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`Food Preservation 1 
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`Johannes Kramer is a professor for agricultural and food microbiology at the University of Bonn.
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`The German Library - CIP Record
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`Kramer, Johannes:
`Food Microbiology: 46 tables / Johannes Kramer. -
`3rd, reworked and extended edition - Stuttgart: Ulmer, 1997
`(UTB für Wissenschaft [UTB for Science]: Uni-Taschenbücher; 1421)
`ISBN 3-8252-1421-4 (UTB)
`ISBN 3-8001-2715-6 (Ulmer)
`
`
`This work, including all its parts, is protected by copyrights. Any use beyond the strict limitations
`provided by the copyrights without approval by the publisher is illegal and punishable. This applies in
`particular to photocopying, translating, microfilming and storing and processing in electronic systems.
`
` ©
`
` 1987, 1997 Eugen Ulmer GmbH & Co.
`[illegible] 41, 70599 Stuttgart (Hohenheim)
`Printed in Germany
`Cover design: Alfred Krugmann, Freiberg
`Editing: Dr. Steffen Volk
`Production: Gabriele Wieczorek
`Typesetting: Satzstudio Spath GmbH, Birenbach
`Printing and binding: Friedrich Pustet, Regensburg
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`ISBN 3-8252-1421-4 (UTB order number)
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`p. E1
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`164 Food Preservation 
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`[sentence cut off] indirect method, i.e. more than four times as much as in the direct method. Regardless,
`the indirect heating method prevails for economic reasons, since this method provides for a much better
`heat recovery than the direct method.
`
`Sterilization of the Packaging Materials
`
`Sterile foods are predominantly packaged in cans or paperboard containers. The material of the cans is
`predominantly thermoplastic synthetic materials with an oxygen permeability that is as low as possible,
`while the paperboard packaging is generally comprised of multi-layer sheets (Fig. 51). The multi-layer
`sheets
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`Outside
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`Polyethylene
`Printing Ink
`Paper
`Polyethylene
`Aluminum
`Polyethylene
`
`
`Inside
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`Fig. 51: Structure of paperboard materials for aseptic packaging (TETRA-Brik-Aseptic machines).
`
`are comprised of a paperboard layer which makes up around 70% of the packaging and which ensures its
`stability, as well as a gas-proof (air-proof) barrier layer made from aluminum. The foil is covered on the
`inside and outside with water- and chemical-proof synthetic materials (polyethylene) which are also
`microorganism-impermeable. Lamination is inserted between the sheet layers, which holds the layers
`together. Pressing two polyethylene coated paperboards on each other at high pressure and high
`temperature results in a microorganism-proof combination (sealing) of the packaging.
`During their production, the sheets are extruded from heated granulate materials (extrusion). The
`high processing temperature during the extrusion has a germ killing effect which, however, cannot be
`precisely defined. The targeted sterilization is usually done using hydrogen peroxide which is used in a
`concentration of 30 to 40% at a temperature of at least 70 to 80°C. In comparison to many other germ
`killing substances, H202 has the advantage that it degenerates into residue-free H20 and oxygen. If the
`packaging is to be filled with sterile foods with a pH-value of above 4.5 and if the foods are to be
`preserved for a longer time span at room temperatures (e.g. UHT milk), then the germ killing effect on the
`inside of the packaging shall be 6 log cycles (6 D) for the Bacillus subtilis which spoils foods and 12 D
`for the food-poisoning Clostridium botulinum. Even at high H202 concentrations, the germ killing effect
`required can only be achieved using increased processing temperatures and maintaining longer exposure
`times, or through repeated H202 treatment.
`
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`
`p. E2
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` 
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`Food Preservation 165 
`
`The type of H202 used depends on the technology of the packaging machine. For machines
`working with packaging materials on rolls (e.g. the Tetrapak® system), the immersion bath technology is
`predominantly used. The packaging material, which is delivered on a roll, is pulled through a hot, 30 to
`40% H202 solution. The remaining H202 is then squeezed off through a roll and subsequently blown clear
`using sterile air. If a cold H202 solution is used, then hot air is used for the purpose of drying.
`Other systems which use prefabricated packaging (e.g. the Combibloc® system) predominantly employ
`spraying processes. The packaging is heated by blowing in hot air, then finely dispersed H202 steam is
`sprayed which is subsequently blown out again using hot air. This process is repeated several times in
`order to achieve a sufficient germ killing effect. The use of ultrasound in the spray head significantly
`decreases the droplet size of the H202 steam. The reduction of the droplet size increases the covering
`density of H202 on the hydrophobic synthetic surface and thus the probability that the hydrogen peroxide
`reaches the microorganisms on the packaging. The covering density is also increased by electrically
`charging the droplets in the spray head and by applying an electrical field between the spray head and a
`counter electrode which is placed around the can.
`
`Filling in Aseptic Conditions
`Heat-sterilized food must be filled into the pre-sterilized packaging in aseptic conditions. The filling
`section, which is separate from the other machinery, therefore must be decontaminated before the filling
`starts, which can be done by, for example, blowing in hot air or spraying hydrogen peroxide or a
`hydrogen peroxide / peracetic acid solution. The filler must be cleaned with great care before each new
`work process and be made germ free, for example, by using superheated steam.
`
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`p. E3
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`166 Food Preservation 
` 
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`Protection from food poisoning (weakly acid canned goods). Clostridium botulinum type A or type B
`with an assumed D121.1 value of 0.21 is considered the reference germ. To achieve sufficient safety it is
`required that the number of Clostridium botulinum spores must be reduced by the heating process by 12
`orders of magnitude (12 D concept). If one assumes, for example, an initial germ content of 1012 spores
`per container, no more spores may be present after sterilization:
`
`p. E4
`
`

`

`CERTIFICATE!DECLARATlON OFTRANSLAT!ON
`
`'
`
`: '
`
`'
`
`I, Christine Drake, hereby declare and state the following:
`
`·I am well acquainted with the English and German languages and have in the past
`translated numerous English/German documents of legal and/or technical content
`
`The attached English document is, to the best of my knowledge and bel\ef,a true and
`accurate English translation of the attached German docmnent "Kramer".
`
`All statements made in this CERTIFICATE/DECLARATION OF TRANSLATION of
`my own know ledg~ are true and all statements made on information and belief are believed to be
`true. My statements in this CERTIFICATE/DECLARATION OF TRANSLATION were made
`with the knowledge that willful false statements and the .like are pnnishable by fine or
`imprisonment, or both (18 U.S. C. 1001).
`·
`
`Date: !1/-:J.AR/ 2tn 3.
`
`Signature:_._ CUu ~h
`
`'·
`
`·""'·--
`
`p. E5
`
`

`

`      
`
`Johannes Kramer isl Professor flir Landwirrscll?.ftlicbe
`Lllld l.ebensmiucJ-Mikrohiologie an der Universif<it Bcmn.
`
`~Deutsche Bibltothek- CIP-Einheicsanfnahmc.
`
`~.Johltnnes:
`Lebms:mittcl·Mikrabiologic : 46 Tabcllen/ Johannes Kdimer. -
`~--~-lind em.Aufl. '-SMtgatl:,Uimer,J99T.", .
`.
`~"TB illrWissenscbafr: Uni-Tas.chenbUcher: A21)
`lSilN 3-8252-142 1-4 (liTB)
`ISSN 3·8001-27!5-5 (Ulm:r)
`
`1
`
`D:n Wc:rtc t'iru.l:blicCJich aller seiner Teile i~"t urhebet:rcchtlich ge:;:~:h.Dtzt. Jede
`Y~mung :~ulkrhalb der engen G'enzca des Urhe.be.m:chlsgewttc.< ist ohne
`z...til1lllltlflg des Verlages unzul~ssig nnd ~crafusr. Das gilt insbesondere fur
`\mld~ltigun;e~. Obersetzungen, Mikrovet1ilmllngen und die Einspeiche(cid:173)
`~ uod Ver.u~iLung in clektroni.schcn S~'$teme11.
`
`~ 19S7. 1997 Eu2CD Ulmer GmbH & Co.
`~-g -H. '10599 Stuttga rt (Ho11enhejrn)
`~itiGerman)'
`~ali.UIIg; Alfred Krugmann, Freiberg
`~:Ow-. Sleflcfi Volk
`~2: G;Wride Wiec7.orek
`$:au: ~lo Spa[h GmbH. Birenhach
`~t ""'d Binclungc Friedrich Pustel, Rege~1~l>urg
`
`f:SBN 3-8252-142{-4 CUfB-Bestclln\lmmer)
`
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` 
`
`p. E6
`
`

`

`164 Haltbarmachung von Lebensmitteln
`
`indirekten Verfahren z.B. mehr als viermal groBer als im direkten
`Verfahren. Trotzdem hat sich die indirekte Erhitzung aus wirtschaftli(cid:173)
`chen Grunden durchgesetzt, da bei diesem Verfahren die Wlimleriick(cid:173)
`gewinnung wesentlich giinstiger als beim direkten Vcrfahren ist.
`
`Sterilisation des Verpackungsmaterials
`Die sterilen Lebensmittel werden vorwiegend im Becher oder im Kat(cid:173)
`ton verpackt. Das Material fUr die Becher besteht aus thermoformba(cid:173)
`rem Kunststoff mit einer moglichst geringen Sauerstoffdurchllissig(cid:173)
`keit. wiihrend es sich bei der Kartonverpackung in der Regel urn
`Mehrschichtenfolien handelt (Abb. 51). Die Mehrschichtenfolien
`
`l
`l
`
`Au Ben
`
`I
`
`Polyethylen
`Druckfarbe
`
`(-' --- Papler
`
`- - - Polyethylen
`Aluminium
`Polyethylen
`
`lnnen
`Abb. 51. Aufbau des Kartonmaterials fiir die Aseptikverpackung. (TETRA-Brik(cid:173)
`Aseptic-Maschinen).
`
`bestehen aus einer Kartonschicht, die etwa 70% der Verpackung aus(cid:173)
`macht und
`fUr die Stabilit!it verrunwortlich
`ist, und einer
`Gas(Luft)sperrschicht aus Aluminium. Innen und aufien ist die Folie
`mit wasser- und chemikalienfestem sowie mikroorganismenundurch(cid:173)
`Jassigem KwlStstoff (Polyethylen) beschichtet. Zwischen den Folien(cid:173)
`schichten befindet sich die Kaschierung, die fiir den Zusammenhalt
`der Schichten verantwortlich ist. Werden zwei mit Polyethylen
`beschichtete Kartons mit hohem Druck und hoher Thmperatur aufein(cid:173)
`andergeprellt, kommt es zu einer mikroorganismendichten Ver(cid:173)
`schmelzung (Versiegelung) der Verpackung.
`Die Folien werden bei ihrer Herstellung aus erhitztem Granulat
`gezogen (Extrusion). Die hohe Verarbeitungstemperatur bei der
`Extrusion bewirkt bereits einen nicht genau definierbaren Keimab!O(cid:173)
`tungseffekt. Die gezielte Sterilisation erfolgt iiberwiegend mit Was(cid:173)
`serstoffperoxid, das in 30- bis 40%iger Konzentration bei Tempera(cid:173)
`turen von mindestens 70 bis 80 oc eingesetzt wird. Im Vergleich zu
`vielen anderen kein1Teduzierenden Substanzen hat H20 2 den Vorteil,
`
`Hitzebehandlung 165
`
`ruckstandsfrei in H20 und Sauerstoff zu zerfallen. Fiir die Abflillung
`steriler Lebensmittel mit einem pH-Wert iiber pH 4,5, die bei Zim(cid:173)
`mertemperatur langere Zeit haltbar sein so lien (z. B. UHT-Milch), soli
`der Keimabtotungseffekt auf der Packungsinnenflli.che 6 Zehnerpo(cid:173)
`tenzen (6 D) fUr den Verderbniserreger Bacillus sub til is und 12 D flir
`den Lebensmittelvergifter Clostridium botulinum betragen. Die vor(cid:173)
`geschriebene K.eirnreduktion ist auch durch hohe Konzentrationen an
`H20 2 nur mit Hilfe erhohter Arbeitstemperaturen und durch Einhal(cid:173)
`tung liingerer Einwirkungszeiten oder durch mehimalige HP2-Ein(cid:173)
`wirkung zu erreichen.
`Die Art des H20 2-Einsatzes richtet sich nach der Technologic der
`Verpackungsmaschine. Bei Maschinen, die mit Packmaterial von
`der Rolle arbeiten (z.B. System Tetrapak®) wird vorwiegend das
`Tauchbadverfahren eingesetzt. Das in einer Rolle gelieferte Packma(cid:173)
`terial wird durch die heil3e 30- bis 40%ige H20 2-L6sung gezogen. Das
`noch anhaftende H20 2 wird durch Quetschrollen abgedriickt und
`anschlieBend durch Sterilluft abgeblasen. Bei Einsatz einer kalten
`H20 2-Losung wird mit heiBer Luft getrocknet.
`Andere Systeme, bei denen vorgefertigte Packungen verwendet
`werden (z.B. System Combibloc®), aibeiten vorwiegend mit Sprlih(cid:173)
`verfahren. In die durch Einblasen von heiBer Luft erhitzten Packun(cid:173)
`gen werden fein zerstiiubte H20rD!impfe gespriiht, die durch heiBe
`Luft wieder ausgeblasen werden. Urn einen ausreichenden Abm(cid:173)
`tungseffekt zu erreichen, wird der Vorgang mehrmals wiederholt.
`Durch Einsatz von Ultraschall im Spriihkopf wird die 'fropfchengr(}Be
`des H20 2-Dampfes deutlich verkleinert. Mit der Verkleinerung der
`TropfchengroBe steigt die Belegungsdichte des H20 2 auf der hydro(cid:173)
`phoben Kunststoffoberflache und damit die Wahrscheinlichkeit, daB
`die Mikroorganismen auf der Packung vom Wasserstoffperoxid
`erreicht werden. Die Belegungsdichte wird zuslitzlich durch elektri(cid:173)
`sche Aufladung der Tropfchen im Spriihkopf und durch das Anlegen
`eines elektrischen Feldes zwischen Spriihkopf und einer den Becher
`umgreifenden Gegenelektrode gesteigert.
`
`' l
`
`Abfiillung unter aseptischen Bedingungen
`Die hitzesterilisierten Lebensrnittel miissen Wlter aseptischen Bedin(cid:173)
`gungen in die vorsterilisierten Packungen geftillt werden. Der von
`dem iibrigen Maschinenteil abgeteilte Abflillbereich mull deshalb vor
`Beginn der Abfiillung z. B. durch das Einblasen von HeiBluft oder
`durch das Einspriihen von Wasserstoffperoxid bzw. einer Wasserstoff(cid:173)
`peroxid/Peressigsiiure-Losung dekontaminiert werden. Besonders
`sorgf!iltig mull der FUller vor jedem neuen Arbeitsgang gereinigt und
`z. B. mit gespanntem Dampf keimfrei gemacht werden.
`
`p. E7
`
`

`

`152 Haltbarmachung von Lebensmitteln
`
`Hitzeeinwirkung bei einer bestimmten Temperatur auf eine Mikroor(cid:173)
`ganismen-Population mit definierter Hitzeresistenz an. Er wird ausge(cid:173)
`driickt als Bruchteil des Abtotungseffektes, der wahrend einer ein(cid:173)
`miniitigen Einwirkung von 121,1 "C auftreten wiirde. Die Beziehung
`zwischen der gemessenen Temperatur T und dem L-Wert 1autet dem(cid:173)
`nach:
`L= Io-.-
`
`T-121,1
`
`Zur Berecbnung des Sterilisationseffektes wird der L-Wert fiirdie ver(cid:173)
`schiedenen Tempemturen aus Tabellen entnommen, die in der Regel
`voneinemz-Wertvon IOausgehen. Bei 121,1 "Cistdefinitionsgema13
`L = 1, bei 10 l,l "C ist L = 0,0 I , bei Ill , l "C L = 0, l und bei 131, 1 "C
`L= 10.
`Wahrend einer Sterilisation steigt die Temperatur im Fiillgut Iang(cid:173)
`sam bis auf die Autoklaventemperatur an (Steigzeit), wird eine
`bestirnmte Zeit bei diesem Wert gehalten (Haltezeit) und fallt nach der
`einsetzenden Kiiblung verzogert wieder ab. Nicht nur die wlihrend der
`Haltezeit einwirkende Temperatur, sondern aile abtOtenden Tempera(cid:173)
`turen haben dnen vom z-Wert abhiingigen Letalitii.tswert (Abb. 45).
`Jedem zu ein'em bestimmten Zeitpunkt gemessenen Temperaturwert
`kann bei ei.nem gegebenen z-Wert ein L-Wert zugeordnet werden. Die
`Summe aller L-Werte gibt den eigentlichen letalen Effekt an, der
`wahrend des gesamten Erhitzungsvorganges auf die Mikroorganismen
`einwirkt. Diesen Wert bezeichnet man als F.-Wert. Im einfachsten
`Fall wird der F.-Wert durch Addition der L-Werte bestimmt, die der
`von Minute zu Minute gemessenen Temperatur entsprechen (:EL = F0
`In modernen Anlagen berechnet ein Mikroprozessor aus dem Tempe(cid:173)
`raturverlauf den F.-Welt und steuert damit den Erhitzungsproze8.
`Entsprechend der Defmition des L-Wertes gibt der F0-Wert die
`Anzahl der Minuten an, in denen bei 121,1 "C (= 250"F) ein letaler
`Effekt erreicht wird, der der Sum me der Jetalen Effekte wahrend des
`gesamten Sterilisationsvorganges i!quivalent ist. Ein F0-Wert von 5
`bedeutet demnach, daB auf das Ftil1gut wah rend des Sterilisationspro(cid:173)
`zesses insgesamt cine Warmemenge eingewirkt hat, die der Erhitzung
`auf 121.1 "C filr die Dauer von 5 Minuten iiquiva!ent ist. Da der
`F0-Wert von dem z-Wert abhii.ngt, muB dieser Wert bei der
`F0-Wert-Angabe eines Sterilisationsprozesses immer mit angegeben
`werden. Der F .. -Wert, der an der ungUnstigsten Stelle des Lebensmit(cid:173)
`tels (i.d.R. im Zentrum) gemessen wird, wird auch als Fc·Wert
`bezeiclmet. Werden in die F.-Wert-Berechnung aile giinstigen und
`ungtinstigen Bereiche des Filllgutes mit einbezogen, erhiilt man den
`mit F.-Wert bezeichneten integralen Abtt>tungseffekt.
`
`).
`
`Hitzebehandlung
`
`153
`
`L-Wert Fa-Wert
`1,0
`
`~ 7
`~ 6
`~ 5
`
`~ 4
`
`~ 0,6
`
`0,6
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`'"' "
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`~ 02
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`I /.
`
`Autoklaventemperatur
`
`121 "C
`
`~
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`~
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`:0
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`KOhlbeglnn
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`>(""'_.1_.
`
`L-Wert
`
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`Kemtemperatur
`
`\
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`..---"'
`I
`,...-::_.. ,
`20
`
`60 I
`10
`
`,
`
`30
`
`40
`Erhltzungszelt (min)
`
`Abb. 45. Ver'dnderung der Kemtemperarur und Verlauf der Letalitiltskurve
`wllhrend der Sterilisiemng einer Suppenkonserve (400 ml Weillblechdose).
`
`Zur Ermittlung der Zeit in Minuten, die notwendig ist bei 121 "C
`einen bestimmten Abtotungseffekt zu erreichen (=F.), kann entspre(cid:173)
`chend der Definition des D- und F-Wertes bei konstanter Thmperatur
`(siehe oben) auch folgende Beziehung verwendet werden:
`t = D (log a -log b)= F0
`D = angenommene Hitzeresistenz eines Leitkeimes
`a = Anfangskeimgehalt im Behaltnis
`b = angestrebter Keimgehalt nach Sterilisation im Behiiltnis
`
`Schutz vor Lebensmittelvergiftungen (schwach saure Konserven).
`Als Leitkeim gilt Clostridium botulinum Typ A oder B mit einem
`angenommenen D121 .1-Wert von 0,21. Urn eine ausreichende Sicher(cid:173)
`heit zu erreichen, wird geforderl, daB die A.nzahl der Clostridium
`botulinJtm-Sporen durch den ErhitzungsprozeB urn 12 Zehnerpoten(cid:173)
`zen reduziert werden muB ( 12-D-Konzept). Nimmt man z. B. einen
`Anfangskeimgehalt von 1012 Sporen je Behliltuis an, so diirfen nach
`der Sterilisation keine Sporen mehr vorhanden sein:
`
`~
`l
`
`p. E8
`
`