Lebensmitteltechnologie

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Einleitung

Lebensmitteltechnologie, die Anwendung von physikalischen, chemischen und biologischen Techniken in der Lebensmittelverarbeitung und -konservierung sowie zur Entwicklung neuer und verbesserter Nahrungsmittel.

Ein Lebensmitteltechnologe beschäftigt sich mit der Zusammensetzung, den Eigenschaften und dem Verhalten von Nahrungsmitteln während der Produktion und mit ihren ernährungsphysiologischen Qualitäten zum Zeitpunkt des Verzehrs. Lebensmittel bestehen aus komplexen biologischen und chemischen Substanzen. Lebensmitteltechnologie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, bei der sowohl Chemie, Biochemie, Mikrobiologie, Physik und Verarbeitungstechniken als auch betriebliches Management eine Rolle spielen. Lebensmittelchemiker und -technologen sind verantwortlich dafür, dass die menschliche Nahrung gesundheitlich unbedenklich und nahrhaft ist und außerdem der Qualität und Zusammensetzung entspricht, die von den Verbrauchern verlangt wird.

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Qualitätssicherung

In der Nahrungsmittelindustrie werden große Mengen und Stückzahlen an Nahrungsmitteln zur Verteilung und zum Verkauf hergestellt. Es wäre unmöglich, jedes einzelne Produkt auf seine Ungefährlichkeit und Qualität zu überprüfen. Stattdessen werden Standards zur Qualitätssicherung angewendet, anhand derer man überprüft, ob die hergestellten Produkte der geforderten Qualität und Unbedenklichkeit sowie den jeweiligen Anforderungen des Lebensmittelrechtes entsprechen. Zur Qualitätssicherung sind die genaue Kenntnis der Nahrungsmittelzusammensetzung und Verarbeitung erforderlich, damit die Gefährdungen, die bei jedem Schritt möglich sind, festgestellt und zu kontrollierende Punkte aufgezeigt werden können. An diesen Punkten können Kontrollverfahren angewendet werden, um sicherzustellen, dass die betreffende Gefährdung eliminiert oder zumindest ausreichend reduziert wurde.

Zum Beispiel ist Milch mit ihrem hohen Proteingehalt sowohl für den Menschen als auch für Mikroorganismen sehr nahrhaft. Einige dieser Organismen sind harmlos, während andere Krankheiten wie Tuberkulose hervorrufen können. Die meisten der gefährlichen Bakterien werden durch Hitze abgetötet. Deshalb wird Milch für einige Sekunden auf Temperaturen zwischen 70 und 90 °C erhitzt. Dieser Pasteurisierung genannte Prozess wurde nach dem französischen Mikrobiologen Louis Pasteur benannt.

Eier sind als mögliche Quelle für die krankheitserregenden Salmonellen bekannt, weshalb Eier immer gut durchgekocht werden sollten. In Nahrungsmittelbetrieben, bei denen viele Eier zu Flüssigei als Lebensmittelbestandteil verarbeitet werden, ist das Risiko eines Salmonellenbefalls sehr hoch. Daher ist es sinnvoll, per Verordnung festzulegen, dass die Eier pasteurisiert werden müssen. Um zu verhindern, dass sich das Ei während des Erhitzens braun verfärbt, wird das Enzym Glucoseoxidase beigefügt, um freie Glucose abzufangen, und es wird nur auf eine geringe Temperatur erhitzt. Dies ist ein Beispiel für die Anwendung von Lebensmitteltechnologie unter Berücksichtigung von Lebensmittelchemie, Biochemie, Physik und Mikrobiologie zur Sicherstellung der Unbedenklichkeit und Qualität eines wichtigen und nahrhaften Lebensmittels.

Viele Nahrungsmittel werden durch Hitze oder Dehydrierung haltbar gemacht. Der Lebensmitteltechnologe muss sich daher auch mit den Prinzipien des Wärme- und Massetransports beschäftigen, was fundierte Kenntnisse auf den Gebieten der Teilchenphysik und Chemie erfordert. Der Zusatz nicht natürlicher Stoffe, welche die Haltbarkeit, Farbe oder Konsistenz von Lebensmitteln beeinflussen, wird vom Verbraucher allerdings zunehmend kritisch gesehen.

Nicht alle in Lebensmitteln vorkommenden Mikroorganismen sind schädlich oder verderben das Produkt. Eine der ursprünglichen Anwendungen der Biotechnologie lag darin, aus Nahrungsmitteln fermentierte Produkte herzustellen. Dies sind Produkte, denen absichtlich Mikroorganismen, z. B. Milchsäurebakterien oder Hefen bzw. andere Pilze, zugegeben werden oder deren Wachstum besonders angeregt wird. Dadurch sollen die Enzyme das jeweilige Nahrungsmittel verändern und ihm neue Eigenschaften und Geschmacksrichtungen geben. Beispiele hierfür sind der Wein, der durch die Vergärung von Weintrauben durch Hefen entsteht. Joghurt und Käse werden durch die Vergärung von Milch durch Milchsäurebakterien hergestellt. Die typische Konsistenz und den charakteristischen Geschmack von Camembert erreicht man durch den Zusatz von Penicillium-Pilzen.

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Geschichte der Lebensmitteltechnologie

Bereits sehr früh fand der Mensch heraus, wie man Weizen zwischen Steinen mahlen kann, um so Mehl herzustellen. Wesentlich später wurde in Ungarn die Walzenmühle entwickelt, mit der auch heute noch die meisten Mehlsorten gemahlen werden. Mehl wird zu Teig verarbeitet, gesäuert und im Ofen gebacken. Auf diese Weise wird Brot hergestellt, ein ursprüngliches Fertiggericht. Die Volumenvergrößerung des Brotlaibes ist auf das Protein Gluten zurückzuführen, das in Weizen und, in geringerem Maß, in Roggen vorkommt. Gluten gibt dem Teig seine elastischen Eigenschaften und ermöglicht das „Aufgehen” während des Backens. Mais, Reis und Weizen werden technologisch verarbeitet, um Frühstückszerealien herzustellen, die inzwischen weltweit zum Frühstück verzehrt werden, ohne im Haushalt weiter verarbeitet werden zu müssen.

In Großbritannien wurde mit Hilfe von Lebensmitteltechnikern und durch die Herstellung verschiedener Verpackungen die kommerzielle Produktion eines weiteren Getreideerzeugnisses ermöglicht, des Kekses. Kekse werden so lange gebacken, bis sie nur noch einen geringen Feuchtigkeitsgehalt haben. Sie werden luftdicht verpackt und können so mehrere Monate gelagert und weltweit exportiert werden.

In den letzten fünfzig Jahren entstand durch die Arbeit von Clarence Birdseye ein weiteres Verfahren der Lebensmitteltechnologie – das Tiefgefrieren, womit durch die rasche Einwirkung tiefer Temperaturen ganze Nahrungsmittelpaletten hergestellt werden können. Durch das schnelle, intensive Gefrieren entstehen viele kleine Eiskristalle, die später beim Auftauen nur geringe Schäden an den Zellstrukturen hervorrufen. Durch die Tiefkühltechnik sind z. B. Fisch und Gemüse besser verfügbar. Insbesondere gefrorene grüne Erbsen sind so zarter und süßer, als wenn sie in ihren Schoten über Händler oder Läden zum Verbraucher gelangten. Würden Erbsen und andere Gemüsearten allerdings nur tiefgefroren, so könnten die natürlicherweise vorhandenen Enzyme Farbe und Geschmack auch bei tiefen Temperaturen langsam beeinträchtigen. Um dies zu verhindern, werden die Früchte vor dem Einfrieren in heißem Wasser (80 bis 90 °C) oder in Wasserdampf blanchiert, um die Enzymaktivität zu zerstören. Durch die schnelle Tiefkühltechnik sind wichtige Nährstoffe und Vitamine das ganze Jahr über verfügbar.

Ein weiterer Erfolg dieser Technologie ist die Eiskrem. Dieses beliebte Nahrungsmittel ist bereits mehrere tausend Jahre alt. Es wird aus einer Öl-in-Wasser-Emulsion hergestellt, die während des Gefrierens teilweise ausflockt. Es entstehen Fettklümpchen, die dem Eis eine weichere Konsistenz geben. Heutzutage werden Emulgatoren und Stabilisatoren eingesetzt, um zu verhindern, dass durch das Ausfrieren von Wasser eine körnige Struktur entsteht. Gefriertrocknen ist ein Prozess, bei dem Nahrungsmittel tiefgefroren und anschließend im Vakuum gelagert werden. Das Eis wird entfernt, indem es direkt in Wasserdampf umgewandelt wird (Sublimation). Dieses Verfahren wird dort angewendet, wo sich die hohen Kosten durch Vorteile wie gutes Aroma oder Zweckmäßigkeit rechtfertigen lassen (z. B. bei gefriergetrocknetem Instantkaffee).

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Bedeutung der Lebensmitteltechnologie

Zur Lebensmitteltechnologie gehören nicht nur das Studium von Verfahren und deren Anwendung auf Nahrungsmittel, sondern auch Kenntnisse darüber, wie sich Zusammenstellung und Verarbeitung auf die geschmacklichen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften auswirken. Heute ist das Bewusstsein für eine gesunde, ausgewogene Ernährung wesentlich ausgeprägter als früher. Nahrungsmitteltechnologen haben daher eine Vielzahl fettarmer Brotaufstriche entwickelt. Diese bestehen aus Wasser-in-Öl-Emulsionen, die, kühl gelagert, eine ähnliche Konsistenz wie Butter haben, sich aber auf Brot besser verstreichen lassen. Verbraucher können nun aus einem größeren Angebot von aus pflanzlichen und tierischen Ölen hergestellten Produkten wählen. Diese Produkte sollen uns mit den essentiellen Fettsäuren versorgen, ohne den Fettanteil in unserer Ernährung wesentlich zu erhöhen.

Die menschliche Ernährung basiert nicht nur auf den drei Hauptnährstoffen Fette, Kohlenhydrate und Proteine, sondern benötigt auch einige lebenswichtige Mikronährstoffe, wie Ballaststoffe, Mineralien und Vitamine. Diese müssen für Gesundheit und Lebenskraft in einer ausreichenden, aber nicht übermäßigen Menge enthalten sein. Gleichzeitig sollten toxische Bestandteile vermieden oder so weit wie möglich reduziert werden, ob sie nun natürlicherweise oder als Verunreinigung in der Nahrung enthalten sind. Japanische Technologen waren die Wegbereiter für die Herstellung von technischen Nahrungsmittelprodukten, in denen diese Mikronährstoffe in einer bestimmten Zusammensetzung enthalten sind (z. B. Sportdrinks).

Ein weiteres Betätigungsfeld der Lebensmitteltechnologen sind Kühlsysteme, allein oder in Verbindung mit veränderten Klimabedingungen. Durch sie soll die Lagerungsfähigkeit von Nahrung verbessert werden. Durch die Verringerung des Sauerstoffgehalts bei gleichzeitiger Erhöhung des Anteils von Kohlendioxid in der Atmosphäre kann die Respirationsrate lebender Pflanzen reduziert werden. Durch dieses Verfahren können Früchte wie Äpfel lange Zeit frisch gehalten werden, bevor sie, oft mehrere Monate später oder in anderen Erdteilen, verzehrt werden.

Eine wichtige Rolle spielt auch die Verpackung von Nahrungsmittelprodukten. Moderne Verpackung stellt nicht nur ein zweckmäßiges und ansprechendes Behältnis dar, sondern dient auch als wirksamer Schutz vor dem Verderben. Sie hält ultrahocherhitzte Vollmilch für Monate frisch, verhindert wochenlang das Schimmeln von Brot oder bewirkt, dass gekühltes Fleisch viele Tage seine rote Farbe behält. Andererseits hat das Einschweißen in Folie, wie es etwa bei Käse praktiziert wird, Einbußen hinsichtlich des Geschmacks zur Folge. In zunehmenden Maße spielen auch gentechnisch veränderte Lebensmittel eine Rolle. So wird bei der Käseherstellung (ursprünglich aus Kälbermägen stammendes) Lab verwendet, welches das Enzym Rennin (oder Chymosin) enthält: Für die industrielle Produktion von Käse wird heute zum Teil Rennin verwendet, das auf gentechnischem Weg gewonnen wurde.

Lebensmitteltechnologie ist ein internationales, interdisziplinäres Forschungsthema, das man weltweit an Universitäten studieren kann. Absolventen finden bei Einzelhändlern oder Herstellern Arbeit, wo sie neue Produkte entwickeln oder die Unbedenklichkeit und Qualität bereits hergestellter Nahrungsmittel überprüfen. Manche dieser Wissenschaftler arbeiten an Forschungsinstituten, Universitäten oder für größere Firmen, während andere bei internationalen Verbänden sowie behördlich kontrollierten Laboratorien und Organisationen beschäftigt sind.