Gase spielen eine wichtige Rolle in der Lebensmittelindustrie. Von der Verpackung bis zur Lagerung von Ernteerzeugnissen – sie werden eingesetzt, um Frische zu bewahren und die Haltbarkeit zu verlängern. So werden Qualität und Sicherheit von Lebensmitteln auf dem Weg vom Feld zum Verbraucher gewährleistet. Eine entscheidende Methode dabei ist die Nutzung von Gasen wie Stickstoff und Kohlendioxid.
Stickstoff
Stickstoff (N₂) ist als farb- und geruchloses Gas ideal geeignet für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie. Bei der Gefriertrocknung wird Stickstoff als Kühlmittel verwendet. Lebensmittel werden zunächst eingefroren und dann unter Vakuum getrocknet. Auf diese Weise schützt Stickstoff das Produkt vor Oxidation. Gefriergetrocknete Lebensmittel wie Früchte oder Instantkaffee behalten so ihre Nährstoffe und ihren Geschmack. In der EU darf Stickstoff für alle Lebensmittel verwendet werden.
Lebensmittelsicherheit durch das MAP-Verfahren
Stickstoff macht etwa 78 Prozent der Erdatmosphäre aus und wird aufgrund seiner Inertheit (es besteht also kaum chemische Reaktivität) besonders geschätzt. Insbesondere für die sogenannte Verpackung unter Schutzatmosphäre (“Modified Atmosphere Packaging”, MAP) ist diese Eigenschaft von Vorteil. Bei der MAP-Methode wird die natürliche Luft in einer Verpackung durch eine speziell zusammengesetzte Gasatmosphäre ersetzt. Die sogenannten Packgase halten Lebensmittel ohne Konservierungsstoffe frisch. Zu den Packgasen zählen neben Stickstoff auch Argon, Helium, Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlendioxid.
CO₂ und N₂ als Wächter der Frische
Stickstoff und Kohlendioxid werden hauptsächlich für die MAP-Verfahren verwendet, weil sie Oxidation und das Wachstum aerober Mikroorganismen verhindern. Typische Produkte, die durch MAP mit Stickstoff, Kohlendioxid oder einem Gemisch aus beiden geschützt werden, sind z. B.:
- Fleisch
- Fisch und Meeresfrüchte
- Käse
- Backwaren
- Gemüse wie Salat
Nicht geeignet ist die Anwendung von Stickstoff als Konservierungsmethode für sehr wasserhaltige sowie fettige Lebensmittel. Auch für Nahrungsmittel, die ohne Sauerstoff an Qualität verlieren, ist Stickstoff ungeeignet. Beispiele hierfür sind:
- frisches Obst und Gemüse
- Produkte mit hohem Fettgehalt, wie z.B. mit Öl überzogene Nüsse
Kohlendioxid
Kohlendioxid (CO₂) ist leicht sauer und hemmt das Wachstum von Bakterien und Schimmelpilzen. Das ist besonders nützlich für die Konservierung leicht verderblicher Lebensmittel. Nimmt man Fisch und Fleisch unter die Lupe, kann man erkennen, dass sich die Vermehrung von hygienisch relevanten Keimen verlangsamt und sich die Haltbarkeit der Produkte verlängert.
Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich von Kohlendioxid ist die Karbonisierung von Getränken. Bei der Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken wie Limonade, Bier und Sekt wird CO₂ in die Flüssigkeit eingeleitet. Das sorgt nicht nur für den spritzigen Geschmack, sondern dient auch als Konservierungsmittel. Kohlendioxid senkt den pH-Wert des Getränks und schafft so eine Umgebung, in der Mikroorganismen schwer überleben können.
Von der Ernte bis zur Lagerung: Gase in der Praxis
Kohlendioxid und Stickstoff spielen eine entscheidende Rolle in der Kühlkette von Lebensmitteln, indem sie das mikrobiologische Wachstum und die Entstehung von Schimmelpilzen verlangsamen. Diese Gase werden unmittelbar nach der Ernte, bei der Lagerung und während des Transports von Lebensmitteln eingesetzt.
Lagerung
Stickstoff wird bei der Lagerung von Obst, Gemüse, Getreide und Hülsenfrüchten eingesetzt, um eine Oxidation und mikrobielles Wachstum zu verhindern sowie den Reifungsprozess der Lebensmittel zu verlangsamen. Für Getreide und Hülsenfrüchte wird die Luft in hermetisch abgeschlossenen Silos oder Behältern durch den Einsatz von Stickstoff in ein sauerstoffarmes Umfeld verwandelt, in dem Insekten und Pilze nicht überleben können.
Kohlendioxid wird bevorzugt für den Erhalt von Fisch und Meeresfrüchten eingesetzt. Hier sorgt eine CO₂-reiche Atmosphäre dafür, dass die Produkte länger frisch bleiben und ihren Geruch und Geschmack behalten. Dies ist besonders wichtig für die Sicherheit von rohem Fisch, der oft über lange Strecken transportiert wird.
Transport
Bei Kühltransporten wird häufig flüssiger Stickstoff verwendet. Diese umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen dieselbetriebenen Kältemaschinen wird in einem isolierten Spezialtank am Kühlfahrzeug gelagert. Der Stickstoff wird von dort zu einem Wärmetauscher auf der Ladefläche geleitet, wo er verdampft und so die transportierten Waren kühlt.
Kohlendioxid wird bei Kühltransporten meist in fester Form verwendet – es handelt sich dabei um Trockeneis. Kohlendioxid muss auch als Trockeneis in isolierten, aber belüfteten Behältern gelagert werden, um Überdruck zu vermeiden. Gleiches gilt bei flüssigem Stickstoff als wichtigen Garanten für den Erhalt von leicht verderblichen Produkten.
Innovationen und Zukunftsperspektiven
Technologien zur Nutzung von Packgasen entwickeln sich ständig weiter. Neue Methoden werden erforscht, um die Effizienz und Nachhaltigkeit dieser Verfahren zu verbessern. Beispielsweise wird an der Nutzung von Gasgemischen gearbeitet, die aus biogenen Quellen stammen, um den CO₂-Fußabdruck zu reduzieren.
Auch das Green Lab an der TU Berlin beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung von energieeffizienten Ultratiefkühlern. Denn Kühl- und Gefrierschränke in Laboren frieren Proben (auch für die Lebensmittelforschung) effektiv ein, erfordern aber einen hohen Aufwand an Strom, Kosten, Stickstoff und Kohlendioxid.
CO₂ und N₂ – Garanten für die Lebensmittelkonservierung
In der Lebensmittelkonservierung ist die Rolle von Gasen wie Stickstoff und Kohlendioxid unverzichtbar. Die effiziente Nutzung von bereits vorhandenen Methoden und die Erforschung neuer Alternativen können die Verschwendung von Lebensmitteln reduzieren. Die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich versprechen weiterhin spannende Innovationen, die unsere Ernährungssysteme noch effizienter und nachhaltiger machen.
Über den Autor:
Lukas Ritter ist erfahrener technischer Vertriebsmitarbeiter für Lebensmittel und Umwelt bei Messer Austria. Er konzentriert sich auf innovative Lösungen sowie Prozessoptimierungen in diesen Bereichen.