Ultrahochtemperaturverarbeitung

Die Ultrahocherhitzung ( UHT ), auch Ultrahocherhitzung oder Ultrapasteurisierung genannt ^{[ 1 ],} ist ein Lebensmittelverarbeitungsverfahren , bei dem flüssige Lebensmittel durch Erhitzen auf über 140 °C (284 °F) – die Temperatur, die zur Abtötung bakterieller Endosporen erforderlich ist – für zwei bis fünf Sekunden sterilisiert werden . ^{[ 2 ]} UHT wird am häufigsten in der Milchproduktion eingesetzt, findet aber auch Anwendung bei Fruchtsäften, Sahne, Sojamilch, Joghurt, Wein, Suppen, Honig und Eintöpfen. ^{[ 3 ]} H-Milch wurde erstmals in den 1960er-Jahren entwickelt und war ab den 1970er-Jahren allgemein erhältlich. ^{[ 4 ]} Die bei der UHT-Behandlung eingesetzte Hitze kann zur Maillard-Reaktion führen und Geschmack und Geruch von Milchprodukten verändern. ^{[ 5 ]} Ein alternatives Verfahren ist die Kurzzeiterhitzung , bei der die Milch für mindestens 15 Sekunden auf 72 °C (162 °F) erhitzt wird.

UHT-Milch, verpackt in einem sterilen Behälter, ist ungekühlt typischerweise sechs bis neun Monate haltbar . Im Gegensatz dazu ist kurzzeiterhitzte Milch ab der Verarbeitung etwa zwei Wochen haltbar, ab Verkaufsbeginn etwa eine Woche. ^{[ 6 ]}

Die am häufigsten angewandte Methode zur Herstellung von sicherer und haltbarer Milch ist die Wärmebehandlung. Das erste System mit indirekter Erhitzung durch kontinuierlichen Dampfstrom (125 °C für 6 Minuten) wurde 1893 entwickelt. 1912 wurde ein Verfahren zur direkten Erhitzung durch kontinuierlichen Dampfstrom patentiert, bei dem Milch mit 130 bis 140 °C heißem Dampf vermischt wurde. Da jedoch keine aseptischen Verpackungssysteme für die Lagerung des Produkts im Handel erhältlich waren, war diese Technologie an sich wenig nützlich, und ihre Weiterentwicklung stagnierte bis in die 1950er-Jahre. 1953 entwickelte APV unter dem Markennamen Uperiser eine Dampfinjektionstechnologie, bei der Dampf durch eine speziell entwickelte Düse direkt eingespritzt wurde, wodurch die Produkttemperatur sofort anstieg; die Milch wurde in sterilen Dosen verpackt. In den 1960er-Jahren brachte APV unter dem Markennamen Palarisator das erste kommerzielle Dampfinfusionssystem auf den Markt. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

1952 brachte Tetra Pak in Schweden Tetraederkartons auf den Markt. Der kommerzielle Durchbruch gelang dem Unternehmen in den 1960er-Jahren durch technologische Fortschritte, die die Kartonmontage mit aseptischen Verpackungstechnologien kombinierten, gefolgt von einer internationalen Expansion. Bei der aseptischen Verarbeitung werden Produkt und Verpackung separat sterilisiert und anschließend in steriler Atmosphäre zusammengeführt und versiegelt. Dies steht im Gegensatz zur Konservenherstellung, bei der Produkt und Verpackung zuerst zusammengeführt und dann sterilisiert werden. ^{[ 9 ]}

1983 verabschiedete das britische Parlament den Importation of Milk Act 1983 , nachdem eine erfolgreiche Beschwerde vor dem Europäischen Gerichtshof die Regierung daran gehindert hatte, die Einfuhr von H-Milch zu verbieten. ^{[ 10 ]}

Im Juni 1993 führte Parmalat seine H-Milch in den USA ein. ^{[ 11 ]} Auf dem amerikanischen Markt sind Verbraucher besorgt über den Konsum von Milch, die nicht gekühlt geliefert wird, und zögern daher, diese zu kaufen. Um dem entgegenzuwirken, verkauft Parmalat seine H-Milch in altmodischen Verpackungen, die unnötigerweise im Kühlregal platziert werden. ^{[ 6 ]} H-Milch wird auch für viele Milchprodukte verwendet.

Im Jahr 2008 schlug die britische Regierung vor, bis 2020 neun von zehn Milchprodukten als H-Milch herzustellen ^{[ 12 ].} Sie ging davon aus, dass dies den Kühlbedarf deutlich senken und somit der Umwelt durch die Reduzierung von Treibhausgasemissionen zugutekommen würde ^{[ 13 ]} . Die Milchindustrie sprach sich jedoch dagegen aus, und der Vorschlag wurde verworfen.

Die Ultrahochtemperaturverarbeitung erfolgt in komplexen Produktionsanlagen, in denen mehrere Stufen der Lebensmittelverarbeitung und -verpackung automatisch und nacheinander durchgeführt werden: ^{[ 14 ].}

• Blitzheizung
• Blitzkühlung
• Homogenisierung
• Aseptische Verpackung

In der Erhitzungsphase wird die zu behandelnde Flüssigkeit zunächst auf eine nichtkritische Temperatur (70–80 °C [158–176 °F] für Milch) vorgewärmt und anschließend schnell auf die für den Prozess erforderliche Temperatur erhitzt. Es gibt zwei Arten von Heiztechnologien: die direkte , bei der das Produkt in direkten Kontakt mit dem heißen Dampf kommt, und die indirekte , bei der Produkt und Heizmedium durch die Kontaktflächen der Anlage getrennt bleiben. Die Hauptziele der Konstruktion, sowohl hinsichtlich der Produktqualität als auch der Effizienz, sind die möglichst kurze Aufrechterhaltung der hohen Produkttemperatur und eine gleichmäßige Temperaturverteilung. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Direkte Systeme haben den Vorteil, dass das Produkt nur für einen kürzeren Zeitraum auf hoher Temperatur gehalten wird, wodurch thermische Schäden an empfindlichen Produkten wie Milch reduziert werden. Es gibt zwei Gruppen von direkten Systemen: ^{[ 15 ]}

• Bei diesem Verfahren wird Hochdruckdampf in die Flüssigkeit eingespritzt. Es ermöglicht schnelles Erhitzen und Abkühlen, eignet sich aber nur für bestimmte Produkte. Da das Produkt mit der heißen Düse in Kontakt kommt, besteht die Möglichkeit lokaler Überhitzung.
• Bei diesem Infusionsverfahren wird die Flüssigkeit durch eine Düse in eine Kammer mit Hochdruckdampf relativ niedriger Konzentration gepumpt, wodurch eine große Kontaktfläche entsteht. Dadurch wird eine nahezu sofortige Erwärmung und Abkühlung sowie eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht und lokale Überhitzung vermieden. Das Verfahren eignet sich für Flüssigkeiten mit niedriger und hoher Viskosität .

In indirekten Systemen wird das Produkt mittels eines festen Wärmetauschers erhitzt, ähnlich denen, die zur Pasteurisierung verwendet werden. Da jedoch höhere Temperaturen angewendet werden, ist ein höherer Druck erforderlich, um ein Sieden zu verhindern. ^{[ 14 ]} Es gibt drei Arten von Wärmetauschern: ^{[ 15 ]}

• Plattenwärmetauscher,
• Rohrbündelwärmetauscher
• Kratzwärmetauscher.

Zur Steigerung der Effizienz wird Druckwasser oder Dampf als Medium zur Erwärmung der Wärmetauscher selbst verwendet, begleitet von einer Regenerationseinheit, die die Wiederverwendung des Mediums und somit Energieeinsparungen ermöglicht. ^{[ 14 ]}

Nach dem Erhitzen wird das heiße Produkt in ein Halterohr und anschließend in eine Vakuumkammer geleitet , wo es abrupt abkühlt und verdampft. Dieses als Blitzkühlung bezeichnete Verfahren reduziert das Risiko von thermischen Schäden, inaktiviert thermophile Mikroorganismen durch den plötzlichen Temperaturabfall, entfernt überschüssiges Wasser, das durch den Kontakt mit Dampf entstanden ist, und beseitigt flüchtige Verbindungen, die die Produktqualität beeinträchtigen. Die Kühlrate und die Menge des entfernten Wassers werden durch den Vakuumgrad bestimmt, der sorgfältig kalibriert werden muss. ^{[ 14 ]}

Die Homogenisierung ist ein spezieller Prozessschritt bei Milch. Es handelt sich um eine mechanische Behandlung, die zu einer Verkleinerung der Fettkügelchen in der Milch sowie zu einer Vergrößerung ihrer Anzahl und Oberfläche führt. Dadurch wird die Rahmbildung an der Oberfläche reduziert, und die Milch wird beim Kontakt mit Behältern stabiler und schmackhafter für die Verbraucher. ^{[ 16 ]}

H-Milch erfreut sich in weiten Teilen Europas großer Beliebtheit; sieben von zehn Menschen auf dem Kontinent konsumieren sie regelmäßig. ^{[ 17 ]} In Ländern mit wärmerem Klima wie Spanien wird H-Milch aufgrund der hohen Kosten für Kühltransporte und der mangelnden Kühlleistung von Kühlräumen bevorzugt. ^{[ 18 ]} In Nordeuropa und Skandinavien, insbesondere in Dänemark, Finnland, Norwegen, Schweden, den baltischen Staaten, Großbritannien und Irland, ist H-Milch weniger verbreitet. Auch in Griechenland, wo frische pasteurisierte Milch am beliebtesten ist, ist sie aufgrund gesetzlicher Bestimmungen und gesellschaftlicher Einstellungen weniger gefragt. ^{[ 19 ]}

Während der Großteil der in den USA verkauften konventionellen Milch pasteurisiert ist, wird ein erheblicher Anteil der in den USA verkauften Bio-Milch ultrahocherhitzt (UHT-behandelt). (Bio-Milch wird an weniger Standorten produziert und verbringt daher mehr Zeit in der Lieferkette; sie könnte daher vor oder kurz nach dem Verkauf verderben, wenn sie pasteurisiert wird.) ^{[ 6 ]}

Verbrauch von H-Milch in Europa in Prozent des Gesamtverbrauchs, Stand 2007 ^{[ 13 ]}

Land	Prozent
Österreich	20.3
Belgien	96,7
Kroatien	73 [ 20 ]
Tschechische Republik	71,4
Dänemark	0,0
Finnland	2.4
Frankreich	95,5
Deutschland	66.1
Griechenland	0,9
Ungarn	35.1
Irland	2.1
Italien	49,8
Niederlande	20.2
Norwegen	5.3
Polen	48,6
Portugal	92,9
Slowakei	35,5
Spanien	95,7
Schweden	5,5
Schweiz	62,8
Truthahn	53.1
Vereinigtes Königreich	8.4

UHT-Milch enthält die gleiche Menge an Kalorien und Kalzium wie pasteurisierte Milch . Es kann zu einem gewissen Verlust an Vitamin B12 _, Vitamin C (von dem Milch keine nennenswerte Quelle ist) und Thiamin kommen. ^{[ 21 ]} UHT-Milch enthält1 μg Folat pro100 g , während pasteurisierte Milch enthält9 μg . ^{[ 4 ]}

Die Proteinstruktur von H-Milch unterscheidet sich von der pasteurisierter Milch , wodurch eine Trennung bei der Käseherstellung verhindert wird. ^{[ 22 ]}

Zwei Ende des 20. Jahrhunderts veröffentlichte Studien zeigten, dass die UHT-Behandlung die in der Milch enthaltenen Proteine ​​entfaltet und abflacht. Die zuvor „verborgenen“ Sulfhydrylgruppen (SH-Gruppen), die im natürlichen Protein normalerweise maskiert sind, führen dazu, dass der menschliche Gaumen einen stark gekochten oder verbrannten Geschmack wahrnimmt. Eine Studie reduzierte den Thiolgehalt durch Immobilisierung von Sulfhydryloxidase in UHT-erhitzter Magermilch und berichtete nach enzymatischer Oxidation über einen verbesserten Geschmack. ^{[ 5 ]} Zwei US-amerikanische Autoren fügten der Milch vor dem Erhitzen das Flavonoid Epicatechin hinzu und berichteten über eine teilweise Reduzierung der thermisch erzeugten Aromen . ^{[ 23 ]}

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