Lebensmitteltechnologie Regine Schönlechner WS 22/23 Zusammenfassung PDF

Lebensmitteltechnologie - Regine Schˆnlechner WS 22/23 Lehrinhalt - TEIL 1 1. Einleitung 2 1.1. Historische Entwicklung der LM-Verarbeitung 2 1.2. Trends im Ber...

Lebensmitteltechnologie - Regine Schˆnlechner WS 22/23 Lehrinhalt - TEIL 1 1. Einleitung 2 1.1. Historische Entwicklung der LM-Verarbeitung 2 1.2. Trends im Bereich der LM-Versorgung 4 1.2.1. Gesellschaftliche Entwicklungstendenzen 4 1.2.2. Ern‰hrungstrends 8 1.2.3. Produkttrends 9 1.2.4. Technologietrend 10 1.3. Herausforderungen an die LM-Technologie und an die Ern‰hrungsversorgung 10 1.3.1. Ern‰hrungssicherung 10 1.3.2. Lebensmittelsicherheit 13 1.4. Lebensmittelfunktionen und Lebensmittelqualit‰t 16 1.5. Begriffsdefinitionen 17 Lehrinhalt – TEIL 2 2. Gr¸nde und Ziele der LM-Verarbeitung 18 2.1. Zubereitung (Garung) 18 2.2. St‰rke und modifizierte St‰rke 27 3. Gesamtheitliche, verfahrensorientierte Betrachtungsweise der Lebensmitteltechnologie –Konzept der Grundoperationen und Grundprozesse 37 4. Lebensmitteltechnische Grundoperationen 39 4.1. W‰rmeaustausch 39 4.2. Form- oder Phasen‰nderungen 43 4.2.1.Zerkleinern (Schneiden), Formen (Formpressen, Agglomerieren), Nanotechnologie, 3-D-LM- Druck) 43 4.2.2. Schmelzen-Erstarren-Gefrieren (Tiefk¸hlung) 51 4.3. Vereinigungsoperationen (Mischen, Homogenisieren, Dispergieren/Emulgieren) 56 4.4. Trennoperationen 63 4.4.1. Mechanische Trennoperationen (Sieben, Sichten, Filtrieren, Sedimentieren) 63 4.4.2. Thermische Trennoperationen (Trocknung, Sorptionsisothermen, Wasseraktivit‰tsprinzip) 68 Lehrinhalt – TEIL 3 5. Lebensmitteltechnische Grundprozesse 78 5.1. Grundlagen der Reaktionskinetik 79 5.2. Zubereitungs- und Garungsprozesse 81 5.2.1. Konventionelle Garungsprozesse 81 5.2.2. Mikrowellen-Garung und Heiflextrusion 87 5.3. Haltbarkeitsprozesse 93 5.3.1. Lagerung und Verpackung untermodifizierter Atmosph‰re 93 5.3.2. Einwicklung thermischer Energie (Blanchieren, Pasteurisieren, Sterilisieren) 95 5.3.3. Haltbarkeitsprozesse durch Einwirkung von elektromagnetischer Energie 103 5.3.4. Haltbarkeitsprozesse durch Einwirkung von mechanischer Energie 109 6. Spezialkapitel: 114 6.1. ÷konomische Aspekte und Bedeutung der LM-Versorgungskette (Globalisierung) 114 6.1.1. Globalisierung der LM-Versorgungskette 114 6.1.2. ÷konomischer Wert unserer LM 115 6.2. ÷kologische Herausforderungen (Nachhaltigkeit, etc.) 115 6.2.1. Nachhaltige LM-Produktion 115 6.2.2. Resilienz der LM-Produktion 118 1 1. Einleitung 1.1. Historische Entwicklung der LM-Verarbeitung J‰ger- und Sammler, proteinreich, Selbstversorger, Beginn der LM-Verarbeitung Benutzten „Werkzeuge< z.B. Steine, Speerspitzen etc. Menschlicher Kˆrperbau -> Omnivore, Ern‰hrungsmˆglichkeiten sind allerdings vielf‰ltig Omnivoren Dilemma Neophilie und Neophobie, Jäger und Sammler: „try and error< Entwicklung der Gehirne um Dilemma zu vermeiden, erkennen was essbar ist und was nicht. Gehirnentwicklung begann vor mehr als 2 Mill. Jahren; Nutzung des Feuers erst sp‰ter Grˆfleres Gehirn benˆtigt mehr Energie Beginn der LM-Verarbeitung: vor Nutzung des Feuers: Fleisch- bzw Proteinhypothese; mechanische Bearbeitung (Schneiden/Schlagen). Gehirn war zu grofl um von Vegetariern zu stammen, aber Kiefer zu klein um rohes Fleisch kauen zu kˆnnen-> mechanische Zerkleinerung nach Nutzung des Feuers: Kochhypothese (Richard Wrangham) Annahme: Nutzung des Feuers hat zur Gehirnentwicklung beigetragen. Durch Garung der Rohstoffe konnte das Nahrungsspektrum durch Entgiftung und durch bessere kalorische Nutzung enorm erweitert werden->Stimulation Gehirnentwicklung (Cookievore) Ackerbau- und Viehz¸chter Im Neolithikum (Jungsteinzeit), wurden sesshaft, Entwicklung der Zivilisation durch Rohstoff¸bersch¸sse durch Anbau, Landwirtschaft, Entstehen von Handwerk (B‰cker), Kauf von Rohprodukten & Zubereitung im Haushalt Neolithische Revolution (vor 10.000 Jahren) = Ern‰hrungsrevolution: nutrition transition = Umstellung auf st‰rkereiche Ern‰hrung; Getreidedominanz Durch Mahlt‰tigkeiten Oberarme der Frauen waren kr‰ftiger als heute – durch Fortschritte der Technik im Mittelalter nahm die St‰rke wieder ab. Ursprungszentren unserer Zivilisation – Getreide macht Staaten: Cerealien als Besteuerungsgrundlage, Sie sind sichtbar, teilbar, sch‰tzbar, speicherbar, transportierbar, rationierbar Genetische Anpassungen Anpassung an st‰rkereiche Kost: zB Ver‰nderung im Gen AMY1, welches f¸r die Speichelamylase ein Enzym kodiert, das an der Verdauung f¸r St‰rke mitwirkt Anpassung an Milchkonsum im Erwachsenenalter: Gen LCT kodiert Laktase Parallel kam es zur Entwicklung der klassischen Biotechnologie wie der Brot und Bierherstellung in Alt‰gypten 2  Esskulturkreise In Abh‰ngigkeit der Verarbeitungsart und Verzehrform der St‰rkepflanzenarten haben sich Esskulturkreise entwickelt: Gr¸tze- bzw. Graupen-Esser (Ganzkˆrner) o Reis, Bulgur, Rollgerste Brei-Esser o Hirsebrei, Grieflkoch Brot-Esser o Fladenbrot/unfermentiertes Brot z.B. Maisbrot o Brot und fermentiertes Brot – gebacken, ged‰mpft, ges‰uert Lebensmittelverzehr (g/Kopf/Tag) Getreide 30%, Gem¸se 23%, Obst 12%, Fleisch 8% Getreidearten: Weizen 45%, Reis 37%, Mais 12% Proteinversorgung (g/kopf/Tag) 48% Getreide, 20% Fleisch, 11% Milchprodukte Industrielle Lebensmittelversorgung (CONVENIENCE) Umstellung Prim‰rproduktion in agroindustriellen Maflstab (Beginn ca 200 Jahren mit der Industriellen Revolution) Verlagerung LM-Verarbeitung in Industrie statt Haushalt Globalisierung der Lebensmittelversorgungskette Abkoppelung der Konsumenten von der Weiterverarbeitung der LM Verleit zum Kauf von Convenience-Produkten Ern‰hrungsrevolution: nutrition transition -> Ersatz der Ern‰hrungs-Biodiversit‰t durch begrenzte Anzahl energiereicher Rohstoffe Tendenzen der heutigen Nahrungsversorgung mehr Aufler-Haus-Verzehr im Haushalt mehr vorverarbeitete LM Zubereitungskompetenzen werden geringer Zeit f¸r Zubereitung immer k¸rzer Weniger Zeit zu Essen Heutige Mˆglichkeiten zur Durchf¸hrung der Nahrungsversorgung Vorbereitete Rohstoffe kaufen -> Gerichte im Haus zubereiten -> unmittelbarer Verzehr Fertiggerichte kaufen -> im Haus aufbereiten -> Verzehr Aufler-Haus-Verpflegung -> Verzehr Hauslieferung von Fertiggerichten -> Verzehr (Ghost Kitchen seit der Pandemie: Restaurants die nurmehr f¸r Essenslieferungen kochen) Post-Industrielle LM-Versorgung (?) (beginn ca 2015) Pr‰zisionslandwirtschaft (Drohnen) Vom Acker zu Agrarfabriken (in vitro Fleisch, vertical farming, lab grown dairy,&) Neue Verarbeitungstechniken (Nanotechnologie)  Smart Supermarket (virtual reality) Neue Vertriebsstrukturen im Handel (Online Handel, Drohnenzustellung) →Vollst‰ndige Globalisierung der Lebensmittelversorgungskette? Abkoppelung der Konsumenten von Weiterverarbeitung Weiter Zunahme der Ernährungs Light Food?) Ver‰nderung der Altersstruktur (LM f¸r Senioren?) Steigende Mobilit‰t (Finger Food, Snacking, Ethnic Food) Globalisierung vs Regionalisierung Steigendes Qualit‰ts- und Ern‰hrungsbewusstsein (Food Revolution: Clean Labeling, Natural Food etc.) 4 Convenience Food = verarbeitete (tertiary processed food), verpackte LM, kommerziell hergestellte Fertigprodukte Zubereitung wird erleichtert, verk¸rzt oder er¸brigt. Seit wann gibt es Convenience? Schon zw. 3000 und 2700 v. Chr.: B‰ckereien mit B‰ckereidirektoren in Alt‰gypten (‰ltestes Nahrungsmittel=Wurst) 30 v. Chr. ‹ber 300 B‰ckereien in Rom, ‰lteste Backzunft in Rom 14 n. Chr. gegr¸ndet Einkauf (geringes Gewicht) Lagerung (lange Haltbarkeit) Verpackung (leicht zu ˆffnen) Zubereitung (schonend, schnell, energiesparend) Verzehr (rasch, k¸hl- und heizbare Verpackungen) NOVA-Klassifikation: 4 Gruppen nach Verarbeitungsgrad (1. Un/minimally processed, 2. -//- including culinary ingredients, 3. Processed food, 4. Ultra processed food)→ Unklare Einteilung, daher besser die Einteilung von EFSA (European Food Safety Authority). Convenience-Grad und Verarbeitungsstufen Verzehrfertig – f¸r sofortigen Konsum Regenerierfertig – durch Aufbereitung durch W‰rmezufuhr verzehrfertig Mischfertig – Garprozess nicht erforderlich, Produkte kˆnnen mit Hinzuf¸gen anderer mischfertiger Komponenten hergestellt werden Garfertig – Garprozess kann ohne weitere Vorbereitungsschritte erfolgen K¸chenfertig – Vorbereitung der Lebensmittel vor dem Garprozess notwendig Roh, verzehrfertig (fresh cut) – Gesch‰ltes, geschnittenes Obst/Gem¸se Grundstufe – Bearbeitung der Produkte vor Weiterverarbeitung notwendig 5 Zuckersteuer / Fettsteuer zur Bek‰mpfung der Adipositas Besteuerung kalorienreicher LM sinnvoll? Z.B Getr‰nke, 60% dieser enthalten laut Foodwatch-Studien mehr als 5% Zucker. Giffen-Gut: steigt der Preis, steigt auch die Nachfrage nach Giffen-Gut, normalerweise sollte Nachfrage sinken, wenn Preis steigt. Bsp.: Brot wird teurer→ Leute kauften mehr Brot, daf¸r weniger Fleisch, weil das Geld f¸r teureres Fleisch nicht mehr da ist- Adipositas – mˆgliche Gr¸nde aufgrund von Nahrungs¸bernagebot? „Schlacht am kalten Buffet< – wenn Nahrung vorhanden ist, soll man zuschlagen, da fr¸her Not- und Mangelzeiten herrschten sind energiereiche/energiedichte LM billiger? besserer Geschmack? geringe N‰hrstoffdichte Malnutrition Wird in 3 breite Gruppen gegliedert: Undernutrition: includes wasting (low weight for height=akute Unterern‰hrung), stunting (low height for age=chronisch) and underweight (low weight for age) Micronutrients-related malnutrition: micronutrient deficiencies or excess Overweight, obesity and diet-related noncommunicable diseases (NCDs) Es ist nicht ungewˆhnlich Unterern‰hrung und ‹bergewicht im selben Land oder sogar im selben Haushalt koexistent vorzufinden. Kinder in low- und middle-income L‰ndern sind gef‰hrdeter an inadequater pre-natal, Baby und Kleinkind Ern‰hrung zu leiden. Gleichzeitig sind diese Kinder aber fettreicher, zuckerreicher, salzreicher, energiedichter und mikron‰hrstoffarmer Nahrung ausgesetzt, welche zwar billiger sind aber eine niedrigere N‰hrstoffqualit‰t aufweisen. Diese Faktoren und gleichzeitig wenig Bewegung f¸hren zu einem Anstieg an Kinder¸bergewicht aber gleichzeitig zu Mangelern‰hrung. Das weltweite ‹bergewicht hat sich seit 1975 verdreifacht! Noncommunicable diseases (NCDs) Auch chronische Krankheiten, sind das Resultat einer Kombination von genetischen, physiologischen, umweltbedingten und verhaltensbedingten Faktoren. Die Hauptarten sind: kardiovaskul‰re Krankheiten (17,9Mio Tode j‰hrlich), Krebs, chronische Atemwegskrankheiten und Diabetes. NCDs sind weltweit f¸r rund 71% der Tode verantwortlich. 77% aller NCD-Tode sind in einem low- und middle-income Land. 6  Modifiable behavioural risk factors: Tabak ist f¸r 7,2Mio Tode j‰hrlich verantwortlich Zu hoher Salz Konsum ist f¸r rund 4.1Mio Tode verantwortlich Die H‰lfte der j‰hrlichen 3,3Mio Tode durch Alkohol sind von NCDs, inklusive Krebs 1,6Mio Tode sind auf unzureichende kˆrperliche Aktivit‰t zur¸ckzuf¸hren. Metabolic risk factors: Erhˆhter Blutdruck ‹bergewicht Hyperglyk‰mie Hyperlipidemie (hohe Blutfettwerte) Ern‰hrungsprogramme in ALLEN Staaten m¸ssen alle Formen der Fehlern‰hrung gleichzeitig behandeln! Altersbedingte physische und psychische Ver‰nderungen, die Auswirkungen auf das Ern‰hrungsverhalten ‰lterer Menschen haben kˆnnen: Geringerer Energiebedarf (N‰hrstoffbedarf bleibt gleich) Geringere Fl¸ssigkeitsaufnahme Verminderung sensorischer Eindr¸cke Probleme mit Kau und Verdauungsapparat Wechseljahre Alterungsprozess auf Zellebene Verschlechterung der Sehkraft und Leistungen des Bewegungsapparates Soziale Ver‰nderungen Steigende Mobilit‰t in der Gesellschaft (→ Finger Food, Snacking) Auflˆsung traditioneller Essenszeiten und Gewohnheiten Essen jederzeit und ¸berall Restaurant Meals or Home Delivery (→Call Food) Steigende Mobilit‰t zwischen den Vˆlkern → F¸hrt zu Ethnischen Lebensmitteln (Ethno Food, Ethnic Food) Fr¸her von entwickelten Volkswirtschaften in Kolonien, nun Migration von den armen in die reichen L‰nder Unterschiedliche Definitionen von Ethnic Food: Innerhalb einer Ethnie: Essen von einer Kultur einer ethnischen Gruppe stammend, die ihr Wissen von lokalen Gew¸rzen und Pflanzen nutzen. Z.B Hindu von Indern, Maori von Neuseel‰ndern, Masai von Kenyern. Ethnien ¸bergreifend: Essen einer ethnischen Gruppe oder einem Land was auflerhalb dieser Gruppe auch kulturell und sozial akzeptiert ist. Z.B. Griechisch, Italienisch, Thai Innerhalb einer Religionsgemeinschaft: J¸disch, Muslimisch → neben der Globalisierung ein entscheidender Faktor zur Herausbildung einer Weltk¸che bzw. globale Gerichte: Asia, Pastaria, Texmex Globalisierung versus Regionalisierung (Allerwelstgeschmack gegen Regionalgeschmack) Globalisierung der Ern‰hrung - Nutrition transition (Wandel der Weltern‰hrung) - Convergence of diet (Weltk¸che) ÷konomische Globalisierung im Lebensmittelbereich 7 Weltmarkt: Er schaut, dass aus mˆglichst billigen Rohstoffen und Zutaten, ein mˆglichst teures Lebensmittel an Orten hergestellt wird, wo f¸r die Arbeit am wenigsten bezahlt wird. Nutrition transition: Verlust der landwirtschaftlichen Biodiversit‰t Dominanz von Weizen und Reis Zunehmende Produktion und Verzehr kalorienreicher, pflanzlicher Rohstoffe (Pflanzenˆle und Zucker): Bevˆlkerungswachstum von 2005 auf 2015 um 12,7% angestiegen, Pflanzenˆlproduktion aber um ca 45%!!. 80% des pflanzlichen ÷ls dienen zur Ern‰hrung. Sinnhaftigkeit der Kampagnen gegen Palmˆl? Andere ÷le brauchen mehr Platz-→mehr Abholzung? Schlimm zB bei Soja Bevˆlkerung von 2000 auf 2015 um 19,9% gestiegen, Zuckerproduktion aber um 33%! Pro-Kopf Konsum aber gesunken? Weltweite Zunahme des Fleischkonsums: Hˆheres BIP=Hˆherer Fleischkonsum. Steigender Reichtum im S¸den wird zu mehr Fleischkonsum f¸hren→absolute Zahl der Vegetarier wird sinken. Gegenteilige Tendenz des Norden (weniger Fleisch) wird nicht ausreichen um den Trend zu kompensieren. Zunehmender Konsum von hochverarbeiteten Lebensmitteln mit hohem Salz-, Zucker- und Fettgehalt Konvergenz der Weltern‰hrung 1.2.2 Ern‰hrungstrends Steigendes Qualit‰ts- und Ern‰hrungsbewusstsein (Food Revolution) (→ z.B natural food, „Free form< food, clean labeling, healthy food, Entstehung neuer