Lebensmitteltechnologie

Die industrielle Herstellung von Lebensmitteln aus landwirtschaftlichen Rohstoffen
2. überarbeitete und erweiterte Auflage 2021
ISBN: 978-3-8252-5505-3
Verlag: UTB GmbH

Buch, Deutsch, 377 Seiten, Format (B × H): 149 mm x 216 mm, Gewicht: 579 g

Reihe: UTB

Vom Acker bis zur Ladentheke - das kompakte Lehrbuch und Nachschlagewerk zu den Grundprinzipien der Lebensmittelherstellung! Dieses Buch beschreibt die Lebensmitteltechnologie als Bindeglied zwischen der agrarischen Erzeugung der Biomasse und dem Verzehr eines zubereiteten Lebensmittels durch den Menschen. Hier finden Sie ingenieur- und naturwissenschaftliche Grundlagen dieses interdisziplinären Fachgebiets, nicht zuletzt aber spannende Informationen zu den Strukturen der Rohstoffe sowie deren natürliche oder technisch induzierte biologische und chemische Reaktionen, die zu einer Veredlung führen sollen. Zwei umfangreiche Kapitel behandeln die Verfahrenstechnik der Gewinnung und Herstellung der wichtigsten Lebensmittel und ihre spezifischen Geräte und Anlagen.
Die „Lebensmitteltechnologie“ wendet sich an alle Studierende des weiten Bereichs der Lebensmittelwissenschaften, aber auch an aktive Technologen oder Manager, die sich Zusammenhänge erarbeiten wollen.

Autoren/Hrsg.

Hamatschek, Jochen

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Verfahrenstechnik | Chemieingenieurwesen | Biotechnologie Lebensmitteltechnologie und Getränketechnologie

Inhaltsverzeichnis

Vorwort zur 1. Auflage 10
Vorwort zur 2. Auflage 12
1 Einführung: Lebensmitteltechnologie im gesellschaftlichen und historischen Kontext 13
1.1 Prinzipien der Lebensmitteltechnologie 13
1.2 Die Lebensmitteltechnologie als Teil der „Food Value Chain“ 16
1.3 Die Versorgung der Menschen mit Lebensmitteln als Hauptaufgabe der Lebensmitteltechnologie 25
1.3.1 Ernährung 3.0 und die industrielle Revolution. 26
1.3.2 Energiegewinnung aus der Nahrung. 27
1.3.3 Die Ernährung der deutschen Bevölkerung laut Nationaler Verzehrsstudie II (2008) 30
1.4 Innovationen: vom Businessplan zum Markt 33
1.5 Verfahrens- und Stilwettbewerb in der Lebensmitteltechnologie 35
1.6 Struktur und Idee des Buches Lebensmitteltechnologie 37
2 Lebensmittelsicherheit und Verbraucherschutz 38
2.1 Lebensmittelrechtliche Grundlagen zur Erzielung von Lebensmittelsicherheit 43
2.1.1 Wichtige gesetzliche Vorschriften zur Lebensmittelsicherheit 45
2.1.1.1 Rückverfolgbarkeit 45
2.1.1.2 HACCP-System („Hazard Analysis and Critical Control Point“) 47
2.2 Der Codex Alimentarius und das Deutsche Lebensmittelbuch 50
2.3 Privatwirtschaftliche Systeme der Lebensmittelsicherheit und die Einbindung des Qualitätsmanagements 52
2.3.1 Qualitätsmanagementsysteme nach DIN EN ISO 52
2.3.2 „Consumer Goods Forum“ (CGF) 53
2.3.3 „Global Food Safety Initiative“ (GFSI) 53
2.3.4 IFS (Food) Version 6 54
2.3.5 „Hygienic Design“ 54
2.3.6 FMEA (Fehlermöglichkeiten und Einflussanalyse) 57
2.3.7 Optische Methoden bei der Lebensmittelkontrolle 58
2.4 Betriebshygiene, Reinigung und Desinfektion 61
2.4.1 Prinzipien der chemischen Reinigung 63
2.4.2 Praxis der chemischen Reinigung 65
2.4.3 Reinigung von Tanks, Rohrleitungen und Schläuchen 68
2.4.3.1 Rohrleitungen und Schläuche 68
2.4.3.2 Tankreinigung 70
2.4.4 Desinfektion 71
2.4.5 Reinraumtechnik 72
3 Die biochemischen Strukturen von Lebensmitteln 74
3.1 Kohlenhydrate (Polysaccharide, Polyosen) 76
3.1.1 Glykogen 77
3.1.2 Stärke. 79
3.1.3 Cellulose 79
3.1.4 Pektine. 80
3.1.5 Hemicellulose 82
3.1.6 Chitin 82
3.2 Proteine 83
3.3 Lipide. 87
3.4 Phenolische Verbindungen (Phenole, Polyphenole) 90
3.5 Lebensmittelfarbstoffe und färbende Lebensmittel 93
3.5.1 Farbigkeit als sinnliche Erfahrung 94
3.5.2 Farbstoffe für Lebensmittel 96
3.5.3 Anthocyane E163 als Beispiel für einen natürlichen Farbstoff 99
3.5.4 Zuckerkulör E150 als Beispiel für einen natürlichen, modifizierten Farbstoff 99
3.6 Lebensmittelaromen und Aromatisierung von Lebensmitteln 100
3.7 Makromoleküle in komplexen Strukturen 103
3.7.1 Der Gewebeaufbau von Früchten 103
3.7.2 Die Struktur von Muskelfleisch 107
4 Die ambivalente Wirkung von Mikroorganismen und Enzymen in Lebensmitteln 109
4.1 Mikroorganismen 110
4.1.1 Die Rolle von Mikroorganismen in Lebensmitteln. 111
4.1.2 Bakterien 112
4.1.3 Pilze 112
4.1.4 Algen 117
4.1.5 Die Bedeutung des Milieus für die Entwicklung von Mikroorganismen 118
4.1.5.1 pH-Wert 119
4.1.5.2 aw-Wert (Wasseraktivität) 120
4.1.5.3 Temperatur 121
4.1.5.4 Redoxpotenzial (Oxidations-Reduktions-Potenzial, ORP) 121
4.1.5.5 Sauerstoffpartialdruck 122
4.1.5.6 Inhibitoren für Mikroorganismen 123
4.1.5.7 Wettbewerber 123
4.1.6 Wachstum von Mikroorganismen 124
4.1.7 Biofilme 125
4.2 Enzyme 126
4.3 Die Hemmung von Mikroorganismen und Enzymen 134
4.3.1 Chemische Lebensmittelkonservierung 135
4.3.2 Konservierung durch biologische 136
4.3.3 Pasteurisation und Sterilisation 137
4.3.3.1 Grundlagen der Erhitzung 137
4.3.3.2 Wärmeübertragung in Erhitzungseinrichtungen 140
4.3.3.3 Wärmeaustauscher und die Verfahrenstechnik der Erhitzung 141
4.3.3.4 Elektromagnetische Felder (Mikrowellenerhitzung, Radiofrequenzen) 145
4.3.3.5 Ohm’sche Erhitzung 145
4.3.3.6 Keimreduzierung bei mäßiger thermischer Belastung 146
4.3.4 Haltbarmachung durch Anwendung von Kälte 148
4.3.4.1 Tiefgefrieren von Lebensmitteln 149
4.3.4.2 Technik des Gefrierens 151
4.3.5 Haltbarmachung durch Wasserentzug (Trocknung) 152
4.3.5.1 Lufttrocknung 152
4.3.5.2 Membranverfahren. 153
4.3.5.3 Gefrierkonzentrierung bzw. Gefriertrocknung 154
4.3.5.4 Kühlung und mechanische Abtrennung von Eiskristallen 155
4.3.5.5 Immobilisierung von Wasser 155
4.3.6 Mechanische Verfahren zur Haltbarmachung 155
4.3.7 Haltbarmachen durch ionisierende Strahlen 157
4.3.8 Haltbarmachung durch Gasüberlagerung bzw. Evakuierung 158
4.3.9 Das Hürdenkonzept: kumulative Hemmeffekte 159
5 Maschinentechnik und Werkstoffe. 161
5.1 Pumpen 161
5.1.1 Pumpentypen 164
5.1.2 Kennlinien und Pumpenauslegung 165
5.2 Werkstoffe für Behälter, Verpackungen, Leitungen und Maschinen 168
5.2.1 Vom Eisen zum Stahl 169
5.2.2 Nichtrostende Stähle in der Lebensmittelwirtschaft 170
5.2.3 Edelstahlrohre 173
5.2.4 Oberflächenbehandlung von Edelstählen 173
5.2.5 Korrosion 175
5.2.6 Aluminium 177
5.2.7 Kunststoffe in der Lebensmitteltechnik 178
6 Die erste Verarbeitungsstufe: Wertstoffgewinnung aus agrarischen Rohstoffen 189
6.1 Grundoperationen bei der Wertstoffgewinnung 192
6.1.1 Vorbehandlung der Rohstoffe 193
6.1.2 Mechanisches Desintegrieren von tierischen und pflanzlichen Geweben 194
6.2 Stoffübergänge nach Zusatz von Extraktionsmitteln 199
6.3 Mechanische Trenntechniken zur 201
6.3.1 Filtersysteme und Pressen zur Fest-Flüssig- 203
6.3.1.1 Oberflächen- bzw. Siebfiltration 204
6.3.1.2 Tiefenfiltration 210
6.3.1.3 Anschwemmfiltration. 213
6.3.1.4 Sonderfall Pressen 214
6.3.2 Schwerkraftsysteme zur Trennung von Suspensionen und Emulsionen 217
6.3.3 Entspannungsflotation durch die Benetzung von Teilchen 222
6.4 Exkurs: technische Trends 224
6.4.1 Roboter 224
6.4.2 Ultraschall-Anwendungen 226
6.4.3 Mikroverkapselung. 227
6.4.4 Hochdruck-Homogenisation 230
6.4.5 Emulgatortechnik 230
6.4.6 Intelligente Verpackungen und Barrieren 231
6.4.7 Industrie 4.0 232
7 Die Verarbeitung zu Lebensmitteln 234
7.1 Getreideprodukte 234
7.1.1 Erste Verarbeitungsstufe: Wertstoffextraktion in Getreidemühlen 235
7.1.2 Zweite Verarbeitungsstufe: Veredlung der Extrakte 244
7.1.2.1 Stärke- und Proteingewinnung 244
7.1.2.2 Metabolisierung von nativer Stärke 247
7.1.2.3 Vom Mehl zu Backwaren 250
7.1.2.4 Teigwaren 258
7.2 Kartoffeltechnologie 262
7.3 Getränketechnologie 264
7.3.1 Trinkwasser, Mineral- und Heilwasser 265
7.3.2 Von der Traube zum Wein 270
7.3.3 Frucht- und Gemüsesäfte 273
7.3.4 Bier 276
7.3.5 Spirituosen 278
7.3.6 Erfrischungsgetränke (Softdrinks) 282
7.4 Speiseöle und Speisefette 284
7.4.1 Die Ölgewinnung 287
7.4.2 Raffination am Beispiel von Sojaöl, Sonnenblumenöl und Palmöl 289
7.4.3 Weitere Veredlungsmöglichkeiten von Ölen und Fetten 293
7.4.4 Olivenverarbeitung 296
7.5 Milch und Milcherzeugnisse 298
7.5.1 Trinkmilch: UHT-Milch, Frischmilch, ESL-Milch 301
7.5.2 Produkte aus Milchfett 304
7.5.3 Erzeugnisse durch Dicklegung I: Joghurt, Sauermilch, Kefir 306
7.5.4 Erzeugnisse durch Dicklegung II: Frischkäse 308
7.5.5 Erzeugnisse durch Dicklegung III: Käse mit Reifung 311
7.5.6 Molke als Rohstoff für Proteine, Laktose, Phospholipide und Kalzium 314
7.6 Kaffee 316
7.7 Kakao und Schokolade 319
7.8 Zucker aus Zuckerrübe bzw. Zuckerrohr 321
7.9 Extrusionsprodukte 325
7.10 Fleisch und Fleischwaren 327
7.10.1 Schlachtvorgang 330
7.10.2 Schlachtkörperzerlegung und Fleischqualität 331
7.10.3 Fleischreifung (Abhängen) 333
7.10.4 Herstellung von Fleischerzeugnissen I: Wurstwaren 335
7.10.4.1 Rohwurst 335
7.10.4.2 Brühwurst 339
7.10.4.3 Kochwurst 341
7.10.5 Herstellung von Fleischerzeugnissen II: gegarte Pökelfleischerzeugnisse 343
7.11 Innovative Lebensmittel zur Proteinversorgung 345
8 Lebensmitteltechnologie für bald 10 Milliarden Menschen. Rückblick – Gegenwart – Ausblick 351
8.1 Lebensmittelindustrie und Ernährungsregime 351
8.2 Die Ernährung von 10 Milliarden Menschen 355
8.3 Gesellschaftlicher Wandel 358
8.4 Ethik in der Lebensmittelwirtschaft 360
Literatur 364
Abkürzungsverzeichnis 370
Sachverzeichnis 373

Über Autor(innen)

Hamatschek, Jochen
Dr. Jochen Hamatschek ist Dozent an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf und ist Präsident der Gesellschaft Deutscher Lebensmitteltechnologen e.V.