Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

In der Biotechnologie
werden Eigenschaften von Organismen technisch oder wirtschaftlich ausgenutzt.

Schon seit einigen Tausend Jahren wurden biotechnologisch
Nahrungsmittel durch Gärung hergestellt, Nutzpflanzen oder Haus-
und Nutztiere gezüchtet.

So werden beim Brauen
von Bier
oder der Weinherstellung
Biotechnologien (Eigenschaften der Hefe) benutzt. Auch bei der Herstellung
von Milchprodukten
werden Eigenschaften von Organismen ( Milchsäurebakterien)
ausgenutzt.

Die moderne Biotechnologie wurde durch die Gentechnik
und monoklonale Antikörpertechnik
initiiert.

Heute versteht man unter Biotechnologie hauptsächlich
die gentechnische Änderung von Organismen zur Medikamenten-, Lebensmittel-
oder Genußmittelproduktion.

Da Gentechnik erst in Klasse 13 behandelt wird, wollen
wir nur ein konventionelles Herstellungsverfahren genauer betrachten.

biotech6 - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

2.5.1. Herstellung von Apfelwein

Prinzipien der Gärung:

Apfelwein wird aus Apfelsaft gemacht, der 2 Arten von
Gärungen durchlaufen muß:

Die erste Gärung
geschieht durch Hefe, die entweder künstlich zugegeben wird oder
natürlich auf den Schalen vorkommt.

Dabei wird Glucose in Ethanol und höhere Alkohole
(Fuselöle) umgewandelt.

Die zweite Gärung
(malo-laktische Gärung) wandelt L (-)- Äpfelsäure in L
(+)- Milchsäure und CO2 um. Dies wird durch Milchsäurebakterien
im Apfelsaft bewerkstelligt.

Beide Gärungen können gleichzeitig passieren,
jedoch ist die Milchsäuregärung meist zeitlich verzögert
und tritt erst bei Temperaturen um 15°C auf, wenn der Apfpelwein
voll vergoren ist.

Herstellungsprozess:

Die Herstellung beginnt mit dem Pflücken der Äpfel.
Danach werden diese ca. 1 Woche zur Reifung aufbewahrt. Nun werden die
Äpfel solange gepresst, bis der Rückstand fest ist, also kein
Saft mehr enthält. Dieser Rückstand wird in heißem Dampf
getrocknet und z. B. zur Herstellung von Pektin verwendet.

Der Apfelsaft wird traditionell in Holzfässer
gefüllt und der Gärung überlassen. Traditionell wird keine
Hefe zugegeben. Die Gärung beginnt in ein bis zwei Tagen un dauert
einige Wochen. In dieser Zeit wird laufend Apfelsaft aufgeschüttet.
Nach der Gärung wird der Apfelwein 5 bis 6 Monate zur Reifung stehen
gelassen.

Falls die Gärung durch zugesetzte Hefe erfolgen
soll, wird durch Zugabe von SO2 die natürliche Hefe abgetötet.
Die Gärung beginnt dann durch zugesetze Hefe. Nach der ersten Gärung,
wird der Apfelmost stehengelassen, damit sich die Hefe absetzen kann und
dann zentrifugiert um sie zu entfernen. Nun wird der Most in Tanks gefüllt.
Hier lagert er 12-18 Monate, wird mit anderen Apfelweinen gemischt, um
seinen typischen Geschmack zu erhalten. Danach wird der Apfelwein zur
Klärung zentrifugiert oder filtriert und mit CO2 versehen.
Man sterilisiert oder pasteurisiert ihn ebenfalls, fügt SO2
zur Verhinderung der Nachgärung zu und füllt ihn in Flaschen
ab.

Zusammensetzung des Apfelsaftes:

Apfelsaft hat einen niedrigeren pH-Wert ( ca. 3-3,5)
wie Bierwürze, enthält weniger N-haltige Verbindungen (Aminosäuren
wie Asparaginsäure, Asparagin und Glutaminsäure) und außer
einfachen Kohlenhydraten (ca. 74% Fructose, 15% Saccarose, und 11% Glucose)
keine anderen Oligosaccharide mehr. Neben Shikimisäre und anderen
ist L(-)-Äpfelsäure die
häufigste Säure. Der Saft enthält lösliches Pektin,
Tannin, Anthocyane und phenolische Säuren. Diese sind oxidiert worden,
wenn der Apfelsaft ungenießbar geworden ist.

Mikrobiologie des Apfelsaftes:

Reife Äpfel haben weniger als 500 Hefen pro g:
Man findet hauptsächlich Aureobasidium pullulans, Rhodotorula
spp., Torulopsis, Candida, Metschnikowia,
und Kloeckera apiculata.
Saccharomyces Species werden kaum gefunden. Säuretolerante
Bakterien wie Acetomonas spp. sind ebenfalls häufig. Die Menge
an Mikroorganismen steigt, wenn die Frucht vom Baum fällt, oder die
Haut verletzt wird. Bei der Verarbeitung werden die Äpfel je nach
Prozess und Hersteller mit anderen Mikroorganismen kontaminiert.

Apfelsaft kann durch Erhitzen nicht sterilisiert werden,
da die Pektinesterase zerstört wird. Solche Säfte sind nicht
klar. Zugabe von SO2 tötet viele Hefen ab.

Die malo-lactische Gärung wird hauptsächlich
durch Leuconostoc mesenteroides und Lactobacillus collinoides
bewerkstelligt. SO2 tötet diese Bakterien ab.

Änderungen des Apfelsaftes währed
der Gärung und Reifung:

Am Ende der Hefegärung entlassen die Hefen Aminosäuren
und Peptide in den Most. Zusammen mit Pantothensäure und Riboflavin
(Vitamin B2) werden diese für die malo-laktische Gärung benötigt.
Während der Hefegärung sinkt der pH-Wert durch Äpfelsäure.
Glucon-Milch- und Bernsteinsäure als weitere sekundäre Gärungsprodukte
wie Spaltprodukte des Pektin tragen wesentlich zum Geschmack bei. Die
ebenfalls gebildeten höheren Alkohole sind auch für die Geschmacksnote
sehr wichtig. Die malo-laktische Gärung ist der wesentliche Reifungsprozess.

2.5.2 Käseherstellung

Käse aus der Milch verschiedener
Haustiere wird schon seit mehreren tausend Jahren hergestellt. Entsprechend
vielfältig sind heute die Variationen die es bei der Käseproduktion
gibt. Nachfolgend ein Überblick über das Grundprinzip.

In Deutschland wird meist pasteurisierte
Milch für die Käseherstellung verwendet für bestimmte Käsesorten
wie z.B. Emmentaler allerdings nur Rohmilch.

Da die pasteurisierte Milch kaum mehr Mikroorganismen
enthält, werden der Milch Starterkulturen zugesetzt. Das sind industriell
produzierte Mischungen bestimmter Bakterien und manchmal auch Pilze, deren
Aufgabe es ist, die Milch dickzulegen (Gerinnung, Milchsäurebildung)
und den Käse reifen lassen.

Das Dicklegen der Milch
geschieht also entweder durch Milchsäurebakterien, wobei der Milchzucker
zu Milchsäureabgebaut wird und der pH-Wert sinkt oder durch Zugabe
von Lab. Lab ist ein Gemisch aus
Enzymen (Chymosin (EC 3.4.23.4)
und Pepsin) Lab spaltet das Milcheiweiß
Casein so, dass die Milch eindickt, ohne sauer zu werden, daher werden
mit Lab erzeugte Käse auch als Süßmilchkäse bezeichnet.

cas1 - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

Dicklegen heißt, daß die Milch zum Gerinnen
gebracht wird. Dabei denaturiert das Casein
in der Milch und es bildet sich eine Gallerte aus vernetzten Proteinen,
von der sich die Molke abtrennt.
Die Dicklegung (= Koagulation) der Milch durch Chymosin besteht aus 2
Schritten: Proteolyse und Aggregation.

Die Gallerte wird
nun mittles einer Käseharfe gebrochen, also in kleine Stücke
zerteilt. Dies bewirkt eine weitere Entwässerung. Die entstehenden
Stücke nennt man Bruch. Die
Größe der Bruchstücke hat Einfluß auf die Art des
Käses. Ein fein gebrochener Käse enthält weniger Wasser
als ein grob gebrochener und wird dementsprechend härter. Zusätzlich
zum Brechen wird der Käse auf ca. 41 – 54 °C erhitzt und wiederholt
geknetet und gepreßt, um die restliche Molke zu entfernen. Hierbei
erhält der Käse auch seine endgültige Form.

Der nächste Schritt ist das Salzen im Salzbad.
Dies dient einerseits der weiteren Entwässerung, andererseits der
Rindenbildung und Haltbarmachung. Frischkäse bzw. Quark wird vor
diesem Schritt aus dem Produktionsprozeß genommen.

Anschließend läßt man den Käse
abtropfen und lagert ihn. Während dieser unterschiedlich langen Reifezeit
setzen verschiedene Mikroorganismen (Bakterien, bei manchen Käsen
zusätzlich auch Pilze) die im Käse befindlichen Fette, Eiweiße
und Kohlenhydrate um. Dadurch bekommt der Käse den für ihn typischen
Geschmack und seine Konsistenz.

Entsprechend der mannigfaltigen Möglichkeiten, den
Produktionsablauf zu variieren, gibt es sehr viele unterschiedliche Käsesorten.
Der typische Geschmack eines Käses hängt nicht nur von der Herkunft
und Qualität der verwendeten Milch, sondern unter anderem auch von
seinem Wasser- und Fettgehalt, seiner Reifezeit und nicht zuletzt davon
ab, ob spezielle Mikroorganismen wie verschiedene Bakterien und / oder
Pilze zur Reifung eingesetzt werden.

 


Abb. 79

traditionelle
Biotechnologie

cheese - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

Einsatz verschiedener Bakterien
zur herstellung von Milchprodukten

bread - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

Einsatz von Hefepilzen zur Herstellung
von Backwaren, Bier und Wein

wineb - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

 


Abb. 80
Genfood
 

gentech2 - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

gentechnisch veränderte
Lebensmittel wie Diätkäse, Tomatenketchup, Tomatenpüre
e

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 81
L-Äpfelsäure
 

malica - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

 

 

 


Abb. 82

Käseherstellung

khstk - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

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Abb. 83

Dicklegung

dickl - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

Casein Micellen
Caseine sind mit Calciumphosphat in großen kugeligen Micellen
zusammengelagert mit einem Durchmesser von 50 bis 300 nm. Calcium
und Phosphat spielen eine wichtige Rolle beim Zusammenhalt der
Micellen.

 


Abb. 84

Chymosin

chymosin - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)

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Abb. 85

Streptococcus lactis


slactis - Apfelwein & Käse Herstellung (Biotechnologie)
 

 

Weiterführende Quellen:

moderne Biotechnologiehttp://www.nal.usda.gov/bic/
Apfelweinhttp://ohioline.osu.edu/hyg-fact/5000/5346.html
Käseherstellunghttp://www.bioteach.ubc.ca/Bioengineering/FoodMicrobiology/
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