Lebensmittelbiotechnologie
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Lebensmittelbiotechnologie - Fermentationsverfahren Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Fermentationen Traditionelle Verfahren Spontane Fermentationen Kakao Kaffee unter Zugabe von Mikroorganismen Alkoholische Gärung Essigsäuregärung Milchsäuregärung Moderne Verfahren Starterkulturen Enzyme Aminosäuren Vitamine usw. Traditionelle Fermentationsverfahren Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Primäre Stoffwechselprodukte Alkoholische Gärung Bier Wein Hefeteig Milchsäuregärung Käse Joghurt Gemüse Essigsäuregärung Speiseessig Traditionelle Fermentationsverfahren Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Allgemeine Charakterisierung von Fermentationen mit Zugabe von Mikroorganismen • Mikroorganismen aus den Ausgangsprodukten werden vor dem Fermentationsprozess abgetötet • Zugabe von Mikroorganismen als Reinkultur • fremdkeimarme Prozessführung • das Wachstum der zugesetzten Mikroorganismen hat autokonservierende Wirkung durch die Bildung primärer Stoffwechselprodukte, wie Milch- und Essigsäure oder Alkohol • der Fermentationsablauf kann empirisch beeinflusst werden • Investitionsbedarf: mittel bis hoch • Bedienungspersonal: gelerntes Fachpersonal • Einsatz nur im Bereich von Massenproduktionen Lebensmittelbiotechnologie - Fermentationsverfahren Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Fermentationen Traditionelle Verfahren Spontane Fermentationen Kakao Kaffee unter Zugabe von Mikroorganismen Alkoholische Gärung Essigsäuregärung Milchsäuregärung Moderne Verfahren Starterkulturen Enzyme Aminosäuren Vitamine usw. Starterkulturen - Vorteile Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie 1. Vermeidung wirtschaftlicher Verluste durch weniger Fehlproduktionen zeitliche Verkürzung der Produktionsprozesse bessereRohstoffumsetzung 2. Produktion besserer Erzeugnisse bezüglich Geschmack Sicherheit (mikrobiologisch, toxikologisch) Homogenität 3. Produktion von Erzeugnissen, die ohne gezielte Beeinflussung des Produktionsprozesses nicht möglich wären (neue Produkte) Starterkulturen - Anwendungsgebiete Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittel pflanzlichen Ursprungs Bier, Wein Sauer- oder Hefeteig Fermentierte Sojaprodukte Lebensmittel tierischen Ursprungs Milchprodukte - Käse, Joghurt, Quark Fleischprodukte - Rohwurst, Pökelware Lebensmittelbiotechnologie Starterkulturen - Mikroorganismen Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Gruppe Gattung Lebensmittel Bakterien Lactobacillus Käse, Brot, Sauerkraut, Rohwurst Lactococcus Milch, Butter, Käse Leuconostoc Butter, Käse, Wein Pediococcus Rohwurst, Gemüse, Sojasauce Streptococcus Joghurt, Käse Micrococcus Rohwurst Staphylococcus Rohwurst Starterkulturen - Mikroorganismen Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Gruppe Gattung Lebensmittel Hefen Saccharomyces Alkoholische Getränke, Brot, Sojasauce Candida Kefir, Rohwurst Schimmelpilze Penicillium Aspergillus Käse, Rohwurst Sojasauce, Rohschinken Starterkulturen - Anwendung Fachhochschule Flensburg Betriebskulturen Direktstarter Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Starterkulturen - Basisinformationen Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Starterkulturen - Herstellung Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Stammkonserve Impfkulturvermehrung Vorkultur Hauptkultur Lebensmittelbiotechnologie Starterkulturen – Herstellung - Aufarbeitung Fachhochschule Flensburg Konzentrierung Zentrifugation Filtration Konservierung Einfrieren Tieffrieren Gefriertrocknung Sprühtrocknung Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Starterkulturen – Geschichte – Milchprodukte Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie 8000 v. Chr. bis 19. Jh Spontansäuerung der Milch mit empirisch gewonnenen Kulturen ab 1900 definierte Starterkulturen weltweite Verbreitung von Joghurterzeugnissen ab 1920 Sauermilchprodukte mit selektionierten Intestinalbakterien (Lactobacillus acidophilus) 1935 Yakult (Lactobacillus casei ssp. rhamnosus) 1948 Bifidobacterium bifidum - Sauermilch 1980 andere Bifidobacterium sp. 1995 verstärkter Einsatz von Pro- und Prebiotica Starterkulturen - Milchprodukte Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Produkt Mikroorganismen Joghurt Streptococcus thermophilus Lactobacillus bulgaricus Schnittkäse (Tilsiter) Lactococcus lactis ssp. lactis Lactococcus lactis ssp. cremoris Lactococcus lactis ssp. lactis biovar. diacetylactis Leuconostoc Hartkäse Streptococcus thermophilus Lactobacillus helveticus Propionibacterium freudenreichii Starterkulturen - Milchsäuregärung Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Homofermentative Milchsäuregärung Glucose Lactose Milchsäure ATP 1,3-DiphosphatGlycerat Mikroorganismen Streptococcus ADP ATP NADH+H+ NAD+ Pediococcus Lactobacillus sp. ADP Glycerinaldehyd -3-Phosphat Pyruvat Lactat Starterkulturen - Milchsäuregärung Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Heterofermentative Milchsäuregärung Lactose Milchsäure + Ethanol + Essigsäure CO2 Mikroorganismen Leuconostoc Bifidobacterium Lactobacillus sp. Lebensmittelbiotechnologie Starterkulturen – Neue Entwicklungen Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Erhöhung plasmidkodierter Stoffwechselleistungen (z.B. Lactosestoffwechsel) Synthese von Aroma-, Süß- und Zusatzstoffen während der Fermentation (z.B. Joghurt) Synthese von Bacteriocinen während der Fermentation (z.B. Weichkäse) Entwicklung von Phagenresistenzen neue Produkte (z.B. Quark mit lebenden Mikroorganismen) Starterkulturen – Phagen Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Ein Phagen besteht aus • genetischer Information (DNA) • Hülle (Eiweiß) • Haft- und Infektionsorgane Lebensmittelbiotechnologie Starterkulturen – Phagentest Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Semiquantitative plaquetest sample incubation 16 - 18 h / 30 °C 3ml soft agar + evaluation 0.4 ml single-strain culture max. 12 samples /agar plate Starterkulturen – Phagenresistenz Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Schutzmechanismus der Zelle • Einbau der Phagen-DNA in das Genom (Prophage) • Veränderung der Oberflächenrezeptoren für Phagen Screening nach phagenresistenten Stämmen • Plaquetest als Screeningkriterium Gentechnik • plasmidcodierte Phagenresistenz • Phagenresistenz durch „Aus-Knogde“ von Genen oder Produktion von Schockproteinen (Kälte-, Hitze- oder Osmotischer Schock) Milchprodukte - Joghurt Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Joghurt oder Joghurt mild? Joghurt Joghurt mild St. thermophilus + Lb. bulgaricus St. thermophilus und/oder mesophile Bakterien, oder min. 106 kbE.ml-1 + Lb. lactis Lb. acidophilus Lb. rhamnosus Lb. casei and others und/oder Bifidobakterien Milchprodukte - Joghurt Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Herstellung von Rührjoghurt Standardisierte Milch Wärmebehandlung Starterkultur 1-3% ca. 60°C Beimpfen Bebrüten Mischen Verpacken 43 - 45°C 2,5 - 3,0 h pH bis 4,6 Milchprodukte - Käse Fachhochschule Flensburg Institut für Verfahrenstechnik Lebensmittelbiotechnologie Milch Starterkulturen Lab Schneiden des Bruchs Absetzen des Bruchs Molke Abfüllen und Pressen des Bruchs Salzbad Heiz- und Lagerkeller Reifung
