Grundlagen Lebensmittelchemie an der Bergische Universität Wuppertal

Karteikarten und Zusammenfassungen für Grundlagen Lebensmittelchemie an der Bergische Universität Wuppertal

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Warum schimmeln Erdbeeren und warum schimmelt Erdbeerkonfitüre nicht?

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Warum verdirbt Fleisch rasch, nicht aber Salami?

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Was ist der Unterschied zwischen Wassergehalt und Wasseraktivität?
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Wie ist der a_w-Wert definiert?

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Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen a_w-Wert und dem Wachstum von Bakterien, Schimmelpilzen und Hefen.

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Wie ermittelt man die a_w-Werte von Lebensmitteln?

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Nennen Sie die drei wichtigsten traditionellen Haltbarmachungsverfahren
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Wasser in Lebensmitteln - Funktion

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Welches Toxin befindet sich in nicht richtig sterilisierten Fleischkonserven ?

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Welches Toxin lässt sich in nicht richtig getrocknetem Getreide finden ?

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Hürdenkonzept

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Sorbinsäure 

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Grundlagen Lebensmittelchemie

Warum schimmeln Erdbeeren und warum schimmelt Erdbeerkonfitüre nicht?
Durch den Zusatz von Substanzen mit hohen Wasserbindungsvermögen (Zucker in Erdbeerkonfitüre, Salz, Glycerin, Sorbit...) wird die Wasseraktivität herabgesetzt. Abnehmende Wasseraktivität bremst das Wachstum von Mikroorganismen, enzymatischen Reaktionen und schließlich die Bräunung.

Grundlagen Lebensmittelchemie

Warum verdirbt Fleisch rasch, nicht aber Salami?
Eine hohe Wasseraktivität begünstigt den Verderb von Fleisch. Salami enthält durch Trocknung einen sehr niedrigen Wassergehalt, was den Verderbnisprozess verzögert. Der Wasserentzug dient als eine Konservierungsmethode (a_w (Salami)=0,82-0,85).

Grundlagen Lebensmittelchemie

Was ist der Unterschied zwischen Wassergehalt und Wasseraktivität?
Wasseraktivität:
- Ist ein Maß für die Verfügbarkeit von "freiem Wasser" in Lebensmitteln. Nur dieser Anteil beteiligt sich aktiv am Austausch mit Umgebungsfeuchte
- Abnehmende Wasseraktivität bremst das Wachstum von Mikroorganismen, die Reaktionen, die von Enzymen (insbesondere Hydrolasen) katalysiert werden und die nicht-enzymatische Bräunung.

Wassergehalt:
- Gibt die Menge an Wasser an, die in einem Material enthalten ist
- Der absolute Wassergehalt wird durch die Gewichtsdifferenz vor und nach dem Trocknen bestimmt.

Allgemein:
- Die Haltbarkeit von Lebensmitteln hängt nicht vom Wassergehalt, sondern von der Wasseraktivität ab. Wassergehalt und Wasseraktivität dürfen nicht gleichgesetzt werden.
- Die Wasseraktivität ist geringer als der absolute Wassergehalt.

Grundlagen Lebensmittelchemie

Wie ist der a_w-Wert definiert?
a_w=p/p_0        Wasseraktivität

p                          Wasserdampfpartialdruck

p_0                      Sättigungsdampfdruck über Wasser

(In Lebensmittel gebundenes Wasser weist einen niedrigeren Dampfdruck p auf als freies Wasser p_0)

Grundlagen Lebensmittelchemie

Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen a_w-Wert und dem Wachstum von Bakterien, Schimmelpilzen und Hefen.
  • Die Wasseraktivität beeinflusst das Vorkommen von Mikroorganismen. Abnehmende Wasseraktivität bremst zunächst das Wachstum von Mikroorganismen, dann die Reaktionen, die von Enzymen katalysiert werden und schließlich auch die nicht-enzymatische Bräunung.
  • Lebensmittel mit a_w-Werten zwischen 0,6 und 0,9 sind weitgehend geschützt gegen mikrobiellen Verderb.
  • Die Wasserverfügbarkeit der meisten frischen Lebensmitteln liegt zwischen 0,98 und 0,99. Hier liegt auch der optimale Wert für das Wachstum der meisten Mikroorganismen.
  • Bakterien stellen hohe Ansprüche an den Gehalt von frei verfügbarem Wasser. Das Minimum einer Vermehrung liegt in der Regel bei a_w-Werten von 0,91 bis 0,96.
  • Hefen können meist bei niedrigeren a_w-Werten als Bakterien wachsen. Die untere Grenze liegt zwischen 0,88 und 0,94.
  • Schimmelpilze können noch bei a_w-Werten von 0,8 bis 0,85 wachsen.
  • Grundsätzlich wird bei zunehmend tiefer Wasserverfügbarkeit das Wachstum und die Vermehrung auch bei toleranten Spezialisten zunehmend geringer. Erst bei a_w-Werten von unter 0,6 ist kein Mikroorganismenwachstum mehr möglich.

Grundlagen Lebensmittelchemie

Wie ermittelt man die a_w-Werte von Lebensmitteln?
Wasserbestimmung mit Karl-Fischer-Titration
Unter dem Karl-Fischer-Verfahren versteht man die quantitative Wasserbestimmung durch Titration.
Die Methode ist für Wasser spezifisch. In ihrer ursprünglichen Form besteht sie in der Titration von Wasser mit einer wasserfreien methanolischen Lösung, die Iod, Schwefeldioxid und überschüssiges Pyridin als Pufferlösung enthält. Die maximale Reaktionsgeschwindigkeit stellt sich zwischen pH 5,5 und 8 ein. Dementsprechend nutzt man basische Komponenten wie Imidazol für saure Proben und saure Komponenten wie Salicylsäure für basische Proben. Die Stöchiometrie (Molverhältnis H2O : I2) hängt von der Art des Lösungsmittels ab. Alkoholhaltige Lösungsmittel führen zu einer Stöchiometrie von H2O : I2 1:1, während nicht alkoholhaltige Lösungsmittel eine Stöchiometrie 2:1 ergeben. Auch die Wassermenge in der Probe beeinflusst das Molverhältnis. Dies tritt jedoch erst ab ca. 1 mol/L des Lösungsmittels auf.

Chemische Reaktion
Entscheidend für das Verfahren ist die Tatsache, dass Schwefeldioxid und Iod nur in Anwesenheit von Wasser mit einander reagieren:
2 H2O + SO2 + I2 -> SO4^2- + 2 I^- + 4 H^+ (in Abwesenheit von Alkoholen)
Ist Methanol in der Lösung vorhanden, so bildet er mit Schwefeldioxid einen sauren Ester, der durch die Base (z.B. Imidazol, im Folgenden als "RN" bezeichnet) neutralisiert wird:
CH3OH + SO2 + RN -> (RNH)*(CH3SO3)
Bei der Titration, bei der als Maßlösung Iod in Methanol eingesetzt wird, wird das Methylsulfit-Anion in Anwesenheit von Wasser durch das Iod zu Methylsulfat oxidiert. Das gelbbraune Iod wird dabei zum farblosen Iodid reduziert:
(RNH)*(CH3SO3) + I2 + H2O + 2 RN -> (RNH)*(CH3SO4) + 2 (RNH)* I
Bei diesem Vorgang wird Wasser verbraucht. Die Reaktion kann also nur so lange ablaufen, bis das gesamte im Analyten enthaltene Wasser verbraucht ist. Wenn kein Wasser mehr vorhanden ist, wird zudosiertes Iod nicht mehr reduziert. Die dadurch auftretende Braunfärbung dient der visuellen Endpunktsindikation.

Grundlagen Lebensmittelchemie

Nennen Sie die drei wichtigsten traditionellen Haltbarmachungsverfahren
  • Trocknung
  • Sterilisation (sterile Verpackung)
  • Zusatz von Substanzen mit hohen Wasserbindungsvermögen (Zucker, Salz)

Grundlagen Lebensmittelchemie

Wasser in Lebensmitteln - Funktion
Struktur (Tugor) 
Lösungsmittel 
Reaktionspartner 
Lebens-/ Reaktionsraum

Grundlagen Lebensmittelchemie

Welches Toxin befindet sich in nicht richtig sterilisierten Fleischkonserven ?

Botuliumtoxin

  • gebildet von Clostridium botulinum
  • sehr toxisch

Grundlagen Lebensmittelchemie

Welches Toxin lässt sich in nicht richtig getrocknetem Getreide finden ?

Aflatoxin

  • kanzerogen 
    • ist elektrophil und kann DNA Base binden -> Mutation 

Grundlagen Lebensmittelchemie

Hürdenkonzept

  • kumulativer Hemmeffekt
  • erreicht durch die Kombination mehrerer Konservierungsmaßnahmen (chem., physik., biol.)
  • MO können in ihrem Wachstum erst an einer letzten Hürde gebremst werden oder bereits an der zweiten


Grundlagen Lebensmittelchemie

Sorbinsäure 

  • natürlich: in Vogelbeere als Parasorbinsäure
  • synthetisch: aus Crotonaldehyd
  • Verstoffwelchselung: über ß-Oxidation 
  • Wirkung: kovalente Bindung mit SH-Enzymen des KH-Stoffwechsels und des Citratzyklus
  • Hemmung von Schimmelpilzen, Hefen und katalasepositiven Bakterien

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