| 2.5 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.
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.
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.
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traditionelle Biotechnologie |
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Einsatz verschiedener Bakterien zur herstellung von Milchprodukten
Einsatz von Hefepilzen zur Herstellung von Backwaren, Bier und Wein
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Genfood |
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gentechnisch veränderte Lebensmittel wie Diätkäse, Tomatenketchup, Tomatenpüree |
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L-Äpfelsäure |
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Käseherstellung |
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Dicklegung |
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Casein Micellen |
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Chymosin |
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Streptococcus lactis |
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