Produktbezogene Lebensmitteltechnologie (Fach) / Obst und Gemüse (6) (Lektion)

Uni Bonn WS'16/'17

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• Pektin: 1. Was ist das überhaupt? 2. Aufbau, Sturktur, Monomer, Bindung. 3. Wie wird Pektin klassifiziert? 4. In welchen Bereichen wird Pektin angewendet? 5. Woher kann Pektin gewonnen werden? 1. Pektine sind pflanzliche Polysaccharide,     • bestehen aus α-1,4-glycosidisch verknüpften D-Galacturonsäure-Einheiten.     • Ernährungs-physiologisch betrachtet für den Menschen Ballaststoffe.     • In der Industrie finden hauptsächlich Verwendung = als Geliermittel. 2. Galacturonsäure-Monomere sind = über α-1,4-glycosidische Bindungen    • bilden das Rückgrat des Pektinmoleküls.      → wird periodisch durch 1,2-Bindungen mit α-L-Rhamnose unterbrochen.         → führt dazu = in der formal geradlinigen Kette zu Störungen kommt:              ⇒ werden „geknickt“.    • Die Carboxygruppen (-COOH) der Polygalacturonsäure = sind oft mit Methanol (CH3OH) verestert. Grad der Veresterung & Acetylierung schwankt mit der Herkunft des Pektins. 3. Klassifizierung der Pektine: Grad der Veresterung  a) Hoch-veresterte oder Hoch-methylierte Pektine: Veresterungsgrad = > 50%, Gelieren bei einem Zuckergehalt von ≤55% Gewichts,→ dafür einen pH-Wert = 1 – 3,5, ⇒ Können also nur in sauren, stark zuckerhaltigen Produkten eingesetzt werden,      z. B. in Konfitüren & Fruchtfüllungen. b) Nieder-veresterte oder Niedrig-methylierte Pektine: Veresterungsgrad = 5 – 50 %, Ohne Zucker Gelee bilden auch in Anwesenheit von mehrwertigen Kationen möglich→ dafür einen pH-Wert = 1 – 7, Zur Herstellung von KALORIENREDUZIERENDEN Fruchtaufstrichen, pumpfähigen Fruchtzubereitungen, vor allem für Milchprodukte (Joghurt) verwendet. 4. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Gele zu bilden, sind Pektine in der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie oder für Kosmetika ein unverzichtbarer Bestandteil vieler Produkte, bei denen aus den Gründen: Geliermittel, Verdickungsmittel & Stabilisierungsmittel eingesetzt werden. 5. Die Gewinnung von Pektin erfolgt aus pflanzlichen Rohstoffen mit hohem Pektingehalt, beispielsweise Apfel-, Citrus- oder Rübentrester. Pektine sind in den Mittellamellen & primären Zellwänden enthalten und übernehmen dort eine festigende und wasserregulierende Funktionen.
• Geliermechanismen von 1. Hochverestertes Pektin: 2. Niederverestertem Pektin 1. HOCHverestertes Pektin: Gelierung mit ZUCKER + SÄURE Die SÄURE drängt die Dissoziation vielen freien Carboxylgruppen des Pektinmol.  zurück : COO- → COOH → wodurch die elektro-statische Abstoßung zw. Pektinketten sinkt. Hohe ZUCKERKONZ. hat einen wasser-entziehenden Effekt (dehydrating),   → d. h. sie dehydriert die Hydrathülle des Pektinmoleküles   ⇒ Dadurch können sich die Pektinketten einander annähern        (unter Einbeziehung des Zuckers)   ⇒ durch Wasserstoffbrückenbindungen bilden ein 3D-Netzwerk aus. 2.  NIEDERverestertem Pektin; mit mehrwertigen KATIONEN. Die Gelierung erfolgt dabei nach einem „egg-box“-Modell Das mehrwertiges Kation (Ca2+) wird durch zwei/mehr COO--Gruppen des Pektinmol. in einem Chelatkomplex gebunden. → Bildung von Haftzonen für Pektinketten (unter Einschluss von Ca2+-Ionen)⇒ so dass sich ein Gel (3D-Netzwerk) ausbildet. Gelbildung erfolgt UNabhängig vom Trockensubstanz-gehalt & pH-Wert& abhängig von der Kation-konzentration.
• Beispiele von Pektinolytische Enzyme 1. Esterasen    – Pektin-methyl-esterase(PME) 2. Glycosidasen    – Endo-Poly-galacturonase     – Exo-Poly-galacturonase 3. Lyasen   – Pektat-Lyase   – Pektin-Lyase
• Pektinmethylesterase (PME) 1. Aufgabe 2. Vorkommen 3. Aktivitäts-optimum 4. Aktivitäts-bestimmung 1. Abspaltung von Methanol aus Galacturon-säure-methyl-ester.2.Weit verbreitet in höheren Pflanzen;    – Orangen & Tomaten mit besonders hoher PME-Aktivität    in Schimmelpilzen, Bakterien & Hefen.  3. Aktivitätsoptimum (Pflanzliche PME):   – bei pH 6,0-8,5    – Blockweise Entesterung      PME aus Schimmelpilzen:    – bei pH 4,5     – Entesterung statistisch verteilt randomly distributed4. Möglichkeiten der Aktivitätsbestimmung:   – Titration freigesetzter COOH-Gruppen    – Gaschromatographie durch Bestimmung des freigesetzten Methanols . 
• Endo-Polygalacturonase (Endo-PG) - Tätigkeit - Aktivitätsoptimumm - Aktivitätshemmung Endo-Polygalacturonase (Endo-PG) 1. Pektin-abbauendes Enzym = Lebensmitteltechnologisch bedeutend!      – Bei der Pektin-spaltung durch Pektin-methyl-esterase (PME) kooperativ unterstützt. 2. Aktivität steigt mit fallendem ↓Veresterungsgrad des Pektins (Niederverestertes Pektin)       – pH = 4,0 - 5,5. 3. Hemmung durch Tannine  and. Polyphenole,  Schwermetallkationen, höhere Salzkonzentrationen Harnstoff
• Pektin-Lyase & Pektat-Lyase: 1. Bildung 2. Tätigkeit 3. Aktivitätsoptimumm Pektin-Lyase Bildung nur durch Schimmelpilze und einige Erwinia- Stämme  Spaltung hochveresterter Pektine unter Freisetzung ungesättigter veresterter Oligo-galacturonide.   Aktivitätsoptimumm bei pH = 5,0, – in Gegenwart von Ca2+ zusätzlich im pH-Bereich = 7,5 - 8,5 Pektat-Lyase Bildung durch Bakterien und einige phytopathogene Schimmelpilze Spaltung niederveresterter Pektine:   → Spaltung glycosidischer Bindungen, die sich neben freien COOH-Gruppen befinden.  Aktivitätsoptimumm bei pH 8 - 10, erfordert Anwesenheit von Ca2+ als Aktivator. 
• Pektingewinnung Aus Apfel Trester =1) Extraktion aus Trester:    → Zugabe verdünnte Mineralsäuren + Wärme         ⇒ Überführung des unlöslichen Proto-pektins in lösliches Pektin.  2) Reinigung & Aufkonzentrierung des Extraks :     – Abtrennung von Trubstoffen durch Filtration;      – Konzentrierung des Extrakts 3) Fällung des Pektins     – Zugabe von Alkohol => alkohol-unlösliche Substanz         ⇒ a) Pektin + b) Abgeprester Alkohol + c) Entpektinisierter Trester/Schallen 4) Pektin = Trocknung, Vermahlung & Standardisierung     → gewonnene Pektin würd für Lebensmittel, Pharmazeutika & Kosmetika benutzt.5) Abgeprester Alkohol  = destilliert      → Reinalkohol wird in den Fällungskreislauf zurückgeführt.     → Extrakt = färbende & nicht-färbende Süßungsmittel gewonnen 6) Ent-pektinisierter Trester/Schallen = Herausfiltern     → Ballaststoffe      → der Rest = als Tierfutter verwendet
• Veränderungen nach der Ernte? 1. Atmungsprozesse     – Energiegewinnung über den oxidativen Abbau von KH    – Verderbnisrate proportional zur Atmungsrate          z. B sehr hoch = Erdbeere, Himbeere, Brombeere                moderat = Zitrusfrüchte, Banane, Kirsche, Nektarine, Pflaume, Avocado (unreif)                gering = Apfel, Birne, Kiwi, Granatapfel               sehr gering = Nüsse, Datteln, getrocknete Früchte 2. Ethylenbildung CH2=CH2    – Pflanzenhormon = reguliert des Wachstums, Entwicklung & Alterungsprozesses.    – Reifungsgas ⇒ 􏰀Beschleunigung von Reifung & Blattfall      – Biosynthese aus:            Methionin (AS) → S-Ade-Met (Aktiverte AS) → 1-Aminocyclo-propan-1-carbonsäure                ⇒ Ethylen + NH3 + CO2 + HCOOH    – Physiologisch aktiv in sehr niedrigen Konz. 3. Transpiration / Wasserverlust =􏰁 Hauptgrund für Verderb 􏰂     – Quantitativer Verlust     – Aussehen: Schrumpeln     – Textur: Weichwerden, Verlust von Knackigkeit & Saftigkeit.4. Mechanische Beschädigung = 􏰁Beschleunigt den Verderb    – 􏰂 Wasserverlust    – 􏰂 Atmungs- & Ethylenbildungsrate 5. Mikrobieller Verderb 􏰂    – Häufig bei mechanischen Verletzungen 􏰂    – Bei intakten Früchten = nur selten mikrobieller Verderb 6. Physiologische Störungen: Gefrierschäden = Zellwand-zerstörung führt zu   → direktem Zusammenbruch der physiologischen Aktivität. Kälteschäden (vor allem bei tropischen & subtropischen Früchten) = Temp ↓5 - 15°C &  ↑ Gefriertemperatur führen zu  → Farbveränderungen auf der Oberfläche/im Inneren,   → Bildung wässriger Bereiche,   → ungleichmäßige Reifung/keine Reifung,   → Off-flavour Hitzeschäden (direktes Sonnenlicht / extrem hohe Temperaturen)     → Verbrennungen der Oberfläche,     → Ungleichmäßige Reifung,     → Erweichung     → Austrocknung 􏰁Fehlernährung (Vor der Ernte) = Calciummangel führt zu     → Stippigkeit (kleine braune Flecken, die leicht eingesunken sind);          betroffene Äpfel schmecken zudem leicht bitter.
• Allgemeine Verarbeitungsschritte von Obst und Gemüse Ernte/ Anlieferung/ Lagerung  Transport  Waschen/ Reinigen  Sortieren/Verlesen  Schälen  Entsteinen/ Abbeeren  Zerkleinern  Blanchieren  Maischebehandlung  Pressen  Nachbehandlung  Haltbarmachen  Verpacken  Abfall-/ Abwasserverwertung  Die Reihenfolge der Schritte ist variabel 
• Verarbeitungsschritte von Obst und Gemüse: Transport (Wann, Ziele, Wie) Erfolgt zwischen allen Verarbeitungsschritten Transportmethode je nach Konsistenz und Weiterverarbeitung des Produktes Minimierung der mechanischen Schädigung des Produktes  Möglichst energetisch günstig (Nutzung der Schwerkraft!)  1. Schwemmkanal: mit Wasser gefüllte Schwemmrinne Flowing channel (Tiefe: 150-250 mm, Geringe Wassertemperatur (Keimvermehrung))Vorteil:  Gleichzeitige Reinigung  Bei Wiederverwendung von Wasser: Aussortieren von fauligem Gut zur Vermeidung von Kontaminationen!  Kühlen hitzebehandelter Produkte oder vor Gefrieren  Nachteil  Auslaugung von Inhaltsstoffen (v. a bei bereits zerkleinertem/blanchiertem Obst & Gemüseleeching Für weiche oder gemahlene Früchte nicht geeignet 
• Verarbeitungsschritte von Obst und Gemüse: Reinigen (Was, Warum, Reinigungsverfahrens) Abtrennen von Steinen, Blättern, beschädigten Fruchtteilen, Erde, Rückständen von Pflanzenschutzmitteln  Schutz des Konsumenten und der Verarbeitungsmaschinen  Wahl des Reinigungsverfahrens abhängig von 1. Art der Rohware2. Schmutzfracht3. Nachfolgender Verarbeitung  1. Trockene Reinigungsverfahren  = häufig zur Vorreinigung/ Grobreinigung Gebläse-reinigung (Blätter/Steine) Rüttel-siebe (vibrating Seeve) Reinigung-strommel barrel Magnetabscheider  2. Nasse Reinigungsverfahren    1. Waschbäder  Mit oder ohne Bewegung der Flüssigkeit Bewegung der Rohware durch: Schnecken, Schöpfwerke, Transportbänder, Trommeln, Paddeln 􏰁Anwendung von Bürsten Einblasen von Luft (Flotationswäscher) Intensive Einwirkung von turbulierendem Reinigungswasser Schmutzpartikel werden abgetragen und dispergieren in der Reinigungs- flüssigkeit Aufbereitung der Abwässer mit Filtrations- und Sedimentationsanlagen 
• Verarbeitungsschritte von Obst und Gemüse: Sortieren (Warum, Berücksichtigung, Maschinen) Warum?Zur Verarbeitung nicht geeignete Güter werden aussortiert. Das Verarbeitungsgut mit annähernd gleichen Parametern wird den Verarbeitungsanlagen zugeführt, um die jeweiligen Qualitätsanforderungen an die Fertigprodukte zu erfüllen. Berücksichtigung von: Handelsklassen Anpassung an Maschinen der Verarbeitungslinie Optische Gründe (Gläser/ Eingemachtes Canned)􏰁 Länge Durchmesser 􏰁 Gewicht 􏰁Farbe 􏰁Festigkeit  1. Rollensortiermaschinen2. Trommelsortiermaschinen: für runde Früchte (Erbsen, Stachelbeeren) 
• Verarbeitungsschritte von Obst und Gemüse: Schälen (Verfahren) 􏰁 Mechanisches Schälen :􏰂 Carborundschälen Schälen mit Messern 􏰂(Langsam, Verlust 15-20%) Lochscheibenschälen washer-peel Dampfschälen (Behandlung mit Sattdampf = 30-90s bei 4-15 bar) 􏰂→ Insbesondere bei Kartoffeln, Tomaten      ⇒ Kochring = plötzliches Entspannen lockert oberste Zellschicht = nicht für Chips-Herstellung Laugenschälen 􏰂 → Produktschädigend 􏰂 → Umweltbelastung (Salzfracht)      ⇒ Säure greif der Produkt, müssen danach neutralisiert werden = Salz  􏰁 Flammenschälen 􏰂 Zwiebeln 
• Verarbeitungsschritte von Obst und Gemüse: Entstielen (Verlauf) 1.  Schonende gentle, gleichmäßige Aufgabe auf die Entstielmaschine  2. Gegenläufig rotierende gummierte Walzen roller mit geringem Abstand:    Stiele stem/stalk werden eingezogen, Früchte werden nicht zerquetscht. 3. 􏰁Leicht abschüssig sloping, um die Ware weiter zu transportieren.4.  Zugabe von Wasser, um Haftung der Früchte an den Walzen zu verringern      (gleichzeitige Reinigung) 5. Bewegung der Früchte über Verteil- und Wendeturning-vorrichtungen apparatuses, um sicherzustellen, dass auch alle Stiele in die Walzen gezogen werden. 
• Verarbeitungsschritte von Obst und Gemüse: Abbeeren (Entrappen) { Was, Wofür, Wie, Maschine } destemming Ablösen und Entfernen der Beeren vom Rappen vine (Traubengerüst) der Weintrauben. → soll verhindern, dass die im Traubenstiel & Rappen enthaltenen Gerbstoffe in den Wein gelangen.  Abbeermaschinen, Rebelmaschinen oder Entrapper.→ Mit einer Stachelwalze Spiked roller werden die Trauben durch eine Loch- oder Gittertrommel gefördert. Die Beeren fallen durch & die Kämme (Rappen/Rebe) werden am Trommelende ausgeworfen.
• Verarbeitungsschritte von Obst und Gemüse: Entsteinen (Maschine, Wie, Wofür 􏰁Stößelentsteinung: 1. Entsteinplatten mit halbkugelförmigen, der Fruchtgröße angepassten Vertiefungen. 􏰁 2. Stößel-pestle-Stempel drücken die Steine heraus. 􏰁3. Bei Pflaumen & Aprikosen = ist gleichzeitig eine Halbierung / zumindest ein Anschlitzen slit nötig, um den Stein herauszudrücken.4.􏰁 Bei Pfirsichen: Halbieren, gegeneinander verdrehen der Hälften & Kern auslösen. (Kirschen, Mirabellen, Reineclauden, Pflaumen und Aprikosen)
• Verarbeitungsschritte von Obst und Gemüse: Blanchieren (Wann, Wie, Wofür, Nachteile, Blanchiermethoden) Was? Milde Wärmebehandlung unverpackter pflanzlicher Rohstoffe vor der Weiterverarbeitung.(Temperatur = mind. 60°C) Wofür?– Nur Inaktivierung Enzym (z. B Lipoxy-genase) = NICHT HALTBAR MACHEN– Anwendung vor allem bei Gemüse, seltener bei Obst. Nachteile – Auslaugung von Vitaminen, Farbstoffen, Kohlenhydraten, Mineralstoffen. Blanchiermethoden = *Wasserblanchieren* = NACHTEIL kommt es zu Auslaugung– Wärmeübertragung auf das Gut erfolgt durch Wasser / wässrige Lösungen                                                                               (Salze, Zucker, Essig, Zitronensäure) Dampfblanchieren = Weniger Reinigungs effekt. – Wärmeübertragung über luftfreien Wasser-dampf atmosphärischen Drucks. (teils auch höherer Druck)  Luft = KEINE mikrobielle Stabilisierung Garantie.– Wärmeübertragung über Luft unterschiedl. Feuchte auf das Blanchiergut. Infrarot-blanchieren = KEIN Reinigungseffekt– nur Wärmeübertragung durch Warmestrahlung. Kombiniertes Blanchieren. 1 & 2 ⇒ Ofter durchgesetzt 3 & 4 & 5 ⇒ Kein Reinigungseffekt & ggf. sensorische Eigenschaften beeinträchtigt!                     z. B Abbleichen da kein vollständige deaktivierung von Lipoxygenase. Beachten: bei *Wasserblanchieren* =  Auslaugen = Abwasser ist entsprechend belastet (bei Dampfblanchieren weniger ausgeprägt)
• Ziele von Blanchieren Ziele von Blanchieren Inaktivierung pflanzlicher Enzyme: Hemmung enzymatischer Veränderungen während Verarbeitung & Lagerung. Vermeidung des Entstehens unerwünschter Geschmacks- & Geruchsstoffe.  Entgasung des pflanzlichen Gewebes → 􏰀 Einschränkung oxidativer Veränderungen im Gut. Texturveränderung des pflanzlichen Gewebes  Verbesserung der Farbe  Verringerung der Kochzeit für nachfolgende Prozesse  Verringerung der Keimbelastung 

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