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STÄRKEVERZUCKERUNGSERZEUGNISSE• Stärke = das polymere Depot-Kohlenhydrat von Pflanzen, aufgebaut aus �-D(+)-Glucose-Einheiten• Amylose = unverzweigtes Polymer; Amylopektin = verzweigtes Polymer der Stärke• Stärkeverzuckerungserzeugnisse = alle Produkte, die durch Hydrolyse von Amylose und/oder Amylopektinunter Bildung von Glucosepolymeren (Poly-, Oligo-, Disaccharide) bis hin zum Grundbaustein �-D-Glucose(„Dextrose“) gewonnen werden
• Große Variationsbreite in der Kohlenhydratzusammensetzung und funktionellen Eigenschaften (z.B. Süße,Viskosität) -> vielfältige Einsatzmöglichkeiten bei der Lebensmittelherstellung
• Ausgangsmaterial: prinzipiell alle Stärkesorten geeignet; in der Praxis v.a. Mais-, Weizen- und Kartoffelstärke• Drei hauptsächliche Hydrolysearten (Verzuckerungsprozesse): Säurehydrolyse (C. Kirchhoff, 1811, Stärke-hydrolyse mit H2SO4), Säure-Enzym-Hydrolyse sowie (Enzym-)Enzym-Hydrolyse
• Der Hydrolysegrad wird durch den DE-Wert angegeben = Summe der reduzierenden Zucker, berechnet alsGlucose i. TS.
• Herstellungsprozess allgemein: a) Hydrolyse (Verflüssigung und Verzuckerung), b) Raffination, c) Eindampfung• Nebenbestandteile (Lipide, Proteine, Mineralstoffe) des Stärkekorns sowie Degradationsprodukte der Glucose(z.B. HMF) werden durch Raffination größtenteils entfernt
• Die flüssigen Produkte (Sirupe) können durch Trocknung, Kristallisation oder Isomerisierung weiterverarbeitetwerden (-> Stärkezucker, Dextrose, Isoglucose etc.)
Dextrine
Maltose
Glucose
Stärke
Hydrolyse
(durch Säure und/oder Enzyme)
1. Glucosesirup (Stärkesirup): flüssig DE � 20
2. Stärkezucker: kristallin + Mutterlauge DE � 80
3. Dextrose (= reine Glucose): kristallin DE � 99
DE (= Dextrose equivalent): Summe der reduzierenden Zuckern, berechnet als Glucose in der Trockensubstanz
Herstellung von Glucosesirup, Glucose (Dextrose) u.a.
Stärkehydrolyse-Verfahren
1. Säurehydrolyse (Salzsäure, Schwefelsäure) -> Dextrine, Maltose, Glucose (je nach Verfahrensparametern)Nachteilig: Auftreten von Sekundärreaktionen -> Verringerung der Ausbeute an Glucose infolge:
• intermolekularer Wasserabspaltung -> Bildung von Reversionsprodukten
(Gentiobiose, Isomaltose, Isomaltosido-Glucose etc.)• intramolekularer Wasserabspaltung -> Bildung von Hydroxymethylfurfural (HMF) u.a.
2. Enzymatische Hydrolyse (-> unterschiedliche Endprodukte, je nach eingesetztem Enzym)• �-Amylase (meist Bakterienenzyme) -> Dextrine• � + �-Amylasen (Malzenzyme) -> hauptsächlich Maltose, wenig Glucose• Amyloglucosidase (= Glucoamylase) (Schimmelpilzenzyme) -> Glucose• auch zweistufige Enzym-Enzym-Hydrolyse möglich
3. Kombinierte (zweistufige) Säure- und Enzym-Hydrolyse• Vorverzuckerung („Verflüssigung“) mit Säure• Nachverzuckerung mit Enzymen
-> Zusammensetzung des Endprodukts steuerbar
Erzielbare DE-Werte:Säurehydrolyse: � 92 DE Säure-Enzym-Hydrolyse: � 95 DE Enzym-Enzym-Hydrolyse: 98-99 DE
Hydrolysegrad
Säurehydrolyse-Verfahren• Stärkesuspension („Stärkemilch“; Mais-, Weizen- oder Kartoffelstärke) 35-40% Tr.S.• Verflüssigung und Verzuckerung mit HCl oder H2SO4 (pH 1.8-2.0), 2-3 Bar, 120-130°C,15-20 min• Neutralisation (-> pH 4,5 - 5,2)• Dünnsaft• Raffination: Separation, Entfärbung (Aktivkohle), Entmineralisierung (Ionenaustauscher)• Zentrifugation oder Filtration• Vakuumverdampfer• Dicksaft, 50-60% Tr.S.• Endverdampfer (Vakuum)• Sirup (klar, farblos), 80-84% Tr.S.
Säureglucosen: Fast ausschließlich auf 20-50 DE beschränkt (-> steigender Anteil an Reversions-produkten); höhere DE-Werte fast ausschließlich durch Säure-Enzym- bzw. Enzym-Enzym-Hydrolyseerzielbar.
Früher: Auch Herstellung von Säureglucosesirupen mit höheren DE-Werten (> 80 DE) zur Gewinnungvon Stärkezucker bzw. reiner Glucose („Dextrose“). Heute keine wirtschaftliche Bedeutung mehr (Ge-winnung dieser Produkte durch enzymatische Stärkehydrolyse).
Herstellung von Glucosesirup (Stärkesirup)DE � 20, handelsüblich: DE � 30-50
Stärke-milch
(Kartoffel,Mais)
Konverter
Neutra-lisator
Zentrifuge
Schlamm
Filter
Schlamm
Kohlefilter
Kohlefilter
Vor-verdampfer
End-verdampfer
Glucosesirup
Dampf
Soda oderAlkali
Säure
pH 4-5
50-60% TS
80% TS
Vereinfachtes Schema der Herstellung von Glucosesirup(„klassisches“ Säurehydrolyseverfahren)
30-40%TS
15-20min
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20
30
40
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DE-Wert
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Glucose
Maltose (Disaccharide)
Oligosaccharide(3-7 Glucosemoleküle)+ Reversionsprodukte
Höhere Saccharide
Säurehydrolyse von Stärke
Saccharid-Zusammensetzung in Abhängigkeit des Abbaugrades (DE)
• Zunahme der Reversionsprodukte (nicht vergärbar)
• Süßkraft 0,6; süß-salziger, angenehmer Geschmack
Einsatz von Enzymen zur Stärkehydrolyse• zur „Verflüssigung“ und Verzuckerung von Stärke
• erweiterte Palette von Verzuckerungsprodukten sowie höhere Ausbeute an kristalliner Glucose
• Vielzahl von Amylasen; unterscheiden sich in hinsichtlich Spezifität, Temperatur- und pH-Optima
• Einsatz in Batch- oder kontinuierlichen Verfahren; auch Einsatz immobilisierter Enzyme
• zur Stärkehydrolyse überwiegend verwendete Enzyme:
- �-Amylasen aus Bacillus subtilis oder B. licheniformis für Hochtemperatur-Verflüssigungen
- �-Amylase aus Gerstenmalz für Maltosebildung
- Glucoamylase aus Aspergillus niger für Dextrosebildung
- Pullulanase für die „Entzweigung“, d.h. zur Hydrolyse von �-1-6-glycosidischen Bindungen (Amylopektin)
(1) Säure-Enzym-Hydrolyse• Säure dient nur zur Verflüssigung der Stärke
• anschließend Weiterverarbeitung mit Enzymen zu Sirupen unterschiedlicher KH-Zusammensetzung
• v.a. Herstellung von Glucosesirupen mit hohem Maltoseanteil:
- Säurehydrolyse (Verflüssigung) -> ca. 20 DE
- pH auf 5,5 einstellen
- enzymatische Hydrolyse bei 55°C mit �-Amylase (oder Malzextrakt)
- -> Sirupe mit ca. 8% Glucose (aus Säurehydrolyse) und ca. 40-45% Maltose (Rest: Dextrine)
- durch anschließenden Zusatz von Glucoamylase: höherer Glucosegehalt (Glucose-Maltose-Sirup)
- Enzyminaktivierung durch Ansäuern (pH < 4,5) und erhitzen (80-90 °C)
- Raffination der Sirupe: wie bei Säureglucosesirup
(2) Enzymatische Hydrolyse von Stärke (Enzym- bzw. Enzym-Enzym-Verfahren)V.a. zur Herstellung von Maltose-, Dextrose-Maltose- und Dextrosesirupen sowie von Maltodextrinen
Maltodextrine
• ca. 20 DE; leicht lösliche Kohlenhydrate mit geringer Süßkraft als Füllstoffe, Aroma-, Vitamin- oderGewürzträger und zur Adsorption von Fetten und Ölen (z.B. in Trockensuppen etc.)
• Verflüssigung der Stärke durch hitzebeständige bakterielle �-Amylase: Stärkemilch mit 25-35% TS aufpH 6,5 einstellen, mit CaCl2 und �-Amylase versetzen und bei 80 - 100 °C aufschließen (5-10 min);dann Enzyminaktivierung durch Erhitzen auf 145°C. Klären, Eindampfen und Sprühtrocknen.
Maltose- bzw. Dextrose-Maltose-Sirupe
• relativ geringe Süßkraft und angenehmes Mundgefühl
• Viskosität und Hygroskopizität je nach Kohlenhydrat-Zusammensetzung
• Herstellung von Maltose-Sirupen: Enzymatische Verflüssigung wie bei Maltodextrinen; anschließendpH-Einstellung auf pH 4,2- 5,5 und Zugabe von Gerstenmalzextrakt oder ß-Amylase -> Produkt mit biszu 70% Maltose, kaum Glucose
• Dextrose-/Maltosesirupe: aus Maltosesirup durch anschließende Behandlung mit Glucoamylase
Dextrose-Sirupe
• leichte Vergärbarkeit, zur Geschmacksabrundung und zur Gewinnung kristalliner Dextrose oderfructosehaltigen Sirupen (durch enzymatische Isomerisierung)
• enzymatische Stärkeverflüssigung wie bei Maltodextrinherstellung; dann abkühlen, pH auf 4,2-4,6 ein-stellen und Zugabe von Glucoamylase (Hydrolysedauer 50-100 h!) -> nahezu quantitative Umsetzung
• neuerdings auch Einsatz immobilisierter Glucoamylasen
niedrig verzuckert
hoch verzuckert
(w/v)
Hochverzuckert: Molekulargewicht verringert -> z.B. für kandierte Früchte-> Gefrierpunktserniedrigung-> zunehmend hygroskopisch
Zuckerspektren handelsüblicher Glucosesirupe
DE-Wert 30 34-36 42-43 42 42 48 55 63 65 70
Konversionsart* S S S S/E E/E S/E S S/E E/E S/E
Kohlenhydrat Gehalte in %, bezogen auf Trockensubstanz
Glucose 10 13 19 6 2 9 31 37 34 43
Maltose 9 12 14 45 56 52 18 32 47 30
Maltotriose 10 10 12 12 16 15 13 11 3 7
Maltotetraose 8 9 10 3 1 2 10 4 2 5
Maltohexaose 6 6 7 2 1 2 5 3 1 2
Höhere Zucker 50 42 30 30 23 18 16 9 12 10
* S = Säure* E = Enzym
Die genannten Eigenschaften werden verstärkt durch
Senkung Erhöhung
des Verzuckerungsgrades
Viskosität xKristallisationshemmung xKörperbildung xVerdickungseffekt xSchaumstabilisierung xLöslichkeitserhöhung x xSüße xSenkung des aw-Wertes xOsmotischer Druck xFeuchtigkeitsstabilisierung xGefrierpunktserniedrigung xVergärbarkeit xBräunungsvermögen xKristallisationsneigung x
Eigenschaften von Glucosesirupen (Stärkesirupen) undderen Beeinflussung durch den Verzuckerungsgrad
Einsatzmöglichkeiten von Glucosesirup
HARTKARAMELLEN Verhinderung des Auskristallisierens der SaccharoseWEICHKARAMELLEN, Herstellung aus:FONDANT kristallinem Zucker + Zuckersirup oder GlucosesirupKAUGUMMI • Verhinderung des Auskristallisierens der Saccharose
• verbesserte Frischhaltung• zähe, elastische Struktur
SPEISEEIS • Auskristallisation von Saccharose + ��-Lactose verhindert• Verbesserung der Schmelzeigenschaften
LIKÖRE, AFGs • Vollmundigkeit, „Körper“, Einstellen der FließfähigkeitOBSTKONSERVEN • Milderung des süßen Geschmacks
• Verbesserung der Sämigkeit• Unterstützung des Fruchtgeschmacks• Vollmundigkeit, „Körper“
MARMELADEN Auskristallisieren der Saccharose verhindertINVERTZUCKERCREME Auskristallisation von Glucose verhindertKANDIERTE FRÜCHTE besseres Eindingen der Glucose im Vergleich zu SaccharoseTIEFGEFRORENES OBST Auftauverhalten verbessertTIEFGEFRORENER FISCH Verlängerung der Haltbarkeit
Allgemeine Eigenschaften von Glucosesirup:• geringere Süße• hygroskopisch• Verhinderung des Auskristallisierens von: Saccharose, Glucose, Lactose• hohe Viskosität -> Zähigkeit• Vollmundigkeit• mehr „Körper“
STÄRKEZUCKER - VERWENDUNG
• Süß- und Bräunungsmittel für Dauerbackwaren, z.B. Lebkuchen• Brauzucker für obergärige Biere• Süßmittel für Malz- und Nährbiere• Glasierungsmittel für Röstkaffee und Malzkaffee• Herstellung von Zuckercouleur
außerdem:• Rohstoff für mikrobiologische Gewinnung von Milchsäure, Gluconsäure u.a.• Bakteriennährböden bei der Gewinnung von Antibiotika• Ausgangsmaterial für Sorbitol-Herstellung (katalytische Hydrierung)
DEXTROSE - VERWENDUNG
• schnelle Resorption• Nähr- und Kräftigungsmittel• Kindernahrung• in Tablettenform oder Komprimaten für Sportler zur Leistungssteigerung• Süßungsmittel für alkoholfreie Erfrischungsgetränke, Malzbier• Für Backwaren zur Förderung der Teiggärung, Bräunung, Frischhaltung• Umrötungsmittel bei Fleischerzeugnissen
ARZNEIMITTEL: Injektions- und Infusionslösungen
Dextrose = Traubenzucker = GlucoseDE > 99; kristallin
Dextrose
MALZEXTRAKT / MALZSIRUP - VERWENDUNG
Malzsirup: wässriger, eingedickter Auszug aus Gerstenmalz,
Herstellung:Geschrotetes Malz+ Wasser, 55°C
Stärkeabbau durch malzeigene Enzyme (��,�-Amylasen): ergibt v.a. Maltose
Verwendung:• Back(hilfs)mittel in der Backwarenindustrie
• stärkeabbauendes Agens in der Lebensmitteltechnologie („diastatische Kraft“)z.B. bei der Herstellung von Säuglings- und Kindernahrung-> schnell resorbierbare Kohlenhydrate
• Nähr- und Kräftigungsmittel
• Ausgangsprodukt zur Herstellung von Süßwaren, Malzbonbons, Malzkakao
• Nährstoff für Hefe-Reinzuchtkulturen
• enthält reduzierende Zucker und Aminosäuren -> Intensivierung von Farbe undAroma beim Erhitzen infolge Maillard-Reaktion (nicht-enzymatische Bräunung)
Maische Extrakt = Würze Eindampfen
Fructose (Fruchtzucker)• Vorkommen in der Natur: v.a. in Früchten (z.B. Äpfel, Birnen, Weintrauben) und in Honig. In Saccharose (in
gebundener Form neben Glucose), sowie als Oligofructose (z.B. als Inulin in Topinambur, Artischocke, Zichorie)
• Passive Resorption im Darm (langsamer als Glucose); deutlich langsamerer Anstieg des Blutzuckerspiegels als bei Glucose- oder Saccharose-Aufnahme (-> daher früher häufig in Diabetiker-Lebensmitteln eingesetzt)
• Süßkraft: höher als Saccharose und Glucose
• Fructose wurde viele Jahre zum Süßen diätetischer Lebensmittel empfohlen („Zuckeraustauschstoff“). Aber:Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR): „Die weitere Verwendung von Fruktose als Zuckeraustauschstoff inindustriell gefertigten Lebensmitteln als Bestandteil sogenannter Diabetiker-Lebensmittel anstelle von handels-üblicher Saccharose ist aus ernährungsmedizinischer Sicht nicht sinnvoll, da sich eine erhöhte Fruktoseaufnahmeungünstig auf den Stoffwechsel auswirkt und zudem ein Übermaß an Fruktose in der Ernährung die Entwicklungvon Adipositas sowie des metabolischen Syndroms begünstigt“
• Technologische Eigenschaften:
- relativ hohe Süßkraft (-> Einsatz in kalorienreduzierten Lebensmitteln)
- größte Stabilität bei pH 3,5 - 5,0 (stabil bis 80°C)-> Herstellung fructosehaltiger Konfitüre: Vakuumverkochen; Schokoladenherstellung: Chonchieren bei < 50°C
- synergetische Effekte: maskiert Bittere bei Saccharin; verstärkt Fruchtgeschmack; gibt dem Getränk „Körper“
- Kariogenität: geringer als Saccharose oder Glucose
Gewinnung von Fructosea) durch Hydrolyse von Polyfructosanen (Inulin u.a.) zu Fructose (wirtschaftlich bedeutungslos)
b) durch Hydrolyse von Saccharose zu Invertzucker (= äquimolares Gemisch aus Glucose und Fructose) und an-schließende säulenchromatographische Trennung von Glucose und Fructose (jedoch teurer als (c))
c) aus Glucose durch enzymatisch katalysierte Isomerisierung und chromatographische Abtrennung. Heutzutagebevorzugtes Verfahren (ohne chromatographische Trennung -> Glucose-Fructose-Sirup = Isoglucose = HFCS)
Fructosehaltige Glucosesirupe(= Isoglucose = HFCS = high fructose corn syrup)
• Fructosehaltige Sirupe (ab 10% Fructose i.TS) werden als „Isoglucosen“ bezeichnet
• höhere Süßkraft als Glucosesirupe identischer Konzentration
• Süßkraft bei 42% Fructose-Anteil: identisch einem gleich konzentrierten Saccharose-Sirup
• preisgünstiger als Saccharose bei identischer Süßkraft
• Verwendung: z.B. in der Getränkeindustrie (Limonaden, Erfrischungsgetränke)
• Herstellung durch enzymatische Isomerisierung von glucosehaltigen Sirupen mithilfedes Enzyms Glucose-Isomerase
• Glucose-Isomerase: ausschließlich in immobilisierter Form eingesetzt (adsorptiv oder kovalent an Ionen-austauscherharze oder Silikatmaterialien gebunden)
• Isomerisierung bei 50 - 60°C und pH 7-9
• Ausbeute (Umwandlungsrate): maximal 48% Fructose; aus Zeit-/Kostengründen meist auf 42% limitiert
• dann pH-Absenkung auf pH 4-5 (Stabilitätsmaximum der Fructose), Filtration, Entmineralisierung (Ionen-austauscherbehandlung), Entfärbung mit Aktivkohle, mehrstufige Eindampfung auf 70-80 % TS.
• Gewinnung von Isoglucose mit höherem Fructoseanteil (> 48%) durch chromatographische Trennung anIonenaustauscherharzen (bis zu 90% Fructose-Anteil = HFCS-90)
• Herstellung von Sirupen beliebiger Fructose-Konzentration durch Mischen („Blending“) von HFCS-90 mitGlucosesirup
• in USA: bevorzugt HFCS-55 (55% Fructose-Anteil) (mittlerweile nehmen US-Bürger pro Jahr durchschnittlichgenauso viel HFCS wie Saccharose zu sich. In Europa wird nur vergleichsweise wenig Isoglucose produziert, denndie europäische Zuckermarktordnung setzt der Produktion und Verwendung von Isoglucose enge Grenzen).
Herstellung von Fructose, Glucose und Isoglucose aus Saccharose oder Stärke
Saccharoselösung50 Gew.% Tr.S.
Reinigung
Invertierung
Reinigung
Eindampfen
Kristallisation
Fructose(kristallin)
Fructosesirup(70% Tr.S.)
Reinigung
Eindampfen
Isomerisierung
Reinigung
Eindampfen
Glucosesirup(50% Tr.S.)
Isosirup(70% Tr.S.)
Reinigung
Eindampfen
Isomerisierung
Reinigung
Eindampfen
Stärkemilch38 Gew.% Tr.S.
säulenchromatographische Trennung
Fructose + Glucose
Fructose + Glucose Fructose + Glucose
Herstellung von Isoglucose = high fructose corn syrup (HFCS) = Glucosesirup mit hohem Fructosegehalt; erhöhte Süßkraft
Hydrolyse
Glucose
Lactose (Milchzucker)
Lactoseintoleranz��-Galactosidasemangel der
Dünndarmmucosa� Blähungen, Durchfall
�� -Lactose � -Lactose
�-Lactose:- in H2O schwer löslich- wenig süß- schwer verdaulich
> 93°C
Verwendung
• Für industrielle Milchsäuregärung• Kindernährmittel: Energieträger; gesunde Darmflora
(einziges Kohlenhydrat der Milch)• Milchschokolade -> Aromaverstärkung• Trockensuppen: Geschmacksverstärker; verhindert Verklumpen• Gewürzmischungen: bindet flüchtige Aromen• erhöht Rieselfähigkeit• begünstigt Dosierfähigkeit• Trägerstoff für Süßstoffe• Pharmazeutika: Trägerstoff für Tabletten
Eigenschaften• Geringe Süße• Löslichkeit temperaturabhängig• Aromaträger, Geschmacksverstärker• Verbessert Rieselfähigkeit• leicht zu Milchsäure vergärbar• nicht für Diabetiker geeignet(Glucose + Galactose)
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• “Zuckeraustauschstoff”: verzögerte Resorption; für Diabetiker geeignet• Weichmacher: hygroskopisch (Feuchthaltemittel, z.B. für Tabak)• Frischhaltemittel (Sorbitol): in Vielzahl von Lebensmitteln, z.B. Weichkaramellen,flüssige und halbfeste Füllungen, Fondants, Geleeartikel, Schaumzuckerwaren,Marzipan, Persipan, Kokosflocken, Lebkuchen eingesetzt
ALLGEMEIN TECHNOLOGISCH GÜNSTIGE EIGENSCHAFTEN• gegen Säuren, Alkalien und Hitze beständiger als Monosaccharide• kochfest, backfest• widerstandfähig gegen bakterielle Zersetzung; nicht vergärbar• keine Maillard- Reaktion, d.h. keine unerwünschte Bräunung
Thermische + pH-Stabilität: sehr gutSüßkraft: I.d.R. < 1 (Saccharose = 1) Diabetikereignung: jaKariogenität: nein (Xylit: sogar karieshemmend)
ZUCKERALKOHOLE
SORBITOLMANNITOLDULCITXYLIT
LACTITMALTITISOMALTHYDRIERTE GLUCOSESIRUPE(Glucosesirup -> Sorbit-, Maltitsirup)
Disaccharid-Alkohole
EIGENSCHAFTEN und VERWENDUNG• farblose Kristalle von süßem Geschmack, je nach Zuckeralkohol
unterschiedliche Löslichkeit
TECHNISCHE HERSTELLUNG VON ZUCKER-ALKOHOLENDURCH KATALYTISCHE HYDRIERUNG
• SORBIT aus Glucose• MANNIT aus Invertzucker• DULCIT aus Galactose• XYLIT aus Xylose
INVERTZUCKER (= Glucose + Fructose 1:1)
FRUCTOSEGLUCOSE
SORBIT SORBIT + MANNIT
75% SORBIT 25% MANNIT
Bsp: Herstellung von Sorbitol und Mannitol aus Invertzucker
Trennung: • Mannit kristallisiert aus wässrigem Alkohol aus• Sorbit bleibt in Lösung
KatalytischeHydrierung:
H2 + Katalysator(z.B. Raney-Nickel)
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Raney-Nickel
R-CHO + H2 R-CH2OH
HERSTELLUNG HYDRIERTER STÄRKEHYDROLYSATE
STÄRKE
Enzymatische Verflüssigung„Verzuckerung“
97-99% Dextrose70-96% Dextrose 2-15% Maltose
2-15% Oligosacch.
2-10% Dextrose50-80% Maltose
5-30% Oligosacch.
1-3% Dextrose85-90% Maltose
7-12% Oligosacch.
Katalytische Hydrierung
Raffination
Eindampfen
KristallisierendeSorbit-Lösung
70% TS
NichtkristallisierendeSorbit-Sirupe
70% TS
Maltit-Sirupe70% TS
Kristalliner Maltit
Verwendung: Süßwaren für Diabetiker
Glucose
SORBIT
Maltose
MALTIT
Maltit/Maltitol• Zuckeralkohol, Zuckeraustauschstoff (E 965)
• Herstellung: durch katalytische Hydrierung von Maltose oder entsprechend verzuckerter Stärkelösung
• rein süß schmeckender Zuckeralkohol
• Süßkraft: etwa 70-80% von Saccharose
• Energiegehalt: ca. 10 kJ/g (Saccharose: ca. 17 kJ/g)
• wird im Körper insulinunabhängig verstoffwechselt
• hygroskopisch (feuchtigkeitsanziehend)
• Anwendung: als Feuchthaltemittel, Süßungsmittel für Diabetiker und Trägerstoff
• Ohne Höchstmengenbeschränkungen für bestimmte Lebensmittel zugelassen
- z.B. energiereduzierte bzw. zuckerfreie Desserts, Speiseeis, Süßwaren
- Kaugummi, Soßen, Nahrungsergänzungsmittel
• gilt als unbedenklich, wirkt jedoch beim Verzehr größerer Mengen abführend
(Hinweis: „Kann bei übermäßigem Verzehr abführend wirken“)
• Empfehlung: maximal 30-50 g pro Tag
Maltitsirup• Herstellung: aus Glucose-Maltosesirup durch kataytische Hydrierung• enthält neben 50-80% Maltit noch Glucose und kurzkettige Mehrfach- zucker, die insulinabhängig verstoffwechselt werden
Xylit/Xylitol• Zuckeralkohol, Zuckeraustauschstoff (E 967)
• Vorkommen: in Früchten (u. a. Pflaumen, sowie in der Rinde bestimmter Holzarten)
• Herstellung: durch katalytische Hydrierung von Xylose (Holzzucker, oft aus Resten von Maiskolben etc. gewonnen); aufwändiges und relativ teures Verfahren
• Ähnlicher Süßgeschmack und nahezu gleiche Süßkraft wie Saccharose
• Nährwert: 10 kJ/g (2,4 kcal/g; d.h. 40 % geringer als Saccharose)
• passive, d.h. langsame und unvollständig Resorption im Dünndarm
• Kühleffekt im Mund (hohe endotherme Lösungswärme), ähnlich Menthol
• hitzestabil; karamelisiert nur bei Temperaturen > 200 °C
• hohes Wasserbindevermögen
• Verstoffwechselung im menschlichen Körper: insulinunabhängig -> beeinflusstden Blutzucker- und Insulinspiegel nur geringfügig -> für Diabetiker geeignet
• abführende Wirkung bei Mengen > 50g /Tag. Aber: nach Adaption des Organismuswerden bis zu 200 g Xylit täglich problemlos vertragen (bei Sorbit besteht dieseAnpassung nicht, daher wirkt Sorbitol immer abführend)
• Medizinische Bedeutung: in klinischen Studien nachgewiesene kariostatischeund antikariogene Wirkung (kariogene Streptococcus mutans sp.können Xylitol nicht verstoffwechseln und sterben ab)
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Hygroskopizität unterschiedlicher Zuckeralkohole
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Löslichkeit unterschiedlicher Zuckeralkohole
( )
http://www.dhw-ecogreenoleo.de/Zuckeralkohole.pdf
SÜSS-STOFFE
• Weitaus süßerer Geschmack als Saccharose
• Entweder synthetisch hergestellt oder natürlichenUrsprungs
• Werden entweder überhaupt nicht metabolisiert(verstoffwechselt), oder tragen aufgrund ihrergeringen Einsatzkonzentrationen zum Brenn-wert eines Lebensmittels nicht wesentlich bei.
• Wirken i.a. antikariogen, da sie von den Bakteriender Mundflora nicht verstoffwechselt werden.
In der EU zugelassene Süßstoffe (2012)
(Quelle: Wikipedia)
Süßstoff ADI-Wert
Saccharin-Na (E 954) Cyclamat (E 952)
Aspartam (E 951)Acesulfam-K (E 950)
Neohesperidin DC (E 959) Thaumatin (E 957)
Sucralose (E 955)
Steviosid (E 960)
Süßstoffe
(Abb.: Wikipedia)
Neotam (E 961)
1967 1966 1937 1878
Eigenschaften einiger synthetisch hergestellter Süßstoffe
SynthesejahrBezeichnung
Synergistische Süßeverstärkung in Acesulfam-Aspartam-Mischungen
100 mg Acesulfam ~ 20 g/l Saccharose ~ 200-fache Süßkraft500 mg Acesulfam ~ 60 g/l Saccharose ~ 120-fache Süßkraft
500 mg Süßstoffmischung (50/50) ~ 130g/l Saccharose ~ 260-fache Süßkraft
Stabilität von Aspartam bei 55°C
pH 4+5pH 3pH 2
pH 6
pH 7
Stabilitätsoptimum bei pH 4.2
pH 8
Zeit [h]
Aspartam-gehalt (in %)
2 4 6 8 (pH-Wert)
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Stabilität(%)
Aspartam-Abbau bei Cola-Getränken bei pH 3.0 und verschiedenen Temperaturen
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• Süßstoffe werden häufig mit den Zuckeraustauschstoffen verwechselt
• Unter Zuckeraustauschstoffen versteht man v.a. Zuckeralkohole (mehrwertige Alkohole, Polyole), zu denenunter anderem Sorbit (E 420), Mannit (E 421), Isomalt (E 953), Maltit (E 965), Maltitol-Sirup (E 965), Lactit(E 966), Xylit (E 967) und Erythrit (E968) zählen, sowie (bei Diabetiker-Lebensmitteln) die Fructose (s.u.).
• Die Süßkraft von Zuckeralkoholen ist ungefähr halb so groß wie die von Saccharose (Ausnahmen: Xylit undMaltit) und wesentlich niedriger als die von Süßstoffen.
• Zuckeraustauschstoffe sind – anders als die Süßstoffe – Energielieferanten. Der Energiegehalt der Zucker-alkohole liegt (u.a. aufgrund ihrer langsamen und meist unvollständigen Resorption) mit 2,4 kcal/g (10 kJ/g)
unter dem der Saccharose (4,1 kcal/g (17 kJ/g), jedoch höher als der der meisten SüßstoffeSie werden u.a. aus Früchten, überwiegend jedoch durch katalytische Hydrierung der entsprechenden Mono-und Disaccharide gewonnen. Aus gesundheitlicher Sicht sind Zuckeralkohole unbedenklich.
• Zu den Zuckeraustauschstoffen für Diabetiker zählt man neben den Zuckeralkoholen auch die Fructose.Sie besitzt den gleichen energetischen Wert wie Saccharose, benötigt jedoch kein Insulin zur Verstoffwech-
selung. Ihre Süßkraft ist ca. 1,3-1,7 x höher als die von Saccharose.
• Süßstoffe und Zuckeraustauschstoffe weisen eine Gemeinsamkeit auf: Im Vergleich zu Zucker beeinflussensie den Insulin- und Blutzuckerspiegel im menschlichen Organismus nicht (Süßstoffe) oder nur wenig (Zucker-austauschstoffe) und sind deshalb für Diabetiker geeignet.
• Während Zuckeraustauschstoffe bei übermäßigem Verzehr (mehr als 20 bis 30 g pro Tag) abführend wirkenkönnen (weil sie im Darmtrakt nur langsam resorbiert werden, dort Wasser binden und so den Stuhl verflüs-sigen), haben Süßstoffe kein Einfluss auf die Verdauung
Zucker, Zuckeraustauschstoffe und Süßstoffe
Zusammenfassung: Zucker, Zuckeraustauschstoffe und Süßstoffe
Zucker• Kohlenhydrate, die im Körper energetisch voll verwertet undin der Regel insulinabhängig metabolisiert werden
• z.B. Saccharose, Glucose, Maltose, Lactose, Stärke-verzuckerungsprodukte
Zuckeraustauschstoffe• energetisch verwertete, aber insulinunabhängig meta-bolisierte Kohlenhydrate, die für Diabetiker geeignet sind
• Zuckeralkohole (Sorbit, Mannit, Xylit etc.) sowie Fructose
Süßstoffe• Stoffe mit weitaus intensiverer Süße als Saccharose, dienicht metabolisiert werden oder aufgrund kleiner Einsatz-konzentrationen zum Brennwert von Lebensmitteln nichtwesentlich beitragen.
• z.B. Saccharin, Cyclamat, Acesulfam, Aspartam, Steviosid
SynergismenIn Mischungen süßschmeckender Stoffe treten oft synergisti-sche Geschmacksverstärkungen auf, z.B. bei Acesulfam-Aspartam-Mischungen, die sich durch eine stärkere als dierechnerisch ermittelte Süße auszeichnen (= gegenseitigeSüßkraftverstärkung)
VERWENDUNG: zum Färben von• Spirituosen (Rum, Whisky, Weinbrand)• Soßen• Zuckerwaren• Essig/Weinessig• alkohlfreie Erfrischungsgetränke
Lebensmittelrechtliche Definition:- Zusatzstoff (Farbstoff), da Färbungszweck überwiegt(Ggs: karamelsierter Zucker = Lebensmittel, da Nährwert)
HERSTELLUNG- trockenes Erhitzen von Zucker oder Stärkeverzuckerungs-
erzeugnissen, meist mit Zusätzen
ERLAUBTE ZUSÄTZE:- Essigsäure- Citronensäure- Phosphorsäure- Schwefelsäure- SO2
- NH4-Carbonat- Na-Phosphat- K-Sulfat
ANFORDERUNGEN:• pH > 1.8• SO2 < 0.1%• NH4-Stickstoff < 0.5%• P2O5 < 0.5%• 4-Methylimidazol < 200mg/kg• hohe Farbkraft• angenehmer Geschmack• gute Löslichkeit in Alkohol, Säuren• verträglich mit Gerbstoffen
Zuckercouleur
Reaktionsbeschleuniger
• Zuckercouleur wird aus Saccharose oder Stärkever-zuckerungserzeugnissen durch kontrollierte Hitzeein-
wirkung, meist in Gegenwart sauerer und /oder basi-scher Katalysatoren (Essig-, Citronen-, Schwefelsäu-re; Natrium-, Ammonium-, Kaliumhydroxyd, oder car-bonat,-phosphat, -sulfat) hergestellt.
• Hierbei entstehen braungefärbte Produkte mit Kara- melaroma (Karamelisierung)• Zuckercouleur ist als Farbstoff (E150) nach der Zu-
satzstoff-Zulassungsverordnung für zahlreiche Le-bensmittel zugelassen, ausgenommen Brot, Klein-gebäck, Kakao, Schokolade, Tee oder Kaffee.
• Zuckercouleur ohne Reaktionsbeschleuniger gilt alsgesundheitlich unbedenklich. Für die übrigen gilt einADI-Wert von 300 mg/kg Körpergewicht/Tag.
