Die Milch macht`s!

Die Milch macht‘s!
- Von der Rohmilch zum Käse -
Gliederung
1.
2.
Allgemeines
Inhaltsstoffe
Fette
Milchzucker
Milchsäure
Proteine
Mineralstoffe
Vitamine
3.
Milchverarbeitung
Pasteurisierung
Homogenisierung
4.
Milchprodukte
Joghurt
Butter
Käse
5.
Ausblick
1. Allgemeines
Milch-Definition
Milch ist ein aus den
Milchdrüsen weiblicher
Säugetiere
abgesondertes Sekret.
Sie enthält als
ausschließliche Nahrung
des heranwachsenden
Lebewesens alle
wichtigen Nährstoffe.
1. Allgemeines
Geschichtliches
• 3000 v. Chr.: erste
Zeugnisse der
Milchverarbeitung
• 17 Jh. erste wissenschaftliche
Untersuchungen der Milch
• 18. und 19 Jh. technologische
Entwicklungen
(z.B. Pasteurisierung)
2. Inhaltsstoffe der Milch
Milchzucker; 4,8%
Fett; 3,8%
Eiweiß; 3,4%
Mineralstoffe und
Vitamine; 0,7%
Wasser; 87,3%
2. Inhaltsstoffe
Fette
• Micellen (0,1-10 µm
Durchmesser)
Proteine und
Hydratwasser
Emulgatorhülle
Phospholipidschicht
• Stabiles Kolloid
(„milchiges“ Aussehen)
Fettkern
• Fett-In-Wasser-Emulsion
• 95% Triglyceride
O
O
O
O
Phospholipid
O
R
P O O
2. Inhaltsstoffe
Versuch 1:
Emulsionstyp von Sahne und Butter
Lipophiler Farbstoff Sudan III:
(Qualitativer Fettnachweis)
HO
N N
N N
Sudan III = Ceresinrot
Hydrophiler Farbstoff
Methylenblau:
N
H3C
N
CH3
S
+
N
X
Methylenblau
CH3
CH3
2. Inhaltsstoffe
Emulsionstyp von Sahne und Butter
Sahne:
Fett-in-Wasser-Emulsion
Butter:
Wasser-in-Fett-Emulsion
2. Inhaltsstoffe
Versuch 2:
Verdauung von Milchfett durch Lipase
Pancreatin: Enzym aus der Bauchspeicheldrüse
(= Pancreas), Lipase
Wirkung von Lipase:
H2C
HC
H2C
R1
O
H2C
O
O
O
O
R2
Pancreatin
+2 H2O
R3
HC
H2C
OH
O
R1
HO
R2
O
OH
O
+
R3
HO
O
O
Triacylglycerid
Monoacylglycerid
Fettsäuren
2. Inhaltsstoffe
Lactose – Milchzucker
• Disaccharid
HO
OH
OH
O
• optisch aktiv
HO
OH
• reduzierender
Zucker
O
HO
O
OH
OH
α-Lactose (β-D-Galactose, α-D-Glucose)
• nur 1/3 der Süßkraft von Rohrzucker
• relativ schlechte Wasserlöslichkeit
2. Inhaltsstoffe
Lactose
Ernährungsphysiologische Aspekte
• Lactosespaltung im Dünndarm durch Lactase
(β-Galaktosidase)
• Langsame Lactosespaltung,
längere Sättigung
• Fördert Calciumresorption
im Darm
• Wiederherstellung der
Darmflora nach Krankheit
• Lactoseintoleranz
2. Inhaltsstoffe
Milchsäure
• Vergärung von Lactose zu Milchsäure durch Bakterien
(Lactobazillus, Streptococcus)
• Soxhlet-Henkel-Zahl (SHZ) als Maß für den Gehalt an
Milchsäure
Soxhlet-Henkel-Zahl:
Anzahl Milliliter einer NaOH (aq)
(c= 0,25 mol/L) zur Titration von
100 mL Milch
2. Inhaltsstoffe
Versuch 3:
Ist meine Milch noch frisch?
(Bestimmung der SHZ)
Reaktionsgleichung:
HO
C
O
O
C
O
HC OH
HC OH + OH-(aq)
(aq)
H3C
H3C
Produkt
SHZ
pH-Wert
Süße Milch
5-8
6,4-6,8
Ansaure Milch
9-12
6,0-6,3
Saure Milch
35-45
4,2-4,5
Hochsaure Milch
60-90
3,0-4,0
Joghurt
45-55
4,0-4,3
+ H2O
2. Inhaltsstoffe
Enantiomere der Milchsäure
3
2
H3C
3
2
COOH
C
C
4
4
H
HO
H
OH
1
1
COOH
COOH
HO
CH3
HOOC
C
H
CH3
H
C
OH
CH3
S-Milchsäure
R-Milchsäure
(L-(+)-Milchsäure)
(D-(-)-Milchsäure)
2. Inhaltsstoffe
Proteine
Milchproteine
Casein
(76-86%)
Molkenproteine
(14-24%)
α -Casein
β-Casein
γ-Casein
κ-Casein
α-Lactalbumin
β-Lactoglobulin
Immunoglobuline
2. Inhaltsstoffe
Casein
•
•
•
•
Submicellen mit κ-Casein in der Außenschicht
Calciumphosphat-Brücken
α- und β-Casein innerhalb der hydrophilen Hülle
Caseinmicellen 10-300 nm groß
Casein-Micelle
Casein-Submicelle
hydrophober
Kern
hydrophile
Reste
CalciumPhosphatBrücken
κ-Casein
2. Inhaltsstoffe
Verknüpfung der Casein-Submicellen über
Calciumphosphat
Phosphoserinrest
OH
OH
OH
2+
O P O Ca
2+
O P O Ca
O P O
O
O
O
0-n
Peptid
O
OH
2+
Ca
O
2+
O
O P O Ca
O
O
0-n
Asparaginsäurerest
Peptid
2. Inhaltsstoffe
Versuch 4:
Saure Caseinfällung
• Isoelektrischer Punkt des
Caseins bei pH 4,6
• Protonierung
Aggregation
• Zwitterionen
• Hydrathülle geschwächt
O
O
O P OH
O P O
O
O
NH
O
O
3H+(aq)
N
NH
O
N
OH
H
+
2. Inhaltsstoffe
Caseinfällung – Produkte
Vollmilch
Lab- oder
Säurefällung
Molke
Casein
(Wasser, Molkenproteine, Zucker,
Vitamine, Mineralstoffe)
•Käseherstellung
•Süßmolke, Sauermolke
•Herstellung von Molkekäse
•Gewinnung von Lactose
•Getränk
2. Inhaltsstoffe
Versuch 5:
Proteinnachweis: Biuret-Probe
H
O
R2
Casein:
Violettfärbung
positiver
Proteinnachweis
R1
R3 O
N
H
R8
N
2+
Cu
R7
H
R5
N
N
O
R4
H
O
R6
Struktur des Kupfer-Protein-Komplexes
2. Inhaltsstoffe
Versuch 6:
Nachweis der Molkenproteine
Gelbfärbung (Xanthoproteinreaktion)
Bildung des Elektrophils durch Eigenprotonierung:
+
HNO3(aq)+ H3O(aq)
+
2 H2O + NO2 (aq)
Elektrophile Substitution (am Beispiel Phenylalanin):
COOH
+
NO2(aq) +H
NH2
O2N
H
+
COOH
COOH
- H+
NH2
O2N
NH2
gelb
2. Inhaltsstoffe
Vitamine
fettlöslich
wasserlöslich
Vitamin A
Vitamin D
Vitamin E
Vitamin B1
Vitamin B2
Vitamin B12
Vitamin C
→ gelbe Farbe der Butter
→ Antioxidation
→ gelbgrüne Farbe der Molke
→ Antioxidation
CH2OH
HO
OH
HO
H3C
N
H3C
N
O
N
NH
O
Riboflavin (Lactoflavin)
Vitamin B2
2. Inhaltsstoffe
Mineralstoffe in der Milch
Kalium
0,15%
Calcium
0,12%
Chlorid
0,11%
Phosphor
0,09%
Natrium
0,05%
Spurenelemente
Calciumbedarf zu 60% durch
Milch und Milchprodukte
abgedeckt
Calcium:
•Knochenbau
•Zahnstoffwechsel
•Blutgerinnung
•Muskulatur
•Nervensystem
3. Milchverarbeitung
Rohmilch:
• „…das unveränderte Gemelk einer Kuh oder mehrerer
Kühe, das nicht über die Gewinnungstemperatur (ca.
40°C) erhitzt worden ist.“
• Fettgehalt unverändert ca. 3,8%
• Vor Genuss abkochen
(Keimgehalt)
• Rohmilch „rahmt auf“
(Demonstration)
3. Milchverarbeitung
Rohmilch
Reinigung
Entrahmung
Vollmilch
Fettarme Milch
entrahmte Milch
Hitzebehandlung
Pasteurisierung
Ultrahocherhitzung
Sterilisation
Homogenisierung
Frischmilch
H-Milch
Sterilmilch
3. Milchverarbeitung
Hitzebehandlung
• Abtötung pathogener
Mikroorganismen
• Denaturierung von
Proteinen
• Inaktivierung von Enzymen
→verlängerte Haltbarkeit
→bessere Verdaulichkeit
3. Milchverarbeitung
Hitzebehandlung
• Pasteurisierung
(72-75°C, 15-30 s)
Frischmilch
• Ultrahocherhitzen
(135-150°C, mind. 1 s)
H-Milch
• Sterilisation
(110-120°C, 10-30 min)
Sterilmilch
3. Milchverarbeitung
Versuch 7:
Nachweis der Pasteurisierung
Erklärung:
• Schardinger-Enzym (AldehydDehydrogenase)
• Schardinger-Enzym überträgt Wasserstoff
von Formaldehyd auf Methylenblau
Farbloses Leukomethylenblau
• Enzym wird bei 60°C zerstört
(Pasteurisierung)
• Nachweis für Pasteurisierung in der
Molkereitechnik
3. Milchverarbeitung
Reaktionsgleichungen
Formaldehyd als Wasserstoffdonator (Oxidation):
OH
SchardingerH C OH
Enzym
H
O
H C
+
H2O
H
Formaldehyd
O
H C
+
OH
2 [H]
Ameisensäure
Methandiol
Methylenblau als Wasserstoffakzeptor (Reduktion)
H
N
N
H3C
N
CH3
S
Schardinger-Enzym/ 2[H]
+
N
X
Methylenblau
blau
CH3
CH3
Luftsauerstoff
H3C
H
+
S
N
CH3
Leuko-Methylenblau
farblos
N
CH3
CH3
+X
3. Milchverarbeitung
Homogenisierung
nicht
homogenisierte Milch
homogenisierte
Milch
Große
Fetttröpfchen
rahmen auf
kleine
Fetttröpfchen
bleiben fein
verteilt
4. Milchprodukte
• Sauermilcherzeugnisse
– Joghurt
– Dickmilch
– Saure Sahne
– Kefir
• Butter
• Käse
– Sauermilchkäse
– Labkäse
3. Milchprodukte
Joghurt
Herstellung:
• Homogenisierung, Hitzebehandlung
• Versetzen mit Mischkulturen: Streptococcus thermophilus
Lactobazillus bulgaricus
• Bebrüten bei 42-45°C
• Kühlen →stichfester Joghurt
• Probiotische Produkte
3. Milchprodukte
Butter
Herstellung:
• „Wenn man Milch stößt, macht man Butter
daraus“ (Salomon 30, 33)
• Emulgatorhülle der Fetttröpfchen wird zerstört
Fett-In-Wasser-Emulsion
Wasser-In-Fett-Emulsion
• Produkte: Butterflocken
Buttermilch
3. Milchprodukte
Käseherstellung – Übersicht
Lab-Enzym,
Reifungskulturen
Milchsäurebakterien
Quark,
Frischkäse
schneiden, formen, salzen
Molke
Reifungskulturen
Reifung
gereifte Sauermilchkäse
Milch
Dickete
schneiden
Käsebruch
Molke
formen, salzen, pressen
Molke
gereifte Labkäse
3. Milchprodukte
Versuch 8:
Enzymatische Caseinfällung mit Lab
Lab:
• Enzym aus dem Labmagen von Kälbern
• enthält die Protease Rennin (Chymosin)
1
Labfällung von Casein:
105
106
169
Peptid····Phe - Met····Peptid
κ-Casein
Lab
1
105
106
Peptid····Phe +
Met····Peptid Paracasein
Glycopeptid
169
Käse
Herstellung (Mozzarella-Käse)
Schneiden
Labenzym
Dicklegen
Dickete
Käsebruch
formen
pressen
abtropfen
Molke
Mozzarella
Guten Appetit!
Guten Appetit!
5. Ausblick:
Milch in der Schule
Milchbildung
Mikrobiologie der Milch
Gentechnik
Hygiene
Ernährung
Transport
Produkt- und
umweltgerechte
Verpackung
Milch
Chemie
Analyse
Synthese von
Zusatzstoffen
Landwirtschaft
Industrielle Milchverarbeitung
Vielen
Dank!