SS 2003

Experimentalvortrag Lebensmittelzusatzstoffe

09.07.03

Gliederung

1. Einleitung2. Konservierungsstoffe3. Lebensmittelfarbstoffe4. Antioxidantien5. Emulgatoren, Stabilisatoren und Verdickungsmittel6. Geschmacksstoffe7. Schulrelevanz

Was sind Zusatzstoffe ?

1974, LMBG §2 £ Einführung des Begriffes „Zusatzstoffe“

„Stoffe, die dazu bestimmt sind, Lebensmitteln zur Beeinflussung ihrerBeschaffenheit oder zur Erzielung bestimmter Eigenschaften oderWirkungen zugesetzt zu werden, ...“

Das bedeutet:▪ Zusatzstoff wird bewusst verwendet▪ Zusatzstoffe sollen Lebensmitteln vorgegebene Eigenschaften verleihen z. B. Farbe, Geschmack, Beschaffenheit, Haltbarkeit, Nährwert

z. Zt. 297 zugelassen (EU)

Zusatzstoffe müssen ...

• zugelassen (Positivlisten in ZZulV von 1998) (Ausnahmen: Aromen, Extraktionsmittel, Bleichmittel, Technische Hilfsstoffe, Enzyme + Trinkwasser, Wein)

• gesundheitlich unbedenklich

• technologisch notwendig

• dürfen Verbraucher nicht täuschen

• kenntlich gemacht werden (Zutatenverzeichnis)Klassenname + „E-Nummer“ oder Verkehrsbezeichnung

2. Konservierungsstoffe

• Einsatz in Lebensmitteln, die nicht durch Erhitzen, Tiefgefrieren oder durch Zusatz von Salz, Zucker, Alkohol, Säuren haltbar gemacht werden können

• verhindern oder hemmen Wachstum von Bakterien oder Schimmelpilzen£ Vermehrung solcher Mikroorganismen sehr gefährlich (Botulismustoxin – stärkstes bekanntes Gift)

• zerstören Zellmembranen der Mikroben (lebensnotwendige Austauschvorgänge werden unterbunden) oder blockieren reaktionsfähige Gruppen der Enzyme von Mikroorganismen ⇨ Versuch 1

Versuch 1 Antimikrobielle Wirkung von Konservierungsstoffen

a. Erlenmeyerkolben 1 (ohne Natriumbenzoat)

C6H12O6 (aq) + 6 O2 (g) 6 CO2 (g) ↑ + 6 H2O

CO2 (g) + Ca(OH)2 (aq) CaCO3 (s) ↓ + H2O weiß

Hefe, ∆

b. Erlenmeyerkolben 2 (mit Natriumbenzoat)

Benzoesäure durchdringt lipoidähnliche Membran der Hefen £ hemmtdie Enzyme Katalase £ Wasserstoffperoxid-Ansammlung in den Zellen £ Zerstörung der Hefen

C6H12O6 (aq) + 6 O2 (g)

C

O

O +- Na+ H3O+ C

O

OH+ H2O

(aq) (aq)+ Na+(aq) (aq)

Zugelassene Konservierungsstoffe

Benzoesäure (E 210) • enthalten z. B. in Heidel- und Preiselbeeren• Verwendung nur in sauren Speisen

z. B. Marinaden, kohlensäurehaltige Getränke

p-Hydroxybenzoesäureester („PHB-Ester“, E 214 - 219) • Wirksamkeit hängt kaum vom pH-Wert ab• Verwendung z. B. bei Füllungen für Backwaren, Fruchtsäften,

Marmeladen, Oliven, Sauergemüse

HO

O CH3

O

C

O

OH

p-Hydroxybenzoesäureethylester

Zugelassene KonservierungsstoffeBiphenyl (E 230) und o-Phenylphenol (E 231)• Anwendung bei Zitrusfrüchten zur Verhinderung des beim Transport

leicht auftretenden Grün- und Blauschimmels

Sorbinsäure (E 200)• enthalten in Vogelbeeren in Form ihres Lactons • Verwendung z. B. in Käse, Obsterzeugnissen, Wein, Backwaren,

Margarine ⇨ Versuch 2

OH

Biphenylo-Phenylphenol

CH3COOH

O OCH3

Sorbinsäure Parasorbinsäure

Sicherheitsbreite von konservierend wirkenden Stoffen

Chronische Verträglichkeit im Futter [%]

Anwendungs-konzentration

Aktuelle Sicherheitsbreite

Sorbinsäure 5 0,1 50

Benzoesäure 1 0,1 10PHB-Ester 1 0,05 20Kochsalz 1 2-3 0,3 - 0,5Zucker ca. 60 bis 60 ≥1

Versuch 2 Nachweis der Sorbinsäure in Margarine

a. Rama (Vollfettmargarine)

• Gesamtfettgehalt mind. 80 %

b. Lätta (Halbfettmargarine)

• Gesamtfettgehalt 39 – 41 %• erhöhter Wasseranteil £ anfällig für Befall von Verderbniserregern

£ Konservierung mit Sorbinsäure bzw. deren Salzen

Versuch 2 Nachweis der Sorbinsäure in Margarine

Polymethinfarbstoff

K2Cr2O7 (aq)

H2SO4 (aq), ∆

Sorbinsäure

Thiobarbitursäure

+ H+

- 2 H2O

COOHO O OHO2

N

N

O

O

H

S

H H

H OO+

O

O

H

S

H

SO

OH

H

H

N

N

N

N

2

3. Lebensmittelfarbstoffe

• 43 in der EU zugelassen

• teilweise nur für einige Lebensmittel mit Höchstmengenbegrenzungen zugelassen

• Beispiele: Konfitüre, Bonbons, Pudding, Kunstspeiseeis, Käserinden, Lachsersatz ⇨ Versuch 3

• Unterscheidung zwischen natürlichen und synthetischen Farbstoffen

Lebensmittelfarbstoffe natürlicher Herkunft

Cochenillelaus auf Feigenkaktus

Wurzel von Curcuma longa

Curcumin (E 100)

Karminsäure (Cochenille)(E 120)

Synthetische Lebensmittelfarbstoffe

NaO3S N N

SO3Na

HO

NaO3S N N

HO

SO3Na

NaO3S

R

N

H

O

O

(NaO3S)2

Gelborange S (E 110)

Chinolingelb (E 104)Patentblau V (E 131)

Ponceau 4 R (E 124)

R = H oder R =CH3

SO3Na

OH

SO3-

(C2H5)2N

(C2H5)2N+

Versuch 3 „Echter“ oder „falscher“ Lachs

a. „Falscher“ Lachs

• Lachsersatz: Seelachs oder Kabeljau• Verwendung von synthetischen Azofarbstoffen

Gelborange (E 110) und Ponceau 4 R (E 124)• Farbstoffe löslich in Ethanol / Wasser

b. „Echter“ Lachs

• Farbe des Fleisches beruht auf Anwesenheit von Carotinoiden

Warum werden Lebensmittel gefärbt ?

• Korrektur von Farbverlusten, die infolge Verarbeitung oder Lagerung auftreten können

• Ausgleich natürlicher Schwankungen in der Farbintensität der Rohware

• Erhöhung der visuellen Attraktivität bei farblosen oder unansehnlichen Lebensmitteln

• für Genusswert von großer Bedeutung

Geschmackstest

Götterspeise mit

Färbung Aromatypische

Laienbewertungfarblos Zitrone

grün Zitrone

farblos Waldmeister

Zitrone

Waldmeister

säuerlich

DemonstrationIsolierung von Lebensmittelfarbstoffen

Glaswolle

Seesand

Götterspeise / Polyamidpulver

Adsorption Desorption

DemonstrationChromatographie von Lebensmittelfarbstoffen

Fließmittel: 1-Butanol, Essigsäure, dest. Wasser (10:3:6)

Götterspeise enthält die synthetischenFarbstoffe:

Chinolingelb (E 104)Gelborange S (E 110)Patentblau V (E 131)

4. Antioxidantien

• hemmen oder verhindern unerwünschte oxidative Prozesse

• Einsatz hauptsächlich in Lebensmitteln, in denen Fett großflächig dem Angriff von Luftsauerstoff ausgesetzt ist (Schutz vor Ranzigkeit)

• Bsp.: Trockensuppen und –soßen, Kartoffeltrockenprodukte, Knabbererzeugnisse, Marzipanmasse, Walnusskerne, ätherische Öle

• Wirkungsweise: wirken als Radikalfänger für die bei Autooxidation auftretenden freien Radikale

Zugelassene Antioxidantien

OH

OHHO

CO2R R=C8H17 oder R=C12H25

CH3

OH

CC (CH3)3(CH3)3

(E 321) (E 311, E 312)

Butylhydroxytoluol (BHT)

• synthetisch

Ester der Gallussäure(Octyl-, Dodecylgallat)

• natürlich vorkommend

Ascorbinsäure (E 300) ⇨ Versuch 4

Versuch 4 – Enzymatische Bräunung

Farbänderung beruht auf Zusammenwirken dreier Faktoren:

1. Phenolische Inhaltsstoffe (in Obst, Kartoffeln etwa 0,1 – 1 %)2. Aktive Enzyme (Phenoloxidasen)3. Sauerstoff

Versuch 4 – Enzymatische Bräununga. Bräunungsreaktion

CuR

RCu

R

R

CuR

RCu

R

RO O

OH

CuR

CuR

R

CuR

CuRO O

O

O O

O O

Polymerisation

O O

+1 +1

+2 +2 +2 +2

+2 +2

RR

+ 2 H+

H2O OH2

E

E E

RE

OH2

Phlobaphene (braune Pigmente)

O2, 2 H2O

- H3O+

- 2 H2O

Versuch 4 – Enzymatische Bräunung

b. Unterdrückung der Bräunungsreaktion

Ascorbinsäure: kräftiges Reduktionsmittel (Endiol-Struktur)£ reduziert gebildeten Chinone (keine Polymerisation)

O

OHO

O CH

OH

H – 2 H

+ 2 H

OO CH

OH

CH2OH

OO

Ascorbinsäure Dehydroascorbinsäure

CH2OH

5. Emulgatoren, Stabilisatoren und Verdickungsmittel

Emulgatoren: • verringern Grenzflächenspannungen zwischen nicht mischbaren

Flüssigkeiten

Stabilisatoren: • stabilisieren Zustandsform eines Lebensmittels• wirken auf Eiweiß ein

Geliermittel:• beeinflussen Viskosität durch Bindung des Wassers• 1 – 3 % können 97 – 99% Wasser binden

Zugelassene Emulgatoren

Lecithine (E 322)• Gewinnung aus Sojabohnen und Eigelb• Verwendung z. B. in Margarine, Schokolade, Backwaren

R2 C

O

O CH

CH2 O C R1

O

CH2 O P

O

O CH2 CH2 N CH3

CH3

CH3O+

-

Zugelassener Stabilisator

Glucono-δ-lacton (GDL, E 575)• innerer Ester der Gluconsäure• schonende Säuerung z. B. bei Rohwurst

C

C

C

C

CH2OH

H

H

H

HO

OH

H

OH

O

C

O

+ H2O

C

C

C

C

CH2OH

OH

OH

H

OHH

HO

H

H

COOH

Zugelassene Verdickungsmittel

Pektin (E 440a) • in Früchten, Wurzeln, Blättern sehr verbreitet• Verwendung z. B. bei Herstellung von Konfitüren und Süßspeisen

Carrageen (E 407)• in Zellwänden bestimmter Rotalgen• Verwendung z. B. in Frucht/Milch-Getränken, Trinkschokolade

⇨ Versuch 5

O

OH

OH

COOCH3

O

OO

OH

OH

COOCH3

OO

OH

COOCH3

OO

OH

OH

COOCH3

O

OH

Versuch 5 Emulsions- und Suspensionsstabilisierende Wirkung

von λ-Carrageen

O

OH

CH2OH

OO3S

O

-O

OO

-OSO3

OH

OO3S-

n

13 4

1

α-D-Galactose-

2,6-disulfat

β-D-Galactose-

2-sulfat

Versuch 5 Emulsions- und Suspensionsstabilisierende Wirkung

von λ-Carrageen

emulgiertes Öltröpfchen

suspendierterKräuterpartikel

6. Geschmacksstoffe

Zuckeraustauschstoffe und Süßstoffe:

Xylit (E 967):• relative Süßkraft 1,2 – 1,3 • Verminderung des Kariesrisikos

Saccharin (E 954):• relative Süßkraft etwa 500• beliebt bei Übergewichtigen

N

S

O

H

O O

HO OH

OH

OH OH

Geschmacksstoffe

• verstärkt Eigengeschmack salziger Speisen wie Fleisch und Gemüse

• 0,1 - 0,3 % ausreichend

HOOC COONa

NH2

O

O

OH

CH3

Geschmacksverstärker:

Mononatriumglutamat (E 621):

Maltol (E 636):

• verstärkt Eigengeschmack süßer Speisen• 0,005 – 0,025 % sparen etwa 5 – 15 % Zucker

7. Schulrelevanz

• im Lehrplan nicht vorgeschrieben

• Thema fächerübergreifend (Biologie)

• Chemikalien weitgehend ungefährlich

• Gerätschaften küchenüblich und kostengünstig

Lebensmittelzusatzstoffe ein Schulthema ?

• etwa 80 % aller Krankheiten sind auf falsches Ernährungsverhalten zurückzuführen

→Notwendigkeit einer Gesundheitserziehung

• auf Basis von Kenntnissen lassen sich Für und Wider des Einsatzes fundierter diskutieren (notwendig oder entbehrlich)

• Unterricht muss in der Lage sein Grundkenntnisse zur Entscheidungsfindung zu vermitteln

Es kommen die Nummern mit „E“ davor so manchem recht verdächtig vor.

Aber: Stoffnamen klingen verschiedentlich, Nummern Europaweit Einheitlich –

und weil Zusatzstoffe gut Eßbar sind,man „E“ hinterm Verwendungszweck find‘t.

„Warn“listen sind entbehrlich, das sag ich ehrlich!

Peter Kuhnert Lebensmittelchemiker