Reaktionskinetik in Lebensmitteln

1 Charakterisierung von Lebensmitteln.- 1.1 Lebensmittel als Mehrstoffsysteme.- 1.2 Innere Faktoren von Lebensmittelsystemen und Strukturmerkmale der Lebensmittelinhaltsstoffe.- 1.3 äußere Parameter von Lebensmittelsystemen - das Reaktionsmilieu.- 1.3.1 Konzentrationen und Formelmenge von Lebensmittelinhaltsstoffen.- 1.3.2 Wasseraktivität.- 1.3.3 Ionenstärke.- 1.3.4 Wasserstoffionenkonzentration.- 1.3.5 Redoxpotential.- 1.3.6 Temperatur.- 1.3.7 Druck.- 1.3.8 Energieformen.- 1.3.9 Wirkungen verschiedener Parameter des Reaktionsmilieus.- 2 Zustandsgrößen und Zustandsänderungen von Lebensmitteln.- 2.1 Zustandsgrößen, Zustandsfunktionen und Zustandsvariable.- 2.1.1 Extensive Zustandsgrößen.- 2.1.2 Intensive Zustandsgrößen.- 2.1.3 Wärmeenergie.- 2.1.4 Innere Energie.- 2.1.5 Enthalpie.- 2.1.6 Entropie.- 2.1.7 Freie Enthalpie und Freie Energie.- 2.1.8 Chemisches Potential.- 2.2 Zustandsänderungen.- 3 Energetische und reaktionskinetische Merkmale von Lebensmittelveränderungen.- 3.1 Energetische Bilanz chemischer und biochemischer Lebensmittelveränderungen.- 3.2 Reaktionskinetische Merkmale von Lebensmittelveränderungen.- 4 Zeitgesetze.- 4.1 Einfache Zeitgesetze.- 4.1.1 Reaktionen erster Ordnung.- 4.1.1.1 Abbau von Vitaminen.- 4.1.1.2 Abbau von Farbstoffen.- 4.1.1.3 Bildung brauner Farbpigmente.- 4.1.1.4 Bildung und Abbau von Aromastoffen.- 4.1.1.5 Abbau und Texturveränderungen strukturgebender Lebensmittelinhaltsstoffe.- 4.1.1.6 Enzymatisch und mikrobiologisch verursachte Lebensmittelveränderungen.- 4.1.2 Reaktionen zweiter Ordnung.- 4.1.2.1 Abbau von Vitaminen.- 4.1.2.2 Abbau von natürlichen Farbstoffen.- 4.1.2.3 Hydrolyse von Saccharose.- 4.1.2.4 Enzymatische Lebensmittelveränderungen und deren irreversible Hemmung.- 4.1.3 Reaktionen 0. Ordnung.- 4.1.4 Reaktionen mit Pseudo-Ordnung.- 4.1.5 Allgemeine Form der Zeitgesetze.- 4.1.6 Reaktionsgeschwindigkeit als Funktion relativer Konzentrationen.- 4.2 Zeitparameter und Prozeßzeiten.- 4.2.1 Zeiten für den 10 %igen Umsatz (H-Wert).- 4.2.2 Zeiten für den 50 %igen Umsatz (Halbwertszeit ?).- 4.2.3 Zeiten für den 90 %igen Umsatz (D-Wert).- 4.2.4 Beziehungen zwischen Prozeßzeiten und Geschwindigkeitskonstanten.- 4.2.5 Zeitparameter für erwünschte und unerwünschte Lebensmittelveränderungen.- 4.3 Komplexe Zeitgesetze - komplizierte Reaktionen.- 4.3.1 Reversible Reaktionen.- 4.3.2 Parallelreaktionen.- 4.3.3 Folgereaktionen.- 4.3.4 Folgereaktionen mit Gleichgewichtsteilreaktionen.- 4.3.5 Folgereaktionen mit reversiblen und konkurrierenden Teilreaktionen.- 4.3.6 Kettenreaktionen.- 4.3.6.1 Startreaktionen.- 4.3.6.2 Ketten-Folgereaktionen.- 4.3.6.3 Abbruchreaktionen.- 4.3.6.4 Verknüpfung der Start-, Folge- und Abbruchreaktionen.- 5 Abhängigkeit der Stoffwandlung in Lebensmitteln von der Temperatur und von anderen Faktoren des Reaktionsmilieus.- 5.1 Bedeutung der Temperatur für die Stoffwandlung in Lebensmitteln.- 5.2 Grundlagen zur Charakterisierung der Temperaturabhängigkeit von Stoffwandlungen.- 5.2.1 Die Arrhenius-Gleichung.- 5.2.2 Umformungen der Arrhenius-Gleichung.- 5.2.3 Das "vereinfachte" Arrhenius-Diagramm, der z-Wert.- 5.2.4 Der Q?T-Wert.- 5.2.5 Das B?lehrádek-Modell.- 5.3 Temperaturabhängigkeit qualitätsbestimmender Lebensmittelveränderungen.- 5.3.1 Chemische Reaktionen.- 5.3.2 Wachstum und Abtötung von Mikroorganismen.- 5.3.3 Enzymaktivität und Enzyminaktivierung.- 5.3.4 Haltbarkeit von Lebensmitteln.- 5.4 Kinetische Kennwerte für die Abhängigkeit der in Lebensmitteln ablaufenden Reaktionen von anderen Einflußfaktoren.- 6 Qualitäts- und Prozeßberechnung.- 6.1 Einführung.- 6.2 Voraussetzungen zur Durchführung der Qualitäts- und Prozeßberechnung.- 6.2.1 Festlegung der qualitäts- und prozeßbestimmenden Merkmale als Zielgrößen der Berechnung.- 6.2.2 Festlegung bzw. Ermittlung der entscheidenden Einflußfaktoren.- 6.2.3 Kenntnis des zeitlichen Verlaufs der Einflußfaktoren im Lebensmittel in der jeweiligen Verfahrensstufe.- 6.2.4 Kenntnis der reaktionskinetischen Parameter für die Abhängigkeit der Qualitätsmerkmale von den Einflußfaktoren.- 6.3 Methoden der Qualitäts- und Prozeßberechnung.- 6.3.1 Die direkte Methode der Prozeßberechnung.- 6.3.2 Die indirekte Methode der Prozeßberechnung.- 6.3.3 Die mathematische Methode der Prozeßberechnung.- 6.4 Beziehungen des STb-Wertes zu anderen Größen der Prozeßberechnung.- 6.4.1 Der Sterilisierwert F.- 6.4.2 Der Kochwert C.- 6.4.3 Die Enzyminaktivierung E.- 6.4.4 Der Pasteurisierwert P.- 6.5 Beziehungen des Q?T-Wertes zu anderen Größen der Prozeßberechnung.- 6.6 Qualitäts- und Prozeßberechnung bei mehreren Einflußfaktoren.- 7 Ermittlung reaktionskinetischer Daten.- 7.1 Methoden der Meßwerterfassung und-auswertung.- 7.1.1 Quantitative Bestimmung einzelner Komponenten in Lebensmittelsystemen.- 7.1.2 Quantitative Bestimmung der Lebensmittelveränderungen am Gesamtsystem.- 7.1.3 Sensorische Analysen.- 7.1.3.1 Begriffsbestimmungen.- 7.1.3.2 Bewertungsskalen.- 7.1.3.3 Zusammenhang zwischen der Empfindungsgröße und der Konzentration eines Aromastoffes.- 7.1.3.4 Anwendung der Subjektiven Gustometrie und Olfaktometrie zur Berechnung sensorischer Veränderungen sowie zur Bestimmung reaktionskinetischer und physikochemischer Daten.- 7.2 Ermittlung der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten und der Reaktionsordnung.- 7.2.1 Numerische Verfahren.- 7.2.2 Grafische Verfahren.- 7.2.3 Auswertung nichtlinearer Konzentrations-Zeitfunktionen.- 7.2.3.1 Biphasische Reaktionsabläufe.- 7.2.3.2 Die Sättigungskurve.- 7.2.3.3 Der sigmoide Kurvenverlauf.- 7.3 Aussagen zum Reaktionsmechanismus.- 7.4 Grenzen der Aussagefähigkeit kinetischer Analysen.- 8 Ausblick.- Kontrollaufgaben.- Lösungen der Kontrollrechenaufgaben.- Quellenverzeichnis.