Lebensmittelchemie

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Flashcards on Lebensmittelchemie, created by Ribisel on 13/12/2015.
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Question Answer
Täglicher Wasserverlust 2-2,5 Liter
Wasserzufuhr pro Tag 0,7l aus Nahrung 0,3l durch Oxidation der Nahrungsbestandteile Rest in Form von Wasser zugeführt
Funktionen von Wasser Lösungs- und Quellmittel Wichtig für Textur Bestandteil chem Strukturen Reaktionspartner Lebensmittel technologischer Hilfsstoff
Wassergehalte in Gewichtsprozent (Beispiele) Obst, Gemüse: 70-90 Fleisch: 65-75 Brot: 35 Mehl: 12-14 Öl: 0 !bei niedrigen Wassergehalten führen kleine Änderungen zu starken Änderungen der Aktivität!
Wasser Eigenschaften hoher Polarisiertungsgrad der H-O Bindungen 2 freie e- am O2 Ausbildung polymerer molekularer Wasserstrukturen hoher Schmelz- und Siederpunkt hohe spez Wärme- und Dielektrizitätskonstante
Wie nimmt Wasser auf die Lagerfähigkeit Einfluss? durch die Wasseraktivität (->Verfügbarkeit)
Berechnung Wasseraktivität aw =p/p0 =RGF/100
Möglichkeiten der Wasserbindung in LM a)rein adsorptiv-stöchiometrisch gebundenes Kristallwasser b) Strukturwasser in Kapillaren gebundenes Wasser c)Frei verfügbares Wasser
aw-Werte im Vergleich: Leberwurst Marmelade Salami Honig Trockenfrüchte Leberwurst 0,96 Marmelade 0,82-0,94 Salami 0,82-0,85 Honig 0,75 Trockenfrüchte 0,72-0,8
Welche Verderbniserreger ab welcher Wasseraktivität? (ca laut Grafik) Bakterien: 0,88 Hefen: 0,8 Schimmel: 0,73 Enzymat. Aktivität: 0,33 Bräunungsreaktion: 0,2 Lipidperoxidation: 0,05 ->stark ab 0,6
intermediate moisture foods IMP LM mit aw-Wert 0,6-0,9 weitgehend geschützt vor mikrob. Verderb
Wie kann man auf die Wasseraktivität Einfluss nehmen? Herabsetzung der aw durch humectants
humectants haben hohes Wasserbindungsvermögen z.B. Glycerol, Sorbit, Saccharose, Kochsalz
Differential Scanning Calorimetry DSC Umfasst die Kinetik der Phasenumwandlungen
Konzept der Phasenumwandlungen ?
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Wie viele Aminosäuren sind proteinogen? Wie viele kommen in der Natur vor? 20 200
Welcher Teil eines Proteins ist für seine Eigenschaften verantwortlich? Seitenkette
Aus welchen chemischen Grundbestandteilen besteht ein Protein? C-H Grundgerüst COOH-Gruppe NH2-Gruppe Seitenkette (Rest)
AS-physikal Eigenschaften etw mehr Azidität als Basizität alle außer Glycin chiral und optisch aktiv L-konfiguriert spez Drehung hängt vom ph ab (minimal im neutralen, steigt unter Zusatz von S/B)
chiral haben mind ein asymmetr C-Atom
welche AS sind chiral? alle, außer Glycin
Unterschied bei Enantiomeren zwischen Fischer und CIP Fischer: L-AS links, D-AS rechts Dabei entspricht die L-Konfiguration der S-Konfig nach CIP, ausgenommen L-Cystein, das wegen den Prioritätsregeln der R-Konfig entspricht.
Projektion nach Fischer 1. Längste C-Kette 2. Höchste Oxidationsstufe oben (COO−) 3. Horizontale Bindungen vor, vertikale hinter der Papierebene 4. L= α-Amino Gruppe levo=links, D= α -Amino Gruppe dextro=rechts
CIP-Nomenklatur: Cahn-Ingold-Prelog Keilstrich-Formel 1. Identifizierung von 4 Substitutenten am chiralen C 2. Zuordnung der Priorität des Substituenten direkt am Chiralitätszentrum: höchste Ordnungszahl=höchste Priorität I>Br>Cl>F>S>O>N>C>D>H>freies Elektronenpaar OH>NH2>CH2CH3>CH3>H COOH>CHO>CH2OH>CH3 CH2SH>COOH 3. Rangniedrigster Substituent liegt hinter der Papierebene 4. Sinkt die Priorität im Uhrzeigersinn >R-Konfiguration Sinkt die Priorität gegen den Uhrzeigersinn > S-Konfiguration
Stickstoffkreislauf AS und Proteine haben ihren Ursprung in Pflanzen und Bakterien ⇒ tierische Organismus kann bestimmte essentielle AS nicht aus anorganischen N-verbindungen aufzubauen. MO im Boden z.B. Nitrit- und Nitratbakterien wandeln Ammoniak in Nitrit bzw. Nitrit zu Nitrat um. Diese werden von Pflanzen zu AS und Proteine umgesetzt. Andere Bodenbakterien wandeln organischen N in NH3 um. Gewisse Bakterien im Verein mit Pflanzen können atmosphärischen N in AS überführen. Symbiose Rhizobium/ Leguminose, Cyanobakterien allein oder in Symbiose mit dem Algenfarn Azolla ⇒ biologische N-Fixierung in Reisfeldern. Einige Bodenorganismen können auf nicht symbiontischem Wege N in Ammoniumionen umwandeln, andere sind imstande, Nitrit und Nitrat zu N und Ammoniak zu reduzieren.
AS Familien  Glutamatfamilie ausgehend vom alpha-Ketoglutarat  Aspartatfamilie av Oxalacetat  Alanin-Valin-Leucin-Gruppe av Pyruvat  Serin-Glycin-Gruppe av 3-Phosphoglycerat  Aromatische Aminosäuren av Phosphoenolpyruvat und Erythrose-4-Phosphat
Glutamatsynthetasereakton .
AS Abbau AS werden in den Citratzyklus eingeschleust  7 hauptsäcliche Abbauwege Abbauwege zu AcCoA>Keine Nutzung der Kohlenstoffgerüste zur Gluconeogenese  AS die in Glucose überführt werden können nennt man glucogen, die anderen ketogen
AS Löslichkeit in Wasser sehr unterschiedlich hydrophil: Prolin, Hydroprolin, Glycin, Alanin hydrophob: Cystin, Tyrosin Zusatz von Säure oder Alkali erhöht Löslichkeit durch Salzbildung Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln durch polaren Charakter schlecht Alle AS in Ether unlöslich In EtOH nur Cystein und Prolin leicht löslich
UV-Absorption von AS Aromatische AS (Phe, Tyr, Trp) absorbieren im UV mit Maxima bei 200-230 nm und 250-290 nm Absorption bei 280 nm zur Bestimmung von Proteinen und Peptiden Histidin, Cystein und Methionin absorbieren zwischen 200-210 nm
Reaktivität von AS Geprägt durch Anwesenheit von Carbonsäure und Aminen Einfluss der Seitenkette Kochen, Braten, Backen: Reaktionen im Bereich von ca. 100-220°C
Reaktionen der Carboxygruppe von AS  AS sind einer säurekatalysierten Veresterung leicht zugänglich; mit EtOH und HCl führt sie zu den Ethylesterchloriden  Die freien Ester sind aus den Salzen durch Einwirkung von Basen erhältlich und im Vakuum unzersetzt destillierbar. Auf der fraktionierten Destillation beruht die 1. Methode zur Trennung von AS (E Fischer) Freie AS-Ester neigen zur Bildung von zyklischen Dipeptiden bzw. offenkettigen Polypeptide
Reaktionen der Aminogruppe -Acylierung- Als Acylierungsmittel kommen aktivierte Säurederivate in Frage, z.B. Säurehalogenide oder Säureanhydride. N-Acetylaminosäuren  als Bestandteile chem def Diäten  zur Supplementierung von pflanzl Proteinen zur Erhöhung der biolog Wertigkeit  Zusatz freier AS zu LM die erhitzt werden nicht unproblematisch  Methionin + reduzierende Zucker über Streckerreaktion ⇒ Methional (Fehlaroma)  Lysin und Threonin ⇒ Verlust biolog Wertigkeit  Asparagin : Precursor für Acrylamidbildung  Analytisch von großer Bedeutung ist die Acylierung (Dansylierung) mit 5-Dimethylamino-naphthalensulfonsäurechlorid (Dansylchlorid)  Stabil gegen Säurehydrolyse  Ermittlung von N-terminalen AS und von freien ε-Aminogruppen in Peptiden und Proteine  Auch Dimethylaminoazobenzsulfonchlorid und 9- Fluorenmethylchlorformiat führen zu empfindlich nachweisbaren ASDerivaten, (für säulenchromatographische Trennung und Bestimmung geeignet)
Alkylierung  N-Methylaminosäuren durch Umsetzung mit Methyliodid und anschließender Detosylierung mit HBr zugänglich  Dimethylaminosäuren durch Umsetzung mit HCHO unter Reduktion  Diskutiert als Schutz für ε-Aminogruppen gegen Maillardreaktion
Betaine  Direkte Umsetzung von AS mit Methylierungsreagenz (Methyliodid oder Dimethylsulfat) führt über Methyl- und DimethylAS zu den Trimethylderivaten = Betaine  Kommen auch natürlicherweise in LM tier und pflanzl Ursprungs vor
Vorkommen von Trimethylaminosäuren (Betaine) (CH3)3N+-CHR-COO− β-Alanin Homobetain Fleischextrakt γ-Amino-buttersäure Actinin Muscheln Glycin Betain Zuckerrübe Histidin Herzynin Champignons β-Hydroxy- γ-aminobuttersäure Carnitin Muskelfleisch, Hefe, Weizenkeime, Fisch, Leber, Molke, Muscheln 4-Hydroxyprolin Betonicin Jackbohne Prolin Stachydrin Orangenblätter, Alfalfa, Luzerne
Arylierung 2,4-Dinitrophenylderivate (DNP-AS) werden durch Arylierung der Aminofunktion mit 1-Fluor-2,4-dinitrobenzol (DNFB) erzeugt (Sanger-Reagenz)  DNP-AS sind gelbe, gut kristallisierbare säurestabile Verbindungen  Die Reaktion ist wichtig für die Markierung von N-terminalen ASResten und freien ε-AS-Seitenketten in Peptiden und Proteinen
Trinitrobenzolsulfonsäure (zu Arylierung und Alkylierung) Ebenfalls analytisch von Bedeutung ist die Reaktion mit Trinitrobenzolsulfonsäure, die zu gelbenDerivaten führt photometrische Bestimmung von AS und Proteinen
Meisenheimer Komplex (zu Arylierung und Alkylierung) .
Wichtige Reaktion in Lebensmitteln Reaktionspartner: Dicarbonylverbindungen aus der Maillardreaktion Die gebildeten „Streckeraldehyde“ sind Aromastoffe
Bsp für Streckerabbau Ninhydrinreaktion
Formolzahl nach Sörensen Bestimmung freier AS durch Titration mit 0,1 N NaOH bei pH8,1 wobei die Basizität der Aminogruppe durch Formaldehyd zurückgedrängt wird Erfasst werden: Aminogruppen, NH3, prim. Amine (vollständig), sek. Aminogruppen, phenolische Hydroxygruppen (teilweise). Nicht erfasst:tert. Amine, Thiol-Gruppen und aliphatische Hydroxygruppen.  Kennzahl zur Charakterisierung mancher Fruchtsäfte
Derivatisierung mit o-Phthaldialdehyd (OPA) Nachweis von D-AS kann man ein chirales Thiol einsetzen z.B. N-Isobutyryl-L-cystein statt Mercaptoethanol Nachteil der Methode: Prolin und Hydroxyprolin nicht erfasst Anwendung: Fruchtsaftanalytik  Hohe Gehalte an D-AS Hinweis auf bakterielle Kontamination oder Verwendung hochkonzentrierter Säfte Anwendung: Fermentierte LM  Ein zu geringer Gehalt an D-AS weist auf nicht fermentierte Imitate hin z.B. Käse, Soja- und Fischsaucen, Weinessig
Wobiolog Wertigkeit limitiert, durch welche AS? Beispiele für Lösungsversuche  Lys: Defizit in Getreide- und anderen Pflanzenproteine  Met: Defizit in Kuhmilch- und Fleischproteine  Thr: Defizit bei Weizen, Roggen  Trp: Casein, Mais, Roggen  Rice-Fortification (Japan, Thailand, Tunesien) ⇒ Zusatz von Lys und L-Thr  Supplementierung von Soja und Erdnuß mit Met in Japan  Bestandteile chemisch definierter Diäten z.B. bei Astronautenkost + Therapie von Maldigestions- und Malabsorptionssyndromen.
Wo werden chem synthetisierte AS und Derivate eingesetzt? Futtermittelindustrie (Zusatz 0,05- 0,2%)  NM-industrie (L-Glutaminsäure als Geschmacksverstärker aber auch Met und Lys)  Therapeutika im Pharmabereich  Chem Industrie (Tenside, Polymere)
4 Produktionsbereiche von AS Chem Synthese ⇒Problem:Enantiomerenbildung  Extraktion nat. AS aus Proteinhydrolysaten ⇒ Problem: zahlreiche NP durch Säure und Alkalibehandlung z.B. Bildung von Dihydroalanin oder Enantiomeren  AS-Produktion durch Fermentation (mikrobiologisch ⇒ Mononatrium-L-glutamat)  Biotechnologie
Glutamat „Geschmacksverstärker“ Im Zusammenhang mit G beschrieben:  MSG (Mono Sodium Glutamate)-Symptomkomplex  Übergewicht  Neurodegenerative Erkrankungen (M. Alzheimer; M.Parkinson) Toxikolog Bewertung als Zusatzstoff  Studien zur möglichen Schädigung des Gehirns durch Glutamat  Subcutane Injektion (neugeborene Mäuse) Glutamatdosen von 0,5 g/kg bis 4 g/kg Körpergewicht ⇒ Schädigungen des Gehirns der Nagetiere  Durch die orale Gabe ähnlich hoher Glutamatdosen mit der Nahrung keine Schädigung des Gehirns der Mäuse Sicherheitsbewertung:  JECFA (Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) (1987)  LD50 (Maus, Ratte) = 15 -18 g/kg KG  Nicht teratogen oder reproduktionstoxisch  aus technologisch und geschmacklich eingesetzten Mengen keine Gefährdung für die Gesundheit, kein ADI festgelegt
EMS- Syndrom (Eosinophilie-Myalgie-Syndrom) Tryptophan – Anw als Schlafmittel  Rolle Regulation des Wach-Schlaf-Rhythmus  in USA rezeptfrei  1989 in der USA mehreren hundert Menschen nach Einnahme eines Tryptophan- Präparates an EMS erkrankt  Eosinophilie, Sklerodermie, schwere Muskelschmerzen  Im Dezember 1988 neuer Stamm von B. amyloliquefaciens (Stamm V) im Produktionsprozess. Gleichzeitig vereinfachte das Unternehmen das Reinigungsverfahren zur Gewinnung von L-Tryptophan aus den Fermentationslösungen Synthese von AS -EMS-Syndrom-  Ein Filtrationsschritt wurde zeitweise umgangen.  Die Menge eingesetzter Aktivkohle, die zur Entfernung unerwünschter Nebenprodukte diente, wurde auf weniger als die Hälfte der zuvor verwendeten Menge reduziert  Ein Stoff, der in Verdacht steht, EMS auszulösen, ist das so genannte EBT (Ethylenbistryptophan), ein Reaktionsprodukt aus Tryptophan und Acetaldehyd, einem Nebenprodukt der Fermentation.Für die Reaktion sind tiefe Temperaturen erforderlich. Verkürzte Tryptophanaufreinigung wurde mittels Kationenaustauscher, welche im Freien standen (Winter) durchgeführt
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