Zeitabhängigkeit von Verderbsreaktionen Flashcards
(37 cards)
Beispiele für Reaktionen erster Ordnung
- Abbau der Vitamine A, B1, B2, B6, B12, C, D, E, K, Folsäure, Niacin und Pantothensäure
- Abbau verschiedener Farbstoffe
- Wachstum von Mikroorganismen in der exponentiellen Phase
- Abtötung von Mikroorganismen
- Maillard-Reaktion
- Proteindenaturierung
- Enzymatische Reaktionen, wenn die Substratkonzentration klein ist
- radioaktiver Zerfall
D-Wert
Zeit, die benötigt wird um bei einer
definierten Temperatur die Keimzahl um
eine Zehnerpotenz also um 90% zu reduzieren.
Neben der Einwirkzeit ist auch die Temperatur ein wesentlicher Faktor;
Steigende Temperatur —-> geringere D-Werte
Einfluss der Temperatur auf Verderbsreaktionen
Die Temperatur hat Einfluss auf
- den Ablauf chemischer Reaktionen
- die Enzymaktivität
- die Inaktivierung von Enzymen
- das Mikroorganismenwachstum und die Toxinbildung
- die Inaktivierung von Mikroorganismen
Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit
- Alle chemischen Reaktionen werden durch Temperaturzunahme beschleunigt, sowohl endotherme als auch exotherme.
- Das Ausmaß der Beschleunigung ist nicht allein durch Zunahme der Beweglichkeit der Teilchen und somit auch der der Anzahl der Kollisionen zwischen den Teilchen zu erklären. So erzielt man durch eine Temperaturzunahme um 10°C häufig einen Zunahme der Reaktionsgeschwindigkeit um das zwei- bis vierfache (RGT-Regel), während die Zahl der Kollisionen zwischen 25 und 35°C nur um 2% steigt.
- Der Grund für die starke Beschleunigung chemischer Reaktionen durch Temperaturzunahme liegt in der höheren kinetischen Energie der Teilchen.
- Bei höheren Temperaturen haben mehr Teilchen die für eine Reaktion notwendige Aktivierungsenergie.
z-Wert
z = T10K - TK
[z] = [K]
Der z-Wert beschreibt die Temperaturdifferenz, die notwendig ist damit die Reaktion zehn mal schneller abläuft.
Der z-Wert wird daher in Kelvin angegeben. Der z-Wert ist eine Funktion der Temperatur.
Beschleunigung von Reaktionen mit unterschiedlichen z-Werten
Chemische Reaktion z=20K
60°C _______________> 80°C
Reaktion läuft 10 x schneller ab
Mikroorganismenabtötung z=5K
60°C ________________> 80°C
10x 10x 10x 10x
Reaktion läuft 10.000 x schneller ab
Zusammenhang zwischen z-Wert und Aktivierungsenergie
Reaktionen mit hohen Aktivierungsenergien
haben niedrige z-Werte,
d.h. sie werden durch Temperaturzunahme stark beschleunigt. Der Grund hierfür ist die verhältnismäßig starke Zunahme des Anteils
der Moleküle, die über die für die Reaktion notwendige Aktivierungsenergie verfügen.
Q10-Wert
Beschreibt umwieviel schneller die Reaktion bei einer Temperaturerhöhung von 10K abläuft
Beschleunigung von Reaktionen mit unterschiedlichen Q10-Werten
Chemische Reaktion Q10 = 3,16
60°C _____________> 70°C
Reaktion läuft 3,16 x schneller ab
Mikroorganismenabtötung Q10 = 100
60°C ______________> 70°C
Reaktion läuft 100 x schneller ab
Zusammenhang zwischen Q10-Wert und Aktivierungsenergie
Reaktionen mit hohen Aktivierungsenergien haben hohe Q10-Werte, d.h. sie werden durch Temperaturzunahme stark beschleunigt. Der Grund hierfür ist die verhältnismäßig starke Zunahme des Anteils der Moleküle, die über die für die Reaktion notwendige Aktivierungsenergie verfügen.
Für die Mikroorganismenabtötung notwendige Erhitzungszeit bei Q10 = 100
60°C 15 min
70°C 15 min/Q10 = 15 min/100 = 0,15 min
80°C 0,15 min/Q10 = 0,15 min/100 = 0,0015 min
65°C 15 min/(Q10)5/10 = 15 min/1000,5 = 1,5 min
75°C 0,15 min/(Q10)5/10 = 0,15 min/1000,5 = 0,015 min
62°C 15 min/(Q10)2/10 = 15 min/1000,2 = 5,97 min
72°C 0,15 min/(Q10)2/10 = 0,15 min/1000,2 = 0,0597min
Zusammenhang zwischen Q10-Wert und der Temperatur
Bei hohen Temperaturen sind die Q10-Werte geringer, da durch eine Temperaturzunahme kaum noch weitere Teilchen, die für die Reaktion notwendige Aktivierungsenergie erreichen.
Zusammenhang zwischen EA, T, z- und Q-Wert
Der z- und der Q-Wert sind eine Funktion der
Temperatur und der Aktivierungsenergie!
Hitzeinaktivierung von Enzymen und Leitenzyme
- Die Temperaturstabilität der Enzyme ist sehr unterschiedlich.
- Bei pflanzlichen Lebensmitteln zieht man die Peroxidase als Leitenzym heran. Ist sie inaktiviert, kann man davon ausgehen, dass auch die Verderbs erregenden Enzyme Lipase, Lipoxygenase und Polyphenoloxidase inaktiviert sind.
- Bei der Milchpasteurisierung wird die alkalische Phosphatase als Leitenzyme herangezogen, sie sollte nach der Pasteurisation negativ sein, während der Peroxidasetest positiv sein sollte.
Wachstum von Mikroorganismen in der exponentiellen Phase
- Das Wachstum von Mikroorganismen in der exponentiellen Phase ist eine Reaktion erster Ordnung.
- Die Geschwindigkeitskonstante k kann über die Arrhenius-Gleichung berechnet werden.
Einfluss des Wassergehaltes auf Verderbsreaktionen
Der Wassergehalt hat Einfluss auf:
- die physikalischen Eigenschaften eines Lebensmittels
- den Ablauf chemischer Reaktionen
- die Enzymaktivität
- das Mikroorganismenwachstum und die Toxinbildung
Verderb durch Wasseraufnahme
_______________
Verderb durch Wasserabgabe
- Quellen, Verlust von Rösche, Weichwerden
- Verklumpen
- Zerfließen
- Klebrigwerden
- Kristallisieren
______________________________
- Hartwerden
- Aufkonzentrieren
- Auskanten von Butter
- Texturänderungen z.B. Gefrierbrand
- Retrogradation
Definition Wasseraktivität
- Wasseraktivität wird auch aW-Wert oder Gleichgewichtsfeuchte genannt
- Die Wasseraktivität entspricht dem Quotienten des Wasserdampfpartialdrucks eines Lebensmittels und dem Wasserdampfpartialdrucks reinen Wassers bei einer gegebenen Temperatur
Was ist der Wasserdampfpartialdruck?
- Es bildet sich zwischen dem Lebensmittel und der umgebenden Luft ein Wasserdampf-Gleichgewicht aus.
- Der Druck im Gasraum nimmt durch den Wasserdampf zu und zwar um den Wasserdampfpartialdruck.
Definition Sorptionsisothermen
Die Sorptionsisotherme ist die graphische Darstellung des Sorptionsverhaltens einer Ware. Sie stellt den Zusammenhang zwischen dem Wassergehalt eines Erzeugnisses und der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft im Gleichgewicht bei einer bestimmten Temperatur dar.
Hysterese bei den Sorptionsisothermen von Lebensmitteln
- Die Hysterese bei den Sorptionsisothermen vieler Lebensmittel kann durch das Vorhandensein
von ungleichmäßigen Poren wie z.B. Flaschenporen erklärt werden. - bei der Wasseraufnahme (I) bestimmt
der große, untere Durchmesser der
Flaschenpore die Kapillarkräfte, bei der Wasserabgabe (II) ist dagegen der kleine, obere Durchmesser Ausschlag gebend, dadurch ergibt sich die Hysterese.
Was sind Feuchtestandards
- Feuchtestandards können eingesetzt werden, um die Sorptionsisotherme eines Lebensmittels zu bestimmen und andererseits den aW-Wert eines Lebensmittels einzuschätzen.
- Hierzu gibt man das Lebensmittel (für die Bestimmung der Sorptionsisotherme das vorgetrocknete Lebensmittel) in einen Exsikkator zusammen mit einer großen Menge einer gesättigten Lösung des Feuchtestandards
und ermittelt die Gewichtsveränderungen.
Funktion von Feuchthaltemitteln
- Ummanteln von Lebensmitteln mit einer wasserundurchlässigen Schicht z.B. Wachse, (Schokolade)
- Binden des Wassers im Lebensmittel und dadurch Absenken des aW-Werts z.B. Sorbit, Glycerin
Sorptionsisothermen von Saccharose und Fructose
Fructose ist stark hygroskopisch, während Saccharose nur eine geringe Hygroskopizität aufweist.
Zusammenhang zwischen der Gleichgewichtsfeuchte und der Geschwindigkeit von Verderbsreaktionen
- In der Regel nimmt das Ausmaß der Qualitätsveränderung mit steigender Gleichgewichtsfeuchte bis zu einem Maximum zu, da Wasser die Viskosität der Lebensmittel verringert und somit Transportprozesse erleichtert.
- Oberhalb dieses Maximums sorgt eine weitere Erhöhung des Wassergehaltes und somit der Gleichgewichtsfeuchte für einen Rückgang der Konzentration an Nährstoffen bzw. Ausgangsstoffen für chemische Reaktionen.
- Die Geschwindigkeit der Fettoxidation steigt unter
ca. 25 % Gleichgewichtsfeuchte an, da die Metallionen unterhalb dieser Gleichgewichtsfeuchte nicht vollständig mit einer Hydrathülle umgeben sind.
Einfluss der Gleichgewichtsfeuchte auf das Wachstum von Schimmelpilzen und die Toxinbildung
(Mykotoxine)
- Mykotoxine sind sekundäre Stoffwechselprodukte der Schimmelpilze. Sie werden daher erst bei günstigen Lebensbedingungen gebildet.
- Mykotoxine wirken toxisch auf andere Mikroorganismen, sie verschaffen dem Schimmelpilz somit einen Vorteil gegenüber der Konkurrenzflora.
- Die Menge des gebildeten Toxins kann schwanken und ist nicht abhängig vom Wachstum des Pilzes.
