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Posts Tagged ‘Nahrungsmittel’

Dr. Rainer Schnee ist 1. Vorsitzender der Deutschen Phosphor-Plattform e.V.

Herr Dr. Schnee, Sie referieren bei dem Infotag „Phosphor aus Klärschlamm – Wie Sie die Phosphorabreicherung bestimmen können!“ zum Thema „Lebensmittel ohne Phosphate – geht das überhaupt?“ Welche Funktion erfüllen Phosphate generell bei der Lebensmittelherstellung?

Phosphate sind natürliche Bestandteile nahezu aller Nahrungsmittel. Sie werden aber auch als funktionelle Lebensmittelzusatzstoffe bei der Verarbeitung zahlreicher Nahrungsmittel eingesetzt. Die Wirkung von Phosphaten auf Lebensmittel ist eine Funktion ihrer Kettenlänge (Mono/Ortho-, Di/Pyro-, Tri/Tripoly-, Polyphosphate) und ihres pH-Wertes. Phosphate werden insbesondere zur Stabilisierung von Fleisch- und Milchprodukten sowie als Backtriebsäure in Backpulver eingesetzt.

  • Die hohe Pufferkapazität von Phosphaten trägt zur Stabilisierung des pH-Wertes von Lebensmitteln bei. Der pH-Bereich von Lebensmitteln liegt in der Regel zwischen 3,5 (z.B. Säfte) und 7,5 (z.B. Gemüse): Orthophosphate und Pyrophosphate sind am effektivsten als Puffersubstanzen.
  • Langkettige Polyphosphate haben komplexbildende Eigenschaften auf mehrwertige Kationen wie Calcium und Magnesium. Dies ist insbesondere wichtig bei der Herstellung von Fleisch- und Milchprodukten. Durch Komplexierung von Schwermetallkationen wie Eisen und Kupfer lassen sich Oxidationsreaktionen verzögern und Ranzigkeit verhindern.
  • Phosphate können aufgrund ihrer negative Oberflächenladung (Polyanioneffekt) Dispersionen, Emulsionen und Suspensionen stabilisieren. Diese Eigenschaften steigen mit der Kettenlänge und pH-Wert. Durch Beeinflussung der Oberflächenladung von Proteinen haben Phosphate einen starken Einfluss auf ihre Wasserbindungskapazität und Gelbildung und können eine Denaturierung verzögern oder ganz verhindern.
  • Pyrophosphate besitzen eine spezifische Wirkung auf die Wasserbindefähigkeit des Muskeleiweißes Actomyosin in Fleisch und Fisch sowie auf die Gelbildung von Kasein in Milchprodukten.
  • Mit zunehmender Kettenlänge entwickeln Polyphosphate bakteriostatische Wirkungen. Diese wird insbesondere bei Schmelzkäse genutzt.
  • Phosphate, insbesondere Tricalciumphosphat, wirken als Rieselhilfsmittel (Trennmittel), um hygroskopische Pulver freifließend zu erhalten. Ihre hohe spezifische Oberfläche bindet überschüssige Feuchtigkeit, und ihre sphärische Kristallstruktur ergibt einen »Kugellager-Effekt«, der zu hervorragendem Fließverhalten führt.
  • Calciumphosphate, Magnesiumphosphate, Eisenphosphate und Zinkphosphate werden zur Mineralstoffanreicherung in funktionellen Lebensmitteln sowie Babynahrung verwendet. Als natürliche Mineralstoffe sind sie Nährstoffe von hohem physiologischem Wert.

Kombinationen von Phosphaten werden in zahlreichen Milchprodukten eingesetzt zur Komplexierung von Calcium und zur Stabilisierung des pH-Wertes. Pyrophosphate haben eine spezifische Wechselwirkung mit Kasein. Das Kasein wird entfaltet und wirkt bei erhöhtem pH ähnlich wie Natriumkaseinat. Es quillt und wirkt auch als Emulgator. Aufgrund dieser Effekte werden Phosphate hauptsächlich als Schmelzsalz für Schmelzkäse eingesetzt, aber auch für Kondensmilch, zur Stabilisierung von Molke, für Instant-Pudding und Milchdesserts.

Fleisch, Fisch und andere Meerestiere enthalten das aktive Muskelprotein Aktomyosin, das auch für die wasserbindenden Eigenschaften des Muskelfleisches verantwortlich ist. Im lebenden Muskel steuert die natürliche Phosphatverbindung ATP (Adenosintriphosphat) die Struktur und die Wasserbindung des Aktomyosins. Jedoch wird das ATP während der post mortem Vorgänge durch biochemische Reaktionen rasch abgebaut, der pH-Wert sinkt, das Muskeleiweiß schrumpft und die wasserbindende Kapazität des Fleisches geht verloren, es wird trocken, fest und fasrig. Nur zugesetzte Phosphate haben die einzigartige Fähigkeit, entsprechend ATP zu reagieren und damit die natürliche wasserbindende Kapazität der Muskelproteine wiederherzustellen.

Der hochspezifische Effekt der Phosphate auf das Wasserbindevermögen von Muskeleiweiß aller Arten von Fleisch, Fisch und essbaren Meerestieren liegt an den speziellen polyanionischen Eigenschaften von Phosphaten und an den dadurch veränderten Oberflächenladungen der Muskelproteine. Dieser hoch spezifische Effekt wird nur durch Diphosphate (Pyrophosphate) erzielt, die zwei Phosphoratome pro Molekül enthalten. Längerkettige Polyphosphate werden erst wirksam nach einer Hydrolyse zu Diphosphaten durch die im Muskel vorkommenden natürlichen Phosphatasen. Diphosphate wirken dann wie das ATP bei der natürlichen Muskelkontraktion, die Aktomyosinkomplexe trennen sich wieder, das Muskeleiweiß wird aktiviert und aufgeschlossen.

Die wichtigsten Vorteile der Phosphatbehandlung in Fleisch- und Fischprodukten sind wie folgt:

  • Wiederherstellung und Erhaltung der natürlichen Wasserbindung des Muskeleiweißes
  • Verbesserung und Schutz von Farbe, Struktur, Aussehen und Aroma
  • Verminderung von Abtropf-, Auftau- und Kochverlusten
  • Erhaltung von natürlichen Nährstoffen
  • Verhinderung von Feuchtigkeitsmigrationen während des Auftauens, der Erwärmung und der Lagerung
  • Mehr Saftigkeit und weniger Geleeabsatz, bessere Erhaltung der natürlichen Feuchtigkeit, bessere Textur und Zartheit
  • Wirksame Komplexierung von Kalzium- und Magnesiumionen zur Lockerung der Eiweißstruktur
  • Stabilisierung des pH-Wertes zur Erhaltung der natürlichen Wasserbindung, der natürlichen Farbe und zur Verringerung von Ranzigkeit
  • Weniger Oxydationsreaktionen während der Verarbeitung durch die wirkungsvolle Komplexierung von pro-oxidative Metallionen

Würde die Lebensmittelindustrie auf Phosphate verzichten, welche Auswirkungen hätte diese Entscheidung für den Verbraucher?

Eine Vielzahl heute im Markt befindlichen verarbeiteten Lebensmittel wären in der gewohnten Qualität und zu den derzeitigen Preisen nicht mehr herstellbar.

Gibt es Alternativen zu der heutigen Verfahrensweise? Wie sehen Sie den Einsatz von Phosphaten bei Lebensmitteln auf mittel- bis langfristige Sicht?

Direkte Alternativen zu Phosphaten mit vergleichbaren Wirkungen und Eigenschaften existieren nicht. Daher werden sie auch langfristig weiterhin eingesetzt werden.

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Herr Professor Fischer, Schokolade oder Bier sind uralte Lebensmittel, die sich über Jahrhunderte entwickelt haben. Was gibt es daran heute noch zu verbessern?

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Univ.-Prof. Dr. Lutz Fischer

Fischer: Es geht hier beispielsweise um die geschmacklichen und gesundheitlichen Eigenschaften der Produkte. Beide Qualitätseigenschaften sollen für den Konsumenten gesichert für eine möglichst lange Aufbewahrungszeit und bei unterschiedlichen Transport- und Lagerbedingungen gewährleistet sein.

Läuft der Einsatz moderner biotechnologischer Methoden in der Lebensmittelherstellung nicht dem Wunsch vieler Verbraucher nach möglichst naturbelassenen Lebensmitteln entgegen?

Fischer: Beides hat nicht logischer Weise etwas miteinander zu tun. Was bedeutet „naturbelassen“? Ein nicht verarbeitetes Lebensmittel wie eine Banane, Apfel oder Mohrrübe könnte als „naturbelassen“, weil nicht weiter verarbeitet essbar, betrachtet werden. Die allermeisten Lebensmittel müssen für den Verzehr jedoch verarbeitet, also z.B. gewaschen, erhitzt, zerkleinert, mit anderen Komponenten vermischt und hygienisch einwandfrei abgepackt werden. Biotechnologie ist NICHT gleich Gentechnik, falls Sie darauf anspielen. Moderne biotechnologisch Verfahren sind beispielsweise Membrantrenntechniken, Ultrahochdruckverfahren, modifizierte Fermentationsverfahren u.a.m. Dabei bleiben die Lebensmittel durchaus „naturbelassen“, sie werden nur gesundheitlich gesehen sicherer und länger haltbar.

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Welche Vorteile bietet die Biotechnologie gegenüber anderen Wegen der Lebensmittelverarbeitung?

Fischer: Im Grunde genommen ist dies wieder eine Definitionssache des Begriffs „Biotechnologie“. Da Lebensmittel grundsätzlich aus pflanzlichen, tierischen oder mikrobiellen Rohwaren – also Biomasse – bestehen, fällt jegliche Verarbeitung davon in die weitestgehende Definition der „Biotechnologie“. Es ist dann eher eine Frage des Blickwinkels, ob ich eine Verarbeitung von Lebensmitteln als reine Verfahrenstechnik oder Biotechnologie, die als interdisziplinäre Wissenschaftsdisziplin die Verfahrenstechnik definitionsgemäß mit beinhaltet, ansehen möchte. Nimmt man eine engere Sichtweise der Disziplinen ein, so könnte die Biotechnologie in der Betrachtung von molekularen Ursachen und Prinzipien der Biomolekülveränderung in Lebensmitteln betrachtet werden. Dann kommen enzymatische bzw. biokatalytische Prozesse in den Mittelpunkt der Betrachtung, die als Riesenvorteil gegenüber anderen Prozessen angesehen werden können, da sie SELEKTIV im Lebensmittel wirken und, wie bei einem chirurgischen Eingriff in einer Operation, als molekulare Skalpelle für die Verbesserung von Lebensmitteleigenschaften genutzt werden können.

Und zum Schluss eine persönliche Frage: Welches Lebensmittel, dass in den letzten Jahren neu oder anders auf den Markt gekommen ist, empfinden Sie persönlich als Bereicherung für Ihren Speiseplan?

Fischer: Persönlich finde ich die pro- und prebiotischen Milchprodukte als große Bereicherung für meinen Speiseplan. Diese Produkte schmecken mir nicht nur sehr gut, sondern haben für mich auch noch einen besonderen gesundheitlichen Effekt für meine Verdauung und mein Immunsystem. Ich bin zwar nicht Betroffener, aber die lactosefreien oder glutenfreien Lebensmittel finde ich ebenfalls bereichernd, da hier Menschen mit individuellen Lebenmittelunverträglichkeiten ein attraktiverer und gesünderer Speiseplan offeriert werden kann.

Wir sprachen mit Univ.-Prof. Dr. Lutz Fischer vom Institute of Food Science and Biotechnology an der Universität Hohenheim. Er ist Vorsitzender der DECHEMA-Fachgruppe Lebensmittelbiotechnologie.

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