Kakao

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Kakao Fermentation - Zusatzinformation
Kakaoaroma mit Pflanzenzellkulturen

• Züchtung von Kalluskulturen von Theobroma cacao
• Submersfermentationen der Pflanzenzellen
• Ernte der Zellen
• Rösten der getrockneten Biomasse
• Extraktion des Kakaoaromas

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Lebensmittelbiotechnologie - Fermentationsverfahre
n
Fermentationen
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Spontane Fermentationen
Allgemeine Charakterisierung

• keine Zugabe von Mikroorganismen
• Mikroorganismen sind im Ausgangsprodukt
  vorhanden oder siedeln sich aus der Umgebung
  an
• Fermentation ist von Umgebungsbedingungen
  abhängig
• unsterile Prozessführung
• keine direkte Beeinflussung des
  Fermentationsablaufes
• Fermentationsführung beruht auf empirischen
  Erfahrungen
• geringer Investitionsbedarf
• ungelerntes Bedienungspersonal
• hohe Gefahr von Fehlproduktionen
• Einsatz nur im Low-cost-Bereich

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Lebensmittelbiotechnologie - Fermentationsverfahre
n
Fermentationen
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Traditionelle Fermentationsverfahren
Primäre Stoffwechselprodukte
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Alkoholische Gärung
Klassische Produkte z.B.

• Bier
• Wein
• Hefeteig

Gleichung für die alkoholische Gärung von Glukose
C6H12O6 ? 2 C2H5OH 2 CO2
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Alkoholische Gärung - Chemie
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Alkoholische Gärung - Chemie
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Bierherstellung - Geschichtlicher Abriß
6000 v. Chr. Bierähnliche Getränke in
Mesopotamien 2000 v. Chr. Bier in Ägypten 1725 v.
Chr. Gesetze des Hammurabi regeln den
Bierausschank Sumerer kennen 19 Biersorten
um 0 Bierherstellung bei Kelten und Germanen um
1400 industrielle Bierbrauerei in Flandern und
Holland 1496 erste Verordnung gegen
Alkoholmissbrauch 1516 Reinheitsgebot in
Bayern 1818 Entdeckung der Gärungseigenschaften
von Hefen 1883 Einsatz von Reinkulturhefen 1960
Enzymeinsatz im Maischprozess 1975 Einsatz von
Großreaktoren (Reaktorbier) 2002 Test von
Diacetyl-negativen Brauereihefen
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Bierherstellung
Geniesst im edlen Gerstensaftdes Weines Geist,
des Brotes Kraft!
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Bierherstellung - Prozessschema
Malzschrot
Wasser
2,5 - 4,0 h Temperaturprofil ca. 35C - 75C
Maischpfanne
1 - 1,5 h Vorderwürze 2,5-3,0 h Abläutern ca. 70C
Läuterbottich
Wasser
Treber
1,5 - 2,0 h Kochen
Würzpfanne
Hopfen
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Bierherstellung - Prozessschema
Würzpfanne
Kühlen
7 - 8 Tage 8 - 9C
Gärbottich
Hefe
Hefe
Lagertank
4 - 16 Wochen 0 - -1 C
Filtrieren Abfüllen
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Bierherstellung Prozessschema - Rohstoffe
Kühlen
Malzschrot
Wasser
Gärbottich
Hefe
Maischpfanne
Hefe
Läuterbottich
Lagertank
Wasser
Treber
Filtrieren Abfüllen
Würzpfanne
Hopfen
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Bierherstellung - Rohstoffe
Deutsches Reinheitsgebot
Wilhelm IV., Herzog von Bayern, ordnete am 23.
April 1516 an ... daß forthin allenthalben in
unseren Städten, Märkten, und auf dem Lande zu
keinem Bier mehr Stücke als allein Gerste, Hopfen
und Wasser verwendet und gebraucht werden sollen.
... ... und dabei kannte er noch nicht einmal
die Hefe!
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Bierherstellung Rohstoffe - Wasser
Vergleich der Zusammensetzung von zwei typischen
Brauwasser
1 dH (1 deutscher Härtegrad) entspricht 1 g CaO
pro 100 l Wasser Karbonathärte Bikarbonate des
Kalks Calcium und des Magnesiums
Nichtkarbonathärte Sulfate und Chloride des
Kalks Calcium und Magnesiums
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Bierherstellung Rohstoffe - Gerste
Gerste
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Bierherstellung Rohstoffe - Hopfen
Pflanze Humulus lupulus

• Bierrelevante Eigenschaften
• herber, erfrischender Geschmack,
• konservierende Eigenschafte (Haltbarkeit des
  Bieres)
• Schaumbildung

• Bierrelevante Inhaltsstoffe
• - ätherische Öle
• Bitterstoffe - Hopfenbittersäuren (Humulon und
  Lupulon), Weichharze und das Hartharz
• Hopfengerbstoff (bildet mit dem Eiweiss
  unlösliche Verbindungen)

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Bierherstellung Rohstoffe - Hefe
Mikroorganismen
wird für die Herstellung obergäriger Biere
verwendet
Saccharomyces uvarum (carlsbergensis)
Temperaturoptimum 7-12C
wird für die Herstellung obergäriger Biere
verwendet
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Bierherstellung Wichtige Prozessschritte
Kühlen
Malzschrot
Wasser
Gärbottich
Hefe
Maischpfanne
Hefe
Läuterbottich
Lagertank
Wasser
Treber
Filtrieren Abfüllen
Würzpfanne
Hopfen
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Bierherstellung Herstellung der Maische
Dekoktionsverfahren Teilmengen der Maische
getrennt gekocht und der verbleibenden Maische
wieder beigemengt Einmaischverfahren (für Biere
aller Art auch "Kesselmaisch- verfahren"
genannt) Zweimaischverfahren (für helle Biere)
Dreimaischverfahren (fast ausschliesslich für
dunkle Biere)

• Infusionsverfahren
• die gesamte Maische wird erwärmt
• bei bestimmten Temperaturen werden Pausen
  eingehalten

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Bierherstellung Herstellung der Maische
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Bierherstellung Herstellung der Maische
a-AmylasenZufällige Abspaltung von
Oligosacchariden bis auf die Stufe Maltose
keine Spaltung der Verzweigungsstellen
von Amylopektin ("Stärkeverflüssigung")(Optimum
bei 72-76 C und pH 5.3 bis 5.8)
ß-AmylasenAbspaltung von Maltose vom
nichtreduzierenden Kettenende her keine
Spaltung von Verzweigungsstellen von
Amylopektin(Optimum bei 60-65 C und pH 4.6)
GlucoamylaseAbspaltung von Glucose vom
nichtreduzierenden Kettenende herSpaltung der
Verzweigungsstellen von Amylopektin ProteinasenP
roteinabbau(Optimum bei 55-65 C und pH 4.6)
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Bierherstellung Wichtige Prozessschritte
Kühlen
Malzschrot
Wasser
Gärbottich
Hefe
Maischpfanne
Hefe
Läuterbottich
Lagertank
Wasser
Treber
Filtrieren Abfüllen
Würzpfanne
Hopfen
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Bierherstellung Wichtige Prozessschritte
Kühlen
Malzschrot
Wasser
Gärbottich
Hefe
Maischpfanne
Hefe
Läuterbottich
Lagertank
Wasser
Treber
Filtrieren Abfüllen
Würzpfanne
Hopfen
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Bierherstellung Würzekochen

• Einstellung des Extraktgehaltes
• Lösung von Hopfenbestandteilen
• Bruchbildung
• Sterilisation der Würze
• Abdampfung unerwünschter flüchtiger
  Substanzen

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Bierherstellung Wichtige Prozessschritte
Kühlen
Malzschrot
Wasser
Gärbottich
Hefe
Maischpfanne
Hefe
Läuterbottich
Lagertank
Wasser
Treber
Filtrieren Abfüllen
Würzpfanne
Hopfen
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Bierherstellung Wichtige Prozessschritte
Kühlen
Malzschrot
Wasser
Gärbottich
Hefe
Maischpfanne
Hefe
Läuterbottich
Lagertank
Wasser
Treber
Filtrieren Abfüllen
Würzpfanne
Hopfen
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Bierherstellung Wichtige Prozessschritte
Kühlen
Malzschrot
Wasser
Gärbottich
Hefe
Maischpfanne
Hefe
Läuterbottich
Lagertank
Wasser
Treber
Filtrieren Abfüllen
Würzpfanne
Hopfen
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Bierherstellung Reaktorverfahren

• Verwendung von Großraumreaktoren bis 1.000 m³
• Maischprozess im Infusionsverfahren
• Haupt- und Nachreifung laufen in einem Behälter
  ab

• Vorteile
• verbesserte Raum-Zeit-Ausbeute
• geringere Kosten
• Prozess ist besser steuerbar

• Nachteile
• erhöhter Investitionsaufwand
• hochqualifiziertes Personal ist für die
  Bedienung und Wartung notwendig
• (sensorische Veränderungen gegenüber
  traditionell hergestellten Bier)

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Bierherstellung Neue Gärhefen

• Gewünschte Eigenschaften neuer Hefespezies
• verbesserte Gärleistung in der Bierwürze
• verbesserter Flockungscharakter
• geringere Bildung von Nebenprodukten
• Abbau von Diacetyl

• Genetisch-veränderte Brauereihefen
• Synthese von a-Acetolactat-Dehydrogenase (Abbau
  von Diacetyl, a-Acetolactat)
• Synthese von amylolytischen Enzymen
  (Verstoffwechslung von Stärke als C-Quelle)
• Bildung extrazellulärer Glukoseoxidase (Abbau
  von Sauerstoff zur Verbesserung der
  Haltbarkeit des Bieres
• Schwere Fermentationsverfahren

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Bierherstellung Besondere Biersorten

• Alkoholfreies Bier (Alkoholgehalt lt0,5Vol)
• Kältekontaktverfahren
• Dünnschichtverdampfung
• Dialyse
• Umkehrosmose
• Kontinuierliches Verfahren mit immobilisierter
  Hefe

• Diät-Bier (ohne verdaubare Kohlenhydrate)
• Abbau der Dextrine (Restextrakt) mittels
  ß-Glukanase
• (klonierte Hefen mit ß-Glukanase-, a-Amylase-
  und Glukoamylase-Aktivität

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Traditionelle Fermentationsverfahren
Allgemeine Charakterisierung von Fermentationen
mit Zugabe von Mikroorganismen

• Mikroorganismen aus den Ausgangsprodukten werden
  vor dem Fermentationsprozess abgetötet
• Zugabe von Mikroorganismen als Reinkultur
• fremdkeimarme Prozessführung
• das Wachstum der zugesetzten Mikroorganismen hat
  autokonservierende Wirkung durch die Bildung
  primärer Stoffwechselprodukte, wie Milch- und
  Essigsäure oder Alkohol
• der Fermentationsablauf kann empirisch
  beeinflusst werden
• Investitionsbedarf mittel bis hoch
• Bedienungspersonal gelerntes Fachpersonal
• Einsatz nur im Bereich von Massenproduktionen