Reaktionskinetik in Lebensmitteln

Die Qualitätsanforderungen des aufgeklärten Verbrauchers an die von ihm verzehrten Lebensmittel steigen ständig. Die Lebensmittelindustrie kommt diesen Ansprüchen ihrer Kunden durch immer ausgefeiltere technologische Herstellungs- und Konservierungstechniken entgegen, die daraufhin ausgelegt sind, den Verderb von Lebensmitteln zu verhindern, Aussehen, Geschmack und Nährwert aber zu erhalten. Ohne tiefes Verständnis der Kinetik chemischer Veränderungen in Lebensmitteln wäre der erfolgreiche Einsatz dieser neuen Techniken nicht denkbar. Das Buch vermittelt Praktikern und fortgeschrittenen Studenten das Wissen hierzu.

1 Charakterisierung von Lebensmitteln.- 1.1 Lebensmittel als Mehrstoffsysteme.- 1.2 Innere Faktoren von Lebensmittelsystemen und Strukturmerkmale der Lebensmittelinhaltsstoffe.- 1.3 äußere Parameter von Lebensmittelsystemen - das Reaktionsmilieu.- 1.3.1 Konzentrationen und Formelmenge von Lebensmittelinhaltsstoffen.- 1.3.2 Wasseraktivität.- 1.3.3 Ionenstärke.- 1.3.4 Wasserstoffionenkonzentration.- 1.3.5 Redoxpotential.- 1.3.6 Temperatur.- 1.3.7 Druck.- 1.3.8 Energieformen.- 1.3.9 Wirkungen verschiedener Parameter des Reaktionsmilieus.- 2 Zustandsgrößen und Zustandsänderungen von Lebensmitteln.- 2.1 Zustandsgrößen, Zustandsfunktionen und Zustandsvariable.- 2.1.1 Extensive Zustandsgrößen.- 2.1.2 Intensive Zustandsgrößen.- 2.1.3 Wärmeenergie.- 2.1.4 Innere Energie.- 2.1.5 Enthalpie.- 2.1.6 Entropie.- 2.1.7 Freie Enthalpie und Freie Energie.- 2.1.8 Chemisches Potential.- 2.2 Zustandsänderungen.- 3 Energetische und reaktionskinetische Merkmale von Lebensmittelveränderungen.- 3.1 Energetische Bilanz chemischer und biochemischer Lebensmittelveränderungen.- 3.2 Reaktionskinetische Merkmale von Lebensmittelveränderungen.- 4 Zeitgesetze.- 4.1 Einfache Zeitgesetze.- 4.1.1 Reaktionen erster Ordnung.- 4.1.1.1 Abbau von Vitaminen.- 4.1.1.2 Abbau von Farbstoffen.- 4.1.1.3 Bildung brauner Farbpigmente.- 4.1.1.4 Bildung und Abbau von Aromastoffen.- 4.1.1.5 Abbau und Texturveränderungen strukturgebender Lebensmittelinhaltsstoffe.- 4.1.1.6 Enzymatisch und mikrobiologisch verursachte Lebensmittelveränderungen.- 4.1.2 Reaktionen zweiter Ordnung.- 4.1.2.1 Abbau von Vitaminen.- 4.1.2.2 Abbau von natürlichen Farbstoffen.- 4.1.2.3 Hydrolyse von Saccharose.- 4.1.2.4 Enzymatische Lebensmittelveränderungen und deren irreversible Hemmung.- 4.1.3 Reaktionen 0. Ordnung.- 4.1.4 Reaktionen mit Pseudo-Ordnung.- 4.1.5 Allgemeine Form der Zeitgesetze.- 4.1.6 Reaktionsgeschwindigkeit als Funktion relativer Konzentrationen.- 4.2 Zeitparameter und Prozeßzeiten.- 4.2.1 Zeiten für den 10 %igen Umsatz (H-Wert).- 4.2.2 Zeiten für den 50 %igen Umsatz (Halbwertszeit ?).- 4.2.3 Zeiten für den 90 %igen Umsatz (D-Wert).- 4.2.4 Beziehungen zwischen Prozeßzeiten und Geschwindigkeitskonstanten.- 4.2.5 Zeitparameter für erwünschte und unerwünschte Lebensmittelveränderungen.- 4.3 Komplexe Zeitgesetze - komplizierte Reaktionen.- 4.3.1 Reversible Reaktionen.- 4.3.2 Parallelreaktionen.- 4.3.3 Folgereaktionen.- 4.3.4 Folgereaktionen mit Gleichgewichtsteilreaktionen.- 4.3.5 Folgereaktionen mit reversiblen und konkurrierenden Teilreaktionen.- 4.3.6 Kettenreaktionen.- 4.3.6.1 Startreaktionen.- 4.3.6.2 Ketten-Folgereaktionen.- 4.3.6.3 Abbruchreaktionen.- 4.3.6.4 Verknüpfung der Start-, Folge- und Abbruchreaktionen.- 5 Abhängigkeit der Stoffwandlung in Lebensmitteln von der Temperatur und von anderen Faktoren des Reaktionsmilieus.- 5.1 Bedeutung der Temperatur für die Stoffwandlung in Lebensmitteln.- 5.2 Grundlagen zur Charakterisierung der Temperaturabhängigkeit von Stoffwandlungen.- 5.2.1 Die Arrhenius-Gleichung.- 5.2.2 Umformungen der Arrhenius-Gleichung.- 5.2.3 Das „vereinfachte“ Arrhenius-Diagramm, der z-Wert.- 5.2.4 Der Q?T-Wert.- 5.2.5 Das B?lehrádek-Modell.- 5.3 Temperaturabhängigkeit qualitätsbestimmender Lebensmittelveränderungen.- 5.3.1 Chemische Reaktionen.- 5.3.2 Wachstum und Abtötung von Mikroorganismen.- 5.3.3 Enzymaktivität und Enzyminaktivierung.- 5.3.4 Haltbarkeit von Lebensmitteln.- 5.4 Kinetische Kennwerte für die Abhängigkeit der in Lebensmitteln ablaufenden Reaktionen von anderen Einflußfaktoren.- 6 Qualitäts- und Prozeßberechnung.- 6.1 Einführung.- 6.2 Voraussetzungen zur Durchführung der Qualitäts- und Prozeßberechnung.- 6.2.1 Festlegung der qualitäts- und prozeßbestimmenden Merkmale als Zielgrößen der Berechnung.- 6.2.2 Festlegung bzw. Ermittlung der entscheidenden Einflußfaktoren.- 6.2.3 Kenntnis des zeitlichen Verlaufs der Einflußfaktoren im Lebensmittel in der jeweiligen Verfahrensstufe.- 6.2.4 Kenntnis der reaktionskinetischen Parameter für die Abhängigkeit der Qualitätsmerkmale von den Einflußfaktoren.- 6.3 Methoden der Qualitäts- und Prozeßberechnung.- 6.3.1 Die direkte Methode der Prozeßberechnung.- 6.3.2 Die indirekte Methode der Prozeßberechnung.- 6.3.3 Die mathematische Methode der Prozeßberechnung.- 6.4 Beziehungen des STb-Wertes zu anderen Größen der Prozeßberechnung.- 6.4.1 Der Sterilisierwert F.- 6.4.2 Der Kochwert C.- 6.4.3 Die Enzyminaktivierung E.- 6.4.4 Der Pasteurisierwert P.- 6.5 Beziehungen des Q?T-Wertes zu anderen Größen der Prozeßberechnung.- 6.6 Qualitäts- und Prozeßberechnung bei mehreren Einflußfaktoren.- 7 Ermittlung reaktionskinetischer Daten.- 7.1 Methoden der Meßwerterfassung und-auswertung.- 7.1.1 Quantitative Bestimmung einzelner Komponenten in Lebensmittelsystemen.- 7.1.2 Quantitative Bestimmung der Lebensmittelveränderungen am Gesamtsystem.- 7.1.3 Sensorische Analysen.- 7.1.3.1 Begriffsbestimmungen.- 7.1.3.2 Bewertungsskalen.- 7.1.3.3 Zusammenhang zwischen der Empfindungsgröße und der Konzentration eines Aromastoffes.- 7.1.3.4 Anwendung der Subjektiven Gustometrie und Olfaktometrie zur Berechnung sensorischer Veränderungen sowie zur Bestimmung reaktionskinetischer und physikochemischer Daten.- 7.2 Ermittlung der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten und der Reaktionsordnung.- 7.2.1 Numerische Verfahren.- 7.2.2 Grafische Verfahren.- 7.2.3 Auswertung nichtlinearer Konzentrations-Zeitfunktionen.- 7.2.3.1 Biphasische Reaktionsabläufe.- 7.2.3.2 Die Sättigungskurve.- 7.2.3.3 Der sigmoide Kurvenverlauf.- 7.3 Aussagen zum Reaktionsmechanismus.- 7.4 Grenzen der Aussagefähigkeit kinetischer Analysen.- 8 Ausblick.- Kontrollaufgaben.- Lösungen der Kontrollrechenaufgaben.- Quellenverzeichnis.