Lebensmittelverfahrenstechnik E-Book

Heike P. Karbstein

• Herausgeber: Wiley-VCH
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2012

Seitenzahl: 558

Beschreibung

Wer möchte nicht wissen, was in unseren Lebensmitteln steckt und wie sie zu traditionellen oder neuen Produkten weiterverarbeitet werden? Viele Nahrungsmittel müssen, um genießbar zu sein oder den sensorischen Ansprüchen von Konsumenten zu entsprechen, erst einmal verarbeitet werden. Dieses Buch erklärt sowohl die Rohwaren und deren Inhaltstoffe als auch die Prozesstechnik, die benötigt wird, um daraus qualitativ hochwertige Produkte herzustellen. Dabei werden auch die Aspekte gesunde Ernährung und Novel Food berücksichtigt. Auf Basis des Kapitels "Lebensmitteltechnologie" in der Neuauflage des erfolgreichen Winnacker-Küchler, Band 8 (Ernährung, Gesundheit, Konsumgüter), 2004 wurde dieses Buch durch Erweiterung um einen zweiten Teil, der produktübergreifenden Lebensmittelverfahrenstechnik, erstellt. Es setzt Grundkenntnisse in der Chemie und Verfahrenstechnik voraus und umfasst die Lebensmittelkunde und -verfahrenstechnik, wie sie als Vorlesung für Ingenieure, Wirtschaftsingenieure und Lebensmittelchemiker als Haupt- oder Nebenfach angeboten wird.

Leseprobe

Inhalt

Vorwort

A Produkte und ihre Herstellung

1 Nahrungsbedarf und Lebensmittelbestandteile

1.1 Der Nahrungsbedarf des Menschen

1.2 Grundlegende Lebensmittelbestandteile

1.3 Zusatzstoffe

1.4 Rückstände in Lebensmitteln (Fremdstoffe, Xenobiotika)

1.5 Lebensmittelbe- und -Verarbeitung: Motivation

2 Milch und Milchprodukte

2.1 Milch

2.2 Milchprodukte

3 Eier und Eiprodukte

3.1 Eier

3.2 Eiprodukte

4 Fleisch und Fleischprodukte

4.1 Definition und Produktionsmengen

4.2 Schlachtung

4.3 Lagerungs- und Verarbeitungsverfahren

4.4 Fleischprodukte

5 Fisch und Fischprodukte

5.1 Fisch

5.2 Fischfang und Verarbeitung

5.3 Fischprodukte

6 Speisefette, Speiseöle, Mayonnaise und Margarine

6.1 Produktionsdaten und Zusammensetzung

6.2 Gewinnung der Fette und Öle

7 Getreide und Getreideprodukte

7.1 Herkunft, Produktionszahlen und Zusammensetzung

7.2 Herstellung von Mehl – Müllerei

7.3 Herstellung anderer Getreideprodukte

7.4 Herstellung von Backwaren

8 Obst und Gemüse einschließlich Kartoffeln und Hülsenfrüchte

8.1 Produktbezeichnung, Produktionszahlen und Zusammensetzung

8.2 Ernährungsphysiologische Bedeutung

8.3 Lagerung von frischem Obst und Gemüse

8.4 Produktionsverfahren zum Haltbarmachen von Obst, Gemüse und Kartoffeln

8.5 Produkte aus Hülsenfrüchten

9. Zucker, Zuckeralkohole, Süßstoffe und Honig

9.1 Produktbeschreibung und Produktionsmengen

9.2 Saccharose

9.3 Andere Zucker und Zuckeraustauschstoffe (Glucose, Fructose, Lactose)

9.4 Süßstoffe

9.5 Zuckerwaren

9.6 Honig und Invertzuckercreme (Kunsthonig)

10 Alkoholische Getränke

10.1 Brennwert alkoholischer Getränke

10.2 Bier

10.3 Wein

10.4 Spirituosen und Liköre

11 Kaffee, Tee, Kakao und Instantgetränke

11.1 Kaffee und Kaffeeersatz

11.2 Roh- oder Grünkaffee

11.3 Röstkaffee

11.4 Kaffeeprodukte

11.5 Kaffeeersatz

11.6 Tee

12 Kakao und Schokolades

12.1 Kakao

12.2 Schokolade

13 Functional Food, Grüne Gentechnik und Novel Food

13.1 Neuere Entwicklungen und Trends in der Lebensmittelproduktion

13.2 Functional Food

13.3 Gentechnisch modifizierte Nahrungsmittelrohstoffe, Grüne Gentechnik

13.4 Novel Food – Neuartige Lebensmittel

14 Literatur zum Teil A

B Beispiele produktübergreifender Verfahrenstechnik in der Lebensmittelindustrie

1. Verfahren zur Reduktion des Wassergehalts von Lebensmitteln

1.1 Eindampfen

1.2 Trocknen

1.3 Membrantrennverfahren

2 Agglomerieren, Granulieren, Sintern

2.1 Produkte

2.2 Verfahrensprinzip

2.3 Gängige Agglomerationsverfahren und -anlagen

2.4 Anlagenbauer

3 Extrusion von Lebensmitteln

3.1 Produkte

3.2 Ziele der Lebensmittelextrusion

3.3 Extrusionsprozess

3.4 Vorbefeuchtung

3.5 Prozesslinien auf Basis der Extrusion

3.6 Physikalische, chemische und mikrostrukturelle Änderungen der Rohstoffe bei der Extrusion und Auswirkung auf die Produktqualität

3.7 Maßstabsvergrößerung, Scale-up

3.8 Modellierung

3.9 Sonstige Gesichtspunkte bei der Auswahl und dem Betrieb von Lebensmittelextrudern

4 Emulgieren und Schäumen

4.1 Emulsionen

4.2 Emulgierprozess

4.3 Schäumen

5 Thermisches Inaktivieren von Mikroorganismen und Enzymen

5.1 Definitionen und Einsatzgebiete

5.2 Inaktivierungskinetik

5.3 Verfahren zum thermischen Pasteurisieren und Sterilisieren

6 Kühlen und Gefrieren

6.1 Prinzip und Produkte

6.2 Kühlen

6.3 Gefrieren und Tiefgefrieren

6.4 (Tief-) Kühlkette

6.5 Auftauen

7 Alternative Verfahren zum Haltbarmachen von Lebensmitteln

7.1 Osmotische Vorbehandlung

7.2 Tauchverfahren

7.3 Behandlung mit Hochdruck

7.4 Hochspannungsimpulsverfahren, Elektroimpulsverfahren („pulsed electric fields“ PEF- oder „high electric field pulses“ HELP-Verfahren)

7.5 Behandlung mit ionisierenden Strahlen (Bestrahlung)

8 Literatur zu Teil B

8.1 Literatur zu Kapitel 1

8.2 Literatur zu Kapitel 2

8.3 Literatur zu Kapitel 3

8.4 Literatur zu Kapitel 4

8.5 Literatur zu Kapitel 5

8.6 Literatur zu Kapitel 6

8.7 Literatur zu Kapitel 7

Stichwortverzeichnis

Weitere empfehlenswerte Bücher:

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8 Bände

2005, ISBN 3-527-30430-4

Schwedt, G.

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2., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage

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Kosmetik und Hygiene

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Enzymes in Industry

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Oetjen, G.-W., P. Haseley

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2nd completely revised and enlarged edition

2003, ISBN 3-527-30620-X

Bauer, K., Garbe, D., H. Surburg

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Mollet, H., Grubemann, A.

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2000, ISBN 3-527-29850-9

Ziegler, E., Ziegler, H. (Hrsg.)

Flavourings

Production, Composition, Applicatins, Regulations

1998, ISBN 3-527-29786-3

Prof. Dr.-Ing. Heike P. Schuchmann

Institut für Lebensmittelverfahrenstechnik

Universität Karlsruhe

Fitz-Haber-Weg 2

76131 Karlsruhe

Dr.-Ing. Harald Schuchmann

Unternehmensberatung und Weiterbildung

Schauinslandweg 1

76297 Stutensee

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Epdf ISBN 978-3-527-62355-6

Epub ISBN 978-3-527-66054-4

Mobi ISBN 978-3-527-66053-7

Vorwort

Wer möchte nicht wissen, was in unseren Lebensmitteln steckt und wie sie zu traditionellen oder neuen Produkten weiterverarbeitet werden?

Dieses Buch handelt von Lebensmitteln, deren Zusammensetzung und ihrer industriellen Verarbeitung. Das Buch wurde in zwei Teile gegliedert. Ein erster Produktketten-orientierter Teil informiert über die gängigen Lebensmittel und deren Zusammensetzung, wirtschaftlichen Bedeutung und gibt eine Übersicht der industriellen Verarbeitung dieser Produkte. Im zweiten Prozess-orientierten Teil haben wir versucht, produktübergreifend ein Verständnis für die wesentlichen und zukunftsträchtigen Verfahren zu erzeugen. Damit wollen wir sowohl aus den Produkt-orientierten „vertikalen", als auch aus der Prozess-orientierten „horizontalen" Sichtweise ein Netzwerk flechten, das sowohl das Rohstoff- als auch das verfahrenstechnisch-basierte Wissen bietet, um die vielfältigen Aspekte der Lebensmittelverarbeitung zu verstehen.

An dieser Stelle möchten wir auch schon darauf hinweisen, dass es sich weder um ein Lexikon (da nicht vollständig) noch um ein klassisches Lehrbuch handelt, da wir mehr Wert auf Verständnis und Konzepte gelegt haben, als auf das Herleiten und Darstellen von Gleichungen zum Auslegen von Prozessen. Auslegungsgleichungen gibt es noch nicht für alle Prozesse der Lebensmittelverarbeitung. Sehr häufig herrscht hier noch das „Trial-and-Error“-Prinzip vor. Wo diese aber existieren, haben wir grundlegende Zusammenhänge dargestellt, für tiefergehende Betrachtungen aber auf die dazu vorhandene Literatur verwiesen.

Dieses Buch ist vor allem deshalb nicht vollständig im Sinne eines Lexikons, da es eurozentrisch und zukunftsorientiert ist. Produkte und Herstellungsweisen, die nur in anderen Kulturkreisen üblich sind (dazu gehört auch die Produktion entsprechend religiöser Vorschriften, wie Koscher) haben nur selten Eingang in dieses Buch gefunden. Prozessschritte (z. B. pneumatischer Transport, Zerkleinern, Walzentrocknen), die nach unseren eigenen Erfahrungen und derzeitigem Kenntnisstand in der Literatur ausreichend beschrieben sind und aktuell keine neuen Anwendungsgebiete erkennen lassen, wurden nicht aufgenommen. Diese Einschätzung mag durchaus der anderer Fachleute widersprechen oder sich in den nächsten Jahren ändern.

Trotz all dieser Einschränkungen sind wir davon überzeugt, das dieses Buch vor allem Quereinsteigern (Ingenieuren aus anderen Fachgebieten, denen ein Überblick über die Lebensmittelchemie und Ernährung fehlt, als auch (Lebensmittel-) Chemikern und Biotechnologen, die sich einen Überblick über die gängige Verfahrenstechnik verschaffen wollen) helfen kann. Auch dem einen oder anderen Lebensmittelverfahrenstechniker, der nach Jahren in der Produktion etwas den Anschluss an die Entwicklung in anderen Gebieten verloren hat, soll dieses Buch helfen, den Einstieg wieder zu finden. Unser Ziel war es, den Blick für produktübergreifendes Prozessverständnis zu öffnen ohne produktspezifisches Basiswissen zu verlieren. Studenten der verfahrenstechnischen wie stofforientierten Richtungen soll es den Einstieg in die vernetzte Disziplin „Lebensmittelverfahrenstechnik“ bieten.

Der Teil A beschreibt zunächst die wichtigsten Komponenten für die menschliche Ernährung (Kohlenhydrate, Fett, Proteine, Vitamine und Mineralstoffe) und darauf aufbauend die Be- und Verarbeitung einzelner Lebensmittelgruppen (Milch und Milchprodukte, Fleisch, Fisch, Ei und deren Folgeprodukte, Getreide und Getreideprodukte, Obst, Gemüse und Zucker sowie alkoholfreie und -haltige Getränke und sowie Instantprodukte). Im letzten Teil wird auf die aktuellen Entwicklungen im Bereich „Functional Food“ sowie der gentechnischen Modifizierung von Rohstoffen und der Novel Food Verordnung eingegangen.

In den sieben Kapiteln des Teils B werden anhand ausgewählter Beispiele produktübergreifende verfahrenstechnische Grundoperationen behandelt. Im ersten Kapitel werden die Verfahren zur Reduktion des Wassergehalts dargestellt und verglichen. Wir beginnen mit dem Eindampfen, da dieses bei niedrigen Feststoffgehalten das wirtschaftlichste Verfahren ist. Daran schließen sich die konventionellen Trocknungsverfahren an, die feste Endprodukte liefern. Trotz Jahrzehnte langer Anwendung von Trocknern in der Kombination mit anderen Eindampfern bietet sich noch Raum für Leistungssteigerungen. Auch die industriell noch exotische Mikrowellentrocknung wird behandelt. Neueste Entwicklungen zur Ermittlung von örtlichen Temperatur- und Wasserverteilungen bieten hier in Zukunft eine Basis für die Prozessoptimierung, ohne die sich dieses neue Verfahren bislang noch nicht durchsetzen konnte. Im 2. und 3. Kapitel werden die Texturierungsverfahren Agglomeration, Granulation und Extrusion vorgestellt, die gerade für die heute an Bedeutung gewinnende Produktgestaltung wichtig sind. Das Herstellen mehrphasiger Produkte (Emulgieren oder Schäumen) wird in Kapitel 4 beschrieben. Hier wurden in den letzten Jahren große Fortschritte im Auswählen, Auslegen und Optimieren von Produktionsanlagen und in der Produktgestaltung gemacht. Von der physikalischen Stabilität der Emulsionen und Schäume wird dann in Kapitel 5 zur mikrobiellen und chemischen Stabilität durch die Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen übergeleitet. Zusätzlich zum Stand der Technik (Prozessauslegung mit Hilfe von D- und F-Werten) haben wir die neuen, genaueren Modelle zur Beschreibung der biochemischen Reaktionskinetik mit aufgenommen. Eine Ergänzung oder Alternative zur Inaktivierung von Mikroorganismen und Enzymen stellt oft das Kühlen und Gefrieren von Lebensmitteln (Kapitel 6) oder nicht-thermische Verfahren zum Haltbarmachen (Kapitel 7) dar. Im Kapitel 7 haben wir innovative Verfahren aufgenommen, die sich bislang noch nicht am Markt durchsetzen konnten, aber für die Zukunft ein großes Potenzial zur Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte bieten.

Dieses Buch setzt Grundkenntnisse in der Chemie und Verfahrenstechnik voraus und umfasst die Lebensmittelkunde und -verfahrenstechnik, wie sie in Karlsruhe als Vorlesung für Chemie-, Bio- und Wirtschaftsingenieure sowie Lebensmittelchemiker als Haupt- oder Nebenfach angeboten wird.

Lesern, die uns schreiben, um uns auf fachliche Fehler hinzuweisen, sind wir höchst dankbar. Die Konzeption des Buches ist natürlich nicht die einzig denkbare, schien uns aber den Versuch wert, um den Graben zwischen produkt- und prozess- (unit operation) orientierter Denkweise weiter zu schließen.

Stutensee, im September 2004

Autoren

Prof. Dr.-Ing. Heike P. Schuchmann

Institut für Lebensmittelverfahrenstechnik

Universität Karlsruhe

Fitz-Haber-Weg 2

76131 Karlsruhe

Dr.-Ing. Harald Schuchmann

Unternehmensberatung und Weiterbildung

Schauinslandweg 1

76297 Stutensee

Unter Mitarbeit von

Qui Farm (Urug.) Diana Behsnilian

Institut für Verfahrenstechnik Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel (BFEL)

Haid- und Neu-Str. 9

76131 Karlsruhe

Dr. rer. nat. Dipl.-Ing. Volker Gaukel

Institut für Lebensmittelverfahrenstechnik

Universität Karlsruhe

Fitz-Haber-Weg 2

76131 Karlsruhe

Dipl.-Ing. Volker Gräf

Institut für Verfahrenstechnik Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel (BFEL)

Haid- und Neu-Str. 9

76131 Karlsruhe

Dr. Esther Mayer-Miebach

Institut für Verfahrenstechnik Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel (BFEL)

Haid- und Neu-Str. 9

76131 Karlsruhe

Dipl.-Ing. Axel Rathjen

Institut für Verfahrenstechnik Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel (BFEL)

Haid- und Neu-Str. 9

76131 Karlsruhe

Dr.-Ing. Marc Regier

Institut für Lebensmittelverfahrenstechnik

Universität Karlsruhe

Fitz-Haber-Weg 2

76131 Karlsruhe

Dr.-Ing. Mario R. Stahl

Institut für Verfahrenstechnik Bundesforschungsanstalt für Ernährung und Lebensmittel (BFEL)

Haid- und Neu-Str. 9

76131 Karlsruhe

A

Produkte und ihre Herstellung

Heike P. Schuchmann

Harald Schuchmann

1

Nahrungsbedarf und Lebensmittelbestandteile

1.1 Der Nahrungsbedarf des Menschen

1.1.1 Allgemeines, Energiegewinnung aus Nährstoffen

Der menschliche Körper ist bei allen Aspekten des Lebens, wie Bewegung, Stoffwechsel, Wachstum oder Fortpflanzung, auf das Zuführen und Umsetzen von Energie angewiesen. Zur Energiegewinnung werden aus der Umgebung energiereiche Nährstoffe (Proteine, Fette, Kohlenhydrate), Mineralien, Vitamine, Wasser und Sauerstoff aufgenommen. Die in den Nahrungs- oder Lebensmitteln enthaltenen Nährstoffe müssen erst im Magen-Darm-Kanal mittels Verdauungsenzymen verfügbar gemacht werden. Die gewonnene Energie (Abb. 1.1.) in Form energiereicher Phosphate (Adenosintriphoshat= ATP) steht z. B. zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur, für Aufbau, Unterhalt und Reparatur von Zellen, zum Aufbau von Enzymen und dem internen Transport zur Verfügung. Im Stoffwechsel kann der menschliche Körper Proteine in Kohlenhydrate und Kohlenhydrate in Fette umwandeln. Die Umwandlung von Kohlenhydraten in Proteine ist nicht möglich. Ein g Fett bzw. Öl haben einen Energiewert von ≈ 38 kJ, während 1 g Kohlenhydrate oder Proteine nur 17 kJ erbringen.

Eine optimale, bedarfsangepasste Ernährung besteht nicht nur in der Vermeidung einer Unter- oder Überversorgung an Energie, sondern in einer vielseitigen, abwechslungsreichen, alle Nährstoffe, Vitamine und Spurenelemente in ausreichenden Mengen enthaltenden Kost. Der Körper kann letztendlich als Bilanzraum aufgefasst werden, dessen Akkumulationsterm das Körpergewicht darstellt.

1.1.2 Einflüsse auf den Nahrungsbedarf

Der Nahrungsbedarf eines Menschen wird im Wesentlichen von der Körpergröße (Höhe und Gewicht), dem Geschlecht, der Umgebungstemperatur und der körperlichen Aktivität bestimmt [1].

Abbildung 1.1 Energiegewinnung aus Nährstoffen (nach [1]).

Der Energiebedarf steigt bei abnehmender Temperatur (30 °C nach −5 °C um 15%) nahezu linear an und ist von der spezifischen Oberfläche abhängig. Der Mehrverbrauch durch körperliche Aktivität steigt ab einem Mindestumsatz ebenfalls annähernd linear an (Beispiel Laufgeschwindigkeit: von 13 kJ/kg · h bei 5 km/h auf 41 kJ/kg · h bei 9 km/h [1]). Bei lang andauernden mäßig intensiven Bewegungsformen (aerobe Belastung, Dauer > 2 min) wird die Energie vorwiegend aus der Fettverbrennung gewonnen, bei höheren Belastungen (gemischt aerobe/anaerobe und anaerobe Belastung, Dauer > 30 s) wird sie zunehmend durch die Kohlenhydratverbrennung ersetzt (Abb. 1.2.).

Abbildung 1.2 Energiebereitstellung im Muskel (nach [1]).

1.2 Grundlegende Lebensmittelbestandteile

1.2.1 Proteine

1.2.1.1 Vorkommen und ernährungsphysiologische Bedeutung

Proteine (Eiweißstoffe) bilden mengenmäßig den größten Anteil aller organischen Verbindungen im menschlichen Organismus (ca. 12 kg, von denen täglich ca. 400 g abgebaut und wieder neu aufgebaut werden müssen). Als Gerüstsubstanzen sind sie die Hauptbestandteile der Haut, Muskeln, Knochen, Knorpel und Organe. Hämoglobin und Myoglobin, Moleküle, die Sauerstoff transportieren und speichern, sowie alle Enzyme und Hormone sind Proteine. Im Gegensatz zum menschlichen und tierischen Organismus können die Pflanzen und einige Mikroorganismen anorganischen Stickstoff (aus z. B. Knöllchenbakterien des Bodens oder Stickstoffdünger) in organische Verbindungen umwandeln und so Proteine aufbauen.

Der menschliche Organismus kann nur einen Teil der benötigen Aminosäuren selbst synthetisieren, um daraus körpereigenes Eiweiß aufzubauen. Für den Rest ist er darauf angewiesen, diese unmittelbar über Pflanzen oder mittelbar über tierische Nahrungsmittel zu sich zu nehmen. Die Aminosäuren, die der menschliche Organismus nicht selbst synthetisieren kann, aber zum Aufbau eigener Proteine benötigt, werden als essentielle Aminosäuren bezeichnet.

1.2.1.2 Aufbau

Alle Proteine sind Makromoleküle, die aus kleineren Untereinheiten, den α-Aminosäuren, aufgebaut sind [2]. Die Aminosäuren sind in unterschiedlicher Reihenfolge und Kombination über Peptidbindungen verbunden. Makromoleküle aus wenigen Aminosäuren nennt man Peptide, bei 50 bis ca. 3000 Aminosäureresten spricht man von Proteinen. Zwei funktionelle Gruppen kennzeichnen Aminosäuren, die Amino- und die Carboxylgruppe (Abb. 1.3). In unserer Nahrung finden wir bis zu 20 unterschiedliche Aminosäuren, von denen acht essentiell sind.

Abbildung 1.3 Aufbau der Aminosäuren und der Peptidbindung.

Je nach chemischer Struktur der Restgruppe R werden die Aminosäuren in verschiedene Gruppen unterteilt [2]:

Neutrale aliphatische Aminosäuren

besitzen eine reine Kohlenwasserstoffkette als organischen Rest. Beispiele sind Glycin oder Glykokoll,

L

-Alanin und

L

-Valin,

L

-Leucin und

L

-Isoleucin. Glycin ist die einfachste Aminosäure (R= H). Es wird im menschlichen Körper für Entgiftungsfunktionen und als Energiespeicher für Nerven und Muskeln benötigt und ist Bestandteil der Gallensäuren.

Hydroxy-Aminosäuren

enthalten eine Hydroxylgruppe in der Restgruppe. Hierzu zählen

L

-Threonin und

L

-Serin. Hydroxy-Aminosäuren erhöhen die Wasserlöslichkeit eines Proteins.

Thio-Aminosäuren

enthalten Schwefel in der Restgruppe (z. B.

L

-Cystein,

L

-Cystin und

L

-Methionin). Sie sind für den Stoffwechsel und die Leberfunktion wichtig und man findet sie in Proteinen mit Gerüstfunktion (Haare, Fingernägel). Disulfidbrücken zwischen zwei Thio-Aminosäuren sind für die Elastizität von Proteinen verantwortlich.

Basische Aminosäuren

haben eine zweite Aminogruppe im Rest. Beispiele sind

L

-Lysin,

L

-Arginin und

L

-Histidin. Histidin findet sich oft im aktiven Zentrum von Enzymen, Lysinmangel führt zu Verfettung und Menstruationsstörungen.

Saure Aminosäuren

enthalten eine zweite Carboxylgruppe im Rest. Hierzu zählen

L

-Asparaginsäure und L-Glutaminsäure. Beide werden im intermediären Stoffwechsel benötigt.

Aromatische Aminosäuren

enthalten einen aromatischen Ring in der Restgruppe. Hierzu gehören

L

-Phenylalanin,

L

-Tyrosin und

L

-Tryptophan. Tryptophanmangel führt beispielsweise zu Anämie. Viele aromatische Aminosäuren machen Proteine wasserunlöslich.

1.2.1.3 Struktur

Proteine haben eine spezifische dreidimensionale Struktur, die auf vier Strukturebenen beschrieben wird [2]. Die Sequenz der Aminosäuren im Protein bestimmt dessen Primärstruktur. Sie ist charakteristisch für jedes Protein und bestimmt dessen Eigenschaften. Die Sekundär- und Tertiärstruktur der Proteine wird durch die Anordnung der Aminosäurenkette im Raum bestimmt (Konformation). Die wichtigsten Sekundärstrukturen sind α-Helix- und Faltblattstrukturen. Von Tertiärstrukturen spricht man bei einer Kombination verschiedener Konformationen. Die Quartärstruktur eines Proteins wird durch die Anordnung mehrerer Polypeptidketten zueinander bestimmt.

Prinzipiell kann man zwischen globulären oder Sphäroproteinen (kugelige bzw. ellipsoide Makromoleküle) und fibrillären oder Skleroproteinen (fadenförmige Makromoleküle) unterscheiden. Globuläre Proteine finden sich in tierischen (Milch, Eier, Fleisch, Fisch) wie pflanzlichen Produkten (Getreide, Hülsenfrüchte, Kartoffeln, Obst und Gemüse) und bilden im menschlichen Körper Blutserum, Zellen und Enzyme. Fibrilläre Proteine findet man in Fleisch, Fisch, Knochen, Haaren, Nägeln und Federn. Sie werden zum Aufbau von Bindegewebe in Haut, Knochen, Sehnen, Knorpeln, Gefäßen, Lunge etc. benötigt und auch Gerüsteiweißstoffe genannt. Die Struktur, insbesondere die Quartärstruktur, von Proteinen bestimmt auch ihre dynamischen grenzflächenaktiven Eigenschaften [3,4].

1.2.1.4 Eigenschaften

Eine Temperaturerhöhung über 60 °C (Kochen), starke pH-Wert-Änderungen (Säuern) sowie der Zusatz von konzentriertem Alkohol oder Schwermetallsalzen zerstört die Sekundär- bis Quartärstruktur eines Proteins, und man spricht von einer Denaturierung des Proteins [5]. Die Proteindenaturierung kann reversibel sein, ist meist aber irreversibel. Durch die Denaturierung gehen die biologischen Eigenschaften der Proteine verloren (z. B. Enzym- oder Hormonwirkung). Auch die chemischen und physikalischen Eigenschaften (wie Löslichkeit) werden verändert. Der durch die Aminosäuren bestimmte Nährwert bleibt aber erhalten, und Verdauungsenzyme können leichter angreifen, da jetzt die Peptidkette in den denaturierten Proteinen freiliegt. Gekochte Produkte sind daher leichter verdaulich. Im Verdauungstrakt wird die Primärstruktur hydrolytisch von Enzymen und Säuren aufgetrennt.

1.2.1.5 Biologische Wertigkeit

Essentielle Aminosäuren werden vom menschlichen Organismus nicht synthetisiert und müssen daher über die Nahrung zugeführt werden. Hierzu gehören Valin, Leucin, Isoleucin, Threonin, Methionin, Lysin, Phenylalanin und Tryptophan. Quellen sind Fleisch, Ei, Milch, Fisch, Getreide, Hülsenfrüchte, Gemüse und Hefe, wobei die verschiedenen Nahrungsproteine dem menschlichen Körper essentielle Aminosäuren in unterschiedlichen Mengenverhältnissen zuführen. Die Nahrungsmittel haben daher eine unterschiedliche biologische Wertigkeit für den Aufbau von Körperproteinen. Die biologische Wertigkeit eines Nahrungsproteins ist hoch, wenn es die essentiellen Aminosäuren in einem ähnlichen Mengenverhältnis enthält, wie sie in den Körperproteinen vorkommen. In Tabelle 1.1 sind die biologischen Wertigkeiten verschiedener Grundnahrungsmittel angegeben. Die Schwierigkeit einer vegetarischen Ernährung ist, dem Körper ausreichend biologisch hochwertiges Protein zuzuführen.

Tabelle 1.1 Biologische Wertigkeit ausgewählter Grundnahrungsmittel [6].

Nahrungsmittel

Biologische Wertigkeit (%)

Vollei

94

Milch- und Milchprodukte

86–100

Fisch

80–95

Rind- und Schweinefleisch

65–105

Sojabohnen

72

frische Hefe

69

Kartoffeln, Reis

70–80

Erbsen, Linsen

30–60

Weizen, Mais

25–55

Gelatine

0

1.2.1.6 Eiweißbedarf

Das physiologische Eiweißminimum liegt je nach biologischer Wertigkeit der aufgenommenen Proteine bei 30–40 g pro Tag. Damit kann der Mensch aber nicht lange auskommen. Die optimale Eiweißzufuhr für einen Erwachsenen liegt bei 60–70 g pro Tag oder 15% der täglichen Gesamtenergiezufuhr [6]. Ein Drittel der Eiweißmenge sollte in Form von biologisch hochwertigen, tierischen Eiweißstoffen zugeführt werden. Einen höheren Eiweißbedarf haben Säuglinge, Kinder, Jugendliche, Schwangere und stillende Mütter, Sportler sowie diäthaltende Menschen. In den Entwicklungsländern sind Getreideprodukte und Hülsenfrüchte der Haupteiweißlieferant. Eiweißmangel mit Folgeerscheinungen tritt dort insbesondere bei Kindern auf.

1.2.2 Fette und fettähnliche Stoffe – Lipide und Lipoide

1.2.2.1 Vorkommen und ernährungsphysiologische Bedeutung

Fette sind in allen Zellen als Nahrungsreserve und damit Energieträger zu finden. Pflanzen speichern Fette als Energiereserve in Samen, Früchten oder Keimen, um während des Auskeimens von anderen Energieträgern unabhängig zu sein. Im tierischen und menschlichen Organismus stellen Fette eine langfristige Energiereserve dar (Körper- und Unterhautfett). Daneben erfüllen sie eine Schutzfunktion gegen thermische (Wärmeverlust) und mechanische Belastung (Organschutz vor Stoß) sowie zur Hydrophobierung der Haut. Als kalorienreichste Nährstoffgruppe sind Fette der wichtigste Energielieferant und -speicher der Nahrung (1 g Fett kann 39 kJ erzeugen, 1 g Proteine oder Kohlenhydrate dagegen nur 17 kJ). Daneben sind Fette Trägersubstanzen für fettlösliche Vitamine und Aromen.

Neben den Nahrungsfetten findet man in Zellen auch fettähnliche Stoffe (Lipoide oder komplexe Lipide wie Glycerinphosphatide, Steroide oder Carotinoide). Sie machen zwar nur 1–2% der Gesamtfette aus, sind aber lebensnotwendig.

1.2.2.2 Aufbau und Struktur

Abbildung 1.4 Aufbau der Nahrungsfette (Triglyceride).

Ist lediglich eine Fettsäureart am Aufbau des Triglycerids beteiligt, spricht man von einfachen oder einsäurigen Glyceriden. Gemischte oder mehrsäurige Glyceride haben verschiedene Fettsäurearten im Triglycerid. Nahrungsfette sind meist Gemische aus unterschiedlichen Glyceriden. Gesättigte Triglyceride bestehen nur aus gesättigten Fettsäuren. Enthalten Fettsäuren eine oder mehrere Doppelbindungen, so spricht man von ein- bzw. mehrfach ungesättigten Triglyceriden. Nahrungsfette zeichnen sich dadurch aus, dass die Anzahl an C-Atomen immer gerade ist und Doppelbindungen fast immer in der cis-Form vorliegen. Nach dem Hydrieren von Fetten findet man auch trans-Konfigurationen.

Beim Verdauungsvorgang werden Fette durch die Einwirkung von Lipasen (fettspaltende Enzyme), die Fettsäuren unter Wasseranlagerung abspalten, abgebaut. Es entstehen Di- und Monoglyceride und schließlich Glycerin und Fettsäuren. Vor allem Mono- aber auch Diglyceride werden als Zusatzstoffe, z. B. Emulgatoren, in Lebensmitteln eingesetzt.

1.2.2.3 Zusammensetzung der Nahrungsfette

Tierische Fette und Öle haben einen höheren Gehalt an gesättigten, pflanzliche Fette einen höheren Gehalt an ungesättigten, essentiellen Fettsäuren (Tab. 1.2).

1.2.2.4 Eigenschaften

Der Schmelzpunkt eines Fetts steigt mit der Anzahl an C-Atomen und sinkt mit zunehmender Zahl an Doppelbindungen. Liegt der Schmelzpunkt eines Nahrungsfetts unter 5 °C, spricht man von einem Öl. Halbfeste Fette haben Schmelzpunkte um die Körpertemperatur (wie Butter oder Schmalz, 30 bzw. 35–45 °C), während der Schmelzpunkt von festen Fetten wie Talg z. B. bei 45–50 °C liegt. Flüssige Körperfette haben Schmelzpunkte um 17–18 °C.

Zur Charakterisierung der Nahrungsfette ermittelt man unterschiedliche Kennzahlen: Mit Hilfe der Verseifungszahl kann man Aussagen über die durchschnittliche relative Molekülmasse aller am Aufbau beteiligten Fettsäuren machen. Die Jodzahl ermöglicht eine Angabe über den durchschnittlichen Gehalt eines Fetts an ungesättigten Fettsäuren. Die Säurezahl gibt an, wie viele freie Fettsäuren durchschnittlich in einem Fett sind.

Tabelle 1.2 Eigenschaften und Anteile der wichtigsten Fettsäuren in ausgewählten Nahrungsfetten (Anhaltswerte, Gehalte schwanken je nach Klima und Fütterung).

Werden Fette oder Öle stark erhitzt, findet eine thermische Zersetzung statt, wobei stechend riechende Dämpfe (Acrolein) entstehen. Die Zersetzungstemperaturen (auch Rauchpunkte genannt) von Pflanzenfetten liegen bei 230 °C, von Pflanzenölen bei ca. 190 °C und von Margarine/Butter bei ca. 150 °C. Beim Zubereiten von Speisen dürfen diese Temperaturen nicht überschritten werden.

Unter Einwirkung von Licht, Sauerstoff und Metallionen (v. a. Cu) oder mikrobiell gebildeter Enzyme wird das Fett ranzig und verliert seine sensorische wie ernährungsphysiologische Qualität. Dabei findet zunächst eine hydrolytische Spaltung und sekundär eine oxidative Zersetzung der freien Fettsäuren in Aldehyde und Ketone (Autoxidation) statt.

1.2.2.5 Fettbegleitstoffe – Lipoide

Die wichtigsten Lipoide sind Phosphatide, Lipochrome (Carotinoide und Chlorophylle), Steroide und fettlösliche Vitamine.

Zu den Lipochromen (fettlösliche natürliche Farbstoffe) zählen die Carotinoide und Chlorophylle. Carotinoide sind natürlich vorkommende gelbe oder rote Pigmente, die nur von Pflanzen gebildet werden können. Vom Molekülaufbau sind Carotinoide Polyenkohlenwasserstoffe mit 40 C-Atomen (Tetraterpene). Studien zeigen, dass Carotinoide eine Schutzwirkung gegen verschiedene Krebsarten (z. B. von Prostata-, Lungen- und Magenkrebs bei Lycopin), Altersblindheit u. a. degenerative oder cardiovaskuläre Krankheiten aufzeigen [7], so dass diese Stoffgruppe auch aus ernährungsphysiologischer Sicht sehr wichtig ist (s. Kap. 8 Obst und Gemüse). Die Vorstufe des Vitamin A (β-Carotin) ist auch ein Carotinoid. Chlorophyll ist dagegen ein grüner Farbstoff, der die Assimilation von Kohlendioxid in Pflanzen ermöglicht.

Zu den Steroiden gehören die Sterine (Cholesterin und Ergosterin), die Gallensäuren, die Hormone der Nebennierenrinde und die Sexualhormone. Insbesondere Cholesterin ist in der letzten Zeit in Zusammenhang mit ernährungsbedingten Krankheiten diskutiert worden. Cholesterin ist in allen Zellen der tierischen und menschlichen Organismen vorhanden. Zusammen mit anderen Lipoiden ist es am Aufbau der Zellmembranen und der Markscheide des Nervengewebes beteiligt und damit lebenswichtig. Es wird dem Organismus nicht nur durch die Nahrung zugeführt (ca. 1–2 g pro Tag), sondern hauptsächlich in der Leber synthetisiert (6–8 g/d) und dort zum größten Teil weiter zu Gallensäuren, Vitamin D3 und Sexualhormonen abgebaut. Cholesterin und Gallensäuren werden im Darm zur Fettverdauung und - resorption ausgeschüttet. Im Blutserum ist normalerweise ein konstanter Cholesterinspiegel (150–200 mg pro 100 ml Blutserum) vorhanden, nach einer fettreichen Mahlzeit kann er vorübergehend steigen. Cholesterin kann aber verstärkt in den Gefäßwänden der Arterien (Arteriosklerose) und evtl. auch in Gallensteinen auftreten. Dies ist jedoch keine ernährungsbedingte Krankheit, sondern wird durch eine krankhaft gesteigerte Cholesterinproduktion im Körper hervorgerufen. In einem solchen Krankheitsfall (Cholesterinspiegel > 260 mg/100 ml Blutserum) kann man aber versuchen, den Blut-Cholesterinspiegel durch die Ernährung zu senken. Wirksam sind beispielsweise ungesättigte cis-Fettsäuren (v. a. Linolsäure) und pflanzliche Phytosterine/Phytosterole bzw. deren Ester. Diese kommen frei, mit Fettsäuren verestert oder glycosidisch gebunden in allen pflanzlichen Lebensmitteln vor, bis zu 5% in Samen und pflanzlichen Ölen. Mit der normalen Nahrungsaufnahme werden ca. 300 mg („western diet“) bis zu 2000 mg pro Tag (vegetarische Ernährung) aufgenommen. Zur Senkung des Blut-Cholesterinspiegels sowie zur Verbesserung des Verhältnisses von HDL- zu LDL-Cholesterin und damit ein signifikant verringertes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist eine tägliche Aufnahme von ca. 5–20 g pro Tag kristallinem Phytosterolen [8,9] bzw. ca. 2 g pro Tag formulierten Polysterolestern [10] empfohlen. Phytosterole zeigen weiterhin eine anticancerogene Wirkung (v. a. gegen Darmkrebs) und reduzieren die Bildung von Gallensteinen [11].

Neben β-Carotin/Vitamin A und den D-Vitaminen zählen die Vitamine E (Tocopherol) und K zu den Fettbegleitstoffen. Vitamin E hat als Radikalfänger eine ernährungsphysiologische Bedeutung und wird in Lebensmitteln gerne als Antioxidant zugesetzt.

1.2.2.6 Fettbedarf

In Deutschland stellen Fette zurzeit ca. 40% der Nahrungsaufnahme, was über der Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Ernährung DGE von 30% liegt. Die tägliche Aufnahme sollte bei 70–90 g Fett möglichst pflanzlicher Herkunft liegen [12]. Davon sollten je zu einem Drittel einfach ungesättigte, mehrfach ungesättigte und gesättigte Fettsäuren zugeführt werden. Eine ausreichende Zufuhr an lebensnotwendigen (essentiellen) Fettsäuren kann damit gewährleistet werden. Wird mehr Fett mit der Nahrung aufgenommen, als der Körper zu seinem Unterhalt braucht, so wird es in Körperfett umgewandelt.

1.2.3 Kohlenhydrate oder Saccharide

1.2.3.1 Ernährungsphysiologische Bedeutung

Die Kohlenhydrate sind mengenmäßig der wichtigste Nährstoff für den menschlichen Organismus. Sie werden in der Pflanze durch CO2-Assimilation mit Hilfe von Sonnenenergie gebildet (Photosynthese, Katalysator: Chlorophyll). Kohlenhydrate sind bevorzugte Energiespender, da sie sofort ins Blut gehen. Die Zellen des Zentralnervensystems und die Erythrozyten sind auf Kohlenhydrate als einzige Energiespender angewiesen. Als Energiespeicherstoff sind Kohlenhydrate nur bedingt geeignet. Der Körper kann Kohlenhydrate nur in der Form des Glykogens in der Leber (ca. 150 g) und in den Muskeln (ca. 150–200 g) speichern und bei Unterzuckerung mit Hilfe von Amylasen zu Glucose abbauen. In der organischen Grundsubstanz dienen Kohlenhydrate als innere Stützfunktion. Kohlenhydrate sind weiterhin Bestandteil der Schleimstoffe (Mucine). Das Polysaccharid Heparin hemmt die Blutgerinnung. Außerdem wirken Kohlenhydrate bei der Abwehrreaktion des Organismus mit. Unverdauliche Kohlenhydrate (wie Cellulosen) regulieren die Verdauungstätigkeit. Der Blutzuckerspiegel liegt normalerweise bei ca. 100 mg Glucose/ml. Die Bauchspeicheldrüse produziert bei Zuckeraufnahme Insulin, um den Blutzuckerspiegel konstant zu halten.

1.2.3.2 Aufbau und Vorkommen

Kohlenhydrate sind organische Verbindungen, die die Elemente Kohlenstoff C, Wasserstoff H und Sauerstoff O im Verhältnis Cn(H2O)n enthalten. Sie sind aus einem oder mehreren Monosacchariden aufgebaut [2].

Monosaccharide sind die primären Oxidationsprodukte mehrwertiger Alkohole. Die größte Bedeutung für die menschliche Ernährung haben die aus sechs Kohlenstoffatomen zusammengesetzten Hexosen, die Aldohexosen D(+)-Glucose, D(+)- Galactose und D(+)-Mannose sowie die Ketohexose D(−)-Fructose. Monosaccharide liegen normalerweise in der Ringform vor (Halbacetalbildung). D(+)-Glucose (Dextrose, Traubenzucker) kommt v. a. in Obst und Honig vor. D(+)-Galactose ist Bestandteil von Disacchariden (Milchzucker, Lactose) oder Polysacchariden (Pektinen). D(+)-Mannose findet man ebenfalls nur gebunden in Polysacchariden (Hemicellulosen, Glycoproteide und - lipoide), z. B. in Orangenschalen.

Oligosaccharide bestehen aus 2–6 Monosaccharideinheiten. Für die menschliche Ernährung von Interesse sind v. a. die Disaccharide Saccharose (Kristall-, Rübenoder Rohrzucker), Lactose (Milchzucker) und Maltose (Malzzucker). Saccharose ist aus Glucose und Fructose zusammengesetzt und kommt in der Zuckerrübe und dem Zuckerrohr sowie in Früchten und Knollen vor. Als Invertzucker bezeichnet man das bei der sauren Spaltung von Saccharose entstehende Gemisch aus Glucose und Fructose. Lactose findet man v. a. in Kuhmilch und Milchprodukten, insbesondere Molke. Sie besteht aus Glucose und Galactose. Maltose ist aus zwei Molekülen Glucose aufgebaut und findet sich in keimenden Getreidekörnern (v. a. Gerste), in Malzextrakt und Bier.

Polysaccharide bestehen aus einer großen Anzahl an glycosidisch gebundenen Monosacchariden (mehrere 100 bis mehrere 1000 Glucoseeinheiten). Das wichtigste Polysaccharid der Nahrung ist Stärke. Stärke wiederum besteht aus zwei Molekülfraktionen, der langkettigen Amylose und dem verzweigten Amylopektin. Amylose besteht aus 250–1000 α-1,4-glycosidisch gebundenen D(+)-Glucoseresten und bildet unverzweigte Ketten in Form einer α-Helix aus. Amylopektin dagegen ist aus 600–6000 α-1,4- und α-1,6-glycosidisch gebundenen D(+)-Glucoseresten aufgebaut und bildet verzweigte Ketten. Auf ungefähr 15–30 Glucosereste kommt eine Seitenkette. Daneben existieren in der Natur weitere Polysaccharide wie die Hemicellulosen, Heteroglycane, Pektine, Xanthan, Agar-Agar und Mucopolysaccharide.

1.2.3.3 Eigenschaften

Alle Monosaccharide sind alkoholisch oder milchsauer vergärbar. Die Süßkraft von Mono- und Disacchariden ist sehr unterschiedlich. Man misst sie an der von Saccharose (s. Kapitel 9 Zucker). Polysaccharide haben dagegen keine Süßkraft. Werden sie allerdings enzymatisch in Dextrine gespalten, können Mischungen entstehen, deren Süßkraft man in Dextroseäquivalenten angibt.

Weitere Eigenschaften und Information zur Zuckerherstellung, Produkten aus Zuckern und Süßstoffen finden sich in Kapitel 9 Zucker.

1.2.3.4 Kohlenhydratbedarf

Eine ausgewogene Ernährung sollte 50–55% Kohlenhydrate, möglichst ballaststoffreich, enthalten [12]. Getreideprodukte sind damit ein wichtiger Bestandteil einer gesunden Ernährung. Bei ausreichender Kohlenhydratzufuhr durch die Nahrung kann die tägliche Eiweiß- und Fettzufuhr reduziert werden. Daher sollten dem Körper immer ausreichend Kohlenhydrate als Energielieferant zur Verfügung gestellt werden. Dem gegenüber steht die zurzeit v. a. in den USA diskutierte „Low-Carb“- Bewegung (keine Kohlenhydrate, viel Fett und Proteine). Diese wird aber aufgrund weniger, meist unzureichend dokumentierter, Studien in der Wissenschaft äußerst kontrovers diskutiert [13, 14].

1.3 Zusatzstoffe

1.3.1 Kennzeichnung und gesetzliche Regelungen

Im Februar 1998 ist die „Verordnung zur Neuordnung lebensmittelrechtlicher Vorschriften über Zusatzstoffe“ vom 29.1.1998 (BGBl. I. S. 230) in Kraft getreten. Seitdem dürfen in Deutschland nur noch die in dieser Verordnung zugelassenen Zusatzstoffe verwendet werden. Um einen Zusatzstoff zuzulassen, muss nachgewiesen werden, dass dieser gesundheitlich unbedenklich sowie technologisch notwendig ist und dass der Verbraucher durch seine Verwendung nicht getäuscht wird. Die Zusatzstoffverordnung der EU [15] regelt, welchem Lebensmittel welcher Zusatzstoff zugegeben werden darf (Positivliste) und vergibt eine, allen zugängliche, Kennzeichnung über E-Nummern. Eine Übersicht über alle Zusatzstoffe incl. einer Auflistung aller E-Nummern sind in [16, 17, 18] zu finden.

1.3.2 Konservierungsstoffe

Die wichtigsten Konservierungsstoffe, ihre E-Nummern, den jeweiligen ADI-Wert („acceptable daily intake“) sowie Hinweise zu Vorkommen, Besonderheiten bei der Wirkung und der Zulassung sind in Tabelle 1.3 zusammengefasst.

1.3.3 Süßstoffe

Die wichtigsten Süßstoffe sind Saccharin (Benzoesäuresulfimid), Cyclamat (Cyclohydroxysulfaminsäure), Aspartam, Acetosulfam, Thaumatin und Stereosid. Informationen zur Süßkraft sind in Abschnitt 9.1.2 zu finden. Für Süßstoffe werden keine E-Nummern vergeben. Grundsätzlich werden Süßstoffe gerne in Kombinationen eingesetzt, um die einzelnen Abbaupfade im Körper nicht zu stark zu belasten und um eine sensorische Nebenwirkung (Geschmack) zu minimieren.

1.3.4 Emulgatoren und Stabilisatoren

Die wichtigsten Emulgatoren und Stabilisatoren, ihre E-Nummern und ihre Herkunft sind in Tabelle 1.4 zusammengefasst.

Tabelle 1.3 Konservierungsstoffe.

Tabelle 1.4 Emulgatoren und Stabilisatoren, E-Nummern und ihre Herkunft.

1.3.5 Antioxidantien und Synergisten

Antioxidantien werden v. a. Fetten zugesetzt. Für natürliche Antioxidantien (Vitamin C, Tocopherole, wie Vitamin E, sowie Extrakte vieler Gewürze, z.B. Rosmarin) gibt es keine Mengenbegrenzung. Weitere Antioxidantien sind Propyl- (E 310), Octyl- (E 311) und Dodecylgallat (E 312) sowie Butylhydroxyanisol BHA (E 320, für Kartoffelprodukte 100–1000 mg/kg) und Butylhydroxytoluol BHT (E 321, nur für Kaugummi 1 g/kg). Synergisten wirken selber zwar nicht antioxidativ, verstärken aber deren Wirkung (Chelatbindung katalysierender Metallionen). Hierzu zählen die Zitronensäure (E 330) und Zitrate, die Weinsäure (E 334) und Tartrate, die Milchsäure (E 270) und Lactate sowie die Ortho-Phosphorsäure (E 338) und Phosphate (E 450 a–c).

Antioxidantien und Synergisten sind erlaubt für Suppen, Brühen, Bratensaucen in getrockneter Form, Kartoffeltrockenprodukte, Snacks auf Getreidebasis, Marzipan- und Nougatmasse, Kaugummi sowie Aromen (etherische Öle) meist in einer Konzentration von 100 mg/kg Fett (100 ng/kg Kartoffelerzeugnis).

1.3.6 Farbstoffe

Für einen Zusatz von Farbstoffen gibt es keine objektiven, aber psychologische Beweggründe. Nur wenige Farbstoffe sind daher erlaubt, wobei sowohl die erlaubten Farbstoffe als auch die Produkte, denen Farbstoffe zugesetzt werden dürfen, vorgeschrieben sind. Beispiele zugelassener Farbstoffe sind Riboflavin (E 101), Chlorophyll (E 140), Zuckerkulör (E 150), Carotinoide (E 160) und Xanthophylle (E 161). Farbstoffe dürfen beispielsweise Seelachs, Garnelen, Brausen, Kunstspeiseeis, Zuckerwaren, Marzipan, Likören, Margarine und Schnittkäse (jeweils nur E 160 b) zugesetzt werden.

1.3.7 Aromastoffe

Das Lebensmittelrecht unterscheidet zwischen natürlichen und synthetischen Aromastoffen. Natürliche Aromastoffe dürfen nur Rohstoffe enthalten, die aus natürlichem Ausgangsmaterial auf physikalischem Weg (Destillation, Extraktion) isoliert oder enzymatisch sowie mikrobiologisch gewonnen wurden. Hierzu zählen beispielsweise etherische Öle. Bei den synthetischen Aromastoffen unterscheidet man künstliche, naturidentische, d. h. chemisch den natürlichen gleiche, Aromastoffe und Zusätze „mit künstlichem Aromastoff“. Diese können auch ohne natürliches Vorbild erzeugt worden sein. Beispiele für Aromastoffe sind Vanillin, Zimtaldehyd, Benzaldehyd, Menthol, Citral oder Diacetyl. Aromastoffe haben keine E-Nummern. Manche natürlichen Aromastoffe sind wegen ihrer cancerogenen (Cumarin in Waldmeister, Safran) oder toxischen (Bittermandelöl u. a. Cyanidderivate) Wirkung verboten.

1.4 Rückstände in Lebensmitteln (Fremdstoffe, Xenobiotika)

Als Rückstände kann man in Lebensmitteln finden:

– Pflanzenschutzmittel (hauptsächlich Herbizide, Fungizide und Insektizide)

– Tierarzneimittel (Antibiotika, Östrogene oder Beruhigungsmittel)

– Schwermetalle (v. a. gefährlich sind Quecksilber aus Beizmitteln und Flusseinleitungen, Blei aus Leitungen, Benzin oder Steingutlasur, Cadmium aus Abwässern von Zinkgruben)

– Radioaktivität (v. a. nach dem Reaktorunfall in Tschernobyl 1986)

Die Höchstmengenverordnung von 1966 setzt für jeden Stoff die jeweilige Höchstmenge fest, die in Lebensmitteln vorkommen darf. Laut den letzten Ernährungsberichten der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e.V. (erscheint alle 4 Jahre) [19] nehmen die in Lebensmitteln nachweisbaren Rückstände stetig ab.

1.5 Lebensmittelbe- und -Verarbeitung: Motivation

Die meisten Rohwaren für Lebensmittel sind biologischen Ursprungs (Pflanzen oder Tiere). Das Kennzeichen dieser Rohwaren ist, dass sie häufig nicht lagerstabil sind, saisonal anfallen (v. a. Pflanzen) und nicht immer roh genussfähig oder verträglich sind. Das Hauptziel der Be- und Verarbeitung von Lebensmittelrohstoffen war es daher schon seit Jahrtausenden, verderbliche Produkte haltbar zu machen und die Genussfähigkeit sowie Verträglichkeit der Produkte zu verbessern.

In den letzten Jahrzehnten hat sich v. a. in den Industrieländern die Gesellschaft entscheidend verändert. Mit dem gestiegenen Bruttosozialprodukt gehen auch höhere Ansprüche an die Lebensmittelqualität einher. Neue Lebensstile (wie eine geringere Personenzahl pro Haushalt, ein geringerer Zeitaufwand für die Haushaltsführung, ein steigender Anteil an Berufstätigkeit unter den Frauen, ein höherer Freizeitwert) lassen neue Forderungen v. a. nach dem Zubereitungsaufwand von Lebensmitteln aufkommen und haben damit den Markt des „Convenience Food“ geschaffen. Die Forderung nach einer höheren Lebensmittelsicherheit ist v. a. in den letzten 10 Jahren aufgrund der BSE-Krise und diverser Tierseuchen (wie Maul-und-Klauen-Seuche) gestiegen. Ein steigendes Bewusstsein für Allergien hat viele Zusatzstoffe in Diskussion gebracht. Auch an die Lebensmittelindustrie wird die Forderung nach nachhaltigem Wirtschaften mit Rohstoffen und Energie gestellt. Gleichbedeutend dem Problem der Unterernährung in den Drittweltländern ist heute die Problematik der Fehl- und Überernährung in den Industrieländern mit den daraus folgenden steigenden Gesundheitskosten. Der Anteil an den gesamten Gesundheitskosten, der durch falsche Ernährung und fehlende Bewegung verursacht wird, wird in Deutschland zurzeit auf ≈ 30% geschätzt [20]. Dies ist mit ein Grund für Entwicklungen im Bereich „Functional Food“ (s. Kap. 13).

Die Lebensmittel verarbeitende Industrie wurde von diesen Entwicklungen beeinflusst. Ziele der Lebensmittelverarbeitung heute sind daher neben einer ausreichenden Grundversorgung der Bevölkerung mit sicheren Lebensmitteln die Verbesserung der Sicherheit und der präventiv-funktionellen Qualitätseigenschaften der Produkte sowie die Entwicklung möglichst umweltschonender Produktionsprozesse mit geringem Abfallaufkommen.

2

Milch und Milchprodukte

2.1 Milch

2.1.1 Zusammensetzung und Produktionsmengen

Milch ist ein Sammelbegriff für verschiedene Produkte, im Wesentlichen Kuh-, Büffel-, Schaf- und Ziegenmilch. Die Bedeutung der einzelnen Produkte ist regional unterschiedlich. Weltweit die größte Bedeutung hat Kuhmilch mit ca. 85% Anteil an der Weltgesamtproduktion von Milch (466 · 106 t von insgesamt 544 · 106 t in 1998). Die Zahl der Milchkuhbetriebe in Deutschland lag 2000 bei 152.000 (1992: 164.000) mit 4,6 Mio. Tieren (1992: 4,8 Mio.). In Europa lag der Milchkuhbestand in den Jahren 1997–2002 bei ca. 20–21,5 Mio. Tieren). Der durchschnittliche Milchertrag je Milchkuh lag 1997–2003 bei 5500–6500 kg/a mit einem mittleren Fettgehalt von 4,1 %. Der Verbrauch von Milch und frischen Milchprodukten in Deutschland lag 1999 bei 91,2 kg pro Person und Jahr (Tendenz steigend). 2002 lag der pro-Kopf-Verbrauch an Konsummilch in Deutschland bei 65 kg [21]. Milch hat v. a. in der Kinderernährung ihre größte Bedeutung.

Milch ist ein optimaler Nährboden für Mikroorganismen. In Rohmilch findet man je nach Stallhygiene, Abkühlgeschwindigkeit, Lager- und Transportbedingungen zwischen 10 und 10 Keime/g. Bis zur Einführung des Pasteurisierens von Milch (Anfang des letzten Jahrhunderts) gab es jährlich über eine Million Tote in Folge von über Milch übertragenen Krankheiten (wie Bakterienruhr, TBC, Hepatitis, Typhus, Cholera). Heute wird nur noch ein kleiner Teil der Milch als Vorzugsmilch unbearbeitet an die Verbraucher weitergegeben. Der überwiegende Teil wird vor dem Verzehr pasteurisiert oder zu Milchprodukten weiterverarbeitet.