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PRODUKTENTWICKLUNG

Funktionalität der Rohstoffe 11.2011

� Fraktioniermittel, Transporthilfen, Oberflächenbehandlungsmittel, Reaktionsbeeinflusser

� Enzyme

Technische Hilfsstoffe2

Technische Hilfsstoffe3

Grauzone der Zusatzstoffe

Bei der Herstellung aus technologischen Gründen Bei der Herstellung aus technologischen Gründen verwendet

Technische Hilfsstoffe4

� Weitgehend wieder entfernt

� Nur Reste, die technisch unvermeidbar, unwirksam, gesundheitlich unbedenklich, weder riechen noch schmecken

� Grenze zw. Hilfsstoffen und Zusatzstoffen fließend

Ca. 300 (z.T. nicht genau bekannte) nicht zulassungsbedürftige � Ca. 300 (z.T. nicht genau bekannte) nicht zulassungsbedürftige Stoffe

� Fachleute schätzen Anwendung höher als mit deklarationspflichtigen Zusatzstoffen

� Adsorbtionsmittel

� Trägerstoffe

�Vereinfachen Einsatz von Zusatzstoffen ohne technologische Funktion zu beeinflussen

Fraktioniermittel5

technologische Funktion zu beeinflussen

�Bes. bei sehr niedrige Konz. wäre Dosierung ohne fast unmöglich, Süßstoffe durch hohe Süßkraft oft an Träger gebunden

�Müssen nicht gekennzeichnet werden

� Detergenzien

� Entfärber

� Enzym-Fixiermittel

� Extraktions-Lösungsmittel

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Fraktioniermittel

� Extraktions-Lösungsmittel

� Fällmittel

� Molekularsiebe

� Reinigungshilfen

� Schälmittel

� Waschmittel

� Antiklumpmittel� (wirkt wie einst das Reiskorn im Salzstreuer)

� Formtrennmittel

Schwemmwasser

Transporthilfen7

� Schwemmwasser

� Treibgase

(um Öle o. Sahneerzeugnisse zu pumpen, abzufüllen;

Schutzgasatmosphäre)

� Kohlendioxid,

� Argon,

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Transporthilfen

� Argon,

� Helium

� Stickstoff,

� Distockstoffmonooxid,

� Butan,

� Isobutan,

� Propan,

� Sauerstoff,

� Wasserstoff

� Antischaummittel

� Freifleißmittel

� Hydrophobiermittel

� Hydrophiliermittel

Oberflächenbehandlungsmittel9

� Hydrophiliermittel

� Instantisiermittel

� Entfernbare Überzüge

� Äpfel werden gewachst,

� Rosinen wird die nat. Wachsschicht der Trauben mit Kaliumcarbonat entfernt, damit sie schneller trocknen,

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Oberflächenbehandlungsmittel

trocknen,

� Zitrusfrüchte, Bananen weden mit Diphenyl bzw. Thiabendazol gegen Fäulnis und Schimmel behandelt,

� Chitosan (aus Krabbenabfällen) zur Klärung von Säften, Abtrennung Milchfett von Molke, Antiklumpmittel, fungizid, Antioxidanz

� Entkeimungsmittel

� Enzyme

� Katalysatoren

� Kontakt Geliermittel

Reaktionsbeeinflusser11

� Kontakt Geliermittel

� Mikroben-Kontrollmittel

� Packgas

� Reaktionsvermittler

� Solubisiermittel

Kommen in allen lebenden Systemen vor, sind jedoch nicht an sie gebunden � endogene Enzyme in

12 Enzyme

nicht an sie gebunden � endogene Enzyme in Lebensmitteln als auch als Food additives

Biologische Katalysatoren

Charakteristische Endsilbe –ase

� Apoenzym + Cofaktor

� Wirkspezifität im Apoenzym lokalisiert (Art des Arbeitens)

� Substratspezifität

� begrenzte Zahl von Substraten pro Enzym,

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Enzyme

� ist abhängig von der räumlichen Struktur und Ladung

� Z.B. Esterasen spalten fast alle Ester = geringe Substratspezifität

� Glycosidasen sind sehr substratspezifisch

� Schlüssel-Schloss-Prinzip

� besser mit Hand (Substrat) in einem zerknüllten Handschuh (Enzym) vergleichbar

Grundgleichung

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Enzyme

� Grundgleichung

Enzym + Substrat Enzym-Substrat-Komplex Enzym + Produkt

Wichtigste nach Aktivität

1. Amylase

2. Xylanase

3. Lipoxygenase

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Enzyme

� Erniedrigung der Aktivierungsenergie

� Mind. Millionenfache Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit (ist damit anorganischen Katalysatoren weit überlegen)

� Zusatz von Enzympräperaten beschleunigt die Reifung

� Oft lang andauernde nat. Reifungsprozesse beruhen immer auf

Enzyme - Eigenschaften16

� Oft lang andauernde nat. Reifungsprozesse beruhen immer auf Enzymaktivität

� Arbeiten hochspezifisch

� Beeinflussbar durch

� Inhibitoren = kein Erkennen falscher Substrate � Interaktion ohne Erfolg

z.B. Schwermetalle wie Quecksilber

� Aktivatoren = beschleunigte Reaktion

z.B. Metallionen wie Magnesium, Calzium

internationale Klassifizierung IUB (nach Wirkungsweise)

� Oxidoreduktasen Redoxreaktionen

� Transferasen Gruppentransfer

� Hydrolasen hydrolytische Spaltung chem. Bindungen unter

Enzyme - Einteilung17

� Hydrolasen hydrolytische Spaltung chem. Bindungen unter

Wassereinlagerungen (Proteasen, Lipasen, Phosphatasen,

Esterasen, Lysozym)

� Lyasen hinterlässt Doppelbindungen oder Reaktion an

Doppelbindungen

� Isomerasen Isomerisierungen (Umwandlungen innerhalb des

Substratmoleküls)

� Ligasen Reaktion zweier Moleküle in Verbindung mit Verbrauch

energiereicher Bindungen (ATP)

� Jedes Enzym hat eigene Codenummer

� z.B. Glucoseoxidase

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E. C. 1. 1. 3. 4.

Enzyme - Einteilung

Klasse Gruppe Untergruppe Seriennummer

Vorteile:

� Einsatz steigert die Arbeitsproduktivität, da Produktionsprozess verkürzt werden kann

� Erhöhung der Ausbeuten, Verringerung der Verluste

Einsatz oft Voraussetzung für Einführung kontinuierlicher und

Enzyme - Einsatz19

� Einsatz oft Voraussetzung für Einführung kontinuierlicher und automatisierter Produktionsverfahren

� Leicht erfüllbare Anforderungen an Reaktionsbedingungen (PH, Temperatur, …)

� Physiologische Unbedenklichkeit

� Leichte Inaktivierbarkeit

� Pflanzensamen

� Papaya, Ananas, Malz, Soja

� tierische Organe

Enzyme - Vorkommen20

� tierische Organe

� Kälbermägen, Krill, Pankreas, Fischreste

� gezüchtete MO

� Bakterien, Schimmelpilze, Hefen, Mikroalgen

� Fleischindustrie – Verwendung von Peptidhydrolasen(Papaine) als Fleischmürbesalz

� Käseherstellung – Lab Enzym zur Fällung des Milcheiweißes

� Stärkeverarbeitende

Industrie – Glykosidhydrolasen zur Spaltung von

Enzyme - Anwendung21

Industrie – Glykosidhydrolasen zur Spaltung von Stärke in Glukose z.B. „Dextropur“ aus Maisstärke

� Süßwarenindustrie – Invertase zur Kunsthonigherstellung, Geschmeidighaltung von Pralinen

� Bierherstellung – Peptidhydrolasen gegen Trübungen

� Backwaren

�Malzmehle und Malzextrakte schon über 100 Jahre im Einsatz

�Verbesserung der mehleigenschaften, gärungsfördernde Backmittel enthalten Amylasen

Enzyme in Backwaren22

gärungsfördernde Backmittel enthalten Amylasen und Teigverbessernde Backmittel mit Peptidhydrolase

� Enzyme aus der Gruppe der Oxidoreduktasen

�Beeinflussen Rheologie von Teigen und Massen maßgeschneidert

�Reichhaltigste Quelle sind MO

�Anpassung durch Auswahl an geeigneten Stämmen und Wachstumsbedingungen

�Gentechnik üblich

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Enzyme in Backwaren

�Gentechnik üblich

�Mehrere Eintragungswege bei Teigbereitung� Direkt als enzymhaltiger Rohstoff z.B. Malzmehl, Malzextrakte, Sojamehle, …

� Als Bestandteil von Mehlen (in der Mühle)

�Als Bestandteil von Backmitteln, Backmischungen,

Fertigmehlen

� Einsatz bei der Herstellung von Weizenbroten und –brötchen�a-Amylase als Malzprodukt und/oder Enzympräperate aus Aspergillus, Bacillusstämmen

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Enzyme in Backwaren

Enzympräperate aus Aspergillus, Bacillusstämmen

�Xylanase aus Aspergillus, Bacillus

(für Hemicellulosen, Pentosane)

� Lipoxygenasehaltige Leguminosenmehle (für Lipide, Proteine)

�Sonstige mikrobiellen Enzympräperate wieGlucoseoxidase, peroxidase, Protease,

Amyloglucosidase und Lipase

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Wirkung Schlüsselenzyme

Teigentwicklung Xylanasen, Glucoseoxidase

Trockene, nicht klebende Teige Xylanasen

Enzyme in Backwaren

Gärstabilität, Gärtoleranz Xylanasen

Gebäckvolumen Xylanasen, Amylasen

Gebäckfarbe, Geschmack Amylasen, Proteasen, Peptidasen

Frischhaltung Amylasen, Xylanasen, Lipasen

Seit > 20 Jahren verwendet

Beeinflussen die Nicht-Stärke-KH (NRS)

Xylanasen / Pentosanasen26

Beeinflussen die Nicht-Stärke-KH (NRS)

= Cellulose, Hemicellulosen (1-3%) wie Arabinoxylane (Hauptfraktion mit Hauptkette = Xylose), Galactomannan, Glucan

Sind im Weizenmehl zwar nur gering aber dennoch Einfluss auf die Backfähigkeit

Wirkung noch nicht vollständig geklärt

z.B. Produktion aus Aspergillusstämmen am besten für Weizengebäcke geeignet

Sojamehl hat nat. Lipoxygenase LOX

Aktivität = 200x höher als Weizen LOX

Lipoxygenasehaltige Leguminosen27

Aktivität = 200x höher als Weizen LOX

Produziert während der Teigfermentation Glucose aus den von Amylasen gebildeten

Amyloglucosidase28

Glucose aus den von Amylasen gebildeten Dextrinen

Hefe hat so kontinuierlich vergärbare Glukose

Bes. bei Gebäcken aus TK Teigen dadurch bessere Erhaltung des Hefetriebes nach Auftauen

Glucoseoxidase, Peroxidase

Oxidoreduktasen29

Herstellung mit Hilfe von Aspergillus niger

Katalysiert in Weizenteigen die Oxidation von Glukose durch Sauerstoff wobei sich Wasserstoffperoxid bildet

= starkes Oxidationsmittel – verfestigt Kleberstruktur durch Vernetzung freier Sulfhydylgruppen zu Disulfidbrücken

Gemeinsam mit Xylanase entstehen feste, trockene Teige mit erhöhter Knettoleranz, Gärstabilität (dennoch nicht auf Emulgatoren verzichtbar) aber Ascorbinsäure verzichtbar