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Die Milch macht‘s!
- Von der Rohmilch zum Käse -
Gliederung1. Allgemeines2. Inhaltsstoffe
FetteMilchzuckerMilchsäureProteineMineralstoffeVitamine
3. MilchverarbeitungPasteurisierungHomogenisierung
4. MilchprodukteJoghurtButterKäse
5. Ausblick
1. Allgemeines
Milch-Definition
Milch ist ein aus den Milchdrüsen weiblicher Säugetiere abgesondertes Sekret. Sie enthält als ausschließliche Nahrung des heranwachsenden Lebewesens alle wichtigen Nährstoffe.
Geschichtliches
• 3000 v. Chr.: erste Zeugnisse der Milchverarbeitung
• 17 Jh. erste wissenschaftliche Untersuchungen der Milch
• 18. und 19 Jh. technologische Entwicklungen(z.B. Pasteurisierung)
1. Allgemeines
2. Inhaltsstoffe der Milch
Wasser; 87,3%
Fett; 3,8%
Eiweiß; 3,4%
Mineralstoffe und Vitamine; 0,7%
Milchzucker; 4,8%
Fette
• Micellen (0,1-10 µm Durchmesser)
• Stabiles Kolloid („milchiges“ Aussehen)
• Fett-In-Wasser-Emulsion
• 95% Triglyceride
Proteine und Hydratwasser
Phospho-lipidschicht
Fettkern
Emulgator-hülle
O
O
O
OP
O O
R
O
-
Phospholipid
2. Inhaltsstoffe
Versuch 1:Emulsionstyp von Sahne und Butter
Lipophiler Farbstoff Sudan III:
(Qualitativer Fettnachweis)
Hydrophiler Farbstoff
Methylenblau: N
S+
NCH3
CH3
N
CH3
CH3
X
Methylenblau
N N N N
OH
Sudan III = Ceresinrot
2. Inhaltsstoffe
Emulsionstyp von Sahne und Butter
Sahne:
Fett-in-Wasser-Emulsion
Butter:
Wasser-in-Fett-Emulsion
2. Inhaltsstoffe
Versuch 2:Verdauung von Milchfett durch Lipase
Wirkung von Lipase:
CH2
CH
CH2
O
O
O
R 1
R 2
R 3
O
O
O
CH2
CH
CH2
OH
O
OH
R 2
OOH2+2
OH R 1
O
OH R 3
O
Triacylglycerid
Pancreatin
Monoacylglycerid
+
Fettsäuren
Pancreatin: Enzym aus der Bauchspeicheldrüse(= Pancreas), Lipase
2. Inhaltsstoffe
Lactose – Milchzucker
• Disaccharid
• optisch aktiv
• reduzierender
Zucker
• nur 1/3 der Süßkraft von Rohrzucker
• relativ schlechte Wasserlöslichkeit
O
OHOH
OHO
OHO
OH
OH
OH
OH
α-Lactose (β-D-Galactose, α-D-Glucose)
2. Inhaltsstoffe
Lactose Ernährungsphysiologische Aspekte
• Lactosespaltung im Dünndarm durch Lactase (β-Galaktosidase)
• Langsame Lactosespaltung,längere Sättigung
• Fördert Calciumresorptionim Darm
• Wiederherstellung derDarmflora nach Krankheit
• Lactoseintoleranz
2. Inhaltsstoffe
Milchsäure
• Vergärung von Lactose zu Milchsäure durch Bakterien (Lactobazillus, Streptococcus)
• Soxhlet-Henkel-Zahl (SHZ) als Maß für den Gehalt an Milchsäure
Soxhlet-Henkel-Zahl:
Anzahl Milliliter einer NaOH (aq) (c= 0,25 mol/L) zur Titration von 100 mL Milch
2. Inhaltsstoffe
Versuch 3:Ist meine Milch noch frisch?
(Bestimmung der SHZ)
C
CH
CH3
OH
OOHC
CH
CH3
OH
OO
OH2+ +OH-(aq) (aq)
Reaktionsgleichung:
Produkt SHZ pH-Wert
Süße Milch 5-8 6,4-6,8
Ansaure Milch 9-12 6,0-6,3
Saure Milch 35-45 4,2-4,5
Hochsaure Milch 60-90 3,0-4,0
Joghurt 45-55 4,0-4,3
2. Inhaltsstoffe
Enantiomere der Milchsäure
C
OH
CH3
H
COOHC
OH
CH3
H
HOOC
COOH
C
CH3
OH H
COOH
C
CH3
OHH
S-Milchsäure
(L-(+)-Milchsäure)
R-Milchsäure
(D-(-)-Milchsäure)
1
2 3
4
1
23
4
2. Inhaltsstoffe
Proteine
Milchproteine
Casein(76-86%)
Molkenproteine(14-24%)
α -Caseinβ-Caseinγ-Caseinκ-Casein
α-Lactalbuminβ-Lactoglobulin
Immunoglobuline
2. Inhaltsstoffe
Casein
• Submicellen mit κ-Casein in der Außenschicht• Calciumphosphat-Brücken• α- und β-Casein innerhalb der hydrophilen Hülle• Caseinmicellen 10-300 nm groß
Casein-MicelleCasein-Submicelle
Calcium-Phosphat-Brücken
κ-CaseinhydrophileReste
hydrophober Kern
2. Inhaltsstoffe
Verknüpfung der Casein-Submicellen über Calciumphosphat
O P
OH
O
O
O
O
Ca2+
O P
OH
O
O Ca2+
O P
OH
O
O
O
O
O P
OH
O
O Ca2+
Ca2+
Peptid 0-n
0-n
Peptid
Asparaginsäurerest
Phosphoserinrest
2. Inhaltsstoffe
Versuch 4:Saure Caseinfällung
• Isoelektrischer Punkt des Caseins bei pH 4,6
• Protonierung
• Zwitterionen
• Hydrathülle geschwächt
Aggregation
O P
O
O
O
NH
NO
O
3H+(aq)
O P
O
OH
O
OH
O NH
N+
H
2. Inhaltsstoffe
Caseinfällung – Produkte
Vollmilch
Molke(Wasser, Molkenproteine, Zucker,
Vitamine, Mineralstoffe)Casein
Lab- oder Säurefällung
•Süßmolke, Sauermolke
•Herstellung von Molkekäse
•Gewinnung von Lactose
•Getränk
2. Inhaltsstoffe
•Käseherstellung
Versuch 5:Proteinnachweis: Biuret-Probe
N N
O HR 3R 2
H
R 1
O
R 4
N N
HR 7 O
R 8
O R 6
H
R 5
Cu2+
Struktur des Kupfer-Protein-Komplexes
Casein:
Violettfärbung
positiverProteinnachweis
2. Inhaltsstoffe
Versuch 6:Nachweis der Molkenproteine
Gelbfärbung (Xanthoproteinreaktion)
Bildung des Elektrophils durch Eigenprotonierung:
HNO3 H3O+ NO2
+OH22(aq) (aq) (aq)+ +
Elektrophile Substitution (am Beispiel Phenylalanin):
NO2+
COOH
NH2
H
O2N
COOH
NH2
H
COOH
NH2
O2N+
+
gelb
- H+(aq)
2. Inhaltsstoffe
Vitamine
Vitamin A → gelbe Farbe der ButterVitamin D Vitamin E → Antioxidation
Vitamin B1 Vitamin B2 → gelbgrüne Farbe der MolkeVitamin B12 Vitamin C → Antioxidation
fettlöslich
wasserlöslich
N
N
NH
NCH3
CH3
O
O
CH2OH
OH
OH
OH
Riboflavin (Lactoflavin) Vitamin B2
2. Inhaltsstoffe
Mineralstoffe in der Milch
Calciumbedarf zu 60% durch Milch und Milchprodukte abgedeckt
Calcium:•Knochenbau•Zahnstoffwechsel•Blutgerinnung•Muskulatur•Nervensystem
2. Inhaltsstoffe
Kalium 0,15%Calcium 0,12%Chlorid 0,11%Phosphor 0,09%Natrium 0,05%Spurenelemente
Rohmilch:• „…das unveränderte Gemelk einer Kuh oder mehrerer
Kühe, das nicht über die Gewinnungstemperatur (ca. 40°C) erhitzt worden ist.“
• Fettgehalt unverändert ca. 3,8%
• Vor Genuss abkochen(Keimgehalt)
• Rohmilch „rahmt auf“(Demonstration)
3. Milchverarbeitung
Rohmilch
Reinigung
Entrahmung
Vollmilch Fettarme Milch entrahmte Milch
Homogenisierung
Hitzebehandlung
Ultrahocherhitzung SterilisationPasteurisierung
Frischmilch H-Milch Sterilmilch
3. Milchverarbeitung
Hitzebehandlung
• Abtötung pathogener Mikroorganismen
• Denaturierung von Proteinen
• Inaktivierung von Enzymen
→verlängerte Haltbarkeit
→bessere Verdaulichkeit
3. Milchverarbeitung
Hitzebehandlung
• Pasteurisierung(72-75°C, 15-30 s)
Frischmilch
• Ultrahocherhitzen(135-150°C, mind. 1 s)
H-Milch
• Sterilisation(110-120°C, 10-30 min)
Sterilmilch
3. Milchverarbeitung
Versuch 7:Nachweis der Pasteurisierung
Erklärung:
• Schardinger-Enzym (Aldehyd-Dehydrogenase)
• Schardinger-Enzym überträgt Wasserstoff von Formaldehyd auf Methylenblau
Farbloses Leukomethylenblau
• Enzym wird bei 60°C zerstört (Pasteurisierung)
• Nachweis für Pasteurisierung in der Molkereitechnik
3. Milchverarbeitung
Reaktionsgleichungen
Formaldehyd als Wasserstoffdonator (Oxidation):
Methylenblau als Wasserstoffakzeptor (Reduktion)
H CO
H
OH2 H C
OH
OH
H
H CO
OH
Formaldehyd Methandiol
+ 2 [H]
Ameisensäure
+ Schardinger-Enzym
N
S+
NCH3
CH3
N
CH3
CH3
NH
N+CH3
CH3
N
CH3
CH3SH
X
X
Schardinger-Enzym/ 2[H]
Luftsauerstoff
Methylenblau Leuko-Methylenblau
+
blau farblos
3. Milchverarbeitung
Homogenisierung
3. Milchverarbeitung
nicht homogenisierte Milch
homogenisierte Milch
Große Fetttröpfchen rahmen auf
kleine Fetttröpfchen
bleiben fein verteilt
4. Milchprodukte
• Sauermilcherzeugnisse– Joghurt– Dickmilch– Saure Sahne– Kefir
• Butter
• Käse– Sauermilchkäse– Labkäse
Joghurt
Herstellung:• Homogenisierung, Hitzebehandlung• Versetzen mit Mischkulturen: Streptococcus
thermophilus
Lactobazillus bulgaricus• Bebrüten bei 42-45°C• Kühlen →stichfester Joghurt• Probiotische Produkte
3. Milchprodukte
Butter
Herstellung:
• „Wenn man Milch stößt, macht man Butterdaraus“ (Salomon 30, 33)
• Emulgatorhülle der Fetttröpfchen wird zerstörtFett-In-Wasser-Emulsion
Wasser-In-Fett-Emulsion
• Produkte: ButterflockenButtermilch
3. Milchprodukte
Käseherstellung – Übersicht3. Milchprodukte
Molke
Milchsäure-bakterien
Lab-Enzym,Reifungs-kulturen
MilchQuark,Frischkäse Dickete
Käsebruchschneiden, formen, salzen
schneiden
Reifung
Reifungs-kulturen formen, salzen, pressen
gereifte Sauermilchkäse gereifte Labkäse
Molke
Molke
Versuch 8:Enzymatische Caseinfällung mit Lab
Lab: • Enzym aus dem Labmagen von Kälbern• enthält die Protease Rennin (Chymosin)
1 105 106 169
Peptid····Phe - Met····Peptid κ-Casein
Lab
1 105 106 169
Peptid····Phe + Met····Peptid Paracasein Glycopeptid
Labfällung von Casein:
3. Milchprodukte
Käse
Herstellung (Mozzarella-Käse)
LabenzymDicklegen
Dickete
Schneiden
Käsebruch
Molke
formenpressen
abtropfen
Mozzarella Guten Appetit!Guten Appetit!
5. Ausblick:Milch in der Schule
Milch Chemie
Arbeitslehre
Biolog
ieUmwelt-erziehung
Sozial
kund
e
TransportProdukt- und umweltgerechte Verpackung
MilchbildungMikrobiologie der MilchGentechnikHygieneErnährung
AnalyseSynthese von Zusatzstoffen
LandwirtschaftIndustrielle Milchverarbeitung
Vielen Dank!