Lebensmittelchemie

Frontmatter

Kapitel 1. Lebensmittel und Ernährung

Zusammenfassung

Die Ernährung gehört zu den physiologischen Grundbedürfnissen jedes Menschen. Denn als offenes System steht er zeitlebens im Stoff- und Energieaustausch mit seiner Umwelt und ist daher darauf angewiesen, Substanzen aufzunehmen, um alle Körperfunktionen aufrecht zu erhalten. Die Aufnahme von Stoffen, die der Ernährung dienen, erfolgt durch die Zufuhr von Lebensmitteln. Dabei hat sich das Bild von der Bedeutung von Ernährung und Lebensmitteln innerhalb der letzten zwei Jahrzehnte grundlegend gewandelt und erweitert. Lange Zeit wurde die physiologische Bedeutung der Ernährung lediglich darin gesehen, alle für Bau und Funktion des Körpers notwendigen Substanzen zuzuführen, um dadurch alle Lebensvorgänge zu ermöglichen und Mangelerscheinungen zu vermeiden. Zu den dafür erforderlichen Stoffen zählen die „klassischen“ Nährstoffe Proteine, Kohlenhydrate, Fette sowie Vitamine und Mineralstoffe. Sie sind zu einem Großteil essenziell, können also vom Menschen nicht selbst gebildet werden, und müssen folglich mit Lebensmitteln zugeführt werden.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 2. WasserWasser

Zusammenfassung

Wasser ist Grundlage allen Lebens. Der Aufbau des Wassermoleküls führt zu einigen physikalisch-chemischen Besonderheiten. Wasser besitzt eine dipolare Struktur und bildet hochgeordnete dreidimensionale Netzwerke (Cluster) aus, die von Wasserstoffbrücken stabilisiert werden. Hieraus ergeben sich verschiedene ungewöhnliche Eigenschaften („Anomalien des Wassers“).

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 3. Vitamine

Zusammenfassung

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurde erkannt, dass für die Aufrechterhaltung der normalen Körperfunktionen neben den Makronährstoffen weitere Nahrungsbestandteile erforderlich sind. Als Erstem gelang dieser Nachweis dem holländischen Hygieniker und Tropenarzt Christiaan Eijkman (Nobelpreis 1929) bei seinen Experimenten auf der indonesischen Insel Java. Er konnte zunächst an Hühnern zeigen, dass die dort seit langem bekannte und weit verbreitete Krankheit Beri-Beri, eine schwerwiegende und zum Tode führende Erkrankung mit Polyneuropathien und Schäden des Herz-Kreislauf-Systems, auf den Verzehr von poliertem Reis zurückgeht und durch Gabe von Reiskleie geheilt werden kann. Dieser Anti-Beri-Beri-Faktor oder Aneurin genannte Stoff der Reiskleie wurde 1912 von Casimir Funk isoliert und erwies sich als stickstoffhaltige Verbindung. Dies führte zu der Annahme, dass es sich bei allen Substanzen dieser neuen Nährstoffklasse um für das Leben (vita) notwendige Amine handelt. Die Entdeckung weiterer Vitamine und die Aufklärung ihrer Strukturen zeigten jedoch, dass Vitamine in chemischer Hinsicht eine sehr heterogene Substanzgruppe darstellen und keineswegs durch das Vorhandensein einer Aminogruppe charakterisiert sind. Auch wenn die im Laufe der Entdeckung der Vitamine eingeführte Bezeichnung mit Großbuchstaben und Indizes aus heutiger Sicht willkürlich und bedeutungslos ist, wird sie in der Praxis teilweise noch verwendet.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 4. Mineralstoffe

Zusammenfassung

Unter dem Begriff Mineralstoffe werden alle anorganischen Bestandteile des menschlichen Organismus zusammengefasst. Ihre Aufnahme über Lebensmittel erfolgt in Form anorganischer Salze (z.B. Natriumchlorid) und in gewissem Umfang auch organisch gebunden (z.B. Eisen im Hämoglobin). Allen Mineralstoffen gemeinsam ist, dass sie in Zellen und Geweben nur in relativ geringer Konzentration vorkommen. Sie erfüllen vielfältige Aufgaben, insbesondere katalytischer und regulatorischer Art, sind aber auch beim Aufbau von Hartgeweben und anderen Körpersubstanzen (z.B. Schilddrüsenhormone) beteiligt.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 5. Enzyme Enzym

Zusammenfassung

Enzyme sind Biokatalysatoren, die den Ablauf bestimmter chemischer Reaktionen steuern. Sie kommen in allen Organismen vor und katalysieren dort u.a. die Stoffwechselvorgänge. Daher sind auch in unseren Lebensmitteln Enzyme enthalten, deren Wirkungen und Eigenschaften für die Qualität und den Charakter von großer Bedeutung sind. Einerseits kann ihre Wirksamkeit zur Erzeugung von Lebensmitteln ausgenutzt werden (z.B. Essig, Alkohol, Sauerteig), andererseits aber können sie auch Lebensmittel abbauen (z.B. Weichwerden gelagerter Kartoffeln, Seifigwerden von Fetten, teigige Struktur bei Birnen), weshalb ihre Aktivität im Sinne einer Werterhaltung der Lebensmittel gezielt gesteuert werden muss.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 6. Lipide Lipid

Zusammenfassung

Die eigentlichen Fette oder Triglyceride sind stickstofffreie organische Verbindungen, die im pflanzlichen und tierischen Stoffwechsel gebildet werden und physiologisch gesehen einen hohen Nährwert (Brennwert) besitzen. Unter den Nährstoffen zählen sie zu den größten Energielieferanten. Der physiologische Brennwert beträgt für 1 g Fett = 9,3 kcal = 38,9 kJ ((„=“ ersetzen durch „entspricht-Zeichen“)).

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 7. Kohlenhydrate

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Die Gruppe der Kohlenhydrate (= Saccharide) umfasst niedermolekulare sowie mittelmolekulare bis hochmolekulare, polymere Verbindungen. Kohlenhydrate werden deshalb unterteilt in Monosaccharide, Di-, Oligosaccharide und Polysaccharide (sowie Glycoside) (Einteilung s. Abb. 7.1).

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 8. Aminosäuren, Peptide, Proteine und Nucleinsäuren

Zusammenfassung

Unter den Lebensmittelinhaltsstoffen ist „Eiweiß“ (umgangssprachlicher Begriff für Proteine ) mit Sicherheit der wichtigste. Man hat schon früh erkannt, dass ein Leben ohne „Eiweiß“ nicht möglich ist und dass es daher dem menschlichen Körper täglich mit der Nahrung zugeführt werden muss. Da es im Körper ständig regeneriert wird, stellt das zugeführte Nahrungseiweiß nicht nur einen Energieträger dar wie Fette oder Kohlenhydrate, sondern ist zusätzlich eine wichtige Bausubstanz. Gerechnet wird beim Erwachsenen mit einem täglichen Bedarf von etwa 1 g je kg Körpergewicht.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 9. Lebensmittelkonservierung Lebensmittel Konservierung Konservierung

Zusammenfassung

Die industrielle Herstellung unserer Lebensmittel bedingt zwangsläufig größere Zeitspannen für die Verteilung an den Endverbraucher. Darüber hinaus werden viele Lebensmittel auf Vorrat gehalten, so dass vorbeugenden Maßnahmen zu ihrer Haltbarmachung große Bedeutung zukommt. Eine wichtige Information für die Verbraucher ist das auf verpackten Lebensmitteln aufgedruckte Mindest-haltbarkeitsdatum (MHD). Darüber hinaus werden die Lebensmittelhersteller vom Gesetzgeber zur Eigenkontrolle und zur lückenlosen Dokumentation ihrer Produktionsabläufe nach dem HACCP-Konzept (Hazard Analysis of Critical Control Points) verpflichtet.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 10. Zusatzstoffe Zusatzstoff

Zusammenfassung

Die Lebensmittelherstellung verlagert sich immer mehr in die Lebensmittelindustrie. Um die bequem gemachten Lebensmittel (convenience food) in ihrem halbfertigen, küchen- oder verzehrfertigen Zustand physikalisch, chemisch und mikrobiologisch handelsfähig zu machen, bedarf es stabilisierender Maßnahmen und Stoffe.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 11. Unerwünschte StoffeUnerwünschter Stoffe , KontaminanteKontaminante n und ProzesskontaminanteProzesskontaminante n in Lebensmitteln

Zusammenfassung

Die Auswahl pflanzlicher und tierischer Rohstoffe für die Ernährung erfolgt nicht nur nach ihrem Gehalt an Nährstoffen (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) und ihrem Genusswert, sondern natürlich auch unter dem Aspekt ihrer gesundheitlichen Unbedenklichkeit . Während z.B. Steinpilze als wohlschmeckendes Lebensmittel gelten, würde niemand den hochgiftigen grünen Knollenblätterpilz, der die toxischen Amantine und das Phalloidin enthält, zu den Lebensmitteln zählen. Dennoch enthalten viele Lebensmittel gewisse Giftstoffe, die sie selber gebildet oder aufgenommen haben, so dass spezielle Aufbereitungsverfahren und Dosierungen erforderlich werden, um Gesundheitsschäden zu vermeiden. Aber auch Kontaminationen durch Mikroorganismen können in Lebensmittel zu Toxinbildungen führen.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 12. Rückstände in Lebensmitteln

Zusammenfassung

Unser Ökosystem birgt stoffliche Risiken in sich. Industrielle Umwandlungsprozesse können nicht nur Luft und Wasser belasten, sondern auch unsere Lebensmittel. Schadstoffe (Kontaminanten, Umweltkontaminanten) gelangen aus dem Erdreich und den Gewässern in die Pflanzen, durch deren Verfütterung sie auch in tierischen Lebensmitteln vorkommen (vgl. hierzu Kap. 11). Es gelangen aber auch Rückstände solcher Verbindungen in die Lebensmittel, die zur Optimierung landwirtschaftlicher Erzeugung mit Tier oder Pflanze in Berührung gekommen sind oder ihnen zugesetzt wurden.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 13. Unverträglichkeitsreaktion/Allergien gegen Lebensmittel

Zusammenfassung

Der Genuss einer Reihe von Lebensmitteln kann bei bestimmten Menschen zu allergisch bedingten Unverträglichkeitsreaktionen führen. Die Reaktionen können sowohl an der Haut, an den Schleimhäuten des Mund- und Rachenraumes, der Atemwege und der Augen als auch im Magen-Darm-Trakt auftreten. Mögliche Symptome sind z.B. Magenschmerzen, Durchfall, Lippen- und Rachenschwellungen, Schnupfen, Bindehautentzündungen und Bronchialasthma. Daneben sind auch lebensbedrohliche Schockreaktionen, z.B. der anaphylaktische Schock bekannt. Umstritten ist dagegen die Zurückführung vieler unspezifischer Symptome auf Lebensmittel bzw. deren Inhaltsstoffe, die immer wieder diskutiert wird, z.B. Müdigkeit, Kopfschmerzen, Migräne, oder auch auffällige Verhaltensstörungen (z.B. hyperkinetisches Syndrom bei Kindern).

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 14. Aromabildung Aroma Bildung in Lebensmitteln

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Neben Geschmacksstoffen, die die sensorische Wahrnehmung der Eindrücke salzig, süß, bitter, sauer oder umami vermitteln (s. 10.9.1), sind im Lebensmittel Verbindungen enthalten, die sein Aroma (international: flavour) prägen. Nach heutigen Erkenntnissen befinden sich im Mund-Nasen-Raum spezielle Geruchsrezeptoren, an die solche Aromastoffe gebunden werden können und dadurch insgesamt den Aroma-Eindruck vermitteln. Unter anderem sind folgende Verbindungstypen für die primären Geruchsnoten bekannt:

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 15. Speisefette Speisefett /Speiseöle Speiseöl

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Fette bzw. Öle sind nicht nur wichtige Energielieferanten, sondern spielen auch eine wesentliche Rolle bei der Konsistenz, der Wasserretention, der Farbe und beim Geschmack unserer Lebensmittel. In erhitztem Zustand dienen sie der Wärmeübertragung und reagieren nicht zuletzt selber als Aromabildner. Veränderte Ernährungsgewohnheiten haben zu höheren Qualitätsansprüchen und speziellen Anforderungen in Bezug auf ihre Zusammensetzung und damit ihre Eigenschaften geführt. Während im Haushalt nach wie vor Margarine und Butter dominieren, fordern Lebensmittelindustrie, Catering-Bereich und Bäckereien speziell zusammengesetzte Fette: Siedefette, Frittierfette, Backfette und Spezialmargarinen sowie Pflanzenöle.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 16. Proteinreiche Lebensmittel

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Während im Pflanzenreich Cellulose als Bausubstanz und Stärke als Reservestoff dominieren, findet man in den Lebensmitteln tierischer Herkunft vorwiegend Proteine neben einer mehr oder minder ausgeprägten Fettreserve. Wenn man andererseits die hohen Proteingehalte von Hefe und nicht zuletzt auch von Leguminosen betrachtet, muss man indes erkennen, dass die Charakterisierung von pflanzlichen neben tierischen Lebensmitteln, zumindest über ihre Proteingehalte, keine Differenzierung zulässt. Da sich die chemische Reaktionsfähigkeit nur am Aufbau des Substrates, nicht aber an seiner Herkunft orientiert, scheint die strenge Unterscheidung zwischen Lebensmitteln tierischer und pflanzlicher Herkunft ohnehin fragwürdig zu sein und ist lediglich ein Ausdruck verschiedener, spezieller Aufgabenzuweisungen im Rahmen der amtlichen Lebensmittelkontrolle.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 17. Kohlenhydratreiche Lebensmittel

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Zucker (Saccharose) gelangte erst nach den Kreuzzügen über Zypern und Venedig nach Europa, wo bis dahin hauptsächlich Honig als Süßungsmittel verwendet worden war. Heute wird Zucker vor allem aus Zuckerrüben und Zuckerrohr gewonnen.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 18. Alkoholische Lebens Lebensmittel alkoholisch - und Genussmittel

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Hefen haben die Fähigkeit, unter anaeroben Bedingungen ihren Stoffwechsel umzustellen. Während sie aerob Glucose zu Kohlendioxid und Wasser veratmen, scheiden sie anaerob Ethanol und Kohlendioxid ab:

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 19. Alkaloidhaltige Lebens- und Genussmittel

Zusammenfassung

Alkaloide sind nach einer allgemeinen Definition „klassische Pflanzenstoffe mit vorwiegend heterocyclisch eingebautem, basischem Aminstickstoff, die eine starke, meist spezifische Wirkung auf verschiedene Bezirke des Nervensystems besitzen“. Eine einheitliche Einteilung gibt es nicht, stattdessen werden die Alkaloide entweder nach ihrem Vorkommen, z.B. Senecio-Alkaloide, Solanin-Alkaloide oder nach ihrer chemischen Struktur (Isochinolin-Alkaloide, Pyrrolizidin-Alkaloide) geordnet (s. Abschn. 11.2.7). Alkaloide mit nicht heterocyclischem System sind Hordenin, Mescalin und die biogenen Amine. Alkaloide sind meist in Wasser, Ethanol und Chloroform löslich, noch besser wasserlöslich sind ihre Salze mit organischen und anorganischen Säuren.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 20. GemüseGemüse und Gemüseerzeugnisse Gemüseerzeugnis

Zusammenfassung

Unter Gemüse werden essbare Pflanzenteile verstanden, die meist in zerkleinertem und gekochtem Zustand genossen werden. Es gibt Wurzelgemüsen (z.B. Kartoffeln, Sellerie, Mohrrüben), Zwiebelgemüsen (z.B. Zwiebeln), Stängel- und Sprossgemüsen (Spargel, Kohlrabi), Blattgemüse>n (Kohlarten, Spinat), Blütengemüsen (Artischocken) und Frucht- bzw. Samengemüsen (Erbsen, Gurken, Tomaten). Andererseits kann auch eine Gliederung nach Pflanzengattungen nützlich sein:

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 21. ObstObst und Obsterzeugnisse Obsterzeugnis

Zusammenfassung

Als Obst bezeichnet man Früchte bzw. Scheinfrüchte mehrjähriger Pflanzen, die fast immer roh gegessen werden können. Man kann folgende Gliederung vornehmen:

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 22. Gewürze

Zusammenfassung

Gewürze sind im engeren Sinne getrocknete Teile von Pflanzen, deren Inhaltsstoffe eine Würzung von Lebensmitteln bewirken können. Meistens geht diese Wirkung auf ätherische Öle zurück, manchmal wird sie durch scharf schmeckende Ingredienzen ergänzt. Im weiteren Sinne gehören auch Salz und Essig zu den Gewürzen. Einige Gemüse (Zwiebel, Paprika) sind durch ihre Inhaltsstoffe mit den Gewürzen verwandt.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 23. Trinkwasser

Zusammenfassung

Der Trinkwasserverbrauch pro Person liegt in Deutschland bei etwa 127 Litern täglich. Noch höher ist der Wasserbedarf der Industrie, wobei die Lebensmittelindustrie insofern eine Sonderrolle einnimmt, als hier auch das Brauchwasser Trinkwasserqualität haben muss. Zur Herstellung von 1 Liter Bier werden 20 Liter, von 1 kg Feinpapier 400–1.000 Liter Wasser benötigt.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 24. Erfrischungsgetränke Erfrischungsgetränk

Zusammenfassung

In Deutschland gibt es eine große Anzahl von Heilquellen, deren Wässer aufgrund der in ihnen gelösten Mineralstoffe verschiedene Krankheiten lindern bzw. heilen können. Bei Wässern mit mehr als 1 g gelöster Mineralstoffe im Liter unterscheidet man zwischen Chlorid-, Hydrogencarbonat- und Sulfatwässern. Andere Wässer bezeichnet man unabhängig von ihrem Mineralstoffgehalt nach ihren wirksamen Bestandteilen als Eisen-, Arsen-, Iod-, Schwefel und Radonwässer bzw. besonders kohlensäurehaltige Wässer als Säuerlinge. In ihrer Anwendung als Heilwässer unterliegen sie dem Arzneimittelgesetz.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

Kapitel 25. Das europäische LebensmittelrechtLebensmittelrecht

Zusammenfassung

Die schnelle Entwicklung der Lebensmittelwirtschaft in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zur Versorgung der rasch wachsenden Bevölkerung machte es notwendig, den Verkehr mit Lebensmitteln rechtlich zu regeln, und zwar vornehmlich im Hinblick auf gesundheitliche Unbedenklichkeit und Schutz des Verbrauchers vor Täuschung. Nach der Gründung des „Kaiserlichen Gesundheitsamtes“ (1876) wurde am 14. Mai 1879 das erste deutsche Nahrungsmittelgesetz verkündet. Dieses Gesetz führte einen vorbeugenden Verbraucherschutz hinsichtlich des Verkehrs mit Nahrungsmitteln, Genussmitteln und Gebrauchsgegenständen ein. Aber erst mit der Schaffung des „Staatlich geprüften Lebensmittelchemikers“ wurde die im Gesetz verankerte Forderung eingelöst, zuverlässige, schnell durchführbare und auf die Eigenart der einzelnen Lebensmittel zugeschnittene Untersuchungsmethoden zu entwickeln. 1894 wurde daher eine spezielle Prüfungsordnung für Nahrungsmittelchemiker erlassen und Lehrstühle für Lebensmittelchemie errichtet.

Werner Baltes, Reinhard Matissek

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