Allgemeine Lebensmitteltechnologie Klausur SS 2000

Aufgabe 1

a) Wie ist der a_w-Wert definiert`?

• in Lebensmitteln weist gebundenes Wasser meist einen niedrigeren Dampfdruck (p) auf als freies Wasser (p₀)
• Kapillardruck = Unterdruck, der zu festerer Bindung des Wassers in feinen Kapillaren im Lebensmittel führt

(1)

\begin{align} a_w = \frac{p}{p_0} \qquad [0...1] \end{align}

• relative Gleichgewichtsfeuchte RGF = a_w * 100 ist das Gleichgewicht mit der Feuchte der Umgebung

b) Stellen Sie die Sorptionsisotherme dar. Zeichnen Sie mit Beispiel, die Sorptionsisotherme von stark hygroskopischen und nicht hygroskopischen Lebensmitteln auf.

• stark wasserziehende (hygroskopische) Lebensmittel nehmen schon bei niedriger relativer Gleichgewichtsfeuchte (RGF) bis zu 100 % absolutes Wasser auf, z.B. gebräunter Zucker, Fruchtsaftpulver
• schwach hygroskopische Lebensmittel nehmen selbst bei 100 % RGF nicht mehr als 50 % absoluten Wassergehalt an, z.B. Kochsalzkristalle
• LM mit hohen Eiweißanteil haben einen flacheren Verlauf (eher weniger hygroskopisch)
• LM mit hohen Stärkeanteil haben einen steileren Verlauf (eher mehr hygroskopisch)

c) Geben Sie a_w-Bereiche für chemische, mikrobioelle und enzymatische Reaktionen in Lebensmitteln an.

Verderbnisreaktion	min. aw [%]
chemische Reaktionen	> 0,4
mikrobielle Reaktionen	> 0,65 - 0,95
Bakterien	> 0,91 - 0,95
Schimmelpilze	> 0,8
Xerophile Schimmelpilze	> 0,65
enzymatische Reaktionen	> 0,6

d) Stellen sie den typischen Verlauf einer Sorptionsisothermen dar. Wie ändert sie sich bei höherer und niedriger Umgebungstemperatur?

• je höher die Temperatur, desto höher darf die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft sein, um das Lebensmittel auf den selben Wassergehalt zu trocknen.

Aufgabe 2

a) Definition der Oberflächenspannung

• Im Inneren der Phase kommt es zu Wechselwirkungen zwischen den Teilchen, welches zu einer Erniedrigung des Energiestatus führt
  • Ionische Wechselwirkung
  • Dipolwechselwirkung
  • hydrophope Wechselwirkung
  • van-der-Waals-Kräfte
• An der Phasengrenze gibt es nicht kompensierte Wechselwirkungsmöglichkeiten von Teilchen
  • freie Bildungvalenzen
  • erhöhter Energiezustand

(2)

\begin{align} F \cdot dx = \sigma \cdot 2 (l \cdot dx) \\ \sigma = \frac{F \cdot dx}{2 (l \cdot dx)} \qquad \left[ \frac{N}{m} \right] \end{align}

b) Erläutern Sie am Beispiel von Monoglyceriden den prinzipiellen Aufgaben und die Wirkungsweise von Emulgatoren

• bei Monoglyceriden ist nur eine von drei möglichen Stellen mit einer Fettsäure verestert
• langkettige Fettsäure bildet den lipophilen Teil des Emulgators
• OH-Gruppen des Glycerins bilden den hydrophilen Teil (Wasserstoffbrückenbindungen) des Emulgators
• Monoglycerid kann mit lipophilen und hydrophilen Teilchen gemischt werden und sorgt dafür, dass eine Emulsion stabil bleibt

c) Definieren sie den HLB-Wert. Wie kann man davon ausgehend auf die Eignung eines Emulgators für verschiedene Emulsionstypen schließen?

• hydrophilic-lipophilic-balace = Beschreibung des hydrophilen und lipophilen Anteil von nichtionischen Tensiden
• je höher der HLB, desto besser ist die Löslichkeit in Wasser (Öl in Wasser, ca. 8-18)
• je kleiner der HLB, desto besser ist die Löslichkeit in Lipiden (Wasser in Öl, ca. 3-8)

(3)

\begin{align} HLB = 20 \cdot \left(1 - \frac{M_L}{M_G} \right) \end{align}

Aufgabe 3

a) Erläutern sie anhand eines Diagramms den Begriff Dezimalreduktionszeit und welcher Zusammenhang besteht zwischen der Dezimalreduktionszeit und der Temperatur?

• Dezimalreduktionszeit = Zeit, die notwendig ist, um bei konstanter Temperatur die Zahl der Mikroorganismen um 90 %, bzw. um eine Zehnerpotenz abzutöten
• Je höher die Temperatur, desto geringer wird der D-Wert, bzw. desto steiler wird die Gerade im log N-t-Diagramm.

b) Wie wird der D-Wert quantitativ erfasst?

• als Bezugskeim gilt Clostridridium botulinum
• da Keimreduktion um 90 % zu ineffektiv ist gilt das 12 D_r-Konzept, welches die Keimzahl um 12 Zehnerpotenzen absenkt

c) Soll die Sterilisierung eines Lebensmittels bei hoher Temperatur und kurzer Behandlungszeit oder bei niedriger Temperatur und langer Behandlungsdauer druchgeführt werden? Begründen Sie!

• hohe Temperatur, kurze Behandlungszeit
  • sichere Abtötung der Mikroorganismen
  • hoher energetischer Aufwand
  • kurze aber intensive Maillardreaktionen möglich
• niedrige Temperatur, lange Behandlungsdauer
  • lange thermische Belastung qualitativ nicht förderlich
  • keine Maillardreaktion
  • wenig Energieaufwand
  • lange Zeit nötig, um sicher MOs abzutöten
  • thermophile Organismen können nicht inaktiviert werden

Aufgabe 4

a) Erklären Sie die Prinzipien bei den Trocknungsverfahren

• Konvektionstrocknung
  • Wärmeübertragung durch erhitze Luft (Gegen- oder Gleichstrom)
  • Umlufttrockenschrank, Bandtrockner, Fließbetttrockner
• Kontakttrocknung
  • Wärmeübertragung druch beheizte Festkörper
  • Walzentrockner, Trommeltrockner
• Gefriertrocknung
  • Phasenübergang von Eis zu Dampf (Bildung von möglichst kleinen Eiskristallen (tiefe Temperaturen), um LM zu schonen)

Aufgabe 5

a) Welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede bestehen zwischen Gefriertrocknung und Gefrierkonzentrierung? Stellen Sie beide Prozesse in Fließschemata dar.

• beide Prozesse nutzen den Phasenübergang von fest zu gasförmig
• bei der Trocknung wird das Wasser zu Eis gefroren und durch ein Vakkuum sublimiert, d.h in die Dampfphase gebracht
• bei der Konzentrierung wird der wässrigen Lösung, das Wasser durch Sublimierung entzogen -> Senkung des Gefrierpunkts durch Konzentrierung, Nach Überschreiten der Löslichkeitsgrenze kristallisieren Wasser und konzentrierte Lösung gemeinsam aus.

b) Erklären Sie anhand des Phasendiagramms das Prinzip der Gefriertrocknung.

• Lebensmittel einfrieren (tiefe Temperaturen)
• Vakuum (Druck absenken)
• Eis verdampft

Aufgabe 6

a) Geben Sie Beispiele (Prinzip, stichwortartige Beschreibung) für chemische und physikalische Verfahren zur Haltbarmachung von Lebensmitteln.

• thermisch: Sterilisation, Pasteurisation, Trocknen
• physikalisch: UV-Licht, ionisierende Strahlung
• chemisch: Salzen Zuckern, Konservierungsstoffe, Räuchern