Von Eben van Tonder
7. Juli 2026
EarthwormExpress
Einleitung
In einem früheren Artikel haben wir die umfassendere Wissenschaft der Burgerpatty-Bildung, des Wärmeverhaltens und der Herstellungssysteme untersucht [1]. Dieser Artikel beschrieb, wie Proteine beim Garen denaturieren, wie sich Fett beim Erhitzen verhält und wie die Struktur eines Pattys dessen Qualität bestimmt. Der vorliegende Artikel befasst sich mit einem spezifischen und kommerziell bedeutsamen Problem, das dort noch nicht gelöst wurde, nämlich warum manche Patties beim Garen in der Mitte aufgehen, während andere ihre Form behalten. Das Problem trat in unserer eigenen Produktion auf, als wir von einer Handpresse auf ein System aus Füllrohr und Bandsäge umstellten. Die Umstellung brachte einen strukturellen Fehler mit sich, den die alte Methode verhindert hatte, ohne dass wir vollständig verstanden hatten warum. Dieser Artikel erklärt den Mechanismus und zeigt, wie die Rezeptur ihn teilweise korrigieren kann, ohne einen mechanischen Nachpressschritt zu erfordern.
Was wir früher gemacht haben und was sich geändert hat
Früher haben wir Hackfleisch mit einer Rundpresse zu Patties geformt. Die Patties garten flach. Danach wechselten wir zu einem anderen System. Das Hackfleisch wird in einen zylindrischen Kunststoffdarm gefüllt, tiefgefroren und anschließend mit der Bandsäge in Patties von 100 Gramm geschnitten. Die Patties begannen beim Garen in der Mitte aufzugehen. Die Frage ist warum.
Faserorientierung. Der Kern des Problems
Um das Aufgehen zu verstehen, muss man verstehen, was während der Herstellung und beim Garen mit der physikalischen Struktur des Fleisches passiert.
Muskelgewebe besteht aus langen Fasern. Diese Fasern verlaufen in einer bestimmten Richtung. Im ganzen Muskel verlaufen sie entlang der Muskellängsachse. Im Hackfleisch werden sie durch den Wolf in kürzere Stücke zerteilt, jedoch besitzt jedes Partikel noch eine innere Orientierung. Die Richtung, in der diese Faserfragmente in einem geformten Patty angeordnet sind, bestimmt das Verhalten des Pattys beim Erhitzen.
Beim Garen kontrahieren die Proteine innerhalb der Faser. Dieser Vorgang ist derselbe, der dazu führt, dass ein Steak beim Grillen entlang seiner Längsachse kürzer wird. Wenn Proteine zwischen ungefähr 55 und 80 Grad Celsius denaturieren und koagulieren, kollabieren die Strukturen, die die Faser in ihrem gestreckten Zustand halten, und die Faser verkürzt sich [2]. Der Patty reagiert auf diese Verkürzung mit einer Verformung in der Richtung, in der die Fasern zeigen.
Was die Handpresse mit den Fasern getan hat. Man stelle sich einen runden Patty vor, der flach auf einem Tisch liegt. Die Ober- und Unterseite sind die Garflächen. Drückt man mit einem flachen, runden Werkzeug von oben auf diesen Patty, verläuft die Kraft senkrecht nach unten. Der Patty kann sich nicht nach unten bewegen, weil der Tisch ihn hält. Die einzige Richtung, in die das Material ausweichen kann, ist seitwärts nach außen. Das Fleisch fließt seitwärts in alle Richtungen von der Mitte zur äußeren Kante, wie Wasser, das sich ausbreitet, wenn man auf einen nassen Schwamm drückt. Dieses seitwärts gerichtete Fließen bezeichnet man als Radialfluss. Er bewegt sich von der Mitte des Pattys nach außen zur Umfangslinie, so wie Speichen eines Rades von der Nabe zur Felge zeigen.
Während dieses Fließens werden die Faserfragmente mitgerissen und richten sich in derselben Richtung aus. Nach dem Pressen liegen die Fasern flach, parallel zur Garfläche, und zeigen von der Mitte nach außen zur Kante. Wenn diese Fasern beim Garen kontrahieren, versuchen sie sich zu verkürzen. Weil sie radial nach außen zeigen, zieht ihre Kontraktion den Patty von den Kanten zur Mitte hin zusammen. Die Mitte kann sich nicht anheben, weil die Fasern in dieser Richtung keine nach oben gerichtete Kraftkomponente erzeugen. Der Patty behält seine Form [2, 3].
Was das Füllsystem und die Bandsäge mit den Fasern machen. Wenn Hackfleisch durch einen Füller in einen zylindrischen Kunststoffdarm gedrückt wird, fließt das Fleisch entlang der Längsachse des Rohres. Es bewegt sich vom Füllstutzen zum geschlossenen Ende des Darmes. Die Faserfragmente richten sich mit diesem Längsfluss aus. Nach dem Füllen und Einfrieren sind die Fasern im gefrorenen Zylinder entlang der langen Achse des Zylinders orientiert, von einem Ende zum anderen zeigend. Die Bandsäge schneidet dann quer durch den Zylinder, im rechten Winkel zu dessen Länge. Jeder Schnitt ergibt einen Patty. Dieser Patty hat Fasern, die senkrecht zur Schnittfläche verlaufen. Da die Schnittfläche zur Garfläche wird, stehen die Fasern im Patty senkrecht zur Garfläche. Der Patty liegt flach auf dem Grill, jedoch zeigen die Fasern gerade nach oben und unten.
Wenn diese Fasern beim Garen kontrahieren, versuchen sie sich in der senkrechten Richtung zu verkürzen. Der äußere Rand des Pattys ist durch seine eigene Oberfläche und den Kontakt mit dem Grill eingeschränkt. Die Mitte unterliegt keiner solchen Einschränkung. Daher hebt sich die Mitte. Das ist der geometrische Ursprung des Aufgehens [2, 4].
Was beim Pressen eines Pattys an die Oberfläche kommt
Jeder, der schon einmal Burgerpatties von Hand gepresst hat, weiß, dass beim Pressen Feuchtigkeit an der Oberfläche des Pattys erscheint. Was diese Feuchtigkeit tatsächlich ist, verdient eine Erklärung, weil sie der zweite Grund ist, warum die Handpresse das Aufgehen verhindert hat.
Wenn Hackfleisch mit Salz vermengt wird, löst sich das Salz im Wasser auf, das natürlicherweise im Fleisch vorhanden ist. Dadurch entsteht eine konzentrierte Salzlösung innerhalb des Fleisches. Myosin, das wichtigste Strukturprotein im Muskel und das Protein, das in zerkleinerten Fleischerzeugnissen am stärksten für Bindung und Gelbildung verantwortlich ist, ist in dieser Salzlösung löslich [5]. Durch weiteres Mischen werden Myosinmoleküle aus den Myofibrillen herausgelöst und lösen sich in der Salzlösung auf. Das Ergebnis ist eine viskose, klebrige, proteinreiche wässrige Phase, die sich durch das gesamte Gemisch verteilt. Daher fühlt sich richtig gemischtes Hackfleisch mit Salz klebrig an. Die Klebrigkeit stammt von gelöstem Myosin [6].
Wenn man dieses Gemisch presst, übt man mechanischen Druck aus. Dieser Druck treibt die wässrige Phase zur Oberfläche des Pattys. Die proteinreiche Flüssigkeit bewegt sich zur Oberfläche, genauso wie das Auspressen eines nassen Schwammes Wasser nach außen drückt. Was an der Oberfläche erscheint, ist nicht einfach Wasser. Es ist die myosinreiche Salzlake. Man kann dies überprüfen, indem man die Oberfläche eines frisch gepressten Pattys berührt. Die Oberfläche ist deutlich klebrig im Vergleich zum Inneren. Das ist gelöstes Myosin.
Wenn der Patty gegart wird, denaturiert diese Oberflächenschicht aus gelöstem Myosin. Myosin denaturiert zwischen ungefähr 54 und 58 Grad Celsius [2]. Beim Denaturieren bildet es einen zusammenhängenden Proteinfilm über der Garfläche. Dieser Film ist kohäsiv und relativ steif. Er wirkt als strukturelle Haut. Diese Haut bietet Widerstand gegen die Aufwärtsbewegung der Mitte. Sie ist kein oberflächlicher Nebeneffekt. Sie ist ein funktionelles strukturelles Element [3, 5].
Der mit der Bandsäge geschnittene Patty verfügt über keinen solchen Film. Die obere und untere Garfläche sind frische, maschinell geschnittene Flächen. Sie haben keine extrahierte Proteinschicht erhalten. Die einzigen Flächen, die eine mechanische Bearbeitung erfahren haben, sind die zylindrischen Seiten des Darmes, die jedoch nicht die Garflächen sind. Die beiden Flächen, die strukturell am wichtigsten sind, haben keinen Oberflächenproteinfilm. Das ist der zweite Grund, warum das Füll- und Sägeverfahren zu Aufgehen führt, wo die Handpresse es verhindert hatte.
Wie die Rezeptur das Aufgehen ohne Nachpressen reduziert
Ein Nachpressen nach der Bandsäge ist im vorliegenden Produktionskontext nicht möglich. Die Patties werden nach dem Schneiden direkt verpackt und tiefgefroren verkauft. Die folgenden Rezepturentscheidungen reduzieren jedoch die Neigung zum Aufgehen, auch wenn sie die geometrische Ursache nicht vollständig beseitigen.
Reduzierung des Fettgehalts von 30 Prozent auf 15 bis 20 Prozent. Ein höherer Fettgehalt unterbricht die Kontinuität der Proteinmatrix, weil Fettpartikel hydrophob sind und nicht am Proteinnetzwerk teilnehmen. Bei 30 Prozent Fett ist ein erheblicher Anteil der Struktur durch Fett belegt, das keine strukturelle Kohäsion beiträgt. Während des Garens verflüssigt sich dieses Fett. Flüssiges Fett hat keine strukturelle Steifigkeit. Die Proteinmatrix weist daher bei 30 Prozent Fett mehr Hohlräume und Unterbrechungen auf als bei 15 bis 20 Prozent Fett. Eine dichtere und zusammenhängendere Proteinmatrix bietet daher größeren Widerstand gegen Verformung beim Garen [7, 8]. Außerdem ist der Anteil extrahierbarer Proteine am Gesamtproduktgewicht in einem mageren Patty höher, weil mehr Myosin pro Volumeneinheit zur Verfügung steht. Das beim Garen gebildete Proteinnetzwerk ist daher fester [2, 5].
Reduzierung des Wasserzusatzes von 20 Prozent auf 15 Prozent. Überschüssiges freies Wasser im Patty erzeugt beim Garen Dampf. Dampf erzeugt inneren Druck. Innerer Druck in der Mitte des Pattys, wo die Wärme zuletzt eindringt und sich Dampfkonzentrationen bilden können, trägt zu einem nach außen und oben gerichteten Druck auf die Mitte bei. Weniger Wasserzusatz reduziert daher diesen Dampfeffekt. Außerdem ist die Konzentration des gelösten Myosins in der wässrigen Phase höher, wenn weniger Wasser die Proteinlösung verdünnt. Das beim Erhitzen gebildete Proteingel ist daher dichter und bietet mehr strukturellen Widerstand [9, 10].
Entfernung von TVP und Stärke. Texturiertes Pflanzenprotein und Stärke sind Füllstoffe. Sie tragen nicht zum strukturellen Proteinnetzwerk bei. Stärke verkleistert beim Garen zwischen ungefähr 60 und 70 Grad Celsius, was zu Quellung und Wasseraufnahme führt, die lokale Volumenänderungen im Patty erzeugen [11]. Diese Volumenänderungen können zu innerem Druck in der Mitte beitragen. Die Entfernung beider Materialien ergibt daher eine homogenere Proteinmatrix ohne interne Quellelemente und ohne die lokalen Druckeffekte der Stärkeverkleisterung.
Ordnungsgemäße Proteinextraktion. Das ist die bedeutsamste Rezepturvariable. Ausreichendes Mischen mit der richtigen Salzkonzentration, typischerweise 1,5 bis 2 Prozent Natriumchlorid, bei Temperaturen unter 4 Grad Celsius extrahiert die maximale Menge Myosin in Lösung [5, 6]. Dieses gelöste Myosin bildet eine miteinander verbundene Bindungsmatrix durch den gesamten Patty. Wenn diese Matrix beim Garen geliert, bietet sie strukturelle Kohäsion von innen. Ein Patty mit gründlicher Proteinextraktion widersteht Verformung erheblich besser als einer, bei dem die Extraktion unvollständig war [3, 5]. Die Forschung der Bundesforschungsanstalt für Fleischwirtschaft, heute das Max-Rubner-Institut in Kulmbach, zur Proteinfunktionalität in zerkleinerten Fleischerzeugnissen bestätigt, dass die Extraktionseffizienz der wichtigste Bestimmungsfaktor für die strukturelle Integrität geformter Fleischerzeugnisse ist [12].
Fettzugabe am Ende, fein auf 3 mm gemahlen. Wenn Fett von Anfang an in das magere Fleisch eingemischt und gleichzeitig Salz zugegeben wird, überziehen die Fettpartikel die Oberflächen der mageren Fleischpartikel. Diese Beschichtung reduziert die Kontaktfläche zwischen Proteinmolekülen und verringert daher die Extraktion von Myosin in Lösung [13]. Das Fett stört physikalisch die Protein-Protein-Wechselwirkungen, die eine kohäsive Matrix erzeugen. Indem man zuerst Protein aus der mageren Fraktion extrahiert, mit Salz und ohne Fett, und das Fett erst am Ende des Mischens zugibt, ist das Proteinnetzwerk vollständig aufgebaut, bevor das Fett eingearbeitet wird. Die Fettpartikel werden dann vom bereits gelösten Protein überzogen, anstatt die Proteinauflösung zu blockieren. Diese Reihenfolge schützt daher die Extraktionseffizienz. Das Mahlen von Fett auf 3 mm anstatt grober produziert kleinere, gleichmäßiger verteilte Fettpartikel. Kleinere Partikel unterbrechen die Proteinmatrix auf feinerer Ebene und erzeugen daher weniger große strukturelle Unterbrechungen [13, 14].
Praktische Schritte zur Reduzierung des Aufgehens ohne mechanischen Eingriff
Erstens den Fettgehalt auf 15 bis 18 Prozent des Produktgewichts reduzieren. Das ist durch Anpassung des Mager-Fett-Verhältnisses im Blend erreichbar.
Zweitens den Wasserzusatz auf höchstens 15 Prozent des Grüngewichts reduzieren. Das reduziert den inneren Dampfdruck beim Garen.
Drittens Stärke und TVP aus der Rezeptur entfernen, weil diese keinen strukturellen Nutzen beitragen und interne Quell- und Druckeffekte beim Garen erzeugen.
Viertens ein zweistufiges Mischprotokoll einführen. Mageres Fleisch mit Salz mischen und die Proteinextraktion drei bis fünf Minuten in einem temperaturkontrollierten Mischer unter 4 Grad Celsius ablaufen lassen. Die vollständige Extraktion daran erkennen, dass das Gemisch klebrig ist und beim Auseinanderziehen Fäden zieht. Fett erst nach dieser Bestätigung zugeben. Nach der Fettzugabe nicht länger als eine weitere Minute leicht mischen.
Fünftens sicherstellen, dass Fett vor der Zugabe auf 3 mm gemahlen wird. Das erfordert einen separaten Feinmahlschritt für die Fettfraktion.
Sechstens die Salzkonzentration überprüfen, weil bei einem Salzgehalt unter 1,5 Prozent die Proteinextraktion unabhängig von der Mischdauer unvollständig bleibt. Ein Salzgehalt von 1,5 bis 1,8 Prozent ist das praktische Ziel für einen Burgerpatty dieser Art.
Siebtens den Darm bei möglichst niedrigem Fülldruck befüllen, weil höherer Fülldruck den Grad der axialen Faserorientierung erhöht. Langsameres Befüllen bei niedrigerem Druck erlaubt eine gewisse Zufallsverteilung der Faserorientierung, was die geometrische Tendenz zur vertikalen Faserorientierung teilweise reduziert [4].
Diese Schritte beseitigen die geometrische Ursache des Aufgehens nicht, weil der Bandsägenschnitt immer einen Patty mit überwiegend vertikaler Faserorientierung und ohne einen Oberflächenproteinfilm auf den Garflächen erzeugt. Eine dichtere und festere innere Proteinmatrix bietet jedoch größeren Widerstand gegen Verformung. Die Kombination dieser Rezepturmaßnahmen reduziert daher die Schwere des Aufgehens unter kommerziellen Garbedingungen erheblich.
Literatur
[1] van Tonder, E. Burger Patty Formation, Structure, Thermal Behaviour, and Industrial Manufacturing Systems. EarthwormExpress. https://earthwormexpress.com/the-meat-factory/meat-science-research/burger-patty-formation-structure-thermal-behaviour-and-industrial-manufacturing-systems/
[2] Tornberg, E. (2005). Effects of heat on meat proteins. Implications on structure and quality of heat-treated meat. Meat Science, 70(3), 493–508.
[3] Huff-Lonergan, E. und Lonergan, S.M. (2005). Mechanisms of water-holding capacity of meat. The role of postmortem biochemical and structural changes. Meat Science, 71(1), 194–204.
[4] Barbut, S. (2015). The Science of Poultry and Meat Processing. University of Guelph. Kapitel 11. Comminuted and Restructured Products.
[5] Xiong, Y.L. (1994). Myofibrillar protein from different muscle fiber types. Implications of biochemical and functional properties in meat processing. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 34(3), 293–320.
[6] Acton, J.C. und Saffle, R.L. (1969). Preblended and prerigor meat in sausage emulsions. Food Technology, 23(3), 367–371.
[7] Keeton, J.T. (1983). Effects of fat and NaCl/phosphate levels on the chemical and sensory properties of pork patties. Journal of Food Science, 48(3), 878–881.
[8] Carballo, J., Fernandez, P., Barreto, G., Solas, M.T. und Jimenez Colmenero, F. (1996). Morphology and texture of bologna sausage as related to content of fat, starch and egg white. Journal of Food Science, 61(3), 652–655.
[9] Hamm, R. (1975). Water-holding capacity of meat. In Cole, D.J.A. und Lawrie, R.A. (Hrsg.), Meat. Butterworths, London.
[10] Lawrie, R.A. und Ledward, D.A. (2006). Lawrie’s Meat Science. 7. Auflage. Woodhead Publishing.
[11] Sajilata, M.G. und Singhal, R.S. (2005). Specialty starches for snack foods. Carbohydrate Polymers, 59(2), 131–151.
[12] Bundesforschungsanstalt für Fleischwirtschaft, heute Max-Rubner-Institut. Kulmbach. Forschungsprogramm zur Technologie zerkleinerter Fleischerzeugnisse. Veröffentlichte technische Berichtsreihe, Kulmbach, Deutschland.
[13] Claus, J.R. und Hunt, M.C. (1991). Low-fat, high added-water bologna formulated with texture-modifying ingredients. Journal of Food Science, 56(3), 643–647.
[14] Srinivasan, S. und Xiong, Y.L. (1996). Gelation of beef myofibrillar proteins treated with oxidative stress. Journal of Food Science, 61(4), 748–752.