Einfluss alternativer Pökelverfahren auf technologische, mikrobiologische und physikalische Parameter von Fleischwaren
Das Verbraucherinteresse an natürlich erzeugten Produkten sowie an bewusster Ernährung steigt stetig an. Hier erfahren Produkte besondere Aufmerksamkeit, welche ohne künstliche Zusatzstoffe auskommen und von den Herstellern in einem „Clean Label“-Marketing beworben werden. In der Herstellung von Fleischerzeugnissen ist hierbei der Ersatz bzw. die Reduzierung von Nitritpökelsalz von besonderem Interesse, da dieses aufgrund einer möglichen Bildung von potenziell kancerogenen Nitrosaminen bei Erhitzungsprozessen zur Diskussion steht. In der Brühwurstherstellung haben sich diverse alternative Herstellungsverfahren etabliert, welche die Zugabe synthetischen Nitrits ersetzen und zu ähnlichen Produktmerkmalen führen, wie konventionell gepökelte Produkte. Hierbei wurde auch festgestellt, dass diese Produkte geringere Restnitritgehalte gegenüber traditionellen Varianten haben können, was mit einem vermeintlich gesundheitlichen Nutzen in Verbindung gebracht wird. Ein alternatives Herstellungsverfahren sieht hier vor, synthetisch hergestelltes Nitritpökelsalz bei der Brühwurstherstellung durch nitrathaltige pflanzliche Extrakte in Kombination mit nitratreduzierenden Starterkulturen und einer Inkubationsphase zu ersetzen. Während dieser Inkubationsphase wird Nitrit gebildet, welches zur Ausbildung bekannter Charakteristika von gepökelten Produkten führt. Als problematisch hat sich hierbei erwiesen, dass die Eingangsmengen an Nitrat bzw. die gebildeten Mengen an Nitrit häufig nicht erfasst bzw. quantifiziert werden konnten. Im Rahmen dieser Arbeit sollte untersucht werden, ob Brühwurstprodukte mit einem angepassten Nitrateingang aus pflanzlichen Quellen an typische Nitritgehalte eines konventionellen NPS (0,5 % NaNO2) tatsächlich geringere Restnitritgehalte aufweisen können und ob ähnliche Qualitätscharakteristika hiermit zu erzeugen sind, wie sie typische Brühwursterzeugnisse entsprechender Kategorie aufweisen. Als pflanzliche Nitratquellen wurden ein Rote-Bete-Extrakt mit geringerem Nitratgehalt und starker Eigenfärbung sowie ein Mangoldsaft-Extrakt mit hohem Nitratgehalt untersucht. Ergänzend dazu wurde eine Vergleichsvariante mit synthetischer Nitratquelle sowie eine Positivkontrolle mit NPS und eine Negativkontrolle mit Kochsalz hergestellt und untersucht. Der Versuchsaufbau wurde in eine In-vitro-Einheit, in der die Inkubationsprozesse sowie die Reduzierung von Nitrat zu Nitrit näher untersucht wurden, und eine Produktionseinheit, in der Brühwürstchen nach Frankfurter Art erzeugt und deren Lagerungseigenschaften sowie sensorische Akzeptanz näher untersucht worden sind, eingeteilt. Die Untersuchungen des Inkubationsprozesses ergaben, dass bei 38 °C ein Zeitraum von 150 min notwendig war, um den mikrobiellen Reduktionsprozess unabhängig von der vorhandenen Nitratquelle abzuschließen. Die verbleibenden Restnitritgehalte zeigten in diesem Versuchsabschnitt tendenziell niedrigere Werte im Vergleich zur NPS-Kontrolle, allerdings waren die Differenzen geringfügig und statistisch nicht signifikant. Ergänzend konnte hier gezeigt werden, dass die mit NPS hergestellte Variante nach der Garung die höchsten Nitratkonzentrationen aufwies. Während der Inkubationsphase dominierten die zugesetzten Starterkulturen in Form von Staphylococcus carnosus (Bactoferm CS-300®, Chr. Hansen GmbH). Hier konnte gezeigt werden, dass der natürliche Gehalt an Milchsäurebakterien abnahm, wenn Starterkulturen zugesetzt wurden, und angestiegen ist, wenn sie nicht zugegeben worden sind. Untersuchungen auf Pseudomonas spp. ließen eine geringfügige Abnahme erkennen, unabhängig davon, ob Starterkulturen vorhanden waren. Die Gesamtkeimzahl der Proben wurde maßgeblich durch die Starterkulturen bestimmt und zeigte in Parallelität zu den Untersuchungen auf Staphylococcus. spp. ein Anstieg um ca. 1 log10 während der Inkubationsphase. Die physikochemischen Untersuchungen ergaben, dass Mangoldsaft-Extrakt sowie synthetisches Nitrat gut geeignet sind, um ähnliche Farbergebnisse der Brühwurstmasse zu erzielen, wie die Positivkontrolle mit NPS. Der Rote-Bete-Extrakt überdeckte in dieser benötigten Menge mit seinen Farbpartikeln den kompletten Charakter des Brätes. Die pH- und aw-Werte zeigten bei den alternativ gepökelten Varianten teilweise geringfügig niedrigere Messwerte. Die aus den In-vitro-Untersuchungen ermittelten Erkenntnisse zur benötigten Inkubationszeit wurden in der Produktionseinheit von Brühwürstchen nach Frankfurter Art angewandt. Die hieraus entstandenen Produkte zeigten in vielen Parametern weitgehende Parallelität zu den vorhergehenden In-vitro-Untersuchungen. Es konnte erneut gezeigt werden, dass die Nitrit- und Nitratgehalte alternativ gepökelter Produkte auch hier Tendenzen zu niedrigeren Restnitritgehalten aufwiesen, dies aber ebenfalls ohne statistische Bestätigung. Die Würstchen wurden über einen Lagerungszeitraum von 42 Tagen bei 4 °C auf ihre Haltbarkeit und Qualitätsparameter untersucht. Hierbei ließ sich erkennen, dass die Farbausbildungen mit Mangoldsaft-Extrakt sowie synthetischem Nitrat zu typischem Pökelcharakter führten. Der Räuchervorgang führte nochmals zu einer charakteristischen Farbgebung auf der Oberfläche der Produkte. Die mikrobiologischen Untersuchungen konnten zeigen, dass der Garungsschritt der Produkte ausreichend ist, um die zugesetzten Starterkulturen sowie die Begleitflora sicher abzutöten. Daraus ist zu folgern, dass eine mögliche Rekontamination maßgebliche Bedeutung für die Haltbarkeit dieser Produkte hat. Die verschiedenen Varianten zeigten hierbei unterschiedlich starke inhibitorische Eigenschaften. Stärkste keimhemmende Wirkung zeigte die Variante mit NPS, geringere Hemmung konnte bei den alternativ gepökelten Varianten ermittelt werden und die geringsten inhibitorischen Eigenschaften wurden bei der mit Kochsalz hergestellten Negativkontrolle ermittelt, allerdings fehlten hier auch Nitrit und Räucherung als antimikrobielle Hürden. Im Rahmen der physikochemischen Untersuchungen konnten bei den alternativ gepökelten Varianten geringfügig niedrigere pH-Werte ermittelt werden. Außerdem konnte dargestellt werden, dass durch die Inkubation und Räucherung die aw-Werte verringert worden sind. Die instrumentelle Texturprofilanalyse zeigte lediglich Differenzen zwischen den geräucherten und ungeräucherten Varianten und ergab in allen Varianten über den Lagerungszeitraum weitgehende Konstanz der Messwerte. Die sensorischen Untersuchungen in Anlehnung an die DLG-Methode „Beschreibende sensorische Prüfung mit integrierter Bewertung“ ließen eine grundlegende zu erwartende Verbraucherakzeptanz bei den Varianten mit Mangoldsaft-Extrakt und synthetischem Nitrat erkennen. Größte Abweichungen von den Erwartungen zeigte die mit Rote-Bete-Extrakt hergestellte Variante. Eher unschlüssiges Verhalten zeigten die Prüfpersonen gegenüber der ungepökelten Variante, höchste Bewertungen erzielte die traditionell mit NPS hergestellte Variante.
Consumer interest in naturally produced products and conscious nutrition is steadily increasing. Within this group, products that do not contain artificial additives and that are promoted by the manufacturers in "clean label" marketing receive special attention. In the production of meat products, the replacement of or reduction in nitrite curing salt is of particular interest, as this is under discussion due to the possible formation of potentially carcinogenic nitrosamines when heated. In the production of cooked sausages, various alternative production processes have been established that replace the addition of synthetic nitrite and lead to similar product characteristics to conventionally cured products. It was also found that these products might have lower residual nitrite levels than traditional variants, from which there would be a health benefit. An alternative production method is to replace synthetically produced nitrite curing salt with vegetable extracts containing nitrates in combination with nitrate-reducing starter cultures and an incubation period. During this incubation period, nitrite is formed, which leads to the formation of well-known characteristics of cured products. It has proved to be problematic here that the input quantities of nitrate or the quantities of formed nitrite could often not be recorded or quantified. The aim of this study was to investigate whether cooked sausage products with an adjusted nitrate input from vegetable sources to typical nitrite contents of a conventional nitrite curing salt (0.5 % NaNO2) can actually have lower residual nitrite contents, and whether quality characteristics similar to those of typical cooked sausage products of the corresponding category can be produced with this. As vegetable nitrate sources, a red beet extract with a lower nitrate content and its own colour components and a Swiss chard juice extract with a high nitrate content were investigated. In addition, a comparative variant with a synthetic nitrate source as well as a positive control with nitrite curing salt and a negative control with cooking salt are produced and examined. The experimental set-up was divided into an in-vitro unit, in which the incubation processes and the reduction of nitrate to nitrite were investigated in more detail, and a production unit, in which Frankfurter-style cooked sausages were produced and their storage properties and sensory acceptance were investigated. The investigations of the incubation process showed that a period of 150 min was necessary at 38 °C to complete the microbial reduction process, regardless of the nitrate source present. The remaining residual nitrite contents tended to show lower values in this test section, but the differences were minor and thus could not be proved with statistical significance. In addition, it was shown that the variant produced with nitrite curing salt had the highest nitrate concentrations after cooking. During the incubation phase, the added starter cultures in the form of Staph. carnosus (Bactoferm CS-300®, Chr. Hansen GmbH) dominated. Here it could be shown that the natural content of lactic acid bacteria decreased when starter cultures were added and increased when they were not added. Tests for Pseudomonas spp. showed a slight decrease, regardless of whether starter cultures were present. The total bacterial count of the samples was largely determined by the starter cultures and showed an increase of approx. 1 log10 during the incubation phase in parallel with the tests for Staphylococcus spp.
The physical investigations showed that mangold juice extract as well as synthetic nitrate are well suited to achieve similar colour results of the scalded sausage mass as the positive control with nitrite. The beetroot extract in this required amount covered the complete character of the sausage meat with its colour particles. The pH and aw values showed slightly lower measured values in some cases for the alternatively cured variants. The findings on the incubation time obtained from the in-vitro investigations were applied to the production unit of Frankfurter-style cooked sausages. The resulting products showed extensive parallelism to the previous in-vitro investigations in many parameters. It could again be shown that the nitrite and nitrate contents showed slight tendencies towards lower residual nitrite contents, but this was also not statistically confirmed. The sausages were tested for their shelf life and other quality parameters over a storage period of 42 days at 4 °C. It was found that the colouring with Swiss chard juice extract and synthetic nitrate led to typical curing characteristics. The smoking process again produced a characteristic colouring on the surface of the products. The microbiological investigations showed that the cooking step of the products was sufficient to reliably eliminate the added starter cultures as well as the accompanying flora. It can be concluded that recontamination is of decisive importance for the shelf life of these products. The different variants demonstrated different inhibitory properties. The strongest bacteria-inhibiting effect was shown by the variant with nitrite, lower inhibition could be determined with the alternatively cured variants, and the lowest inhibitory properties were determined with the negative control produced with cooking salt, whereby the microbial hurdles nitrite and smoking were missing here. Physicochemical measurements showed slightly lower pH values for the alternatively cured variants. Additionally, the incubation and smoking step reduced the aw values. The instrumental texture profile analysis only determined differences between the smoked and unsmoked variants and showed that the measured values were largely constant in all variants during the storage period. The sensory tests based on the DLG® method "Descriptive sensory testing with integrated evaluation" revealed an expected basic consumer acceptance for the variants with Swiss chard juice extract and synthetic nitrate. The variant made with red beet extract showed the largest deviations from expectations. The test persons were rather undecisive about the uncured variant, and the variant traditionally produced with nitrite achieved the highest ratings. Vegetable extracts with high nitrate content and low own colouring and flavouring components indicate good suitability to replace synthetic nitrite in the alternative production of cooked sausage products. Further research is needed on the growth of pathogenic microorganisms during production and storage and the establishment of different products with potentially better consumer acceptance.
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