Wie werden Lebensmittel haltbar gemacht?

Eine der häufigsten „Stoffe im Alltag“, die dir begegnen und einen erheblichen Einfluss auf das menschliche und tierische Leben haben, sind lebensnotwendig. Da Lebensmittel (z.B. Früchte oder Pilze) bis ins vorherige Jahrhundert hinein nicht jederzeit verfügbar, mussten Menschen Vorräte an Lebensmittel anschaffen. Da die allermeisten Lebensmittel (auch rohes Fleisch) nicht all zu lange haltbar sind, mussten die Menschen schon immer Lebensmittel haltbar machen, um immer ausreichend Lebensmittelvorräte zur Verfügung zu haben.

Aber nicht nur das Verderben der Lebensmittel (Lebensmittel werden ungenießbar) war der Anlass „Konservierungsmethoden“ von Lebensmitteln zu entwickeln. So bilden sich beim Verderb von Lebensmitteln (durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen) für den Menschen giftige Stoffe.

In diesem Kapitel wollen wir uns mit den wichtigsten Methoden zur Haltbarkeit von Lebensmitteln vertraut machen und dabei die Frage stellen, ob bei dem jeweiligen Prozess eine Stoffumwandlung vorliegt (was du im späteren Chemieunterricht als chemische Reaktion kennen lernen wirst). Wie wir sehen werden, ist für das Haltbarmachen von Lebensmitteln nicht immer unbedingt eine Stoffumwandlung nötig. Auf der anderen Seiten werden wir sehen, dass viele Konservierungsmethoden -im weitesten Sinne – doch wieder etwas mit Stoffumwandlungen und Chemie zu tun hat.

Was ist eine Stoffumwandlung – kurze Einführung

Bevor wir im nächsten Kapitel uns mit Stoffumwandlungen ausführlicher befassen, hier nur eine kurze Einführung.

Stoffumwandlungen sind Vorgänge, bei denen aus den Ausgangsstoffen neue Stoffe  mit neuen Eigenschaften entstehen. Dabei ist nicht immer gleich zu erkennen, ob eine Stoffumwandlung stattgefunden hat. Ändern sich physikalische Eigenschaften wie beispielsweise die Dichte, so ist das noch kein Beweis dafür, dass eine Stoffumwandlung eingetreten ist. Bestes Beispiel ist das Gefrieren von Eis, dabei nimmt die Dichte von Wasser ab, bei dem Eis handelt es sich aber immer noch um Wasser, daher keine Stoffumwandlung.

Haltbarmachung von Lebensmittel

Die allermeisten Naturstoffe wie Früchte oder Fleisch enthalten Wasser. Dieses Wasser stellt die „Lebensgrundlage“ von „Mikroorganismen dar“, die dafür sorgen, dass die Lebensmittel in der Regel verderben. Dafür sorgen Bakterien und Pilze. Will man nun Lebensmittel lange haltbar mache, muss man daher die Bildung bzw. Vermehrung von Bakterien bzw. Pilzen verhindern, dass sich Bakterien und Pilze vermehren. Dafür gibt es viele Möglichkeiten

Daher ist ein Wasserentzug einer der wichtigsten Methoden zu Haltbarmachung von Lebensmitteln. Daneben gibt es aber auch noch viele andere „Konservierungsmethoden“ wie z.B. die Einwirkung von Hitze oder einfach „Konservieren“.

Die ältesten Konservierungsmethoden sind dabei das Trocknen und das Räuchern. Welche der beiden Verfahren zur Lebensmittel-Konservierung eingesetzt wird/wurde, hängt wesentlich von den klimatischen Bedingungen ab:

  • Trocknen: In südlichen Ländern wird dieses Verfahren immer noch angewandt. Durch das Trocknen wird den Lebensmitteln das Wasser entzogen. Somit fehlt den Bakterien und Schimmelpilzen eine wichtige Lebensgrundlage, so dass die Vermehrung der Bakterien und Pilze verhindert wird. Auch heute wird beispielsweise auf dieses Weise Fisch getrocknet (als sogenannter Stockfisch). So ist ein Lebensmittel fast unbegrenzt haltbar, wenn dessen Wassergehalt beim Trocknen unter 4 % gesenkt und es anschließend vor Feuchtigkeit geschützt aufbewahrt wird

In klimatisch klimatisch feuchteren Gebieten (z.B. Nordeuropa) wird/wurde die Konservierungsmethode des Räucherns bevorzugt verwendet:

  • Räuchern: Beim Räuchern werden die Lebensmittel über einem schwelenden Holzfeuer geräuchert. Einzelne Bestandteile des Rauches dringen in das Fleisch ein und machen es haltbar.

Im Lauf der Jahrhunderte wurden weitere Konservierungsmethoden entwickelt, beispielsweise

  • Konservieren mit Salz (Einsalzen): Dieses Verfahren wurde/wird hauptsächlich für Fisch und Fleisch herangezogen, dabei wurden Fisch und Fleisch mit Kochsalz versetzt (Einsalzen). Das Salz entzieht den Lebensmitteln dabei das Wasser und damit den Bakterien und Pilzen die „Lebensgrundlage“.

Im 20. Jahrhundert hat sich ein weiterer Konservierungsstoff etabliert. So wurde/wird Zucker seit Mitte des letzten Jahrhunderts als Konservierungsmittel verwendet.

  • Konservieren mit Zucker: Zucker hat eine ähnliche Wasser entziehende Wirkung wie Salz und hat damit eine ähnliche Funktion wie das Kochsalz. Das Konservieren von Lebensmitteln mit Zucker wird hauptsächlich für Früchte angewandt und so verderbliche Früchte in Form Marmelade oder Gelee haltbar gemacht.

Auch seit dieser Zeit werden andere (chemische) Konservierungsstoffe Lebensmitteln zugesetzt, um diese haltbar zu machen. Beispiele sind Essigsäure und Sorbinsäure

  • Sauer einlegen: Lebensmittel wie Gurken, Zwiebel und Gemüse wurden in Essig eingelegt und dadurch haltbar gemacht. Dies lässt sich auch mit anderen sauren Konservierungsstoffen (wie Sorbinsäure) erreichen. Die zugesetzten sauren Konservierungsstoffe (wie Essigsäure) bewirken, dass der pH-Wertes des Lebensmittels gesenkt wird (in den sauren Bereich). Daher wirken diese Zusatzstoffe nur bei Bakterien und Pilze, die sich bevorzugt im schwach sauren bis neutralen pH-Bereich ausbreiten

In Laufe der letzten Jahre haben sich auch „physikalische“ Konservierungsverfahren wieder in der Vordergrund durchgesetzt (gesundheitliche Bedenken durch die Anwendung von Konservierungsstoffen wie Zucker, Kochsalz oder Nitrat/Nitrit). Dabei werden die Lebensmittel durch physikalische Einwirkungen haltbar gemacht und konserviert. Dazu werden die Lebensmittel entweder erhitzt, gefroren oder getrocknet und gelten als die „schonendsten“ Konservierungsmethoden.

    • Lebensmittel Kühlen und Gefrieren: Diese Konservierungsart ist heute sehr gebräulich, so werden Lebensmittel nach der Ernte bzw. Schlachtung eingefroren und tiefgekühlt aufbewahrt. Durch die Kälte wird der „Stoffwechselmechanismus“ der Mikroorganismen verlangsamt, wodurch der „Verderbungsprozess“ langsamer abläuft. Bei niedrigen Temperaturen (Tiefkühltruhe, -18°C) kommt der Stoffwechselmechanismus der Mikroorganismen fast völlig zum Erliegen, weshalb tiefgefrorene Lebensmittel lange haltbar sind.

Obwohl es noch einige weitere Konservierungsmethoden gibt, wollen wir mit der Aufzählung dieser wichtigen Konservierungsmethoden begnügen. Als letztes noch eine auch ziemlich bedeutende Methode.

  • Lebensmittel luftdicht verschließend: Hierbei werden Lebensmittel in „Konservendosen“ gefüllt und anschließend luftdicht verschlossen. Inzwischen haben sich viele verschiedene Methoden etabliert, je nach Anforderung an das Lebensmittel. Inzwischen wird auch bei Konserven die Luft in der Konserve abgesaugt und mit einem Schutzgas wie Stickstoff gefüllt (Bildung einer Schutzatmosphäre). Bei anderen Varianten wird die Konservendose kurzzeitig (für ein paar Sekunden) erhitzt. So werden eventuell vorhandene Bakterien und Pilze abgetötet und der Inhalt der Konservendose ist keimfrei. Das Verfahren des Erhitzens wird beispielsweise auch bei Frischmilch angewandt. Dabei wird Frischmilch durch kurzzeitiges Erhitzen für mehrere Tage haltbar gemacht (dieses Verfahren wird als Pasteurisieren bezeichnet).

Wann liegt bei einer Konservierung eine Stoffumwandlung vor?

Nach dieser kleinen Ausschweifung kehren wir zurück zu unserer eigentlichen Frage. Wann liegt eigentlich eine Stoffumwandlung vor?
Aufgrund der komplexen Vorgänge bei Konservierungsprozessen wollen wir uns nur stark vereinfachtes Bild machen, im (fortgeschrittenen) Chemie- Unterricht wirst du dich mit solchen Prozessen vertraut machen.

1. Fangen wir zuerst einmal mit dem Gefrieren von Lebensmittel an:

  • Wir fügen dem Stoff (Lebensmittel) keinen weiteren Stoff hinzu. Wir erzeugen also kein Stoffgemisch, dass miteinander reagieren kann,
  • Wenn du das tiefgefrorene Lebensmittel anfühlst, merkst du, dass es härter ist und sich auch sein Volumen verändert hat. Es haben sich (also doch) Eigenschaften des Stoffes (Lebensmittel) geändert.

Zusammengefasst: Es haben sich keine Stoffe vermischt, die miteinander reagieren könnten. Es haben sich aber (Stoff)Eigenschaften verändert, was durchaus auf eine Stoffumwandlung schließen lässt.

Ganz zu Beginn des Themenfeldes haben wir uns den Stoffbegriff angesehen, wobei wir Körpereigenschaften (physikalische Eigenschaften wie Dichte, Härte) von (reinen) Stoffeigenschaften (chemische Eigenschaften wie Geruch oder Brennbarkeit) unterschieden haben. Hier wird uns nochmal die Bedeutung dieser Unterscheidung klar, eine Änderung von physikalischen (Stoff)eigenschaften ist noch kein Beweis für das Vorliegen einer Stoffumwandlung, erst wenn sich die chemischen Eigenschaften ändern und ein neuer Stoff entstanden ist, sprechen wir von einer Stoffumwandlung. Und das ist beim Gefrieren nicht der Fall. Daher wird das Gefrieren auch als physikalische Konservierungsmethode bezeichnet, es kommt zu keiner (chemischen) Stoffumwandlung.

2. Betrachten wir das Räuchern von Lebensmittel:

  • Beim Verbrennen von Holz entsteht (neben Asche) auch andere Stoffe, die als Rauch (Stoffgemisch). Wir haben also aus Holz mehrere neue Stoffe erzeugt, die auch unterschiedliche physikalische (z.B. Aggregatzustand) und chemische (z.B. Wasserlöslichkeit) als Holz aufweisen. Es hat also hier eine Stoffumwandlung stattgefunden.
  • Der Rauch verbindet sich mit dem Lebensmittel, es entsteht also ein Stoffgemisch, dass miteinander reagieren kann. Du merkst den Unterschied auch am Geschmack, ein geräuchertes Fleisch schmeckt anders als das Fleisch, bevor du es konserviert hast. Dies unterscheidet auch das Gefrieren, denn hierbei sollte das gefrorene Fleisch genauso (oder fast gleich) schmecken, wie das Fleisch vor dem Konservierungsvorgang.

Zusammengefasst: Es sind beim Räuchern neue Stoffe mit neuen Stoffen entstanden. Daher wird auch (richtigerweise) das Räuchern als chemische Konservierungsmethode bezeichnet.

Damit hatten wir nun einen kurzen Einblick in das Thema „Stoffumwandlung“ am Beispiel von Konservierungsmethoden für Lebensmittel. Dabei haben wird gesehen, dass physikalische, chemische und biologische (Einlegen in Alkohol) Verfahren gibt.