Allg. Lebensmitteltechnologie (Fach) / (5) Extrusion und Texturierung von Lebensmitteln (Lektion)

Uni Bonn SS'17

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• Was macht denn einen Extruder? zur Folge? Vor- & Nachteile? Extruder: Mischen & Entgasen von Komponenten  Grobe Vorzerkleinerung von Rohwaren Komprimierung & Erwärmung (durch hohen Druck & Scherkräfte innerhalb der Anlage)– Formgebung– (Vor)Kochen  Kochextrusion– Verkleisterung/Schmelzen von Stärke –  Denaturierung von Proteinen – Inaktivierung antinutritiver, toxischer & allergener Verbindungen     z. B Proteinaseinhibitoren in Soja; allergene Proteine)  Pasteurisation, Sterilisation Ausformen (Düse) ⇒ Expandieren & Schäumen z. B Marshmellow Vorteile: "Modularen Alleskönner" = Höhe Flexibilität hinsichtlich Produkte, da verschiedene einzelnen Bauteile; Düse, Schneckengeometrie, -länge je nach Fragestellung einsetzen. Kontinuierliche Prozessanlagen = Hoher Durchsatz  Platzsparend geringer Personalbedarf  Nachteile: Anlagen ist teuer Keine schonende Angelegenheit = arbeitet unter hohen Druck & hohe Temperaturen. 
• Prinzip, Zonen eines Kochextruders Kochextruders: 3 Zonen: Einzugszone (Dosierbereich) = Transport & Verdichtung: – Zudosierung trockener od. vorbefeuchteter fester Bestandteile, dann flüssiger Zutaten – Schnecke aus Transportelemente mit großem freien Volumen  Kompressionszone (Knetbereich) =  Mischen & Entgasen:– Sowohl Entgasung als auch Dampfinjektion möglich [Dampfdruck > lokaler Innendruck] – Schnecke aus Transport-, Knet-, Mischelemente. Austragzone (Kochbereich) = Scheren ⇒ Kochen– Zufuhr von thermischer & mechanischer Energie (häufig >100 °C; teils bis zu 180-200 °C) – Schnecke aus Transport-, Knet-, Rückförderelemente 
• Möglichkeiten der Druckerzeugung? Druckerzeugung im Extruder:  ich drücke das Gut immer mehr in einem verengten Raum = Gleiche Ergebnis, freies Raum weg! 1. Vergrößerung des Durchmessers der Schnecke 2. Verkürzung des Abstands zw. den Stegen 3. Verengung das Gehäuses bei gleichbleibender Schneckegeometrie
• Schneckenaufbau? Was versteht man unter Eingängige & Zweigängige Schnecke? Aufbau: Schneckenkern  Steg = Treibende Elemente, die für die Forderung und Verdichtung zuständig Gang = Raum zwischen den Stegen  Eingängige Schnecke: Nur 1 Steg umläuft den Kern, Gangzahl = 1  Zweigängige Schnecke: 2 Stege umlaufen den Kern, Gangzahl = 2 
• Die Anwendungsbeispiele der Extrusion Pasta: – Mischen von Zutaten , Entgasen zur Vermeidung von Luftblasen im Fertigprodukt , Kneten & Formen.– Kaltextrusion: Kein Kochprozess = mit Kühlmantel versehen Expandierte Snacks: z. B.  Fruit rings  Süßwaren: z. B Lakritzschnecken, Marshmallows, Kaugummi  Texturized Vegetable Protein:– Primär zur Herstellung von Fleischersatz-Produkten – Extrusionskochen von Sojamehl ⇒ kommt man auf musklearitigen Fasern /lamellenartige Gebilde, die man an Fleisch errinert. – Sojamehl (44-50% Protein) od. Sojakonzentrat (70% Protein) 
• Auswirkungen der Extrusion auf die Proteine und Aminosäuren eines Lebensmittel 1) Proteine & Aminosäuren: Pflanzliche Proteine, bei milde Extrusionsbedingungen:⇒ Erhöhung des Nährwerts:     i) Denaturierung von Proteinen ⇒ verbesserte Verdaubarkeit    ii) Inaktivierung/Abbau antinutritiver Inhaltsstoffe (Trypsin-Inhibitoren, Tannine, Phytate)        z. B. im Leguminosen od. Getreiden  Aminosäureprofil: ⇒ Verluste in Abhängigkeit von Prozessparametern, da freie Aminosäuren empfindlicher als proteingebundene.     z. B. Freies Lysin sehr reaktiv (limitierende Aminosäure in Getreideprodukten)  
• Auswirkungen der Extrusion auf Kohlenhydrate eines Lebensmittel Saccharose (Nicht reduzierende Zucker) ⇒ Spaltung in Glucose & Fructose mit anschließender Maillard-Reaktion  Oligosaccharide (Flatulenzerzuegend)⇒ Signifikante Abnahme  Stärke: ⇒ Verkleisterung (Textur) ⇒ Depolymerisierung (Entstehung von Dextrinen & Glucose)⇒ Bildung von Amylose-Lipid-Komplexen  Ballaststoffe ⇒ Depolymerisierung (Pektin, Hemicellulose)  Abnahme von Charakters
• Auswirkungen der Extrusion auf lipidhaltigen Lebensmitteln Auswirkungen der Extrusion auf Lipide eines Lebensmittel: Geringe Lipidgehalte (< 5 %) fördern gleichmäßige Extrusion & wirken texturverbessernd  Bei stark lipidhaltiger Rohware ist Expansion wenig ausgeprägt wegen geringem Druckaufbau während der Extrusion  Austritt von Lipiden aus Zellen (Desintegration) Keine Lipidoxidation während des Extrusionsprozesses 
• Nennen Sie Arten der Quervernetzung von Proteinen. Quervernetzung von Proteinen: Disulfidbrücken (R-S-S-R)  Über Dehydro-aminosäuren / durch Bildung von Lysino-alanin (LAL)  Tyrosin-vermittelt  Maillard-Reaktion  Trans-glutaminase 
• Was versteht man unter Dehydroaminosäuren? Wann & wie entstehen solche Moleküle? Was passiert genau? Folgen? Über Dehydroaminosäuren: können Proteine quervernetzen. Wie? Wenn Proteine alkalisch behandelt werden od. bei der alkalisch Extrahierung von Proteine.  Was passiert genau? Durch Zugabe von Alkali:wird ein Carbanion nach Abstraktion eines Protons in AS gebildet.  Das Carbonion druckt an der Seitenkette (Y) raus.⇒ β-Elimination von Y so entsteht Dehydroalanin (–C=Cδ+H2) (Partielle Ladung System) als Zwischenstufe. Nukleophil (z. B. Proteingebundenes Lysin R–H2Nδ-) greift die Cδ+ an ⇒ und bildet eine kovalente (-H2C-NH-) Verknüpfung. so entsteht ein Proteingebundenes Lysinoalanin. Folgen:  Quervernetzung von Proteinen Verlust essent. AS (Lysin): Lysinoalanin kann nicht im Körper metabolisert werden.
• wie kann es zur Bildung von Lysinoalanin kommen? Lysinoalanin entsteht bei ...bei proteinreichen Lebensmitteln aus Aminosäuren Erhitzung od. Einwirkung von Laugen Cystein/ Serin/ Phosphoserin —–β-Eliminierung–→ Dehydroalanin —–+Lysin–→ Lysinoalanin Folgen: Quervernetzung von Proteinen Verlust essent. AS (Lysin)
• Was versteht man unter Transglutaminase (TGA)? Welche Reaktionen katalysieren TGA? Transglutaminasen: sind Enzyme, die Quervernetzungen innerhalb von od. zwischen Proteinen herstellen können. Reaktionen:  Protein-Quervernetzung  Inkorporierung von Lysin ⇒ Nährwert eines Proteine erhöhen     z. B. Verlust an Lysin in Getreiden bei der Extrusion mildern.
• Anwendungen der Transglutaminase Transglutaminase: Anwendungen: Fleischprodukte:i) Texturverbesserung z. B in Brühwürsten:     – Verbesserter „Biss“, höhere Saftigkeit.ii) Erhöhung der Stabilität von Grillwürstchen:     – Verbesserte Bratstabilität, weniger „Platzer“, geringerer Fettaustritt. Milchprodukte:i) Joghurt:     – Verhinderung der Synärese durch Quervernetzung von Proteinen      – Alternative zur Erhöhung der Trockenmasseii) Käse:     – Inkorporierung von Molkenproteinen in Caseine        (bis heute nicht durchgesetzt : besteht den Gefahr von der Entstehung von Bitter Peptiden)iii)  ́Cream Cheese ́:     – Inkorporierung von Molke ohne Einsatz von Stabilisatoren    – Inhibierung der Synärese. Lebensmitteln mit pflanzlicher Herkunft:i) Tofu:    – Verbesserung der Textur & der sensorischen Eigenschaften ii) Getreideprodukte:     – Herstellung Gluten-freier Produkte, Verbesserung der Teigstabilität & Textur gekochter Nudeln.
• Technologischen Ziele mit der Quervernetzung von Proteinen verfolgt werden. Technologischen Ziele der Quervernetzung von Proteinen: Stabilität  (Grillwürstchen = Verbesserte Bratstabilität, Höhere Festigkeit) Texturverbesserung (Brühwürste) Restrukturierung von Fleisch Verhinderung der Synärese (Joghurt) Inkorporierung von AS/Peptiden zur Erhöhung des Nährwertes & Ausbeute (Käse) Verbesserte Textur & sensorischen Eingenschaften (Tofu) Verbesserung der rheologischen Eigenschaften von Weizenteigen (Getreide) Herstellung Gluten-freier Produkte aus Reismehl, Kartoffelstärke, Maismehl sowie Proteinen aus Soja, Milch & Ei 
• b) Warum können trotz des hohen Drucks in einem Extruder gerade auch geschäumte Produkte hergestellt werden? [4] Bis zum Austritt aus der Extrusionsdüse wird der hohe Druck im Extruder aufrecht erhalten. Am WerkzeugAUSTRITT führt der plötzliche starke DruckABFALL zu einer Übersättigung der Schmelze mit dem Treibmittel.  Durch den im Verhältnis zum hohen Dampfdruck des Treibmittels geringeren Umgebungsdruck EXPANDIERT die Schmelze. Das Aufschäumen startet, d. h. die bereits vorhandenen Keime wachsen & bilden die Schaumblassen. 
• Prinzipieller Aufbau eines Kochextruders Prinzipieller Aufbau eines Kochextruders: Getriebe Motor Schnecke mit Heizegehäuse (Prozessraum) Düse Vorbefeuchter (Optional)

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