- Von der Rohmilch zum Käse - Die Milch macht‘s! - Von der Rohmilch zum Käse -

Gliederung Allgemeines 2. Inhaltsstoffe Fette 3. Milchverarbeitung 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.

Geschichtliches 3000 v. Chr.: erste Zeugnisse der Milchverarbeitung 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) altes Testament: Volk Isreal soll aus Ägypten in ein Land geführt werden, „darin Milch und Honig fließen“

2. Inhaltsstoffe der Milch

Fette Micellen (0,1-10 µm Durchmesser) 2. Inhaltsstoffe Fette Proteine und Hydratwasser Micellen (0,1-10 µm Durchmesser) Stabiles Kolloid („milchiges“ Aussehen) Fett-In-Wasser-Emulsion 95% Triglyceride Emulgator- hülle Phospho- lipidschicht Fettkern Streuung des Lichts an Fett und Caseinmicellen. Je höher der Fettgehalt, desto größer die Weißkraft der Milch Cholesteringehalt am geringsen von allen tierischen Fetten

Versuch 1: Emulsionstyp von Sahne und Butter 2. Inhaltsstoffe Versuch 1: Emulsionstyp von Sahne und Butter Lipophiler Farbstoff Sudan III: (Qualitativer Fettnachweis) Hydrophiler Farbstoff Methylenblau:

Emulsionstyp von Sahne und Butter 2. Inhaltsstoffe Emulsionstyp von Sahne und Butter Sahne: Fett-in-Wasser-Emulsion Butter: Wasser-in-Fett-Emulsion Bildquelle:http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/milch/emulsion.htm

Versuch 2: Verdauung von Milchfett durch Lipase 2. Inhaltsstoffe Versuch 2: Verdauung von Milchfett durch Lipase Pancreatin: Enzym aus der Bauchspeicheldrüse (= Pancreas), Lipase Wirkung von Lipase: Pancreatin wir in der Bauchspeicheldrüse gebildet, Gallenflüssigkeit dient aks Emulgatr für die Fette Monoacylglyceride können im Darm besser resorbiert werden

Lactose – Milchzucker Disaccharid optisch aktiv reduzierender Zucker 2. Inhaltsstoffe Lactose – Milchzucker Disaccharid optisch aktiv reduzierender Zucker nur 1/3 der Süßkraft von Rohrzucker relativ schlechte Wasserlöslichkeit α-Lactose (β-D-Galactose, α-D-Glucose) alpha: OH-Gruppe am anomeren Zentrum zeigt nach unten beta: OH zeigt nach oben hier: beta-1,4-glycosidische Bindung alpha-Anomer + 1 Hydratwasser ist die stabile Form geringe Wasserlöslichkeit: Lactasezugabe bei Speiseeis/ Kondensmilch führt auch zu höherer Süßkraft

Lactose Ernährungsphysiologische Aspekte 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 geringe Blutzuckerwerte wegen langsamer Spaltung, länger sättigend Mikroorganismen bauen Milchzucker zu Milchsäure ab, im sauren Milieu zerfalle Ca-Salze, können so besser resorbiert werden saures Milieu fördert Wachstum von Bifidus-Bakterien, natürliche Darmflora keine Bildung schwerlöslicher Polyfructosen (wie bei Saccharose), daher keine Plaque- und Kariesbildung Bild:http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/milch/m-kh.htm

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 anaerober Mechanismus, Lactase spaltet Lactose, Glucose wird vergoren. Nebenprodukte: Essigsäure, CO2, Ethanol

Versuch 3: Ist meine Milch noch frisch? (Bestimmung der SHZ) 2. Inhaltsstoffe Versuch 3: Ist meine Milch noch frisch? (Bestimmung der SHZ) Reaktionsgleichung: 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

Enantiomere der Milchsäure 2. Inhaltsstoffe Enantiomere der Milchsäure Prioritäten: 1OH, 2 COOH, 3 CH3, 4 H Fischer-Projektion: OH links: L + Licht nach rechts - Licht nach links rechtsdrehende Milchsäure +: über Blut zur Leber, dort zu Glucose umgebaut linksdrehende Milchsäure -: Enzyme erkennen sie nicht, Abbau in der Niere milder Joghurt enthält mehr rechtsdrehende Säure, abhängig von den Kulturen. Kugel-Stab-Modell

2. Inhaltsstoffe Proteine

Casein Submicellen mit κ-Casein in der Außenschicht 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-Submicelle Casein-Micelle Calcium- Phosphat- Brücken hydrophober Kern Quelle: Blume kappa-Casein in Ggw. von Ca2+ wasserlöslich, alpha und beta nicht. kappa-casein in der Hüllschicht. Phosphatester von Serin und Carboxylat-Gruppen der Aminosäuren stabilisieren Micellen in der Lösung, Ca2+ als Gegenion Außerdem hydrophile Polypeptidketten (Glycoprteine), die wie Haare am Rand herausragen+ Hydrathülle hydrophile Reste κ-Casein

Verknüpfung der Casein-Submicellen über Calciumphosphat 2. Inhaltsstoffe Verknüpfung der Casein-Submicellen über Calciumphosphat Hydrophile Reste des kappa-Caseins ragen aus den Submicellen heraus (Haare) -> Hydrathülle, wasserlöslich, Kolloid

Versuch 4: Saure Caseinfällung 2. Inhaltsstoffe Versuch 4: Saure Caseinfällung Isoelektrischer Punkt des Caseins bei pH 4,6 Protonierung Zwitterionen Hydrathülle geschwächt Aggregation Calcium bleibt hier in der Molke gelöst! 3H+(aq)

Caseinfällung – Produkte 2. Inhaltsstoffe Caseinfällung – Produkte Vollmilch Lab- oder Säurefällung Molke (Wasser, Molkenproteine, Zucker, Vitamine, Mineralstoffe) Casein Käseherstellung Süßmolke, Sauermolke Herstellung von Molkekäse Gewinnung von Lactose Getränk

Versuch 5: Proteinnachweis: Biuret-Probe 2. Inhaltsstoffe Versuch 5: Proteinnachweis: Biuret-Probe Struktur des Kupfer-Protein-Komplexes Casein: Violettfärbung positiver Proteinnachweis

Versuch 6: Nachweis der Molkenproteine 2. Inhaltsstoffe Versuch 6: Nachweis der Molkenproteine Gelbfärbung (Xanthoproteinreaktion) Bildung des Elektrophils durch Eigenprotonierung: Elektrophile Substitution (am Beispiel Phenylalanin): Molkenproteine nicht säurekoagulierbar-> zu fest gebundene Hydrathülle, aber Hitzebkoagulierbar, weil hoher Anteil an schwefelhaltigen AS Cystein und Cystin Disulfidbrückenspaltung, Dimethylsulfid wird gebildet-> Kochgeschmack NO2+= Nitrylium-Kation Pi-Komplex, sigma-Komplexbei SEAr

Vitamine 2. Inhaltsstoffe Vitamin A → gelbe Farbe der Butter Vitamin D Vitamin E → Antioxidation Vitamin B1 Vitamin B2 → gelbgrüne Farbe der Molke Vitamin B12 Vitamin C → Antioxidation fettlöslich wasserlöslich Vit B12 Bedarf ist ohne Milchkonsum kaum zu decken, daher sollen Vegetarier viele Milchprodukte essen

Mineralstoffe in der Milch 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 Zahlen: UB 170/15 Lactose-Ca-Resorption (s.o.) Besonders Käse enthält viel Ca auch Phosphat ist wichtig für Festigung des Skeletts, besonders das Verhältnis Ca/PO4= 1:1 bis 1,2:1 in der Milch ist günstig

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) Zitat: Grundfragen der Ernährung (Julia)

Rohmilch Reinigung Entrahmung Vollmilch Fettarme Milch entrahmte Milch 3. Milchverarbeitung Rohmilch Reinigung Entrahmung Vollmilch Fettarme Milch entrahmte Milch Hitzebehandlung Pasteurisierung Ultrahocherhitzung Sterilisation Homogenisierung Frischmilch H-Milch Sterilmilch

Hitzebehandlung Abtötung pathogener Mikroorganismen 3. Milchverarbeitung Hitzebehandlung Abtötung pathogener Mikroorganismen Denaturierung von Proteinen Inaktivierung von Enzymen →verlängerte Haltbarkeit →bessere Verdaulichkeit

Hitzebehandlung Pasteurisierung (72-75°C, 15-30 s) Frischmilch 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

Versuch 7: Nachweis der Pasteurisierung 3. Milchverarbeitung Versuch 7: Nachweis der Pasteurisierung Erklärung: Schardinger-Enzym (Aldehyd- Dehydrogenase) Schardinger-Enzym überträgt Wasserstoff von Formaldehyd auf Methylenblau Farbloses Leukomethylenblau Enzym wird bei 60°C zerstört (Pasteurisierung) Nachweis für Pasteurisierung in der Molkereitechnik KLEINER

Reaktionsgleichungen 3. Milchverarbeitung Reaktionsgleichungen Formaldehyd als Wasserstoffdonator (Oxidation): Methylenblau als Wasserstoffakzeptor (Reduktion)

Homogenisierung 3. Milchverarbeitung nicht homogenisierte Milch Große Fetttröpfchen rahmen auf kleine Fetttröpfchen bleiben fein verteilt Rohmilch wird mit hohem Druck (200-350 bar) durch enge Düsen gepresst. Größe der Fettmicellen wird auf ca. 1 μm verringert. Proteinhülle der Fettkügelchen wird zerstört.

4. Milchprodukte Sauermilcherzeugnisse Joghurt Dickmilch Saure Sahne Kefir Butter Käse Sauermilchkäse Labkäse Sauermilcherzeugnisse: Fermentierung durch unterschiedliche Milchsäurebakterien Kondensmilcherzeugnisse Trockenmilcherzeugnisse Milcheiweißerzeugnisse

Joghurt Herstellung: Homogenisierung, Hitzebehandlung 3. Milchprodukte Joghurt Herstellung: Homogenisierung, Hitzebehandlung Versetzen mit Mischkulturen: Streptococcus thermophilus Lactobazillus bulgaricus Bebrüten bei 42-45°C Kühlen →stichfester Joghurt Probiotische Produkte S. thermophilus: Bildung vob Säuren (Ameisensäure, Milchsäure) L. bulgaricus: durch Säuren im Wachstum gefördert, produziert Aroma, Peptide und AS, die Wachstum von S. thermophilus fördern probiotische Produkte enthalten noch die Bakterien, da sie nicht Wärmebehandelt sind. Diese beeinflussen die Darmflora positiv.o.g. Bakterien überleben sauren Mageninhalt nicht -> Züchtung magensaftresistenter Bakterien= Probiotika

Butter Herstellung: „Wenn man Milch stößt, macht man Butter 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 Bild von Butter

Käseherstellung – Übersicht 3. Milchprodukte Käseherstellung – Übersicht Lab-Enzym, Reifungs- kulturen Milchsäure- bakterien Milch Quark, Frischkäse Dickete schneiden schneiden, formen, salzen Käsebruch Molke Reifungs- kulturen Molke formen, salzen, pressen Reifung Molke gereifte Sauermilchkäse gereifte Labkäse

Versuch 8: Enzymatische Caseinfällung mit Lab 3. Milchprodukte Versuch 8: Enzymatische Caseinfällung mit Lab Lab: Enzym aus dem Labmagen von Kälbern enthält die Protease Rennin (Chymosin) 1 105 106 169 Peptid····Phe - Met····Peptid κ-Casein Lab 1 105 106 169 Peptid····Phe + Met····Peptid Paracasein Glycopeptid Labfällung von Casein: Rennin auch in Medikamenten: Rennie (Rennie räumt den Magen auf) Was heißt Pyg??? Phenylalanin, Methionin, Valin Glycopeptid: Peptid+ Zucker ist löslich Paracasein lagert sich mit alpha- und beta-Casein usammen über Ca-PO4-Bindungen, Ausflockung. Außerdem geht Hydrathülle kaputt

Guten Appetit! Käse Herstellung (Mozzarella-Käse) Guten Appetit! Dickete Schneiden Labenzym Dicklegen Käsebruch formen pressen abtropfen Reifungskulturen Einreiben mit Salz (Hartkäse) Konservierung Reifen lassen hier: süße Molke Außerdem: Sauermilchkäse-> saure Molke Molke Guten Appetit! Mozzarella

5. Ausblick: Milch in der Schule Transport Produkt- und umweltgerechte Verpackung Milchbildung Mikrobiologie der Milch Gentechnik Hygiene Ernährung Analyse Synthese von Zusatzstoffen Landwirtschaft Industrielle Milchverarbeitung Chemie Arbeitslehre Biologie Umwelt- erziehung Sozialkunde Milch

Vielen Dank!