Produktbezogene Lebensmitteltechnologie (Fach) / Zucker, Kakao und Schokolade (9) (Lektion)

Uni Bonn WS'16/'17

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• Geben Sie die allg. Schritte zur Gewinnung und Raffination von Zucker aus Zuckerrüben an. Rüben → 1. Reinigung → 2. Schneidmaschine → 3. Extraktionsturm → Rohsaft Rohsaft → 4. Saftreinigung → 5. Verdampfer  → Dicksaft Dicksaft → 6. Kristallisator → 7. Zentrifugation  → 8. Trocknung  → Weißzucker Weißzucker → 9. Raffination → Raffinade.
• Erklären Sie die Reinigen und Zerkleinern den Zuckerrüben Verfahren & deren Ziele bei der Zuckerherstellung. Reinigen & Zerkleinern den Zuckerrüben:1. Kraut- & Stein-abscheider separator2. Waschen zur Entfernung von anhaftendem Sand  3. Wiegen der Rüben     (Produktionsquoten, Mindestpreis für Zuckerrüben = in der EU stark reguliert) 4. Zerkleinern = V-förmige Schnitzel in Schneidemaschinen    → Ziel: Vergrößerung der Oberfläche zur Verbesserung der Extraktion des Zuckers 
• Erlären Sie die Extraktion den Zuckersafts aus den Rübenschnitzel bei der Zuckerherstellung Extraktion =  [ 99 % des Zuckers aus der Rübe turnip, beet, carrot ]Gegenstromverfahren mit Wasser (70 °C ) in einem Extraktionturm:1. Frishes Wasser fließt von oben → unten = entstandener Rohsaft wird abgeleitet2. Rübensschnitzelmaische fließt von unten → oben = Entzuckerte Schnitzel oben abgeleitet    → Denaturierung der Rübenzellen  Erleichterung des Zellsaftaustrittes     → pH-Wert 5,5 bis 5,8     → Hoher Härtegrad (Zugabe von Kalk) ⇒ Entzuckerte Schnitzel → werden abgepresst, getrocknet & als Viehfutter verkauft ⇒ Das zuckerhaltige Presswasser → wird mit dem Frischwasser zusammen oben aufgegeben.
• Zuckerherstellung: Saftreinigung des Rohsaft: - Ziel - Verunreinigungen - Allg. Schritte Verfahren - Ergebnis 1. Rohsaft = Dunkler, trüber Saft mit 14,5 % Zuckergehalt, Reinheit: 89 % (Zucker in TM)     Ziel = Entfernung aller Nicht-saccharose-stoffe  2. Verunreinigungen = Eiweiß-stoffe, Invert-zucker, Säuren 3.  Vorkalkung → Hauptkalkung → 1. Carbonatation → Dekanteur/Filter      →  2.Carbonatation → Filtration4. ⇒ Dünnsaft  
• Wann, Wie, Warum wird Vorkalkung bei der Zuckerherstellung durchgeführt? Wann?1. Schritt der Saftreinigung.Wie? Zugabe von 1/10 der Gesamtmenge an CaO als Kalkmilch Ca(OH)2   → langsamer Anstieg auf pH 10,8-11,9 Warum?- Ausfällen schwerlöslicher Ca-Salze (Phosphat, Citrat, Oxalat, Malat) - Ausflockung von Pektin (Hoch, niedrige Ester) & Eiweiß
• Wann, Wie, Warum wird die Hauptkalkung des Rohzuckersaft durchgeführt? Wann?Hauptkalkung = 2. Schritt der SaftreinigungWie?1.Weitere 9/10 Zugabe von Kalkmilch [Ca(OH)2 ]2. Erhöhung der Temperatur auf 85 °C, 15 min Warum?    → Abbau des Invertzuckers zu → Milchsäure ⇒ Vermeidung der Maillard-Reaktion beim                                                                                       Eindampfen der Säfte.    → Überführung 1. Glutamin → Pyrrolidon-carbonsäure                                   2. Asparagin → Asparagin-säure         ⇒ Vermeidung einer späteren Säurebildung beim Eindampfen der Säfte              (Hydrolyse-empfindlichkeit der Saccharose!)   
• Zugabe/Recyceln von Kalkmilch in Rohzuckersaft bei der Saftreinigung. 1. "Kalkbrennen"  =   CaCO3 (Kalk)    —900 - 1000ºC→ CaO(Branntkalk) + CO2↑2. "Kalklöschen"  =    CaO + H2O    —→  Ca(OH)2      *Kalkmilch = geben in Rohsaft rein3. Karbonation    =    Ca(OH)2 + CO2  —→  CaCO3↓Branntkalk = quicklimeKalkmilch = slaked limeKalk = limestone
• Wann, Wie, Warum werden die 1. & 2. Carbonatation des Rohzuckersaft durchgeführt? Endprodukt des Verfahrens. Warum? 1. Optimale Filtration der Kolloide    → Fällt Calciumcarbonat (CaCO3) aus, mit Filterhilfsmittel & Adsorbiert Feinstoffe 2. Möglichst vollständige Ent-kalkung     ⇒ Dünnsaft = Hellgelb, klar, pH 9, 16% Zuckergehalt, Reinheit 92,5% (Zucker in TM) Wann?1. Nach der Hauptkalkung → 1. Carbonatation 2. Nach dem Dekanteur/Filter → 2. Carbonatation Wie?1. 1. Carbonatation = Einleiten von CO2 bis pH 11 2. 2. Carbonatation = Einleiten von CO2 bis pH 9 [Carbonation = Ca(OH)2 + CO2 —→ CaCO3↓ (Kalk zum Recycln) ]    
• Wann, Wie, Warum wird Verdampfung des Dünn-zuckersaftes bei der Zuckerherstellung durchgeführt? Wann?- Nach der Saftreinigung, 5. Schritt der Zuckerherstellung Wie? 1. 4-6 Stufige Eindampfung (Umlaufverdampfern)2. Temperatur = 130-90 °C, 3. Filtration zur Abtrennung ausgefallener Trubstoffe Warum? 1. Eindickung des Dünnsaftes auf 70-75 % TS2. Bildung von Farbstoffen     (Maillard-Reaktion, Karamellisierung; stark abhängig von Prozessführung) 3. Saccharose-inversion 4. Ausfallen von Calciumsalzen 5. Gultann → Pyrrolidon-carbonsäure ⇒ pH-Absenkung
• Wann, Wie, Warum wird die Kristallisation des Dickzuckersaftes bei der Zuckerherstellung durchgeführt? Verdampfungskristallisation = Übersättigung der Zuckerlösung. Warum? Ausbildung von Kristallen gleicher Größe Wann?- Nach der Verdampfung des Dünnsaftes. 6. Schritt Wie?1. Eindampfen unter Vakuum (0,2 – 0,3 bar) bis zur Übersättigung.      ⇒ Senkt die notwendige VerdampfungsTemp. auf 70 – 80°C2. Zugabe von Impf-kristallen (0,5 – 30 μm Saccharosekristalle in Isopropanol)     im meta-stabilen (schwache Form der Stabilität) Übersättigungsgebiet 3. Nur die vorgegebenen Kristalle sollte weiterwachsen &     sekundäre Keimbildung sollte unterbleiben      ⇒ enge Korngrößenverteilung 
• Wann, Warum werden die Zentrifugation & Trocknung den Zuckerkristallen bei der Zuckerherstellung durchgeführt? Wann?Zentrifugation = 7. Schritt. Nach dem Kristallisation des Dicksaftes.Trocknung = 8. Schritt. Warum? Zentrifugation:1. Abtrennen den Zuckerkristallen aus der Suspension.2. Waschen den Zuckerkristallen mit Wasser & Dampf,      → um anhaftende Sirupanteile zu verdrängen (press)Trocknung:Zuckerkristalle auf = 0,02 – 0,04% Wassergehalt & weitere Kristallisation bis zur gewünschten Spezifikation .
• Kakao-Anbau: 1. Mittlere Jahrestemperatur: 2. Luftfeuchtigkeit 3. Sonneneinstrahlung 1. Jahrestemperatur = 24 - 28°C, max. 30 - 32°C, min. 28 - 21 °C      ⇒ Keine starken Temperaturschwankungen 2. Hohe Luftfeuchtigkeit =  2000 mm Niederschlag/Jahr 3. Keine direkte Sonneneinstrahlung = Schatten durch Bananenpflanzen, Ölpalmen etc. 
• Kakaobaum: 1. Gatung 2. Früchte 3. Samen 1. Gatung = Theobroma cacao L.2. Früchte = Gurkenartige Beeren, in reifem Zustand (je nach Kakaosorte) gelb, gelbrot oder rot bis rotbraun.3. Samen = „Bohnen“, umgeben von weißer, zuckerhaltiger Pulpe.
• Welche Sorte von Kakao gibt es? Kakaosorten:1. Criollo ("Nativ") ⇒  Konsumkakao  Fruchtform = Lang, spitz  Schale = Weich, warzig warty , gefurcht furrowed Bohnenfarbe = Creme-weiß  Aroma = Hocharomatisch  Anbau = Äußerst empfindlich, anfällig für Krankheiten  Ertrag = Niedrig  2. Forastero ("Fremd") ⇒ Konsumkakao  Fruchtform = Rund, melonenartig  Schale = Hart  Bohnenfarbe = Purpurrot  Aroma = Weniger aromatisch  Anbau = Widerstandsfähig  Ertrag = Hoch   3. Trinitario (Usprungsland = Trinidad) Hybride aus Criollo & Forastero Hohe Qualität & Widerstandsfähigkeit      ⇒ Edelkakao-Sorten (Feinaroma-Kakao)    ⇒ Herstellung qualitativ hochwertiger dunkler Schokolade  Kakaobohnen = unterschiedlicher Farbe (nur selten weiß) 
• Haupt-Inhaltsstoffe & Phenolische Verbindungen von Kakao (in %) Fett = Kakaobutter = 54,0%1. Lokalisiert in den Speicher-keim-blättern = 50-58 % 2. Schwach gelb gefärbt 3. Kakao-buttertriglyceride = hauptsächlich aus mono-ungesättigten Glyceriden.    ⇒ in 2-Position ist fast von ungesättigten FS besetzt. 4. FS-zusammensetzung:    • Ölsäure (30-37%) , Stearinsäure (24-31%)  Palmitinsäure (24-31%)  Linolsäure (2-5%) Phenyl-phenol = Theobromin (3,7-Dimethyl-xanthin) = 14%1. Purinalkaloid = Grundgerüst Purine.2. Heißwasserlöslich 3. Diuretische Wirkung     ⇒ Erhöhte Nierendurchblutung und Stimulierung des Herzmuskels 4. Keine anregende Wirkung auf zentrale Nervensystem (Unterschied zum Coffein) 5. Zusammen mit 2,5-Di-ketopiperazinen = für typisch bitteren Geschmack verantwortlich. 
• Wann werden die Kakaofrüchte fermentiert? Wie sieht der Ablauf der Fermentation aus? Wann?Nach der ErnteAblauf (Dauer = 1 Woche) 1. − 2. Tag • Feuchte Kakaosamen & Fruchtfleisch • Hefen vergären das zuckerhaltige Fruchtmus zu →  Alkohol + CO2    ⇒ Temperaturanstieg, vermehrter Sauerstoff-zutritt • Durch pektinolytische Enzyme & and. Glycosidasen     ⇒ Abbau der Zellwand-polysaccharide ⇒ Verflüssigung & Abfließen der Pulpe • Bildung stickstoffhaltiger Aroma-vorstufen  3. – 4. Tag • Wachstum von Essigsäurebakterien • Alkohol wird zu → Essigsäure oxidiert • Temperaturanstieg auf 45 - 50 °C      ⇒ Absterben des Kakaosamens      ⇒ Hitze & Essigsäure zerstören Zellwände ⇒ Zellsaft dringt in Samen-inneres ein.     ⇒ Absterben der meisten Mikroorganismen durch Nährstoffmangel   • Bildung stickstoffhaltiger Aromastoffe 5. – 7. Tag • Oxidations- & Kondensations-reaktionen von phenolischen Verbindungen.   ⇒ AS & Peptide reagieren mit Phenoloxidations-produkten         zu → wasser-unlöslichen braun-violetten Phloba-phenen ⇒ charakteristische Farbe!• Geringere Gehalte an wasser-löslichen phenolischen Verbindungen:   ⇒ Minderung des bitteren & adstrin-gierenden Geschmacks    
• Warum werden die Kakaofrüchte fermentiert? 1. Abtöten des Keims zur Verbesserung der Lagerfähigkeit 2.Trennen der Pulpe vom Samen 3. Bildung von Aromastoffen & -vorstufen 4. Bildung von Farbstoffen 
• Wie wird die Fermentation von Kakaosamen durchgeführt? 1) Haufenfermentation: 1. Aufschichten to pile up der Samen & des Fruchtfleisches auf Bananen-blättern 2. Abdecken mit Bananenblättern  3. Regelmäßig lüften & wenden turn 2) Kastenfermentation  1. In Stufen angeordnete Kästen  2. Samen & Fruchtfleisch werden in die obersten Kästen gefüllt  3. Wenden & Belüften erfolgt durch Umschichten restack in den nächsten Kasten.
• Schritte von der Ernte zur Kakaobohne: Kakaofrucht→ ERNTE → FERMENTATION → TROCKNUNG→ Rohkakao 
• Wann, Wie, Warum werden Kakaobohnen trocknet gemacht? Produkt? Wann?Nach der Fermentation den Kakaosamen & Fruchtfleisch  Wie? Dauer ca. 1 Woche • Sonnentrocknung, teils auch mit Regenschutz Warum?1. Reduzierung des Wassergehaltes von 60% → 6% ⇒ Lager- & Transportfähigkeit 2. Beendet oxidative Vorgänge,3. Vertiefung der braunen Farbe4. Bildung von Aromastoffen & -vorstufen 5. Verminderung des Gehalts an flüchtigen Säuren 6. Samenschale wird spröde brittle & löst sich vom Kern Produkt: Rohkakao 
• Wie wird die Qualität des Rohkakaos geprüft werden? - 1. Äußere Beschaffenheit texture/state der Bohnen     - Farbe der Schalen    - Form der Kakaobohnen     - Geruch, Geschmack 2. Kakaobohnen-gewichte & Größen      - Spezifisches Gewicht     - Anteil Schalen & Samen 3. Auswertung des Schnitttests (Schnittgerät)     - Anteil violetter Bohnen     - Anteil schimmliger mouldy Bohnen      - Anteil ausgekeimter sprouted Bohnen      - Anteil gebrochener Bohnen 4. Analyse:    - Fettgehalt    - Gehalt an fett-freien Säuren    - Feuchtigkeitsgehalt  
• Verarbeitung von Kakaobohne: Wie komme ich aus Kakaobohnen auf Kakaomasse? 2 Methode: Rösten ganzer Bohnen  Rösten des Kakaokernbruchs  (zusätzliche Brechen, Alkalisierung, & Sterilisation) 1. Rösten ganzer Bohnen: Kakaobohnen → 1. Vorreinigung → 2. Rösten → 3. Schalenabtrennung → 4. Vorzerkleinerung →  5.Feinzerkleinerung → 6. Entgasen (optional) → Kakaomasse 2. Rösten des Kakaokernbruchs:Kakaobohnen → 1. Vorreinigung → 2. Brechen → 3. Schalenabtrennung → 4. Alkalisierung →  5. Sterilisation → 6. Rösten → 7. Vorzerkleinerung → 8. Feinzerkleinerung → Kakaomasse 
• Wie komme ich aus Kakaomasse auf Kakaobutter und Kakaopulver? Alkalisierte Kakaomasse → 1. Abpressen  → a) Kakaobutter + b) Kakao-presskuchen:a) Kakaobutter → 2. Filtrieren → 3. Desodorieren & Kühlen → Kakaobutter b) Kakaopresskuchen → 2. Brechen → 3. Mahlen → 4. Pulverisieren → Kakaopulver 
• Was muss zu der Kakaomasse gemacht werden, um Kakaobutter und Kakaopulver herstellen zu können? (Wie, chemische Vorgänge, Ziele) Was?AlkalisierungWie? Durchführung: Einsatz von  Alkali-karbonaten (K2CO3, Na2CO3), Ammoniak NH3, Ammoniumsalzen  Magnesiumoxid MgO. 1 - 2,5% Alkali in 3 - 10% Wasser (bezogen auf Kakaomasse)  60 min Reaktionszeit  Danach = Entfeuchtung auf ~1 % Restfeuchte (90 °C, 7 h)  Chemische Vorgänge = Neutralisation freier Säuren  Modifikation phenolischer Verbindungen → Farbveränderungen  Struktur-modifizierung der Kakaoteilchen  Abbau einiger Proteine, Verseifung von Fetten  Warum? Ziele:   Vertiefung der dunklen Farbe Verbesserung des Geschmacks des Kakao-getränkes Verbesserung der Löslichkeit Verbesserung der Press-eigenschaften
• Wie wird die Reinigung der Kakaobutter durchgeführt? Reinigen der Kakaobutter:- Filtration zur Abtrennung von Kakaopulver - Reinigung wie bei Fetten & Ölen  (Je nach gewünschtem Reinheitsgrad, & Art der Weiterverarbeitung)
• Wie wird das Zerkleinern des Presskuchens zu Kakaopulver durchgeführt? 1. Vorzerkleinerung = Zerschlagen des Presskuchens    (Stachel-walzen-brecher thorn roller crusher) 2. Feinzerkleinerung = Zerkleinerung der Kakao-partikeln    (Stift-mühlen pin mill) 3. Partikelgrößenverteilung = Wichtig für die Schwebefähigkeit des Pulvers.    ⇒ Hauptmenge < 30 μm      ⇒ 0,3 % > 75 μm
• Was sind die Verfahrensschritte der Herstellung von Schokolade?    Kakaomasse           ↓1. Mischen & Kneten           ↓2. Feinwalzen  (fine rolling)          ↓3. Conchieren (Conchieren)           ↓4. (Temperierung)          ↓Schokoladenmasse  Conche is a surface scraping mixer and agitator that evenly distributes cocoa butter within chocolate,  
• Erklären Sie die Mischen und Kneten Vorgang bei der Herstellung von Schokolade. 1. Zutaten Kakao-masse Kakao-butter Kakao-pulver Milch(-pulver) Zucker Geschmacksstoffe 2. Chargen-kneter (Batch kneading) od. kontinuierliche Mischkneter 3. Fettgehalt insg. = 25 – 30% ⇒ wichtig für die Konsistenz.4. Änderung der Konsistenz von flüssig zu teigartig    ⇒ Kakaobutter wird um die Zucker- & Milchpartikeln verteilt & gebunden 5. Feinwalze für Konsistenz wichtig!
• Was versteht man unter FEINWALZEN bei der Herstellung von Schokolade? Verfahren bei der Verarbeitung von Kakaobohnen.  Feinzerkleinern  auf Partikelgröße von =  20 μm 1. Durch Fünf-walz-werk = Zerkleinerung zwischen 5 rotierenden Walzen (roll)   - Spalt zwischen den Walzen nimmt ab ↓   - Geschwindigkeit der Walzen nimmt zu ↑   - Temp. der Walzen nimmt zu ↑ (20 °C → 40 °C) ⇒ Druck- und Scherkräfte zerquetschen und zerreißen die Partikel → Konsistenz-änderung:     → Zerkleinern zur Vergrößerung der inneren Oberfläche der Dispersion         ⇒ es wird mehr Kakaobutter gebunden         ⇒ Konsistenz pulverartig 
• Warum wird Schokolade conchiert? 1. Fließfähigkeit der Schokoladenmasse 2. Veredelung refinement des Aromas 3. Ausbildung des komplex-dispersen Systems 
• Vorgang des Conchierens bei der Herstellung von Schokolade. ConchierensVeredelung-refining-sprozess = Umrühren der Schokolademasse in einer Conche:= Umverteilung innerhalb der Masse. Aromastoffe aus dem Fett lösen sich & werden von Partikeln aufgenommen. Dadurch entsteht eine Aromatisierung der Zuckeroberflächen & der Geschmack wird deutlich harmonischer. Außerdem werden unerwünschte Geruchs- & Geschmacksstoffe ausgetragen. 1. Phase: Trockenconchieren (Dauer: 6–12h) - Intensive Reibung - Ent-feuchten der Masse - Ausdampfen unerwünschter flüchtiger Bestandteile - Gleichmäßige Verteilung des Fettes - Umhüllung aller Partikel von Fett 2. Phase: Nasseconchieren (Dauer: 6–40h) - Zugabe von Kakaobutter - Verflüssigung der Masse - Homogenisierung bei höherer Rührgeschwindigkeit  - Ausdampfen der Flüssigkeit - Auflösung von Aggregaten 3. Phase: Dauer: 2–3h- Zugabe von Kakaobutter & Lecithin
• Wovon hängen Kristallisations- bzw. Schmelzverhalten von Kakaobutter ab? 1. Schmelzverhalten von Fetten abhängig von:     – FS-zusammensetzung     – Positionen der FS im Triglyceridmolekül          ⇒ Ungesättigte FS stören die regelmäßige Anordnung der Moleküle im Kristal &               führen zu niedrigeren Schmelzpunkten.2. Polymorphie: (Kristallisation von Fetten in vers. Modifikationen mit unters. Schmelzp.)     ⇒ Für Kakaobutter werden 6 polymorphe Formen diskutiert!      • α(II) - Modifikation = niedrigster Schmelzpunkt; Bereiche der Methlyenden sind                                       wie in Flüssigkeiten ungeordnet;                    ⇒ bei Raumtemperatur nicht fest    • β ́(III,IV) - Modifikation = orthorhombisches (three unequal axes at right angles) System,                                            C-stoffatome stehen senkrecht zueinander.                    ⇒ β‘ = Instabil & führt zu Fettreif.    • β- Modifikation = triklines (inclined) System, parallele Anordnung der C-atome.                     ⇒ β(V) = Stabil über Monate                     ⇒ β(VI) = Stabil aber Bildung dauert lange, technisch nicht umsetzbar                                    vermittelt grobes, sandiges Mundgefühl 
• Was versteht man unter Temperierung bei der Herstellung von Schokolade? Als Temperieren/ Vor-kristallisieren...→ bezeichnet man die thermische & mechanische Behandlung von geschmolzener Schokolade vor Gießen cast, Formen, Überziehen (encase) mit dem Ziel, dass das Fertigprodukt eine.....    • schöne, glänzende Oberfläche &     • einen knackigen Bruch erhält &     • sich leicht aus der Form lösen lässt. 
• Was ist das Ziel der Temperierung bei der Herstellung von Schokolade? Ziel der Temperierung:Bildung einer ausreichenden Menge (1 – 5%) an Fettkristallen in einer β(V)-Modifikation 
• Schritte der Temperierung bei der Herstellung von Schokolade. 3 Schritte der Temperierung: Wärmen auf  50 °C := alle Kristalle sind geschmolzen. Abkühlen auf 27°C := Kristallisieren in β‘(IV)- und β(V)-Modifikation  Wärmen auf 30-31°C := Aufschmelzen der β‘(IV)-Modifikation bei                                       ⇒ Erhalt der β(V)-Modifikation  *Schmelzpunkte      - β‘(IV) = 27,3 °C       - β (V) = 33,8 °C *Scherkräfte während des Temperierens begünstigen die Bildung von Kristallen der β(V)-Modifikation

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