Ob Milch, Fruchtsaft, Wurst oder Konserve — nahezu jedes verarbeitete Lebensmittel durchläuft im Laufe seiner Herstellung mindestens einen thermischen Behandlungsschritt, der Mikroorganismen abtötet oder deren Wachstum hemmt. Die Wahl des richtigen Verfahrens ist dabei keine Routineentscheidung, sondern das Ergebnis einer sorgfältigen Analyse von Produkt, Prozess und angestrebter Haltbarkeitsdauer. Fehler in der Auslegung können entweder zur mikrobiologischen Instabilität des Produkts oder zu unnötigen Qualitätsverlusten durch zu hohe thermische Belastung führen.
Grundsätzlich unterscheidet die Lebensmitteltechnologie zwischen der Pasteurisierung, die vegetative Keime und pathogene Mikroorganismen abtötet, und der Sterilisation, die auf die Inaktivierung aller keimfähigen Strukturen einschließlich hitzeresistenter Sporenbildner abzielt. Beide Verfahren folgen denselben physikalischen Gesetzmäßigkeiten, unterscheiden sich jedoch erheblich in Temperatur-Zeit-Kombination, Anlagentechnik und den erzielbaren Haltbarkeitszeiträumen.
Physikalische Grundlagen: D-Wert, z-Wert und F-Wert
Die Wirksamkeit einer thermischen Behandlung wird über logarithmische Reduktionsraten beschrieben. Der sogenannte D-Wert (Dezimalreduktionswert) gibt die Zeit in Minuten an, die bei einer definierten Temperatur benötigt wird, um die Keimzahl eines Zielorganismus um 90 Prozent — also eine Zehnerpotenz — zu reduzieren. Je kleiner der D-Wert, desto hitzeempfindlicher ist der Organismus. Für den in der Sterilisationstechnik maßgeblichen Referenzkeim Clostridium botulinum liegt der D-Wert bei 121 Grad Celsius typischerweise zwischen 0,1 und 0,2 Minuten.
Der z-Wert beschreibt die Temperaturabhängigkeit des D-Werts: Er gibt an, um wie viele Grad Celsius die Behandlungstemperatur erhöht werden muss, um den D-Wert um den Faktor zehn zu reduzieren. Für C. botulinum beträgt der z-Wert konventionell zehn Kelvin. Der F-Wert schließlich integriert die gesamte thermische Wirkung über den Temperatur-Zeit-Verlauf und erlaubt einen direkten Vergleich unterschiedlicher Prozessführungen. Der Fo-Wert bezieht diese Integration auf die Referenztemperatur von 121,1 Grad Celsius und ist zentrales Auslegungskriterium für Sterilisationsanlagen in der Konservenindustrie.
Pasteurisierung: Verfahrensvarianten und typische Anwendungsgebiete
Die klassische Niederpasteurisierung arbeitet mit Temperaturen zwischen 62 und 65 Grad Celsius über Haltezeiten von 15 bis 30 Minuten und wird heute in kontinuierlichen Anlagen kaum noch eingesetzt. Marktbestimmend ist die Hochpasteurisierung (HTST, High Temperature Short Time) mit Temperaturen um 72 bis 75 Grad Celsius bei Haltezeiten von 15 bis 30 Sekunden. Für empfindlichere Produkte wie Fruchtsäfte mit niedrigem pH-Wert ist häufig eine angepasste Parameterführung erforderlich, da der saure Milieu bereits das Keimwachstum hemmt und damit geringere thermische Lasten ausreichen.
