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Enzyme in der Lebensmittelindustrie - Referat
Enzyme sind:
- präzise, effektive Wirkstoffe
- funktionieren unter lebensfreundlichen Bedingungen
o reagieren in wässrigen Lösungen,
o ohne Druck & bei Körpertemperatur
- = weniger energieintensiv da auf extreme Hitze/Druck verzichtet werden kann
- wirken auf genau definierte Molekülgruppen (Schlüssel-Schloss Prinzip..) , trennend, zusammenfügend oder modifizierend (z.B nur im Kühlschrank oder erst in heißem Kochwasser)
- beschleunigen Reaktionen um ein Vielfaches
- können auch gezielt zur Aktivierung chem. Reaktionen verwendet werden
- verändern sich dabei nicht selbst (-> wieder verwendbar, bzw. k. Probleme mit modifizierten Lebensmitteln)
- ersetzen sie in vielen industriellen Prozessen die bisher gebräuchlichen chemischen Verfahren.
- Allein in Lebensmittelindustrie über 50 Enzyme in versch. Präparaten verwendet
- Antibakteriell wirkende Enzyme (Lysozyme) reduzieren in der Lebensmittelindustrie den Einsatz von chemischen Konservierungsstoffen bzw. ersetzen die Ultrahocherhitzung von z.B. Milchprodukten. Damit wird die Verträglichkeit der Produkte deutlich verbessert
- Futtermittelzusatzstoff :werden unter das Tierfutter gemischt (bessere Verwertung von in den Futterpflanzen enthaltenen Nährstoffen) [- >Schweine lassen sich vermittels einer Phytase umweltfreundlicher mästen, weil sie dann weniger Phosphat ausscheiden, Normal:Phosphat aus Fäkalien der Nutztiere größere Belastung der Gewässer als Waschmittel
- Phosphatbelastung der Umwelt durch die Schweinemast von derzeit ca. 60.000 Tonnen jährlich kann durch Phytase auf 10.000 Tonnen gesenkt werden]
- neuste biotechnologische Fortschritte: Verwendung von Enzymen bei Behandlung von Lebensmitteln vervollkommnet
- neue Möglichkeiten zu Problembewältigung(neue Perspektiven)
- große Bandbreite gereinigter Enzyme findet Verwendung: gesteigerte Effektivität
- aus Mikroorganismen isoliert/extrahiert - Eigenschaften nicht verloren sondern in reinform vorliegend „azelluläre Präparate“
- Spezialenzyme in der Lebensmittelindustrie
- Enzyme für Proteinmodifizierung
Wichtigstes Anwendungsgebiet für Spezialenzyme: Modifikation von Proteinen.
Obwohl Proteine essentiell tägliche Ernährung sind, Faktoren, die Verwertung entgegenstehen:
- Menge an verfügbaren tierischen Proteinen begrenzt : relativ kleiner Anteil der Weltbevölkerung ausreichend damit versorgt
- Proteine fallen als Nebenprodukte in großtechnischen Prozessen an : müssen aufbereitet oder veredelt werden.
- Proteine leicht verderblich: müssen haltbar gemacht werden : oft gesonderte Vorbehandlung erforderlich (kostenintensiv).
- Nicht alle Menschen können jede Art von Proteinen konsumieren [allergische Reaktionen]
- Proteine wie Soja oder Molke [oft Allergieauslöser], können durch Enzyme bis zu einem gewissen Grad abgebaut werden : sind dann bedenkenlos einsetzbar.
Beispiele
modernen Enzymtechnologie
die Umwandlung von Stärke in Zucker
(früher: Stärke mit Säure kochen, = energieintensiver Vorgang + unerwünschte Nebenprodukte entstanden)
Enzyme bieten Vorteile:
- verzweigten Stärkemoleküle an ganz bestimmten Stellen geknackt : Verzuckerungsprozess gezielt steuerbar
- Entstehung versch. Stärkesirupe (Unterschiede in Süßkraft &technologischen Eigenschaften) = maßgeschneiderte Süßungsmittel in unzähligen Lebensmitteln&Getränken
- weiterverarbeitet zu Traubenzucker, Zuckeraustauschstoffen oder Fettersatzstoffen
- nun wirtschaftlich interessant: benötigte Enzyme billig, in unbegrenzten Mengen+ ausreichende Qualität herstellbar
Heute: fast alle in der Stärkeverzuckerung eingesetzten Enzyme mit Hilfe von gentechnisch veränderten Mikroorganismen gewonnen.
Drei Stufen
-bestimmte Enzyme pro Stufe wichtig
- Stärkeverflüssigung: Stärkespaltung in verschiedene Zuckereinheiten: durch stärkespaltende Enzyme (verschiedene Amylasen)
= Entstehung v. Gemisch aus Maltosen (Malzzucker) und Dextrinen (Zwischenform zwischen Stärke und Dextrose).
- Stärkeverzuckerung: Abbau zu Einfachzuckern (Monosaccharide) : die gezielt stärkeabbauende Wirkung bestimmter Enzyme (Glucoamylase und Pullulanase) wird genutzt
= Bildung v. Glukosesirup( ersetzt in Süß- und Backwaren ganz oder teilweise den traditionellen Zucker)
- Glukosesirup ist ein Gemisch aus Glukose (Traubenzucker) und Fruktose (Fruchtzucker)[geringere Süßkraft als der weiße Haushaltszucker (Saccharose), kristallisiert jedoch weniger rasch als dieser]
- Isomerierung: Umwandlung von Teilen d. Glucose in Fructose(durch Glucose-Isomerase)
- mehrmaligem Prozessdurchlauf steigert Fruktosegehalt[=Süßkraft]
- gewonnenere Fructosesirup so fast Süßkraft v. traditionellen Zucker
(USA: High Fructose Corn Sirup =wichtigste Produkt der Maisstärkeindustrie
= weitgehende Verdrängung des Rohrzuckers [Pro-Kopf-Verbrauch Stärkesirup höher als Rohr- und Rübenzucker])
Babynahrung
Ernährung von Frühgeburten an Wendepunkt
- Bisher Nahrungsbedarf d. Kinder von traditionellen Präparaten nicht ganz gedeckt (Palmitinsäure= in der Muttermilch überwiegend vorhandene Fettsäure traditionelle Präparate: Palmitinsäureform, die vom Baby nicht aufgenommen werden konnte + Kalziumverluste bei der Knochenbildung hervorrief.
Neu produziertes[genmodifizierte Aspergillus-Schimmelpilze] Enzym: Alpha-Lipase
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- dient zur Herstellung der natürlichen Form der Palmitinsäure i. d. Präparaten, Ergebnisse sind positiv.
Käseherstellung
Lab, traditionelles Enzym = klassisches Mittel zur Milchgerinnung bei der Käseherstellung.
- L. enthält Chymosin , entsteht im Magen säugender Kälber.
- läßt die vom Jungtier aufgenommene Milch gerinnen(stellt die Verdauungsfunktion sicher)
- Gerinnung der Milch, da Lab das Haupteiweiß der Milch (Casein) spaltet  wird unlöslich, bildet Gel
- jedoch Suche nach Alternative für Vegetarier und Möglichkeit mit schneller Entwicklung d Käseindustrie mitzuhalten [weltweit rund 14 Mio. Tonnen Käse hergestellt, Produktion d. Menge: ca. 56.000 Kilogramm reines Lab = Verarbeitung v. 70 Mio. Kälbermägen]
- Durchbruch : Gentechnologie: Gen für Chymosin aus den Schleimhautzellen eines Kalbs isoliert& in Erbgut eines Mikroorganismus (Bakterium, Schimmelpilz oder Hefe) eingebracht  produziert infolge des neu eingeführten Gens nun Chymosin, den Hauptwirkstoff des Labferments.
- Das Enzym Chymosin seit 1997 auch in Deutschland zugelassen
Verschwendung vermeiden.
z. B.Käseherstellung: anfallende überschüssige Molke weiterverarbeiten: Lactase setzt Lactosezucker der Molke in süßliches Gemisch aus Glucose& Galactose um.
Produkt wird raffiniert : Sirup mit honigähnlichem Geschmack konzentriert [industriellen Süßwarenherstellung zahlreiche Anwendungen]
- 4 Mio t Lactose weltweit/jährlich :Nebenprodukt d. Käseproduktion an - eine enorme Menge - Biotechnologie der Uni Hohenheim ergründen das Potenzial der Lactose, um sie enzymatisch in hochwertigere Produkte umzuwandeln
- Enzym ß-Galactosidase : katalysiert die Umsetzung von Lactose zu Lactulose,
- Zucker, der als präbiotischer Bifidofaktor
- Dunterstützt Funktion der Darmflora
- U.a. Behandlung von Lebererkrankungen
- Bisher: Lactulose auf rein chemischen Weg [Metallkatalysatoren] hergestellt
- Lactose als Ausgangssubstanz :hoch reiner Form benötigt
- enzymatische Verfahren mit ß-Galactosidase aus Archaebakterien
- Vorteile:
- Ausgangssubstanz billiges Molkepermeat
- Lactose mit einer ungewöhnlich hohen Produktausbeute (bis zu 60 Prozent) zu optisch reiner Lactulose umgesetzt wird - einem idealen Rohstoff für die Pharmaindustrie und potenzielles Ergänzungsmittel für die Lebensmittel- und Tierfuttermittelindustrie
Brot und Backwaren
Seit Menschen Brot backen: Mikroorganismen und ihre Enzyme = wichtige Rolle
- wichtigsten Enzyme beim Backen = Amylasen [spalten die im Mehl enthaltene pflanzliche Stärke in ihre Grundbausteine – Glukose]
- wird dann durch die Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) in Alkohol und Kohlendioxid umgewandelt, wodurch der Brotteig aufgeht.
Einige für die biochemischen Vorgänge im Teig wichtigen Enzyme sind natürlicherweise im Getreide vorhanden. Bei der Züchtung der modernen Getreidesorten war ein möglichst hoher Stärkegehalt des Korns ein wichtiges Ziel. Aus diesem Grund enthält das daraus hergestellte Mehl nur noch wenig Protein und damit auch wenig Enzyme.
- dem Teig seit längerem industrielle Enzyme zugegeben
- tragen dazu bei Produkteigenschaften von Brot und Backwaren zu verbessern + Teigverarbeitung in den Bäckereien zu erleichtern.
Fruchtsaft
- klassisches Anwendungsfeld für Enzyme= Fruchtsaftgewinnung.
- Einsatz v.Pektinasen
- bauen Pektine, Stützsubstanzen der pflanzlichen Zellwänden ab  erhöhen Saftausbeute deutlich (Beeren, Südfrüchte, Äpfel ,Birnen Pektinasezusätze üblich)
- tragen dazu bei, Trübstoffe abzubauen= Säfte zu klären
- Filter verstopfen weniger schnell
- Entdeckung einer effektiven Fructosyltransferase
- Das Enzym spaltet Saccharose, =>Produkt Fructosylxylosit
- Antikariogen =großes wirtschaftliches Potential für Lebensmittelindustrie.
- Frutosylxylosit in Kaugummis eingesetzen (Uni Hohenheim, Prof. Lutz Fischer)
- ständig Suche nach neuen extrem stabilen Enzymen aus extremophilen Mikroorga-nismen wie z.B. Algen aus heißen Quellen oder Bakterien aus der Arktis
Dieses Referat wurde eingesandt vom User: CrazyElfe
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