Mikrobieller Verderb

Mikroorganismen verursachen nicht allein farbliche Veränderungen und lösen Fäulnisprozesse aus, die mit einem unangenehmen Geschmack und Geruch einhergehen, sondern sie stellen auch eine ernsthafte öffentliche Gesundheitsgefahr dar.

Treten Mikroorganismen in einem Nahrungsmittel auf, ist deren Vorkommen entweder auf die Rohstoffe und Zutaten oder auf eine Kontaminierung zurückzuführen. In welcher Form sich der von solchen Mikroorganismen verursachte Verderb äußert, wird von den Organismen und dem Produkt, auf dem sie wachsen, bestimmt. Inwieweit die Organismen wachstumsfähig sind und einen Verderb des Produkts bewirken, hängt von den lebensmittelspezifischen Eigenschaften und den äußeren Bedingungen ab. Als Beispiele für Mikroben können Pseudomonas-Bakterien und Acinetobacter/Moraxella-Bakterien genannt werden, welche sich durch einen schlechten Geschmack und Geruch bemerkbar machen; Lactobacillus- und Streptococcus-Bakterien verursachen eine Säuerung; Escherichia coli bewirkt eine Gasbildung. Ein durch Mikroben verursachter, optisch wahrnehmbarer Verderb kann sich auf verschiedene Art äußern, wie beispielsweise durch Verfärbung, Pigmentation, Oberflächenbewuchs, Trübung und Fäule.

Chemischer und biochemischer Verderb

Sobald tierische oder pflanzliche Stoffe von ihrer natürlichen Energie- und Nährstoffquelle getrennt werden, setzen chemische Veränderungen ein, die zu einer Zersetzung ihrer Struktur führen. Das Tempo dieser Veränderungen kann mithilfe der MAP-Technologie verlangsamt werden. Beispielsweise neigen ungesättigte Fette und Öle dazu, sich mit dem Sauerstoff der Luft zu verbinden, was bei einigen fetthaltigen Lebensmitteln dazu führt, dass sie ranzig werden. Dieser Prozess kann wirksam verlangsamt werden, wenn das Lebensmittel in einer sauerstoffarmen Atmosphäre verpackt wird.

Farbliche Veränderung (kirschrot zu grau)

Der Farbzyklus von Frischfleisch ist reversibel und dynamisch, wobei fortwährend Umwandlungsprozesse zwischen den drei Pigmenten Oxymyoglobin (kirschrot), Myoglobin (rotbraun) und Metmyoglobin (grau) stattfinden. Das graue Metmyoglobin ist die oxidierte oder Eisen(III)-Form des Pigments und kann keinen Sauerstoff binden, obwohl es durch den gleichen Sauerstoff oxidiert wird, der das rotbraune Myoglobin in kirschrotes Oxymyoglobin (Oxigenierung) umwandelt. Daher kann das dunkle, rotbraune Myoglobin bei Anwesenheit von Sauerstoff in das helle, kirschrote Pigment Oxymyoglobin oxigeniert werden, wodurch Frischfleisch aussieht, als ob es „frisch vom Schlachter” käme. Es kann jedoch auch zur Oxidierung zu Metmyoglobin kommen, das die unerwünschte, wenig ansprechende graue Farbe bewirkt. Bei Verpackung unter Schutzatmosphäre mit einem hohen Sauerstoffanteil wird die Umwandlung von Myoglobin zu Oxymyoglobin gefördert, und die erwünschte kirschrote Farbe von frischem Fleisch wird für einen längeren Zeitraum aufrechterhalten. Bei Verpackung unter Schutzatmosphäre mit einem geringen Sauerstoffanteil wird das reduzierte Myoglobin in das Pigment Metmyoglobin oxidiert, das für die unerwünschte graue Farbe verantwortlich ist

Oxidative Veränderung (Ranzigkeit)

Fette können infolge von Oxidierung ranzig werden. Eine solche oxidative Ranzigkeit, die auf die Reaktion von Sauerstoff mit den ungesättigten Fettsäuren in fetthaltigen Lebensmitteln zurückzuführen ist, ist eine der Hauptursachen für den Verderb solcher Nahrungsmittel. Die Oxidierung ungesättigter Fette wird oft auch als Autoxidation bezeichnet, da sich die Oxidationsrate beschleunigt, je weiter die Reaktion fortschreitet. Zu Beginn entstehen als Produkt der Reaktion von Fettsäuren mit Sauerstoff in der Hauptsache Hydroperoxide. Wie schnell die Reaktionsrate ist und welche Arten von Produkten gebildet werden, hängt von den anschließenden Reaktionen ab. Für die unangenehmen Geruchs- oder Geschmacks­charakteristiken „abgestandener“ oder ranziger Lebensmittel sind größtenteils Produkte dieser Reaktionen verantwortlich, wie z.B. Hydroxysäuren, Oxosäuren und Aldehyde.

Farbliche Änderungen bei gepökeltem/geräuchertem Fleisch (rot/rosa zu grau/grün)

Die rote Farbe von rohen gepökelten/geräucherten Fleischprodukten ergibt sich aus der Reaktion des braunroten Myoglobin mit Stickoxid. Die Quelle von Stickoxid beim Pökeln/Räuchern von Fleisch ist gewöhnlich Natriumnitrit. Bei der Erhitzung wird das rote Nitrosylmyoglobin in rosafarbenes, denaturiertes Nitrosylmyoglobin umgewandelt.

Die grüne Verfärbung von gepökeltem und geräuchertem Fleisch kann durch eine zu hohe Nitritkonzentration entstehen, insbesondere bei niedrigen pH-Werten, was zur Bildung von grünem Nitrihaemin oder „Nitritverbrennung“ (nitrite burn) führt.

Die roten/rosafarbenen Farbpigmente von rohen und gekochten gepökelten oder geräucherten Fleischprodukten sind bei Kontakt mit Luft und/oder Licht instabil. Sauerstoff und Licht bewirken die Loslösung des Stickoxids von den Pigmenten gepökelter oder geräucherter Fleischsorten, was zu einer gräulichen Verfärbung führt. Folglich führen eine Schutzatmosphäre mit geringen Sauerstoffanteilen und lichtundurchlässige Verpackungen zu einer erheblichen Verbesserung der Farbstabilität gepökelter und geräucherter Fleischprodukte und damit zur längeren Wahrung der gewünschten roten/rosa Farbe.

Ranziger Geschmack durch eisenbedingte Peroxidation von Phospholipiden (Warmed-over Flavour, WOF)

Der ranzige Geschmack bei Wiedererwärmung ist ein charakteristisches Fehlaroma, das hauptsächlich mit gekochtem Fleisch und Geflügel in gekühlten Fertiggerichten und anderen Cook-Chill-Produkten in Verbindung gebracht wird. Bei gekochtem Fleisch und Geflügel, das gekühlt gelagert wird, tritt dieser abgestandene, ranzige Geschmack schon innerhalb kurzer Zeit (48 Stunden) auf, insbesondere dann, wenn das Produkt bei der Lagerung mit Luft in Berührung kommt. Eine Schutzgasverpackung mit niedrigen Sauerstoffanteilen trägt dazu bei, das Auftreten von ranzigem Geschmack durch eisenbedingte Peroxidation von Phosholipiden zu verzögern.

Farbliche Veränderung bei grünen Nudeln (grün zu braungrau)

Die unerwünschte Farbänderung grüner Nudeln zu bräunlich-grauen Schattierungen liegt am Abbau der grünen Chlorophyll-Pigmente zu olivgrauen/bräunlich-grauen Phäophytin-Pigmenten. Der Abbau der Chlorophyll-Pigmente ist ein oxidativer Prozess, der durch Lichteinwirkung beschleunigt wird. Daher lässt sich die Photooxidation von Chlorophyll und der damit einhergehende Verlust der erwünschten grünen Farbe erheblich durch den Einsatz lichtundurchlässiger Schutzgasverpackungen mit niedrigen Sauerstoffanteilen verringern.

Enzymatische Bräunung oder Verfärbung

Bei Obst und Gemüse tritt enzymatische Bräunung oder Verfärbung durch Beschädigung - beispielsweise durch unsanfte Behandlung (Druckstellen) - und Verarbeitungsfahren wie Schneiden und Schälen auf. Die sich hierdurch bildenden gelblich-braunen bis hin zu schwarzen Pigmente erscheinen sehr schnell und sind unerwünscht. Bei unbeschädigtem oder ganzem Obst und Gemüse sind die polyphenolischen Oxidase-Enzyme, die für die Verfärbung verantwortlich ist, von ihren polyphenolischen Substraten getrennt. Kommen sie jedoch infolge unsanfter Behandlung oder durch Verarbeitungsverfahren miteinander in Kontakt, so werden die natürlich vorkommenden polyphenolischen Substrate enzymatisch oxidiert und bilden farblose/gelbliche Verbindungen, die wiederum zu bräunlichen Melanin-artigen Verbindungen polymerisieren. Wie stark die Bräunung oder Verfärbung ist, hängt von der Menge und der Aktivität der Polyphenoloxidase der jeweiligen Obst- oder Gemüsesorte, der Verfügbarkeit polyphenolischer Substrate und der Anwesenheit von Sauerstoff ab. Daher kann enzymatische Bräunung oder Verfärbung durch eine Verpackung unter Schutzatmosphäre mit niedrigen Sauerstoffanteilen oder Einschränkung der Sauerstoffdiffusion in das Gewebe durch Einlegen in Wasser, Salzwasser oder Sirup gehemmt werden. Eine andere Möglichkeit besteht in der Hemmung der Aktivität von Polyphenoloxidase durch Zugabe von Enzymhemmern wie z.B. Sulfit oder von Säuren wie z.B. Zitronensäure, Apfelsäure oder Ascorbinsäure.

Oxidative Fremdaromen

Ein oxidationsbedingter unangenehmer Geschmack und Geruch kann durch viele verschiedene oxidative Reaktionen in Lebensmittel- und Getränkeprodukten verursacht werden. Beispielsweise sind Fisch, Geflügel, flüssige Nahrungsmittel, Getränke und Milchprodukte sehr anfällig gegenüber oxidativen Prozessen, die eine Kette von Reaktionen initiieren können, die zu einer schnellen Beeinträchtigung des Geschmacks führen. Oxidative Enzyme wie z.B. Lipoxygenase, Proteasen und Lipasen können bei zahlreichen Lebensmittelprodukten unangenehme Geschmäcker und Gerüche verschiedenster Art bewirken. Daher wirkt sich eine Verpackung unter Schutzatmosphäre mit niedrigen Sauerstoffanteilen positiv auf die Hemmung unerwünschter oxidativer Fremdaromen aus.