Typen von Verderbsreaktionen Flashcards by Sascha Milward

Arten von Verderb - Einteilung nach der Art der Veränderung

Geruchs- und Geschmacksveränderungen
Konsistenz-, Struktur- und Texturveränderungen
Farbveränderungen und andere Veränderungen des Aussehens
Verlust von wertvollen Inhaltsstoffen

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Geruchs- und Geschmacksveränderungen bei Verderb

Fäulnis
Säuerung
Muffigkeit
Altgeschmack
Ranzigkeit, Öligkeit, Tranigkeit, Seifigwerden
Gärung etc.

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Konsistenz-, Struktur- und Texturveränderungen bei Verderb

Schmierigwerden, Schleimigwerden
Erweichungen, Verflüssigungen
Verhärtungen
Gasbildung
Trübungen

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Farbveränderungen und andere Veränderungen des Aussehens bei Verderb

Verfärben
Verschimmeln
Gefrierbrand

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Wertvolle Inhaltsstoffe, die beim Verderb verloren gehen

Vitamine
essentiellen Aminosäure
essentiellen Fettsäure

w-3-Fettsäuren z.B. Linolensäure

w-6-Fettsäuren z.B. Linolsäure

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Problematik der Abgrenzung des Lebensmittelverderb

Traubenmost / Wein

Wein / Essig

Käsereifung / -verderb

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Arten von Verderb - Einteilung nach dem Wirkungsmechanismus

chemischer Verderb:
nicht Enzym katalysierte Reaktionen
biochemischer Verderb:
Verderb durch gewebseigene Enzyme
physikalischer Verderb:
z. B. Austrocknung, Quellung, Kristallisation
mikrobiologischer Verderb: Mikroorganismen oder deren Enzyme
biologischer Verderb:
durch Schädlinge

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Wichtige chemische und biochemische Lebensmittelverderbreaktionstypen

Hydrolytische Veränderungen

(Spaltung unter Wasseraufnahme) Kohlenhydrate, Proteine, Lipide

Oxidative Veränderungen

(Reaktion mit Sauerstoff)
Lipide, Farbstoffe, Proteine, Aromastoffe, Vitamine

Bräunungsreaktionen

Maillard-Reaktion, Karamellisierung, enzymatische Bräunung

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Hydrolytische Veränderungen von Kohlenhydraten

Inversion von Saccharose
Unter der Inversion versteht man die Spaltung der Saccharose in die reduzierenden Zucker Glukose und Fructose.
Dieser Vorgang wird Inversion genannt, da sich die im Polarimeter gemessene optische Aktivität der Probe (Drehwert) von Plus auf Minus dreht.
Fructose ist deutlich hygroskopischer als Saccharose.
Die Inversion der Saccharose ist daher bei der Herstellung von Hartkaramellen unerwünscht, da diese hierdurch schneller klebrig werden.
Marzipan dagegen setzt man Invertase (= Saccharase) oder Invertzucker zu, um die Frischhaltung zu verbessern.
Pektinhydrolyse in Fruchtpulvern durch Pektinesterasen
Pektin kommt in den Zellwänden vieler Pflanzen vor.
Pektin ist Gelbildner, es wird z.B. in Gelierzucker eingesetzt.
Diese strukturbildenen Eigenschaften des Pektins werden durch die Pektinhydrolyse zerstört, dies ist bei Frucht- pulvern unerwünscht.
Hydrolyse von Stärke ist erwünscht bei der Mälzung und der Fermentation von Tabak, Tee, Kaffee und Kakao

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Hydrolytische Veränderungen von Lipiden

Hydrolytische Veränderungen von Lipiden können ohne Enzymeinwirkung oder durch Lipasen katalysiert erfolgen.
Lipasen kommen in vielen Lebensmitteln vor.
Lipasen können nur emulgierte Triglyceride spalten, sie sind an der Grenzfläche zwischen Fett und Wasser aktiv.
Auch viele Mikroorganismen geben Lipasen ab.
Lipasen sind auch bei niedrigen Temperaturen (Gefrierlagerung) aktiv.
Lipasen sind häufig thermolabil. Ausnahmen bilden die von Mikroorganismen gebildeten Lipasen.
Bei der Hydrolyse von Lipiden entstehen Mono- und Diglyceride, Glycerin und freie Fettsäuren, dabei sind die freien Fettsäuren für den Verderb maßgeblich.

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Hydrolytische Veränderungen von Proteinen

Hydrolyse von Proteinen hat Gewebserweichungen zur Folge.
Proteolytische Enzyme lösen die Peptidbindung in Proteinsträngen auf. Sie werden auch als Peptidasen, Proteasen oder Proteinasen bezeichnet.
Proteolytische Enzyme kommen in vielen Lebensmitteln vor, da sie in allen Zellen und Geweben enthalten sind.
Auch einige Mikroorganismen geben Proteasen ab (Clostridium, Achromobacter, Pseudomonas).
Hydrolyse von Proteinen ist erwünscht bei der Bierwürze- herstellung und der Fermentation von Tee und Kakao, sowie der Fleisch- und Käsereifung.

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Was sind Aromaschwellen freier Fettsäuren in verschiedenen Lebensmitteln und wodurch werden sie beeinflusst?

Je kürzer die freie Fettsäure ist, desto geringer ist in der Regel ihre Aromaschwelle. Die Aromaschwelle ist die Konzentration des Stoffs, die gerade noch wahrgenommen wird.
Das Medium, in dem sich die freie Fettsäure befindet, beeinflusst deren Aromaschwelle.

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Hydrolytische Veränderung von Lipiden

Wirkung freier Fettsäuren /wodurch wird die Aromaschwelle beeinflusst?

Durch Hydrolyse freigesetzte Fettsäuren sind aromawirksam, dies kann gewünscht sein wie z.B. bei der Käsereifung oder in geringem Umfang bei Milchschokolade oder aber zum Verderb führen.
Die kurz- und mittelkettigen Fettsäuren haben die geringeren Aromaschwellen und beeinflussen somit das Aroma stärker bzw. führen eher zum Verderb, dadurch sind Lebensmittel mit einem hohen Anteil dieser Fettsäuren eher durch hydrolytischen Fettverderb gefährdet.

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Für Fetthydrolyse besonders anfällige Lebensmittel

Milchfett enthält im Mittel ca. 3 % der besonders geruchsintensiven Buttersäure, Lebensmittel, die Milchfett enthalten sind daher besonders gefährdet.
Bei den pflanzlichen Lebensmitteln sind die besonders gefährdet, die Kokosfett oder aber Palmkernfett enthalten, da beide Fette einen hohen Anteil Laurinsäure enthalten, die einen seifigen Geruchseindruck hervorruft.
Damit Fetthydrolyse auftreten kann, muss das Lebensmittel Wasser im ausreichende Maße enthalten.

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Wirkung freier Fettsäuren ( Länge, Geschmack… )

Kurz- (bis  C₆) und mittelkettige ( C₇bis C₁₂) freie Fettsäuren sind in erster Linie selbst aromaaktiv
Die freigesetzten Fettsäuren C₈bis C₁₂ können durch Mikroorganismen bis zu den Methylketonen abgebaut werden (Parfümranzigkeit)
Freie ungesättigte Fettsäuren schmecken in Wasser emulgiert bitter.
Freie ungesättigte Fettsäuren können autooxidativ oder enzymatisch-oxidativ zu intensiven Geruch- und Geschmackstoffen reagieren

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Aromaschwellen freier Fettsäuren in verschiedenen Lebensmitteln , was beeinflusst sie und warum ?

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Der pH-Wert des Mediums beeinflusst die Aromaschwelle der freien Fettsäuren.
Im sauren Bereich legen die freien Fettsäuren zunehmend undissoziiert vor, nur in dieser undissoziierten Form sind sie flüchtig und können daher von der menschlichen Nase wahrgenommen werden.

Wodurch werden Oxidative Veränderungen von Lipiden hervorgerufen?

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Oxidationen von Lipiden können durch

Autoxidation
Photooxidation (Fotooxygenierung,kann in Autoxidation übergehen)
Lipoxygenasen

hervorgerufen werden.

Wodurch wird die Autoxidation von Lipiden induziert; was wird dabei gebildet?

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Geruchsqualitäten der Reaktionsprodukte der Autoxidation

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Die Autoxidation wird durch Licht (Photooxidation), Strahlung oder Wärme induziert.

Durch die Energieaufnahme werden Radikale gebildet.

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Bei der Autoxidation von Fetten entstehen eine Vielzahl von Reaktionsprodukten.
Für den Verderb bedeutsam sind vor allem die Aldehyde und Ketone.
Die Geruchsqualitäten der gebildeten Aldehyde und Ketone reichen von fruchtig, stechend über fischig bis metallisch.
Daher ist der Geruchseindruck von oxidiertem Öl schwer zu beschreiben.
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Autoxidation steigt mit der Anzahl der Doppelbindungen: Linolen- > Linol- > Ölsäure
Die Induktionsperiode verkürzt sich mit der Anzahl der Doppelbindungen: Linolen-
Auch die Position der ungesättigten Fettsäure im Fettmolekül beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit, dabei ist die Mittelstellung stärker abgeschirmt.
Schwermetalle, geringe Mengen Ascorbinsäure
(10-5 mol/l) und Hämproteine (Hämoglobin = Blutfarbstoff und Myoglobin = Fleischfarbstoff) wirken prooxidativ.
Die Reaktionsprodukte der Linolensäure sind besonders geruchsintensiv.

Ablauf der Photooxidation von Lipiden

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Ein Sensibilisator nimmt Licht auf.
Entweder reagiert der angeregte Sensibilisator direkt mit den Fettsäuren unter Bildung von Radikalen (Typ 1) oder die Lichtenergie wird vom Sensibilisator auf andere Moleküle übertragen (Typ 2).
Bei Typ 2 Reaktionen ist ein bevorzugtes Substrat Sauerstoff, dieser geht in einen angeregten Zustand über.
In diesem angeregten Zustand geht der Sauerstoff
mit geeigneten Substraten Additionsreaktionen ein,
es werden bei ungesättigten Fettsäuren Hydroperoxide gebildet.
Die Hydroperoxide können z.B. von Schwermetallionen in Radikale zersetzt werden (Start der Autoxidation).

Sensibilisatoren

Es sind ca. 400 Verbindungen bekannt, die als Sensibilisatoren fungieren können, hierzu zählen:

Chlorophyll

Riboflavin

Myoglobin

Hämoglobin

Schwermetalle

Unterschied zwischen hydrolytischem und oxidativem Fettverderb

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Die Reaktionsprodukte der Fettoxidation - überwiegend Aldehyde und Ketone - sind in ihrer Geruchsintensität in der Regel nicht vom pH-Wert abhängig.
Die Reaktionsprodukte der Fetthydrolyse – die freien Fettsäuren - sind dagegen in ihrer Geruchsintensität stark vom pH-Wert abhängig.
Durch Säure- und Laugezugabe kann man somit feststellen, ob bei einem verdorbenen fetthaltigen Lebensmittel Fettoxidation oder –hydrolyse für den Verderb maßgeblich ist.
Liegt Fetthydrolyse vor, muss sich der Geruchseindruck bei Säurezugabe verstärken und bei Laugezugabe weniger stark wahrnehmbar sein.

Welche anderen Inhaltsstoffe sind durch oxidativen Verderb gefährdet?

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Neben Fetten können auch andere Lebensmittel- Inhaltsstoffe oxidiert und somit geschädigt werden.
Die Aminosäuren Arginin, Histidin, Lysin und Methionin sind empfindlich gegenüber Sauerstoff.
Viele ätherische Öle aber auch andere Aromastoffe können oxidieren, dies kann in geringem Maße auch erwünscht sein wie z.B. bei Rotwein, aber im Übermaß ist es nachteilig.
Auch einige Vitamine sind durch Sauerstoff gefährdet insbesondere in Zusammenhang mit Lichtenergie.
Farbstoffe absorbieren einen Teil des farbigen Lichts und übertragen die aufgenommene Energie bei Typ 2 der Photooxidation in der Regel auf Sauerstoff, dieser angeregte Sauerstoff kann den Farbstoff dann selber oxidieren.

Welche Stoffe rufen Bräunungsreaktionen, Maillard-Reaktion, Karamellisierung, enzymatische Bräunung hervor

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Reduzierende Zucker u.a.

Glukose
Fruktose
Maltose
Laktose
Ribose (in geringerem Umfang)

Aminokomponente

freie Aminosäuren
proteingebundene Aminosäuren mit freier Aminogruppe z. B. Lysin

Folgen der Maillard-Reaktion

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braunen Pigmenten (Melanoidine)
flüchtigen, häufig aromawirksamen Verbindungen
Geschmacksstoffen insbesondere Bitterstoffen
Verbindungen mit stark reduzierenden Eigenschaften (Reduktone)
Verbindungen mit potentiell mutagenen Eigenschaften (Acrylamid)
Verbindungen, die Quervernetzungen von Proteinen verursachen können
Verlust an essentiellen Aminosäuren
Ein Stoff, der bei der Maillard-Reaktion von Hexosen (z.B. Glucose) aber auch bei der Karamellisierung entsteht, ist

5-Hydroxymethylfurfural (HMF).

Eine erhöhte Konzentration an

5-Hydroxymethylfurfural wird häufig als Indiz für eine unerwünschte oder zu starke Wärmebehandlung herangezogen, so z.B. bei Honig, Milch und Fruchtsaft.

Was ist Karamellisierung, was entsteht dabei und was ist für sie erforderlich?

Study These Flashcards

Unter Karamellisierung versteht man den Abbau der Zucker zu Karamellzucker.
Die entstehenden Reaktionsprodukte sind vergleichbar zu denen der Maillard-Reaktion.
Für die Karamellisierung sind allerdings sehr viel höhere Temperaturen erforderlich als für die Maillard-Reaktion. Die Maillard-Reaktion kann, wenn auch langsam, schon bei Zimmertemperatur ablaufen.

Enzymatische Bräunung ( Reaktion + Beispiel) \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ Unterdrückung bzw. Verzögerung der enzymatischen Bräunung

Diphenole -----Polyphenoloxidase-----\> Chinone -\> braune Pigmente _Bsp. Apfel_ : Durch das Schälen werden die Zellen verletzt, die Diphenole kommen in Kontakt mit der Polyphenoloxidase und Sauerstoff. \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ _Unterdrückung bzw. Verzögerung der enzymatischen Bräunung:_ 1 Entfernung von Sauerstoff 2 pH-Wertsenkung und dadurch bedingt Verringerung der Aktivität der Polyphenoloxidase 3 Enzymdenaturierung durch Erhitzen 4 Enzyminhibitoren (z.B. Sulfite) 5 Blockierung reaktiver Zwischenprodukte (z.B. Sulfite, Vitamin C) 6 Reduktionsmittel (z.B. Sulfite, Vitamin C)

Wirkung physikalischer Verderb: z.B. Austrocknung, Quellung, Kristallisation

- Austrocknung z. B. Brot, Marzipan, Butter - Quellung z. B. Cornflakes, Chips - Kristallisation z. B. Zucker- und Fettreif bei Schokolade, Absterben von Hartkaramellen

Voraussetzungen für mikrobiologischen Verderb: Mikroorganismen oder deren Enzyme

_Voraussetzungen für mikrobiellen Verderb_: * Anwesenheit von Verderbniserregern * Bioverfügbare Nährstoffe * Günstige Lebensbedingungen hinsichtlich Temperatur, aW-Wert, Sauerstoffkonzentration, Redoxpotential, pH-Wert - Abwesenheit von für die Mikroorganismen toxischen Substanzen * genügend lange Lagerzeit des Lebensmittels - Qualitätsmindernde Veränderungen durch die Lebenstätigkeit der Mikroorganismen _Ernährung der Mikroorganismen:_ * Die Mikroorganismen haben sehr unterschiedliche Ansprüche an die Nährstoffe insbesondere bei den Mikronährstoffen und den Wachstumsfaktoren. * Optimales Wachstum ist nur möglich, wenn alle notwendigen Nährstoffe in einem ausgewogenen Verhältnis zur Verfügung stehen. * Die Nährstoffe müssen in einer Form zur Verfügung stehen, die für die Mikroorganismen nutzbar ist.

Typen von Verderbsreaktionen Flashcards

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