06 Lebensmittelfermentation Flashcards
Grundlegende Prinzipien der Lebensmittelfermentation Verschiedene Gärungen und Gärungsprodukte
1
Q
Definition: Fermentation
A
= mikrobielle/enzymatische Umsetzung organischer Stoffe in Säure, Gas,
Alkohol
2
Q
Ziele der Lebensmittelfermentation
A
- Steigerung der Haltbarkeit
- Geschmacks- und Aromabildung
- Gesundheitliche Wertigkeit
- Berauschende Wirkung
3
Q
Was ist ein Substrat in der Lebensmittelindustrie? Nenne direkt vergärtere und indirekt vergärbare Substrate!
A
- Lebensmittel = Substrat
- direkt vergärbar: Glucose, Fructose, Lactose
- indirekt vergärbar: Stärke, Pentose, Cellulose
4
Q
Wie entsteht Geschmacks- und Aromabildung bei der Ferementation?
A
durch den Kohlenhydrat-, Eiweiß- (Proteolyse) und Fettabbau (Lipolyse)
5
Q
Was bedeutet indirekt vergärbar bei Substraten?
A
Substrate wie Stärke, Pentose oder Cellulose müssen zuerst extrazellulär in Oligo- oder Monosaccharide gespalten werden, bevor sie fermentiert werden können.
6
Q
Welche Stoffe entstehen bei der Milchsäuregärung in fermentierten Milchprodukten? Welches Makromolekül wird dabei abgebaut?
A
- Kohlenhydratabbau
- Acetaldehyd (Joghurt)
- Acetoin
- Diacetyl (Butter)
- Ameisensäure
- Buttersäure
- Essigsäure
- Propionsäure
7
Q
Welche Rolle spielt Lactococcus lactis bei der Proteolyse?
A
- Produziert Proteinase (in der Zellwand verankert), die Kasein in Peptide spaltet
- Peptide werden über Transporter in die Zelle aufgenommen
- Peptidasen bauen Peptide weiter zu AS ab
- => Entstehung von Peptide und AS als Aromastoffen wie Methional und 3-Methylthiopropionsäure
8
Q
Welche MOs führen hauptsächlich die Lipolyse durch?
A
überwiegend Pilze
9
Q
Welche Aromastoffe/-bestandteile entstehen bei der Lipolyse?
A
- kurzkettige freie Fettsäuren
- Ketone und Aldehyde (Abbauprodukte von Carbonylverbindungen
10
Q
Was sind Starterkulturen?
A
Mikroorganismen, die zur Konservierung eingesetzt werden.
11
Q
Arten von MOs, in der sie gehalten werden
A
- Starterkulturen
- Reifungskultur
- Schutzkultur
- Probiotika
12
Q
Nenne fermentierte Lebensmittel pflanzlichen Ursprungs
A
- Brot
- Sauerkraut, saure Gurken, Oliven
- Bier
- Wein
13
Q
Welche Mikroorganismen werden für Brot eingesetzt?
A
- S. cerevisiae: Herstellung mit Hefeteig
- heterofermentative Milchsäurebakterien im Suerteigverfahren
- ABER: Keine lebenden MOs im Endprodukt (Brot wird gebacken!)
14
Q
Welche Mikroorganismen sind an der Fermentation von Sauerkraut, Gurken und Oliven beteiligt?
A
homo- und heterofermentative Milchsäurebakterien
15
Q
Was passiert bei der Bierherstellung?
A
- Ähnlich wie Brot – Stärke wird zu Alkohol umgesetzt
- Durch verschiedene Spezies der Gattung Saccharomyces
16
Q
Welche MOs sind an der Herstellung von Wein beteiligt
A
- S. cerevisiae
- Miclhsäurebakterien zur Reduktion der Säure im Wein (Abbau der im Wein gelösten Apfelsäure)
17
Q
Welche zwei Hauptprozesse sichern die Haltbarkeit fermentierter Rohwürste?
A
- Absenkung des pH-Werts durch Fermentation
- anschließende Trocknung (Wasseraktivität-Wert wird so abgesetzt, dass keine (fremden) MOs mehr wachsen können)
18
Q
Was ist die Funktion von Staphylokokken bei fermentierten Fleischprodukten?
A
- Reduktion des Nitrats zu Nitrit
- proteolytische und lipolytische Aktivitäten
19
Q
Welche vier Hauptgattungen sind wichtig für Milchfermentation?
A
Lactococcus, Leuconostoc, Lactobacillus, Streptococcus
20
Q
Was ist der Unterschied zwischen mesophilen und thermophilen Kulturen? Einsatz bei welcher Lebensmittelproduktion*
A
Mesophile Kulturen
* Einsatz bei 20-30°C
* Sauermilch, Dickmilch, Buttermilch
Termophile Kulturen
* Einsatz bei 37-45°
* Joghurt
21
Q
Was sind Reifungskulturen und welche Funktion haben sie?
A
Mikroorganismen (z. B. Staphylokokken, Schimmelpilze), die Aroma- und Geschmacksentwicklung durch proteolytische und lipolytische Aktivitäten bewirken.
22
Q
Was machen Staphylokokken und Schimmelpilze in Reifungskulturen?
A
- Proteolytische und lipolytische Aktivitäten
- Abbau von AS zu Aromakomponenten
- Oxidation von Fettsäuren zu Aldehyden, Altanen, Alkoholen, Ketonen
- -> bestimmen als flüchtige Substanzen wesentlich Geruch und Aroma
23
Q
Lokalisation der wichtigen Vertreter der Reifungskulturen auf Rohwürsten
A
- Staphylokokken verteilen sich in der gesamten Wurst
- Schimmelpilze wachsen ausschließlich auf der Oberfläche (außer bei Käsen Roquefort und Gorgonzola)
24
Q
Funktion und Rolle von Schimmelpilzen in der Käseherstellung
A
- Für Aroma und Textur → „Verflüssigung“ des Käses
- beruht auf dem Pikieren der Käsemasse und dem dadurch ermöglichten Zutritt von
Sauerstoff in das Innere der Käse - Schimmelpilze wachsen auf der Oberfläche, aber auch Pilzwachstum im Inneren bei Rouqefort und Gorgonzola
25
Nenne wichtige MOs in der Käseherstellung
* Schimmelpilze: Penicillium camemberti, P. roqueforti
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Was sind Schutzkulturen
dienen dem Schutz der Lebensmittel vor dem Befall mit Krankheits- oder Verderbniserregern
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Wie erfolgt unspezifischer und spezifischer Schutz?
* unspezifischer Schutz: Besiedeln der Oberfläche von Lebensmitteln durch Krankheits- oder Verderbniserregern wird erschwert
* spezifischer Schutz: Hemmung bestimmter MOs durch die Bildung von Bakteriozinen
→ Milchsäurebakterien produzieren Nisin
→ Zugelassen als Zusatzstoff in der Lebensmittelindustrie
→ Unter sauren Bedingungen bildet Nisin Poren in der
Cytoplasmamembran sensitiver Bakterien
→ Wirksam bei z. B. Listeria, Bacillus, Clostridien
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Was sind Bakteriozine?
= Protein-ähnliche Toxine gebildet von Bakterien
29
Was bewirkt Nisin, das von Milchsäurebakterien produziert wird?
Nisin ist ein Bakteriozin, das Poren in die Membran empfindlicher Bakterien bildet und damit gezielt krankheits- oder verderbserregende MOs hemmt (z. B. Listeria) im Rahmen der Schutzkultur
30
Beschreibe Milchsäurebakterien
* Grampositive, nicht sporenbildende Kokken und Stäbchen
* Fakultativ anaerob / (obligat) fermentativ
* Salz-, alkohol- und säuretolerant
* Produzieren Milchsäure als Haupt- oder einziges Produkt aus Zuckern
31
Was ist der Unterschied zwischen homo- und heterofermentativer Milchsäuregärung?
Homofermentativ
* Milchsäure (Lactat) als einziges Produkt
* Anwesenheit von Aldolase (Schlüsselenzym der Glykolyse)
* Heterefermantiv
* Produkte Milchsäure, Ethanol, CO2
* keine Aldolase
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Vertreter der homofermentativen Gärung
Lactococcus, Lactobacillus, Streptococcus, Pediococcus
33
Vertreter der heterofermentativen Gärung
Lactobacillus, Leuconostoc
34
Reaktionsgelichung der homofermentativen Gärung
Aldolase + Glyklolyse: 1 Glukose -> **2 Lactat + 2 ATP**
35
Was macht das Enzym Aldolase?
* Spaltung von Fructose-1,6-Bisphosphat in 2 Glycerinaldehyd-3-Phosphat
* Schlüsselenzym in der Glykolyse
36
Wie entstehen Käselocher?
durch die Gasbildung (CO2) bei der heterofermentativen Milchsäuregärung
37
Was passiert bei der heterofermentativen Gärung?
* Oxidation von Glucose-6-Phosphat zu 6-Phosphogluconat
* Decarboxylierung zu Pentosephaosphat
* Phosphoketolase spaltet Pentosephospat zu …
* … Glycerinaldehyd-3-Phosphat -> **Lactate + 1 ATP**
* … Acetylphosphat zu **Ethanol** reduziert
(-> Ausgleich der Redoxbilanz)
38
Welche vier Hauptarten der Gärung werden unterschieden?
* Milchsäuregärung
* Buttersäuregärung
* Essigsäuregärung
* Alkoholische Gärung
39
Wozu dient die Milchsäuregärung bei Lebens- und Futtermiteln?
zur **Konservierung**, indem das Lebensmittel **gesäuert** wird und Verderbniserreger fast vollständig **gehemmt oder abgetötet** werden
40
Nenne Beispiele für durch Milchsäuregärung hergestellte Produkte
Joghurt, Sauermilchprodukte, Sauerkraut, Salzgurken, saure Bohnen, Kimchi
41
Welche Rolle spielt die Milchsäuregärung hergestellte Produkte?
* Herstellung von **Silage** = durch Milchsäuregärung konserviertes Pflanzenmaterial als Futtermaterial
42
Rolle der Milchsäuregärung bei der Veredelung und beim Brotbacken
* veredelt einige Biersorten -> sehr lange Haltbarkeit
* Verwendung bei Sauerteig und beeinflusst die Reifung von Rohwürsten wie Salami
43
Wie entsteht Käse?
* Aus Milch wird durch Gerinnung der Eiweißbestandteile (Casein) Käse
* mithilfe von Milchsäurebakterien und/oder einem Enzymgemisch
44
Was ist der Unterschied zwischen Säuremilchkäse und Labkäse?
* Sauermilchkäse entsteht nur durch Milchsäurebakterien
* Labkäse durch Milchsäurebakterien + Enzyme: Chymosin und Pepsin (mikrobiell, pflanzlich oder tierisch)
45
Wie erfolgt die Lacto-Fermentation?
* meist ohne Starterkultur und spontan
* unbedingt unter **anaeroben** Bedingungen mit Verwendung von Fermentationsgewichten
46
Warum sind pH-Wert und Salzgehalt bei der Lacto-Fermentation wichtig?
* niedriger pH-Wert ( <4,5) und
* hoher Salzgehalt (ca. 2,4%)
verhindern das Wachstum schädlicher MOs
47
Was sind Fermentationsgewichte?
Das Gemüse wird unter der Flüssigkeit gehalten, also unter der Lake oder dem eigenen Saft.
Dadurch wird ein anaerobes Milieu (ohne Sauerstoff) geschaffen – das ist wichtig, weil sonst unerwünschte Mikroorganismen wie Schimmel wachsen könnten.
Das Gewicht verhindert, dass Stücke an die Oberfläche treiben, wo sie verderben könnte
48
Nenne lacto-fermentierte Lebensmittel
* Sauerkraut (Weiß- oder Spitzkohl)
* Tabasco
* Kimchi
* Salami
49
Welche Bakterienart ist an der Buttersäuregärung beteiligt
* Clostridien
* z.B. C. acetobutylicum
50
Hauptprodukte und Nebenprodukte der Buttersäuregärung
* Hauptprodukt: Buttersäure (aus Zucker)
* Nebenprodukt: Aceton und Butanol (wobei diese nur von einigen Clostridien-Arten wie C. acetobutylicum produziert werden
51
Beschreibe Clostridien! Wo kommen sie natürlicherweise vor
* grampositiv
* obligat anaerob
* sporenbildend
* ubiquitär, v.a. im Boden und Verdauungstrakt
52
Welche Wirkung hat Buttersäure auf den Menschen?
* Dämpfe reizen die Augen und Atemwege
* hat einen charakteristischen Geruch
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In welchen Bereichen kommt Buttersäure vor bzw. wie wird es verwendet?
* in Lebensmitteln, zu deren Zubereitung Gärprozesse notwendig sind (Käse,
Sauerkraut, Bier, Brot); auch in Milch, Holzessig
* in Getränke-, Lebensmittel- und Kosmetikindustrie: Buttersäureester als Aromastoffe und Riechstoffe
* Vorstufe für Biokraftstoffe
* Chemische Industrie: Herstellung von Kunststoffen
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Warum stinkt es in der U-Bahn-Station Stephansplatz?
* Beim Bau der Station wurde ein **Bodenverfestigungsmittel auf organischer Basis** in den Boden gespritzt → so sollte verhindert werden, dass der Boden nachgibt und der Stephansdom sich senkt
* Die Materialien dringen mit dem Grundwasser in kleinen Mengen durch den Tunnel ein
* Dadurch kommt es zu einer chemischen Reaktion, wodurch **Buttersäure** gebildet wird
55
Welche Eigenschaften haben Essigsäurebakterien?
* gramnegativ
* obligat aerob
* Stäbchen
* oft mobil (beweglich)
* -> MOs schwimmen an der Oberfläche für erhöhte Sauerstoffzufuhr
*Acetobacter
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Wo findet der Metabolismus der Essigsäurebakterien statt?
im Periplasma
57
Wie wird Essigsäure produziert?
* dabei dient Ethanol als Elektronendonator für O2
* andere können auch Glucose zu Essigsäure umwandeln (Gluconobacter)
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Warum befinden sich Essigsäurebakterien in einer toxischen Umgebung? Wie schützen sie sich davor
* Substrat und Produkt sind toxisch
* Keep out (Vermeidung von Aufnahme
* Kick out (Ausscheidung)
* Metabolize
* Neutralize
* Protect and repair (cell structures
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Nenne Nutzen und Anwendungen von Essigsäure
**Lebensmittel und Kosmetika**
* Salze als Lebensmittelzusatzstoffe
* Säuerungsmittel in Obst- und Gemüsekonserven, Teig, Soßen, Marinaden
* Zum Ansäuern von Peelings
**Chemische Industrie**
* Ausgangsstoff zur Herstellung von Polymeren
* Bestandteil von Farben und Lacken
* Zigarettenfilter
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Welche MOs werden für alkoholische Gärung genutzt?
* Saccharomyces spp.
* Ascomycota (einzellig, fakultativ anaerob)
61
Welche Fortpflanzugsart nutzen die MOs der alkoholischen Gärung
asexuelle Vermehrung durch Knospung (sind Hefen
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Welche Rolle spielt Sauerstoff bei der alkoholischen Gärung?
Gärung dient unter Sauerstoffmangel der Energiegewinnung
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Was passiert bei der alkoholischen Gärung?
* Hexoseabbau -> Disproportionierung zu Ethanol und CO2
* ist eine exergone Reaktion
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Was ist der Pasteur-Effekt?
* beschreibt das Phänomen, dass in Abwesenheit von Sauerstoff (d.h. unter anaeroben Bedingungen) mehr Glukose verbraucht als in dessen Gegenwart (d.h. unter aeroben Bedingungen).
* die Geschwindigkeit des Glukoseumsatzes steigt, um geringere Ausbeute an
ATP aus alkoholischer Gärung auszugleichen
65
Was sind Mykoproteine?
* mikrobielle Biomasse mit fleischähnlicher Textur, die von Pilzen (z.B. Fusariun venenatum) gewonnen wird
* aus der Fermentation gewonnenes mikrobielles Protein
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Welche Eigenschaften machen Mykoprotein zu einer guten Fleischalternative?
* fleischähnliche Textur
* hoher Proteingehalt
* Proteinqualität wie Rindfleisch
* seit 2002 als sicher anerkannt (FDA-approved)
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Vorteile und Nachteile der Produktion von Mykoproteinen
* + Fermentationsprozess ist entkoppelt von der landwirtschaftlichen Produktion -> geringere CO2 Emissionen als tierische Produkte
* - Zucker als Substrat für die Fermentation -> Verbrauch von Ackerflächen; Alternative: Pilzarten, welche Methan oder Essigsäure als Energiequelle nutzen können
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Was ist Quorn?
* Pilzprodukt aus UK
* Herstellung aus Fusarium venenatum
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Welche Nährstoffe enthält Quorn?
* 10-15% Protein
* 2,5 - 19% Fett
* Vitamine
* Mineralien
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Wie wird Quorn zentrifugiert
Fusarium-Zellen werden in einer Zuckerlösung mit Mineralstoffen bei 28°C kultiviert →
Pilzmycel wird abzentrifugiert und weiter verarbeitet
