Lebensmitteltechnologie

Dr. Jochen Hamatschek ist Dozent an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf und ist Präsident der Gesellschaft Deutscher Lebensmitteltechnologen e.V.

Vorwort10
1 Einführung: Lebensmitteltechnologie im gesellschaftlichen und historischen Kontext13
1.1 Prinzipien der Lebensmitteltechnologie13
1.2 Die Lebensmitteltechnologie als Teil der „Food Value Chain“16
1.3 Die Versorgung der Menschen mit Lebensmitteln als Hauptaufgabe der Lebensmitteltechnologie25
1.3.1 Ernährung 3.0 und die industrielle Revolution26
1.3.2 Energiegewinnung aus der Nahrung26
1.3.3 Die Ernährung der deutschen Bevolkerung laut Nationaler Verzehrsstudie II (2008)30
1.4 Innovationen: vom Businessplan zum Markt32
1.5 Verfahrens- und Stilwettbewerb in der Lebensmitteltechnologie34
1.6 Struktur und Idee des Buches Lebensmitteltechnologie36
2 Lebensmittelsicherheit und Verbraucherschutz37
2.1 Lebensmittelrechtliche Grundlagen zur Erzielung von Lebensmittelsicherheit39
2.1.1 Wichtige gesetzliche Vorschriften zur Lebensmittelsicherheit42
2.1.1.1 Ruckverfolgbarkeit42
2.1.1.2 HACCP-System („Hazard Analysis and Critical Control Point“)43
2.2 Der Codex Alimentarius und das Deutsche Lebensmittelbuch46
2.3 Privatwirtschaftliche Systeme der Lebensmittelsicherheit und die Einbindung des Qualitatsmanagements49
2.3.1 Qualitätsmanagementsysteme nach DIN EN ISO49
2.3.2 „Consumer Goods Forum“ (CGF)50
2.3.3 „Global Food Safety Initiative“ (GFSI)50
2.3.4 IFS (Food) Version 651
2.3.5 „Hygienic Design“51
2.3.6 FMEA (Fehlermoglichkeiten und Einflussanalyse)53
2.3.7 Optische Methoden bei der Lebensmittelkontrolle54
2.4 Betriebshygiene, Reinigung und Desinfektion58
2.4.1 Prinzipien der chemischen Reinigung59
2.4.2 Praxis der chemischen Reinigung62
2.4.3 Reinigung von Tanks, Rohrleitungen und Schläuchen64
2.4.3.1 Rohrleitungen und Schläuche64
2.4.3.2 Tankreinigung66
2.4.4 Desinfektion67
2.4.5 Reinraumtechnik68
3 Die biochemischen Strukturen von Lebensmitteln70
3.1 Kohlenhydrate (Polysaccharide, Polyosen)72
3.1.1 Glykogen72
3.1.2 Stärke74
3.1.3 Cellulose75
3.1.4 Pektine75
3.1.5 Hemicellulose77
3.1.6 Chitin77
3.2 Proteine78
3.3 Lipide82
3.4 Phenolische Verbindungen (Phenole, Polyphenole)84
3.5 Lebensmittelfarbstoffe und färbende Lebensmittel88
3.5.1 Farbigkeit als sinnliche Erfahrung89
3.5.2 Farbstoffe fur Lebensmittel91
3.5.3 Anthocyane E163 als Beispiel fur einen natürlichen Farbstoff93
3.5.4 Zuckerkulor E150 als Beispiel fur einen natürlichen, modifizierten Farbstoff94
3.6 Lebensmittelaromen und Aromatisierung von Lebensmitteln95
3.7 Makromoleküle in komplexen Strukturen98
3.7.1 Der Gewebeaufbau von Früchten98
3.7.2 Die Struktur von Muskelfleisch102
4 Die ambivalente Wirkung von Mikroorganismen und Enzymen in Lebensmitteln104
4.1 Mikroorganismen105
4.1.1 Die Rolle von Mikroorganismen in Lebensmitteln105
4.1.2 Bakterien107
4.1.3 Pilze108
4.1.4 Algen112
4.1.5 Die Bedeutung des Milieus für die Entwicklung von Mikroorganismen113
4.1.5.1 pH-Wert114
4.1.5.2 aw-Wert (Wasseraktivitat)114
4.1.5.3 Temperatur115
4.1.5.4 Redoxpotenzial (Oxidations-Reduktions-Potenzial, ORP)116
4.1.5.5 Sauerstoffpartialdruck117
4.1.5.6 Inhibitoren fur Mikroorganismen117
4.1.5.7 Wettbewerber118
4.1.6 Wachstum von Mikroorganismen118
4.2 Enzyme120
4.3 Die Hemmung von Mikroorganismen und Enzymen127
4.3.1 Chemische Lebensmittelkonservierung128
4.3.2 Konservierung durch biologische Verfahren129
4.3.3 Pasteurisation und Sterilisation130
4.3.3.1 Grundlagen der Erhitzung131
4.3.3.2 Warmeubertragung in Erhitzungseinrichtungen133
4.3.3.3 Warmeaustauscher und die Verfahrenstechnik der Erhitzung134
4.3.3.4 Elektromagnetische Felder (Mikrowellenerhitzung, Radiofrequenzen)138
4.3.3.5 Ohm‘sche Erhitzung138
4.3.3.6 Keimreduzierung bei masiger thermischer Belastung139
4.3.4 Haltbarmachung durch Anwendung von Kälte140
4.3.4.1 Tiefgefrieren von Lebensmitteln141
4.3.4.2 Technik des Gefrierens142
4.3.5 Haltbarmachung durch Wasserentzug (Trocknung)143
4.3.5.1 Lufttrocknung144
4.3.5.2 Membranverfahren145
4.3.5.3 Gefrierkonzentrierung bzw. Gefriertrocknung145
4.3.5.4 Kühlung und mechanische Abtrennung von Eiskristallen146
4.3.5.5 Immobilisierung von Wasser147
4.3.6 Mechanische Verfahren zur Haltbarmachung147
4.3.7 Haltbarmachen durch ionisierende Strahlen149
4.3.8 Haltbarmachung durch Gasüberlagerung bzw. Evakuierung150
4.3.9 Das Hürdenkonzept: kumulative Hemmeffekte150
5 Maschinentechnik und Werkstoffe152
5.1 Pumpen152
5.1.1 Pumpentypen154
5.1.2 Kennlinien und Pumpenauslegung156
5.2 Behälter, Leitungen und Edelstahlwerkstoffe159
5.2.1 Werkstoffe für Edelstahlbehälter161
5.2.2 Edelstahlrohre162
5.2.3 Oberflächenbehandlung von Edelstahlen162
5.2.4 Korrosion165
5.3 Sensor-Messtechnik: Erfassung und Verarbeitung von Messdaten166
6 Die erste Verarbeitungsstufe: Wertstoffgewinnung aus agrarischen Rohstoffen174
6.1 Grundoperationen bei der Wertstoffgewinnung177
6.1.1 Vorbehandlung der Rohstoffe178
6.1.2 Mechanisches Desintegrieren von tierischen und pflanzlichen Geweben179
6.2 Stoffübergange nach Zusatz von Extraktionsmitteln184
6.3 Mechanische Trenntechniken zur Wertstoffgewinnung186
6.3.1 Filtersysteme und Pressen zur Fest-Flüssig-Trennung188
6.3.1.1 Oberflachen- bzw. Siebfiltration189
6.3.1.2 Tiefenfiltration195
6.3.1.3 Anschwemmfiltration198
6.3.1.4 Sonderfall Pressen199
6.3.2 Schwerkraftsysteme zur Trennung von Suspensionen und Emulsionen202
6.3.3 Entspannungsflotation durch die Benetzung von Teilchen207
6.4 Exkurs: technische Trends209
6.4.1 Roboter209
6.4.2 Ultraschall-Anwendungen210
6.4.3 Mikroverkapselung211
6.4.4 Hochdruck-Homogenisation214
7 Die Verarbeitung zu Lebensmitteln215
7.1 Getreideprodukte215
7.1.1 Erste Verarbeitungsstufe: Wertstoffextraktion in Getreidemühlen216
7.1.2 Zweite Verarbeitungsstufe: Veredlung der Extrakte225
7.1.2.1 Stärke- und Proteingewinnung225
7.1.2.2 Metabolisierung von nativer Stärke228
7.1.2.3 Vom Mehl zu Backwaren231
7.1.2.4 Teigwaren240
7.2 Kartoffeltechnologie242
7.3 Getränketechnologie245
7.3.1 Mineral- und Heilwasser245
7.3.2 Von der Traube zum Wein249
7.3.3 Frucht- und Gemüsesäfte252
7.3.4 Bier255
7.3.5 Spirituosen257
7.3.6 Erfrischungsgetränke (Softdrinks) 261
7.4 Speiseöle und Speisefette263
7.4.1 Die Ölgewinnung265
7.4.2 Raffination am Beispiel von Sojaöl, Sonnenblumenöl und Palmöl268
7.4.3 Weitere Veredlungsmöglichkeiten von Ölen und Fetten272
7.4.4 Olivenverarbeitung274
7.5 Milch und Milcherzeugnisse276
7.5.1 Trinkmilch: UHT-Milch, Frischmilch, ESL-Milch279
7.5.2 Produkte aus Milchfett282
7.5.3 Erzeugnisse durch Dicklegung I: Joghurt, Sauermilch, Kefir284
7.5.4 Erzeugnisse durch Dicklegung II: Frischkäse286
7.5.5 Erzeugnisse durch Dicklegung III: Kase mit Reifung288
7.5.6 Molke als Rohstoff fur Proteine, Laktose, Phospholipide und Kalzium291
7.6 Kaffee294
7.7 Kakao und Schokolade296
7.8 Zucker aus Zuckerrübe bzw. Zuckerrohr299
7.9 Extrusionsprodukte301
7.10 Fleisch und Fleischwaren304
7.10.1 Schlachtvorgang306
7.10.2 Schlachtkörperzerlegung und Fleischqualität306
7.10.3 Fleischreifung (Abhangen)309
7.10.4 Herstellung von Fleischerzeugnissen I: Wurstwaren311
7.10.4.1 Rohwurst311
7.10.4.2 Brühwurst314
7.10.4.3 Kochwurst316
7.10.5 Herstellung von Fleischerzeugnissen II: gegarte Pökelfleischerzeugnisse318
8 Lebensmitteltechnologie: ein Ausblick321
Literatur325
Abkürzungsverzeichnis330
Sachverzeichnis333