Die Milch macht‘s!

Die Milch macht‘s!

- Von der Rohmilch zum Käse -

Gliederung

1. Allgemeines 2. Inhaltsstoffe

Fette

Milchzucker Milchsäure Proteine

Mineralstoffe Vitamine

3. Milchverarbeitung

Pasteurisierung Homogenisierung

4. Milchprodukte

Joghurt Butter Käse

1. Allgemeines

Milch-Definition

Milch ist ein aus den Milchdrüsen weiblicher Säugetiere

abgesondertes Sekret.

Sie enthält als

ausschließliche Nahrung des heranwachsenden Lebewesens alle

wichtigen Nährstoffe.

Geschichtliches

• 3000 v. Chr.: erste Zeugnisse der

Milchverarbeitung

• 17 Jh. erste wissenschaftliche Untersuchungen der Milch

• 18. und 19 Jh. technologische Entwicklungen

1. Allgemeines

2. Inhaltsstoffe der Milch

Fette

• Micellen (0,1-10 µm Durchmesser)

• Stabiles Kolloid („milchiges“

Aussehen)

• Fett-In-Wasser-Emulsion

• 95% Triglyceride

Proteine und Hydratwasser

Phospho- lipidschicht

Fettkern

Emulgator- hülle

O O

O

O P O O

R O

-

2. Inhaltsstoffe

Versuch 1:

Emulsionstyp von Sahne und Butter

Lipophiler Farbstoff Sudan III:

(Qualitativer Fettnachweis)

Hydrophiler Farbstoff

Methylenblau: _N

S⁺ C N

H₃

CH₃

N CH₃

CH₃ X

Methylenblau

N N N N

O H

Sudan III = Ceresinrot

2. Inhaltsstoffe

Emulsionstyp von Sahne und Butter

Sahne:

Fett-in-Wasser-Emulsion

Butter:

Wasser-in-Fett-Emulsion

2. Inhaltsstoffe

Versuch 2:

Verdauung von Milchfett durch Lipase

Wirkung von Lipase:

C H₂

C H

C H₂

O O O

R₁ R₂ R3

O

O O

C H₂

C H

C H₂

OH O OH

R2

O O

H₂ +2

O

H R1

O O

H R₃

O Triacylglycerid

Pancreatin

Monoacylglycerid +

Fettsäuren

Pancreatin: Enzym aus der Bauchspeicheldrüse (= Pancreas), Lipase

2. Inhaltsstoffe

Lactose – Milchzucker

• Disaccharid

• optisch aktiv

• reduzierender Zucker

• nur ¹/₃ der Süßkraft von Rohrzucker

• relativ schlechte Wasserlöslichkeit

O

OH OH O

OH O OH

OH O

H

O H

OH

α-Lactose (β-D-Galactose, α-D-Glucose) 2. Inhaltsstoffe

Lactose

Ernährungsphysiologische Aspekte

• Lactosespaltung im Dünndarm durch Lactase (β-Galaktosidase)

• Langsame Lactosespaltung, längere Sättigung

• Fördert Calciumresorption im Darm

• Wiederherstellung der

Darmflora nach Krankheit

• Lactoseintoleranz

2. Inhaltsstoffe

Milchsäure

• Vergärung von Lactose zu Milchsäure durch Bakterien (Lactobazillus, Streptococcus)

• Soxhlet-Henkel-Zahl (SHZ) als Maß für den Gehalt an Milchsäure

Soxhlet-Henkel-Zahl:

Anzahl Milliliter einer NaOH _(aq) (c= 0,25 mol/L) zur Titration von 100 mL Milch

2. Inhaltsstoffe

Versuch 3:

Ist meine Milch noch frisch?

(Bestimmung der SHZ)

C C H

C H₃

OH O O

H C

C H

C H₃

OH O O

O H₂

+ OH^-_(aq) +

(aq)

Reaktionsgleichung:

Produkt SHZ pH-Wert

Süße Milch 5-8 6,4-6,8

Ansaure Milch 9-12 6,0-6,3 Saure Milch 35-45 4,2-4,5 Hochsaure Milch 60-90 3,0-4,0

Joghurt 45-55 4,0-4,3

2. Inhaltsstoffe

Enantiomere der Milchsäure

C O H C H₃

H

COOH C

OH CH₃

H HOOC

COOH C

CH₃ O

H H

COOH C

CH₃

OH H

S-Milchsäure (L-(+)-Milchsäure)

R-Milchsäure (D-(-)-Milchsäure)

1

2 3

4

1 3 2

4

2. Inhaltsstoffe

Proteine

Milchproteine

Casein (76-86%)

Molkenproteine (14-24%)

α -Casein β-Casein γ-Casein κ-Casein

α-Lactalbumin β-Lactoglobulin Immunoglobuline 2. Inhaltsstoffe

Casein

• Submicellen mit κ-Casein in der Außenschicht

• Calciumphosphat-Brücken

• α- und β-Casein innerhalb der hydrophilen Hülle

• Caseinmicellen 10-300 nm groß

Casein-Micelle Casein-Submicelle

Calcium- Phosphat- Brücken

κ-Casein hydrophober

Kern

2. Inhaltsstoffe

Verknüpfung der Casein-Submicellen über Calciumphosphat

O P OH

O O

O O

Ca²⁺ O P OH

O

O Ca²⁺ O P OH

O O

O O O P

OH

O

O Ca²⁺

Ca²⁺

Peptid 0-n

0-n

Peptid

Asparaginsäurerest

Phosphoserinrest

2. Inhaltsstoffe

Versuch 4:

Saure Caseinfällung

• Isoelektrischer Punkt des Caseins bei pH 4,6

• Protonierung

• Zwitterionen

• Hydrathülle geschwächt

Aggregation

O P O

O O

NH N

O

3H⁺_(aq)

O P O

OH O

O ^NH

N⁺

2. Inhaltsstoffe

Caseinfällung – Produkte

Vollmilch

Molke

(Wasser, Molkenproteine, Zucker, Vitamine, Mineralstoffe)

Casein

Lab- oder Säurefällung

•Süßmolke, Sauermolke

•Herstellung von Molkekäse

•Gewinnung von Lactose

•Getränk

2. Inhaltsstoffe

•Käseherstellung

Versuch 5:

Proteinnachweis: Biuret-Probe

N N

O H

R₃ R₂

H R₁

O R₄

N N

R₇ H

O R₈

O R₆

H R₅ Cu²⁺

Casein:

Violettfärbung positiver

Proteinnachweis

2. Inhaltsstoffe

Versuch 6:

Nachweis der Molkenproteine

Gelbfärbung (Xanthoproteinreaktion) Bildung des Elektrophils durch Eigenprotonierung:

HNO_3(aq)+H₃O+_(aq) 2 H₂O+NO₂+_(aq)

Elektrophile Substitution (am Beispiel Phenylalanin):

NO₂+ COOH

NH₂ H

O₂N COOH

NH₂ H

COOH NH₂

O₂N

+ ⁺

gelb

- H⁺

(aq)

2. Inhaltsstoffe

Vitamine

Vitamin A → gelbe Farbe der Butter Vitamin D

Vitamin E → Antioxidation Vitamin B₁

Vitamin B2 → gelbgrüne Farbe der Molke Vitamin B12

Vitamin C → Antioxidation

fettlöslich

wasserlöslich

N N

NH N C

H₃

C H₃

O

O CH₂OH

O H

OH O

H

2. Inhaltsstoffe

Mineralstoffe in der Milch

Calciumbedarf zu 60% durch Milch und Milchprodukte

abgedeckt

Calcium:

•Knochenbau

•Zahnstoffwechsel

•Blutgerinnung

•Muskulatur

•Nervensystem

2. Inhaltsstoffe

Kalium 0,15%

Calcium 0,12%

Chlorid 0,11%

Phosphor 0,09%

Natrium0,05%

Spurenelemente

Rohmilch:

• „…das unveränderte Gemelk einer Kuh oder mehrerer Kühe, das nicht über die Gewinnungstemperatur (ca.

40°C) erhitzt worden ist.“

• Fettgehalt unverändert ca. 3,8%

• Vor Genuss abkochen (Keimgehalt)

• Rohmilch „rahmt auf“

(Demonstration)

3. Milchverarbeitung

Rohmilch Reinigung Entrahmung

Vollmilch Fettarme Milch entrahmte Milch

Homogenisierung Hitzebehandlung

Ultrahocherhitzung Sterilisation Pasteurisierung

Frischmilch H-Milch Sterilmilch

3. Milchverarbeitung

Hitzebehandlung

• Abtötung pathogener Mikroorganismen

• Denaturierung von Proteinen

• Inaktivierung von Enzymen

→verlängerte Haltbarkeit

→bessere Verdaulichkeit

3. Milchverarbeitung

Hitzebehandlung

• Pasteurisierung (72-75°C, 15-30 s)

Frischmilch

• Ultrahocherhitzen

(135-150°C, mind. 1 s) H-Milch

• Sterilisation

(110-120°C, 10-30 min) Sterilmilch

3. Milchverarbeitung

Versuch 7:

Nachweis der Pasteurisierung

Erklärung:

• Schardinger-Enzym (Aldehyd- Dehydrogenase)

• Schardinger-Enzym überträgt Wasserstoff von Formaldehyd auf Methylenblau

Farbloses Leukomethylenblau

• Enzym wird bei 60°C zerstört (Pasteurisierung)

• Nachweis für Pasteurisierung in der

3. Milchverarbeitung

Reaktionsgleichungen

Formaldehyd als Wasserstoffdonator (Oxidation):

Methylenblau als Wasserstoffakzeptor (Reduktion)

H C O H

O

H₂ H C

OH OH H

H C O OH Formaldehyd Methandiol

+ 2 [H]

Ameisensäure

+ Schardinger-

Enzym

N

S⁺ C N

H₃

CH₃

N CH₃

CH₃

NH

N⁺ C H₃

CH₃

N CH₃

CH₃ H S

X

X

Schardinger-Enzym/ 2[H]

Luftsauerstoff

Methylenblau Leuko-Methylenblau

+

blau farblos

3. Milchverarbeitung

Homogenisierung

3. Milchverarbeitung

nicht

homogenisierte Milch homogenisierte Milch

Große

Fetttröpfchen rahmen auf

kleine Fetttröpfchen bleiben fein verteilt

4. Milchprodukte

• Sauermilcherzeugnisse – Joghurt

– Dickmilch

– Saure Sahne – Kefir

• Butter

• Käse

– Sauermilchkäse – Labkäse

Joghurt

Herstellung:

• Homogenisierung, Hitzebehandlung

• Versetzen mit Mischkulturen: Streptococcus thermophilus Lactobazillus bulgaricus

• Bebrüten bei 42-45°C

• Kühlen →stichfester Joghurt

• Probiotische Produkte

3. Milchprodukte

Butter

Herstellung:

• „Wenn man Milch stößt, macht man Butter daraus“ (Salomon 30, 33)

• Emulgatorhülle der Fetttröpfchen wird zerstört Fett-In-Wasser-Emulsion

Wasser-In-Fett-Emulsion

• Produkte: Butterflocken Buttermilch

3. Milchprodukte

Käseherstellung – Übersicht

3. Milchprodukte

Molke

Milchsäure- bakterien

Lab-Enzym, Reifungs-

kulturen

Milch Quark,

Frischkäse Dickete

Käsebruch

schneiden, formen, salzen schneiden

Reifung

Reifungs-

kulturen formen, salzen, pressen

Molke Molke

Versuch 8:

Enzymatische Caseinfällung mit Lab

Lab:

• Enzym aus dem Labmagen von Kälbern

• enthält die Protease Rennin (Chymosin)

1 105 106 169

Peptid····Phe - Met····Peptid

κ-Casein

Lab

1 105 106 169

Peptid····Phe +

Met····Peptid Paracasein Glycopeptid

Labfällung von Casein:

3. Milchprodukte

Käse

Herstellung (Mozzarella-Käse)

Labenzym Dicklegen

Dickete

Schneiden

Käsebruch

Molke formen

pressen abtropfen

Guten Appetit!

5. Ausblick:

Milch in der Schule

Milch

lehre Biologie Umwelt-

erziehung

Sozialkunde Transport

Produkt- und umweltgerechte Verpackung

Milchbildung

Mikrobiologie der Milch Gentechnik

Hygiene Ernährung

Analyse

Synthese von Zusatzstoffen

Landwirtschaft

Industrielle Milchverarbeitung

Vielen Dank!