«Bake & pack»
- Backwarenverpackungen unter der Lupe -
Nadine Renke, R. Kündig, M. Kinner, M. Kleinert, S. Yildirim
Fachstelle Technologie und Verpackung
Institut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation
ZHAW Wädenswil
2
Departement Life Sciences und Facility Management
• Institut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation
• Institut für Biotechnologie
• Institut für Chemie und Biologische Chemie
• Institut für Facility Management
• Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen
3
Institut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation (ILGI)Prof. M. Kleinert
Administration R. Baumann
FachstelleTechnologie und
Verpackung
FachstelleMikrobiologie
FachstelleErnährung
FachstelleInhaltsstoffe
FachstelleGetränke
Fachstelle Sensorik Fachstelle QM und Lebensmittelrecht
T. Flüeler Dr. N. Fischer
Studiengang BScJ. Javor Qvortrup
Administration B. Zollinger-Janzen
Studiengang MSc,Weiterbildung
Dr. S. Burri
Dr. S. Yildirim Dr. L. FieselerA. Bongartz E. Kirchsteiger-Meier Prof. Dr. C. Brombach
Zentrum für Lebensmittel- und Ernährungsforschung (ZLE)Prof. Dr. C. Gantenbein-Demarchi
Administration S. Raymann
FachstelleAroma
Prof. Dr. K. Bernath
U. BrunnerT. Buser
O. GerberM. HäfeleG. HühnA. KochS. Ries
F. Spescha
S. DossenbachM. KneubühlS. PanareseA. SchlüterC. Wäfler
F. Gama P. HuberV. PedanC. Weber
S. Cook-GummeryE. FischerA. Kilchör
Dr. M. KinnerDr. M. Lamberti
P. MeierN. RenkeF. Richter
P. WahrenbergerS. Wenk
M. AloisiG. Fahrer
S. FreimüllerLeischtfeld
Dr. T. HuberT. Krapf
Dr. S. Miescher Schwenninger
B. OechslinG. Spielmann-
PradaJ. Steinegger
D. von Rickenbach
J. BurkhardM.-L. Cezanne
K. ChatelainN. JuliusJ. Kinner
E. KlauserM. PoppY. Ruoss
E. Walt-Zehnder
S. KoblerS. MeyerS. WickR. Zoller
B. BaumerK. Schuh
N. SteinemannDr. J. Sych
Fachstelle Nachhaltigkeit und
Energie
Dr. J. Buchli
Dr. C. Müller
Zentrum für Inhaltsstoff- und Getränkeforschung (ZIG)Prof. Dr. T. Hühn
Administration K. Schuler / V. Blankl
Organigramm ILGI
Forschungsschwerpunkte der Fachstelle
Backwarentechnologie
Verpackungstechnologie
Forschungsfelder Backwarentechnologie
Rezeptur- & Prozessentwicklung
Brotaroma & Sensorik
Frischhaltung & Lagerstabilität
Verpackungstechnologie
Packaging material producers
Packaging material producers
Packaging convertersPackaging converters
Packaging designersPackaging designers
Packaging machine suppliers
Packaging machine suppliers
Gas suppliersGas suppliers
Other technologysuppliers
Other technologysuppliers
Food IndustryFood Industry
Food PackagingResearch @ZHAW
Innovative and Sustainable Packaging Development for Optimal Food Quality &
Convenience
Forschungsfelder Verpackungstechnologie
AktiveVerpackung
- Antimikrobielle Folien
- Sauerstoff-Scavenger
- Ethylen-Scavenger
- Feuchte-Absorber
Prozesse und Materialien
- Modifizierte Atmosphäre (MAP)
- Gleichgewichts-atmosphäre
- Bioverpackungen
Integration von Verpackung in Verarbeitung
- Integration der Verpackung in die Lebensmittel-verarbeitung
- Hochdruck-verfahren (HPP)
- Gepulste Lichttechnologie
- Mikrowellen-Technologie
Backwaren-Verpackung
- Teig
- Teilgebackene Backwaren
- Vollgebackene Backwaren
- Lang haltbare Produkte
Untersuchung der Einflüsse von MAP und
Lagerungstemperatur auf die Haltbarkeit von
Teilgebackenen Brötchen
Herstellung Teiglinge Teilbacken
Verpacken auf Tiefziehmaschine
R145 Lagerung
Analysen teilgebackene
BrötchenFertigbacken
Analysen fertiggebackene
Brötchen
Herstellungsprozess teilgebackene Brötchen
NA 20°C
5°C
MAP
pH-Säuregrad
Wasseraktivität
Gesamtfeuchte
Krumenfestigkeit
Sensorik
O2 & CO2-Gehalt
pH-Säuregrad
Wasseraktivität
Gesamtfeuchte
Krumenfestigkeit
Sensorik
Mikrobiologie
50 % CO2/ 50 % N250 % CO2/ 49 % N2 /1% O2
PET/EVEP 80 & Multifol GVA 290
Versuchsüberblick
Verpackungsvarianten und durchgeführte Analysen zur Bewertung des Einflusses der
einzelnen Verpackungsvarianten auf die Brötchenqulität und Haltbarkeit
Produkt Verpackung Lagerung Analysen
Teilgebackene Brötchen
Normalatmosphäre5 °C
20 °C
O2/CO2-Messung pH- Wert/ Säuregrad aw- Wert/ Gesamtfeuchte Krumenfestigkeit Mikrobiologie Sensorik (Dreieckstest und beschreibend vor dem Aufbacken)
MAP (50 % CO2/ 50 % N2)(50 % CO2/ 49 % N2/ 1% O2)
Zeit [d]
0 10 20 30 40 50 60 70
O2-
Kon
zent
ratio
n [%
]
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
18,0
20,0Normalatmosphäre MAP MAP mit 1 % O2
Zeit [d]
0 10 20 30 40 50 60 70
O2-
Kon
zent
ratio
n [%
]
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
18,0
20,0
NormalatmosphäreMAPMAP mit 1 % O2
Veränderung der O2- Konzentration in der Kopfraumatmosphäre der teilgebackenen Brötchen
5°C20°C
- Der Sauerstoffgehalt der NA verpackten Brötchen bleibt unabhängig von der Lagertemperatur (5°C/ 20°C) bis zur sichtbaren
Schimmelausbildung bei 18%
- Die Sauerstoffkonzentration bei den MAP verpackten Brötchen liegt konstant bei 0%
- Bei der 20°C Lagerung nimmt die Sauerstoffkonzentration der MAP + 1% O2 verpackten teilgebackenen Brötchen innerhalb
von 35 Tagen auf 0% ab, während sie bei 5°C Lagerung konstant bei 0.95% liegt.
- Gleichzeitig wurde der CO2-Gehalt analysiert, welcher unabhängig von der Lagertemperatur bei MAP bei ca. 50% lag
bakteriostatischer Effekt des CO2
Chemisch-physikalische Eigenschaften der teil- und aufgebackenen Brötchen
pH-Wert
Säuregrad
Wasseraktivität
Gesamtfeuchte
Krumenfestigkeit
13
Mittels den chemisch-physikalischen Analysen konnte bei
den teil- und aufgebackenen Brötchen kein signifikanter
Unterschied zwischen den beiden Gasatmosphären und
den Lagertemperaturen festgestellt werden
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
1.E+07
1.E+08
1.E+09
1.E+10
0 7 25 32 39 48 55 62 69
Schi
mm
elpi
lez
[KB
E/ g
]
Zeit [d]
NormalatmosphäreMAPMAP mit 1 % O2
#
#
Mikrobiologische Haltbarkeit der teilgebackenen Brötchen über die Lagerzeit
• Bei 20°C verschimmelten die teilgebackenen Brötchen unter NA bereits nach 6 Tagen, bei 5°C verlängert sich die Lagerdauer auf 25 Tage. laut Schweizer Hygieneverordnung nicht mehr verkehrsfähig, sobald Schimmelmyzele optisch erkennbar sind
• Bei den unter MAP + 1%O2 verpackten Brötchen ist bei 20°C nach 32 Tagen optisch ein Schimmelmyzel erkennbar
• Bei den unter MAP verpackten Brötchen ist über eine Lagerzeit von 69d sowohl bei 5°C wie auch bei 20°C kein Schimmelmyzel optisch erkennbar laut Schweizer Hygieneverordnung verkehrsfähig
20°C
##
# optisch sichtbares Schimmelwachstum
5°C
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
1.E+07
1.E+08
1.E+09
1.E+10
0 7 25 32 39 48 55 62 69
Schi
mm
elpi
lez
[KB
E/ g
]
Zeit [d]
NormalatmosphäreMAPMAP mit 1 % O2
Zusammenfassung
NA MAP + 1% O2 MAP20°C 5°C 20°C 5°C 20°C 5°C
pH K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U.aw K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U.
RH% K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U. K.s.U.Schimmel wachstum 7 d 25 d 32 d >69 d >69 d >69 d
AMK >10E6 - - 32 d 62 d 39 d 69 d
AnMK >10E6 - - 32 d 62 d 39 d 69 d
Sensorik vor dem Aufbacken - Ab 14 d ranzig,
muffigAb 28d ranzig Off-flavour
Ab 56d muffigLeichtes Off-Flavour
Stark klebrig, Off-Flavour
Angenehm aber altbacken
Sensorik nach dem Aufbacken - Off-flavour - - K.s.U K.s.U
Ranking 4 3 2 1
Untersuchung der Einflüsse von MAP auf die Haltbarkeit
von Muffins
Teigherstellung und Portionierung Backen
Verpacken auf Tiefziehmaschine
R145 Lagerung Analysen
Herstellungsprozess Muffins
NA
O2 & CO2-Gehalt
pH-Säuregrad
Wasseraktivität
Gesamtfeuchte
Krumenfestigkeit
Sensorik
Mikrobiologie
MAP30 % CO2/ 70 % N2
20°CFlachfolie PET/EVEP 80 & Ecopet 400T
Versuchsüberblick
Produkt Verpackung Lagerung Analysen
Muffins
Normalatmosphäre
20 °C
O2/CO2-MessungpH- Wert/ Säuregradaw- Wert/ GesamtfeuchteKrumenfestigkeitMikrobiologieSensorik (Dreieckstest)
MAP (30 % CO2/ 70 % N2)
Verpackungsvarianten und durchgeführte Analysen zur Bewertung des Einflusses der
einzelnen Verpackungsvarianten auf die Muffinqualität und Haltbarkeit
Veränderung der O2- und CO2 Konzentration in der Kopfraumatmosphäre der Muffins
21
Zeit [d]
0 10 20 30 40 50 60
O2-
Konz
entra
tion
[%]
0.0
0.5
1.0
1.5
20.0
20.5
21.0
Normalatmosphäre MAP Leerpackung
Zeit [d]
0 10 20 30 40 50 60
CO
2-Ko
nzen
tratio
n
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
20.0
22.0
24.0
26.0
28.0 Normalatmosphäre MAP
• Der Sauerstoffgehalt der NA-verpackten Muffins liegt über die komplette Lagerzeit über 20%• Bei den MAP-Verpackungen ist aufgrund der Permeabilität der Verpackung ein Anstieg bis auf 1%
nachweisbar.• Die CO2-Konzentration nimmt bei den NA-verpackten Muffins aufgrund der Permeabilität der
Verpackung ab.
Chemisch-physikalische & sensorische Eigenschaften von Muffins
pH-Wert
Säuregrad
Wasseraktivität
Gesamtfeuchte
Krumenfestigkeit
Sensorik
22
Die chemisch-physikalischen Analysen sowie der
sensorische Dreieckstest zeigten keine signifikanten
Unterschiede zwischen den beiden
Verpackungsvarianten
Mikrobiologische Haltbarkeit der Muffins über die Lagerzeit
23
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
1.E+06
0 27 36 43 51 58 62
Schi
mm
elpi
lze
[KB
E/ g
]
Zeit [d]
MAP
Normalatmosphäre# optisch sichtbares Schimmelwachstum
#
# #
• Die Gesamtkeimzahl von aeroben und anaeroben mesophilen Keimen liegt bei beiden Verpackungsvarianten unterhalb
der Toleranzgrenze von 106 KBE/g und unterscheiden sich nicht signifikant
• Nach 51 Tagen tritt bei den unter NA verpackten Muffins optisch wahrnehmbares Schimmelpilzwachstum auf
Muffins sind gemäss CH-Hygieneverordnung nicht mehr verkehrsfähig
• Die MAP-Proben hingegen zeigen bis zum Ende der Lagerzeit kein sichtbares Schimmelmyzel
Zusammenfassung
• Während der handelsüblichen Lagerzeit von 30 Tagen treten keine signifikanten
Unterschiede zwischen den unter NA und modifizierter Atmosphäre verpackten Muffins auf.
• Durch den Einsatz von MAP kann unter Beibehaltung der Qualitätsparameter die
mikrobiologische Haltbarkeit der Muffins verlängert werden.
24
Untersuchung der Einflüsse von MAP auf die Haltbarkeit
von Pizzateigen
Teigherstellung und Portionierung
Verpacken auf Tiefziehmaschine
R145
Kühlen-18°C
Lagerung Analysen
Herstellungsprozess Pizzateig
O2 & CO2-Gehalt
pH-Säuregrad
Wasseraktivität
Gesamtfeuchte
Teigklebrigkeit
Sensorik
Mikrobiologie
5°CPET/EVM 80 & Ecopet P450TVentile in Oberbahnfolie
NA MAP50 % CO2/ 50 % N2100 % N2
Versuchsüberblick
Verpackungsvarianten und durchgeführte Analysen zur Bewertung des Einflusses der
einzelnen Verpackungsvarianten auf die Pizzateigqualität und Haltbarkeit
Produkt Verpackung Abkühlung Lagerung Analysen
Pizzateig
Normalatmosphäre mit Ventil
-18 °C 5 °C
O2/CO2-MessungpH- Wert/ Säuregradaw- Wert/ GesamtfeuchteKlebrigkeit des TeigesMikrobiologieSensorik (Bewertung des Teiges auf Abrollbarkeit und Geruch; Beschreibung des aufgebackene Teiges)
Normalatmosphäre ohne VentilMAP mit Ventil(50 % CO2/ 50 % N2)
MAP ohne Ventil(50 % CO2/ 50 % N2)
MAP mit Ventil(100 % N2)
Veränderung der O2- und CO2 Konzentration in der Kopfraumatmosphäre der Pizzateige
28
• Der Sauerstoffgehalt der NA-verpackten Pizzateige sinkt aufgrund der Hefeaktivität innerhalb von 6 Tagen auf 0% bzw. bleibt konstant bei den MAP-Verpackungen
• Nach 6 Tagen Lagerung ist kein signifikanter Unterschied in der CO2-Konzentration zwischen den MAP(50%CO2/50%N2) und NA verpackten Teigen zu erkennen Ursache: Hefeaktivität
• Unter MAP (100%N2) liegt die max. CO2 Konzentration leicht niedriger (80%)• Ohne Ventilapplikation werden die Verpackungen durch den entstehenden Gasdruck in Folge der
Hefeaktivität zerstört
Zeit [d]
5 15 25 350 10 20 30
O2-
Kon
zent
ratio
n [%
]
0
5
10
15
20 Normalatmosphäre mit Ventil Normalatmosphäre ohne Ventil MAP 50/50 mit Ventil MAP 50/50 ohne Ventil MAP N2 mit Ventil
Zeit [d]
5 15 25 350 10 20 30
CO
2-K
onze
ntra
tion
[%]
0
20
40
60
80
100
Normalatmosphäre mit Ventil Normalatmosphäre ohne Ventil MAP 50/50 mit Ventil MAP 50/50 ohne Ventil MAP N2 mit Ventil
Chemisch-physikalische, sensorische und mikrobiologische Eigenschaften von Pizzateig
pH-Wert
Säuregrad
Wasseraktivität
Gesamtfeuchte
Sensorik
Mikrobiologie
Teigklebrigkeit
29
Die chemisch-physikalischen Analysen, die sensorischen
Untersuchungen und die mikrobiologischen Analysen zeigten
keine signifikanten Unterschiede zwischen den
Verpackungsvarianten
mit zunehmender Lagerdauer steigt die Teigklebrigkeit
wodurch sich die Abrollbarkeit verschlechtert
sensorisch veränderte sich der anfängliche buttrig-hefige
Geschmack gegen Ende der Lagerzeit in Richtung buttrig-käsig
Zusammenfassung
• Nach 6 Tagen Lagerung ist zwischen den NA und MAP mit Ventilen verpackten Pizzateigen
kein grosser Unterschied in der Kopfraumzusammensetzung (O2/ CO2) mehr messbar.
Über die Lagerzeit sind bei den chemisch-physikalischen, sensorischen &
mikrobiologischen Untersuchungen keine signifikanten Unterschiede zwischen den
Verpackungsvarianten (NA/ MAP) feststellbar.
• Es ist zu klären, ob durch den Einsatz von MAP auf die Verwendung von Ethanol verzichtet
werden kann.
• Bei verpackten Pizzateig kann in Tiefziehschalen nicht auf eine Ventilapplikation verzichtet
werden, da die Packungen ansonsten aufplatzen.
30
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Wir danken unseren Projektpartnern Multivac,
PanGas und Südpack für die gute Zusammen-
arbeit innerhalbe des Projektes
Kontakt
32
Dr. Selcuk Yildirim
Dozent und Fachstellenleiter
Fachstelle für Technologie und Verpackung
ZHAW – Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Campus Reidbach, Postfach
CH-8820 Wädenswil, Schweiz
Tel. +41 58 934 56 31
http://www.lsfm.zhaw.ch/de/science/zle/vtk.html