss auf intrazelluläre Enzyme
                - Änderung/Einfluss auf die Zellmembran
                - Beeinträchtigung der t-RNA Anbindung an Ribosomen

                Die Sporeninaktivierung mit HPP lässt sich am praktikabelsten mit einer thermischen Hochdruckbehandlung realisieren, bei dem das Produkt mit einer bestimmten Kerntemperatur in die Anlage eingebracht wird und die zusätzliche Temperaturzunahme bei der Behandlung selbst in Kombination mit dem Druck auch zu Sporeninaktivierung führen kann.

                Frisches Fleisch ist ein kompliziertes Produkt für diesen prozess. Durch den hohen Behandlungsdruck und die damit einhergende Einflüsse auf die Proteinstruktur (Myoglobin und den Aktomyosinkomplex) beobachtet man ein Blasswerden - das Fleisch sieht dann aus als ob es gegart wurde, je nach Tierart und Muskelstück stärker oder weniger stark. Man kann also optisch zumindest keine Vorteile erzielen.

                Ivan Besser: Wo finde ich Infos über das Zartwerden von Fleisch durch HPP? Ich würde sagen, man beobachtet eher ein Fester-werden durch entsprechende Behandlungsdrücke, oder?

                Prozessierte Fleischwaren sind da viel einfacher, da keine Farbveränderung erkennbar ist. Außerdem hat man durch die Behandlung in der Verkaufsverpackung eine weitere Hürde, die Lebensmittelsicherheit gibt.

                Wichtige Firmen die HPP Anlagen herstellen sind Avure, Hiperbaric und Multivac/Uhde. Auf deren Seiten findet man allerlei nützliche Infos.

                Viele Grüße

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                • #9
                  Hier wurde auch schon darüber gesprochen:

                  https://forum.fleischbranche.de/foru...-frischfleisch

                  Kommentar


                  • #10
                    Das amerikanische Militaer nutzt diese Technologie schon sehr lange (U-Boote, Marine Versorgung)
                    Wird in sogenannte "Bricks" gepackt fuer bessere Stapel / Lager faehigkeit.




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                    • #11
                      Danke Herr besser und Danke Gast 2807 für die Informationen zu HPP.

                      Mir fällt jedoch auf das der Zeitaufwand sehr hoch ist. und erst wenn dieses Problem gelöst ist glaube ich an einen industriellen Einsatz!
                      Zuletzt geändert von ulrich50; 17.06.2017, 14:12.

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                      • #12
                        Im Moment sehe ich hier nur die Einsatzmöglichkeit wie schon beschrieben für ganz spezielle Einrichtungen
                        Zuletzt geändert von ulrich50; 17.06.2017, 14:14.

                        Kommentar


                        • #13
                          Hallo,

                          vielen Dank zum Schließen meiner Wissenslücke !
                          Sicherlich eine Top Methode, das Haftungsrisiko bei US Export möglichst klein zu halten.

                          Kommentar


                          • #14
                            Gerngeschehen,

                            zum Thema Zeitaufwand: Zykluszeiten sind zwischen 6-12 Minuten. Ein Zyklus startet mit Produkteinführung in den Kessel, Verschließen, Druckaufbau, Druckhaltezeit (hier wird 2-5 min der Druck gehalten, je nach Produkt und Ergebnis), Druckablass und Produktausführung durch neue Produkteinführung.

                            Und industriell wird es ja schon eingesetzt, neben der Fleischbranche eben auch in der erwähnten Fruchtsaftbranche (Smoothies mit viel Wachstum!) und ganz klassisch bei Guacamole in Mexico.

                            @BFAZ: weißt du, ob der Hersteller etwas gegen das Verfärben des Hackfleisches macht? Ist das Produkt in dem Bild ein hochdruck-behandeltes oder nur ein BEispiel für die Brick-Verpackung?

                            Viele Grüße
                            Zuletzt geändert von Gast2807; 19.06.2017, 09:36.

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                            • #15
                              Zitat von Gast2807 Beitrag anzeigen
                              Ivan Besser: Wo finde ich Infos über das Zartwerden von Fleisch durch HPP? Ich würde sagen, man beobachtet eher ein Fester-werden durch entsprechende Behandlungsdrücke, oder?
                              Hallo Gast2807,
                              ich habe hierzu extra nochmals Kontakt zu einem bekannten Professor aufgenommen.
                              Zitat: "Es gibt einige Wissenschaftler, die in den USA die Auswirkung des durch die Explosion im geschlossenen Gefäß erzeugten Druckes auf den Reifungsverlauf bei Fleisch beschrieben. Demnach soll hoher Druck das Zartwerden des Fleisches beschleunigen, was auf die depolimerisierende Wirkung auf den Aktomyosinkomplex zurück geführt wird. Solche Hinweise sind auch hier zu finden: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23623002
                              Fakt sei aber auch, dass die Festigkeit von Gelen, zum Beispiel Gelatine, zunimmt."

                              Dazu auch eine interessante Doktorarbeit: https://depositonce.tu-berlin.de/bit...chev_filip.pdf

                              Kann es sein, dass dieses Phänomen von der Stärke des ausgeübten Drucks auf die Filamente abhängt? Man kennt dies vom Kochen, kocht man das Fleisch über, wird es irgendwann wieder fest.

                              Viele Grüße
                              Ivan
                              Präsentieren - Diskutieren - Inserieren

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