Die Milch macht‘s!

- Von der Rohmilch zum Käse -

Gliederung1. Allgemeines2. Inhaltsstoffe

FetteMilchzuckerMilchsäureProteineMineralstoffeVitamine

3. MilchverarbeitungPasteurisierungHomogenisierung

4. MilchprodukteJoghurtButterKäse

5. Ausblick

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(z.B. Pasteurisierung)

1. Allgemeines

2. Inhaltsstoffe der Milch

Wasser; 87,3%

Fett; 3,8%

Eiweiß; 3,4%

Mineralstoffe und Vitamine; 0,7%

Milchzucker; 4,8%

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

OP

O O

R

O

-

Phospholipid

2. Inhaltsstoffe

Versuch 1:Emulsionstyp von Sahne und Butter

Lipophiler Farbstoff Sudan III:

(Qualitativer Fettnachweis)

Hydrophiler Farbstoff

Methylenblau: N

S+

NCH3

CH3

N

CH3

CH3

X

Methylenblau

N N N N

OH

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:

CH2

CH

CH2

O

O

O

R 1

R 2

R 3

O

O

O

CH2

CH

CH2

OH

O

OH

R 2

OOH2+2

OH R 1

O

OH R 3

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

OHOH

OHO

OHO

OH

OH

OH

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 Calciumresorptionim Darm

• Wiederherstellung derDarmflora 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

CH

CH3

OH

OOHC

CH

CH3

OH

OO

OH2+ +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

OH

CH3

H

COOHC

OH

CH3

H

HOOC

COOH

C

CH3

OH H

COOH

C

CH3

OHH

S-Milchsäure

(L-(+)-Milchsäure)

R-Milchsäure

(D-(-)-Milchsäure)

1

2 3

4

1

23

4

2. Inhaltsstoffe

Proteine

Milchproteine

Casein(76-86%)

Molkenproteine(14-24%)

α -Caseinβ-Caseinγ-Caseinκ-Casein

α-Lactalbuminβ-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-MicelleCasein-Submicelle

Calcium-Phosphat-Brücken

κ-CaseinhydrophileReste

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

NO

O

3H+(aq)

O P

O

OH

O

OH

O NH

N+

H

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 HR 3R 2

H

R 1

O

R 4

N N

HR 7 O

R 8

O R 6

H

R 5

Cu2+

Struktur des Kupfer-Protein-Komplexes

Casein:

Violettfärbung

positiverProteinnachweis

2. Inhaltsstoffe

Versuch 6:Nachweis der Molkenproteine

Gelbfärbung (Xanthoproteinreaktion)

Bildung des Elektrophils durch Eigenprotonierung:

HNO3 H3O+ NO2

+OH22(aq) (aq) (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 ButterVitamin D Vitamin E → Antioxidation

Vitamin B1 Vitamin B2 → gelbgrüne Farbe der MolkeVitamin B12 Vitamin C → Antioxidation

fettlöslich

wasserlöslich

N

N

NH

NCH3

CH3

O

O

CH2OH

OH

OH

OH

Riboflavin (Lactoflavin) Vitamin B2

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%Natrium 0,05%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 SterilisationPasteurisierung

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 Molkereitechnik

3. Milchverarbeitung

Reaktionsgleichungen

Formaldehyd als Wasserstoffdonator (Oxidation):

Methylenblau als Wasserstoffakzeptor (Reduktion)

H CO

H

OH2 H C

OH

OH

H

H CO

OH

Formaldehyd Methandiol

+ 2 [H]

Ameisensäure

+ Schardinger-Enzym

N

S+

NCH3

CH3

N

CH3

CH3

NH

N+CH3

CH3

N

CH3

CH3SH

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 Butterdaraus“ (Salomon 30, 33)

• Emulgatorhülle der Fetttröpfchen wird zerstörtFett-In-Wasser-Emulsion

Wasser-In-Fett-Emulsion

• Produkte: ButterflockenButtermilch

3. Milchprodukte

Käseherstellung – Übersicht3. Milchprodukte

Molke

Milchsäure-bakterien

Lab-Enzym,Reifungs-kulturen

MilchQuark,Frischkäse Dickete

Käsebruchschneiden, formen, salzen

schneiden

Reifung

Reifungs-kulturen formen, salzen, pressen

gereifte Sauermilchkäse gereifte Labkäse

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)

LabenzymDicklegen

Dickete

Schneiden

Käsebruch

Molke

formenpressen

abtropfen

Mozzarella Guten Appetit!Guten Appetit!

5. Ausblick:Milch in der Schule

Milch Chemie

Arbeitslehre

Biolog

ieUmwelt-erziehung

Sozial

kund

e

TransportProdukt- und umweltgerechte Verpackung

MilchbildungMikrobiologie der MilchGentechnikHygieneErnährung

AnalyseSynthese von Zusatzstoffen

LandwirtschaftIndustrielle Milchverarbeitung

Vielen Dank!