Lebensmitteltechnologie

Die Herausforderung für die Lebensmittelbranche besteht darin, 2050 rund 10 Milliarden Menschen nachhaltig und bezahlbar zu ernähren. Insbesondere der Begriff der Nachhaltigkeit wird den Akteuren bei der anstehenden Transformation als nicht verhandelbares Ziel vorgegeben: Niemand darf in Zukunft mehr verbrauchen als die Natur in der Lage ist nachzuliefern. Die überarbeitete und erweiterte 3. Auflage der Lebensmitteltechnologie stellt unter dem Namen "New Food" neue Technologien vor allem zur Produktion von alternativen Proteinen vor. Der Schwerpunkt des Buches liegt aber weiterhin auf den Verfahren, mit denen aus tierischen Rohstoffen, Getreide oder Speiseöl die kalorische Basis der menschlichen Ernährung gesichert wird. Die dazu erforderlichen und bewährten Technologien behalten ihren hohen Stellenwert; sie effizienter und wettbewerbsfähiger zu gestalten, ist die ständige Herausforderung für die Branche. Die Neuauflage erscheint in neuem Layout und größerem Format ideal zum Lernen und zur Prüfungsvorbereitung sowie als Nachschlagewerk für Studium und Praxis!

Vorwort zur 1. Auflage 10
Vorwort zur 3. Auflage 12
1 Einführung: Lebensmitteltechnologie im gesellschaftlichen und historischen Kontext
1. 1 Prinzipien der Lebensmitteltechnologie 13
1. 2 Die Lebensmitteltechnologie als Teil der Food Value Chain 19
1. 3 Die Versorgung der Menschen mit Lebensmitteln als Hauptaufgabe der Lebensmitteltechnologie 25
1. 3. 1 Ernährung 3. 0 und die industrielle Revolution 25
1. 3. 2 Energiegewinnung aus der Nahrung 26
1. 3. 3 Die Ernährung der deutschen Bevölkerung laut Nationaler Verzehrsstudie II (2008) 29
1. 4 Innovationen: vom Businessplan zum Markt 32
1. 5 Verfahrens- und Stilwettbewerb in der Lebensmitteltechnologie 34
1. 6 Struktur und Idee des Buches Lebensmitteltechnologie 35
2 Lebensmittelsicherheit und Verbraucherschutz
2. 1 Lebensmittelrechtliche Grundlagen zur Erzielung von Lebensmittelsicherheit 40
2. 1. 1 Wichtige gesetzliche Vorschriften zur Lebensmittelsicherheit 42
2. 1. 1. 1 Rückverfolgbarkeit 42
2. 1. 1. 2 HACCP-System ( Hazard Analysisand Critical Control Point ) 43
2. 2 Der Codex Alimentarius und das Deutsche Lebensmittelbuch 46
2. 3 Privatwirtschaftliche Systeme der Lebensmittelsicherheit und die Einbindung des Qualitätsmanagements 48
2. 3. 1 Qualitätsmanagementsysteme nach DIN EN ISO 48
2. 3. 2 Consumer Goods Forum (CGF) 48
2. 3. 3 Global Food Safety Initiative (GFSI) 48
2. 3. 4 IFS (Food) Version 8 49
2. 3. 5 Hygienic Design 49
2. 3. 6 FMEA (Fehlermöglichkeiten und Einflussanalyse 52
2. 3. 7 Optische Methoden bei der Lebensmittelkontrolle 53
2. 4 Betriebshygiene, Reinigung und Desinfektion 56
2. 4. 1 Prinzipien der chemischen Reinigung 57
2. 4. 2 Praxis der chemischen Reinigung 59
2. 4. 3 Reinigung von Tanks, Rohrleitungen und Schläuchen 61
2. 4. 3. 1 Rohrleitungen und Schläuche 61
2. 4. 3. 2 Tankreinigung 63
2. 4. 4 Desinfektion 64
2. 4. 5 Reinraumtechnik 65
3 Die biochemischen Strukturen von Lebensmitteln
3. 1 Kohlenhydrate (Polysaccharide, Polyosen) 67
3. 1. 1 Glykogen 67
3. 1. 2 Stärke 68
3. 1. 3 Cellulose 68
3. 1. 4 Pektine 71
3. 1. 5 Hemicellulose 72
3. 1. 6 Chitin 72
3. 2 Proteine 73
3. 3 Lipide 76
3. 4 Phenolische Verbindungen (Phenole, Polyphenole) 78
3. 5 Lebensmittelfarbstoffe und färbende Lebensmittel 81
3. 5. 1 Farbigkeit als sinnliche Erfahrung 82
3. 5. 2 Farbstoffe für Lebensmittel 83
3. 5. 3 Anthocyane E163 als Beispiel für einen natürlichen Farbstoff 86
3. 5. 4 Zuckerkulör E150 als Beispiel für einen natürlichen, modifizierten Farbstoff 86
3. 6 Lebensmittelaromen und Aromatisierung von Lebensmitteln 87
3. 7 Makromoleküle in komplexen Strukturen 89
3. 7. 1 Der Gewebeaufbau von Früchten 89
3. 7. 2 Die Struktur von Muskelfleisch 91
4 Die ambivalente Wirkung von Mikroorganismen und Enzymen in Lebensmitteln
4. 1 Mikroorganismen 94
4. 1. 1 Die Rolle von Mikroorganismen in Lebensmitteln 95
4. 1. 2 Bakterien 96
4. 1. 3 Pilze 97
4. 1. 4 Algen 100
4. 1. 5 Die Bedeutung des Milieus für die Entwicklung von Mikroorganismen 101
4. 1. 5. 1 pH-Wert 102
4. 1. 5. 2 aw-Wert (Wasseraktivität) 103
4. 1. 5. 3 Temperatur 104
4. 1. 5. 4 Redoxpotenzial (Oxidations- Reduktions-Potenzial, ORP) 104
4. 1. 5. 5 Sauerstoffpartialdruck 105
4. 1. 5. 6 Inhibitoren für Mikroorganismen 105
4. 1. 5. 7 Wettbewerber 105
4. 1. 6 Wachstum von Mikroorganismen 106
4. 1. 7 Biofilme 107
4. 2 Enzyme 108
4. 2. 1 Wichtige Enzymreaktionen in der Lebensmitteltechnologie 110
4. 3 Die Hemmung von Mikroorganismen und Enzymen 114
4. 3. 1 Chemische Lebensmittelkonservierung 115
4. 3. 2 Konservierung durch biologische Verfahren 116
4. 3. 3 Pasteurisation und Sterilisation 116
4. 3. 3. 1 Grundlagen der Erhitzung 117
4. 3. 3. 2 Wärmeübertragung in Erhitzungseinrichtungen 119
4. 3. 3. 3 Wärmeaustauscher und die Verfahrenstechnik der Erhitzung 120
4. 3. 3. 4 Elektromagnetische Felder (Mikrowellenerhitzung, Radiofrequenzen) 123
4. 3. 3. 5 Ohmsche Erhitzung 123
4. 3. 3. 6 Keimreduzierung bei mäßiger thermischer Belastung 124
4. 3. 4 Haltbarmachung durch Anwendung von Kälte 126
4. 3. 4. 1 Tiefgefrieren von Lebensmitteln 126
4. 3. 4. 2 Technik des Gefrierens 127
4. 3. 5 Haltbarmachung durch Wasserentzug (Trocknung) 128
4. 3. 5. 1 Lufttrocknung 129
4. 3. 5. 2 Membranverfahren 129
4. 3. 5. 3 Gefrierkonzentrierung bzw. Gefriertrocknung 129
4. 3. 5. 4 Kühlung und mechanische Abtrennung von Eiskristallen 130
4. 3. 5. 5 Immobilisierung von Wasser 131
4. 3. 6 Mechanische Verfahren zur Haltbarmachung 131
4. 3. 7 Haltbarmachen durch ionisierende Strahlen 132
4. 3. 8 Haltbarmachung durch Gasüberlagerung bzw. Evakuierung 133
4. 3. 9 Das Hürdenkonzept: kumulative Hemmeffekte 134
5 Maschinentechnik und Werkstoffe
5. 1 Pumpen 136
5. 1. 1 Pumpentypen 137
5. 1. 2 Kennlinien und Pumpenauslegung 140
5. 2 Werkstoffe für Behälter, Verpackungen, Leitungen und Maschinen 142
5. 2. 1 Vom Eisen zum Stahl 142
5. 2. 2 Nichtrostende Stähle in der Lebensmittelwirtschaft 145
5. 2. 3 Edelstahlrohre 146
5. 2. 4 Oberflächenbehandlung von Edelstählen 146
5. 2. 5 Korrosion 148
5. 2. 6 Aluminium 149
5. 2. 7 Kunststoffe in der Lebensmitteltechnik 150
5. 3 Sensor-Messtechnik: Erfassung und Verarbeitung von Messdaten 152
6 Die erste Verarbeitungsstufe: Wertstoffgewinnung aus agrarischen Rohstoffen
6. 1 Grundoperationen bei der Wertstoffgewinnung 163
6. 1. 1 Vorbehandlung der Rohstoffe 164
6. 1. 2 Mechanisches Desintegrieren von tierischen und pflanzlichen Geweben 164
6. 2 Stoffübergänge nach Zusatz von Extraktionsmitteln 169
6. 3 Mechanische Trenntechniken zur Wertstoffgewinnung 170
6. 3. 1 Filtersysteme und Pressen zur Fest-Flüssig-Trennung 173
6. 3. 1. 1 Oberflächen- bzw. Siebfiltration 173
6. 3. 1. 2 Tiefenfiltration 178
6. 3. 1. 3 Anschwemmfiltration 181
6. 3. 1. 4 Sonderfall Pressen 182
6. 3. 2 Schwerkraftsysteme zur Trennung von Suspensionen und Emulsionen 184
6. 3. 3 Entspannungsflotation durch die Benetzung von Teilchen 189
6. 4 Neuere Techniken für die Lebensmittelindustrie 190
6. 4. 1 Roboter 190
6. 4. 2 Ultraschall-Anwendungen 191
6. 4. 3 Mikroverkapselung 192
6. 4. 4 Hochdruck-Homogenisation 195
6. 4. 5 Emulgatortechnik und Texturierung von Lebensmitteln 195
6. 4. 6 Intelligente Verpackungen und Barrieren 196
6. 4. 7 Industrie 4. 0 197
7 Die Verarbeitung zu Lebensmitteln
7. 1 Getreideprodukte 199
7. 1. 1 Erste Verarbeitungsstufe: Wertstoffextraktion in Getreidemühlen 199
7. 1. 2 Zweite Verarbeitungsstufe: Veredlung der Extrakte 208
7. 1. 2. 1 Stärke- und Proteingewinnung 208
7. 1. 2. 2 Metabolisierung von nativer Stärke 208
7. 1. 2. 3 Vom Mehl zu Backwaren 211
7. 1. 2. 4 Teigwaren 221
7. 2 Kartoffeltechnologie 221
7. 3 Getränketechnologie 225
7. 3. 1 Trinkwasser, Mineral- und Heilwasser 225
7. 3. 2 Von der Traube zum Wein 229
7. 3. 3 Frucht- und Gemüsesäfte 232
7. 3. 4 Bier 235
7. 3. 5 Spirituosen 237
7. 3. 6 Entalkoholisierung von Wein oder Bier 239
7. 3. 7 Erfrischungsgetränke (Softdrinks) 241
7. 4 Speiseöle und Speisefette 243
7. 4. 1 Die Ölgewinnung 246
7. 4. 2 Raffnation am Beispiel von Sojaöl, Sonnenblumenöl und Palmöl 249
7. 4. 3 Weitere Veredlungsmöglichkeiten von Ölen und Fetten 249
7. 4. 4 Olivenverarbeitung 253
7. 5 Milch und Milcherzeugnisse 257
7. 5. 1 Trinkmilch: UHT-Milch, Frischmilch, ESL-Milch 257
7. 5. 2 Produkte aus Milchfett 262
7. 5. 3 Erzeugnisse durch Dicklegung I: Joghurt, Sauermilch, Kefir 264
7. 5. 4 Erzeugnisse durch Dicklegung II: Frischkäse 266
7. 5. 5 Erzeugnisse durch Dicklegung III: Käse mit Reifung 266
7. 5. 6 Molke als Rohstoff für Proteine, Laktose, Phospholipide und Kalzium 270
7. 6 Kaffee 273
7. 7 Kakao und Schokolade 275
7. 8 Zucker aus Zuckerrübe bzw. Zuckerrohr 277
7. 9 Fleisch und Fleischwaren 280
7. 9. 1 Schlachtvorgang 283
7. 9. 2 Schlachtkörperzerlegung und Fleischqualität 283
7. 9. 3 Fleischreifung (Abhängen) 285
7. 9. 4 Herstellung von Fleischerzeugnissen I: Wurstwaren 287
7. 9. 4. 1 Rohwurst 287
7. 9. 4. 2 Brühwurst 291
7. 9. 4. 3 Kochwurst 293
7. 9. 5 Herstellung von Fleischerzeugnissen II: Rohschinken und gegarte Pökelfleischerzeugnisse 293
7. 10 Extrusionsprodukte 296
8 Innovative Lebensmittel zur Proteinversorgung
8. 1 Pflanzliche Proteine 299
8. 2 Insekten 302
8. 3 In-vitro-Fleisch und Proteine aus der Präzisionsfermentation 304
8. 4 Algen 307
8. 5 Aquakulturen 308
9 New Food : Die Zukunft der Lebensmitteltechnologie für die Ernährung von 10 Milliarden Menschen
9. 1 Lebensmittelindustrie und Ernährungsregime 309
9. 2 Die Ernährung von 10 Milliarden Menschen 313
9. 3 Gesellschaftlicher Wandel 316
9. 4 Ethik in der Lebensmittelwirtschaft 318
9. 5 Nachhaltigkeit als übergreifender Begriff zukünftiger Ernährung 320
Literatur 322
Abkürzungsverzeichnis 327
Sachverzeichnis 329