Eigenschaften von Wasser und Lipiden in Lebensmitteln

Die anomale Ausdehnung von Wasser

Die Erfahrung lehrt uns, dass sich ein Körper bei Erwärmung ausdehnt und bei Abkühlung zusammenzieht. Bei Wasser ist das jedoch anders. Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus. Das bedeutet, das Volumen nimmt zu; eine bestimmte Masse Eis hat ein größeres Volumen als die gleiche Masse flüssigen Wassers. Dieses Phänomen wird als anomale Ausdehnung des Wassers (Dichteanomalie) bezeichnet.

Die Dichte von Wasser ist temperaturabhängig. Die maximale Dichte (1 g/cm³) erreicht flüssiges Wasser bei 3,98 °C. Zwischen 0 °C und 4 °C zieht sich Wasser bei Erwärmung zusammen und erreicht sein minimales Volumen. Ab 4 °C dehnt sich Wasser bei zunehmender Temperatur aus, wie andere Flüssigkeiten auch.

Wasseraktivität (aw-Wert)

Die Wasseraktivität gibt die Stärke der Kräfte an, die Wasser an andere, nicht-wässrige Bestandteile binden. Sie beschreibt somit das verfügbare Wasser, das für das Wachstum von Mikroorganismen und für verschiedene chemische und biochemische Reaktionen genutzt werden kann.

Unterschiede bei Adsorption und Desorption

Ein Lebensmittel hat bei konstantem aw-Wert während der Desorption (Wasserabgabe) einen höheren Wassergehalt als während der Adsorption (Wasseraufnahme). Dies lässt sich wie folgt erklären:

• Bei der Desorption ist das Wasser im Lebensmittel bereits mehr oder weniger gebunden und nicht vollständig frei.
• Bei der Adsorption muss das Wasser in die Kapillaren des Lebensmittels eindringen. Der dafür notwendige Wasserdampfdruck ist höher als der Druck, bei dem das Wasser die Kapillaren wieder verlässt. Daher ist bei gleichem Feuchtigkeitsgehalt mehr Wasser in den Kapillaren während der Desorption vorhanden als während der Adsorption.

Lipide in Lebensmitteln

Lipide sind aus mehreren Gründen wichtige Bestandteile von Lebensmitteln:

• Vorkommen: Sie sind in einer Vielzahl von Lebensmitteln reichlich vorhanden.
• Ernährungsphysiologische Rolle: Sie sind wichtig für die Ernährung und beeinflussen die Permeabilität, Zusammensetzung und Struktur von Zellmembranen.
• Technologische Gründe: Viele Lebensmittel sind Emulsionen. Lipide können aufgrund ihrer amphiphilen Natur als ausgezeichnete Stabilisatoren wirken. Sie sind jedoch anfällig für Abbau, was zu Veränderungen der sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln führt.

Phospholipide

Phospholipide sind komplexe Lipide, die Phosphor enthalten. Ihr Grundgerüst besteht aus einem Molekül Glycerin oder Sphingosin.

Hydrierung von Fetten

Der Mechanismus der Fetthärtung (Hydrierung) besteht aus der Reaktion einer ungesättigten Fettsäure mit atomarem Wasserstoff, der an einem Metallkatalysator absorbiert ist.

Autooxidation von Fetten

Die Autooxidation ist eine der wichtigsten biochemischen Reaktionen, die zum Verderb von Lebensmitteln führt. Sie verursacht das Auftreten von ranzigem Geruch und Geschmack. Dieser Prozess beeinträchtigt den Nährwert, insbesondere wenn essentielle Fettsäuren wie Linolsäure beteiligt sind. Man kann dem durch Kühlung, geeignete Verpackung und korrekte Lagerung entgegenwirken.

Reversionsgeschmack

Der Reversionsgeschmack ist eine besondere Art der Oxidation, die hauptsächlich in Ölen auftritt, die reich an Linolensäure sind (z. B. Soja- und Rapsöl), wenn sie Luft ausgesetzt sind.

Antioxidantien

Antioxidantien sind Stoffe, die von Natur aus in Lebensmitteln enthalten sind oder absichtlich zu Speisefetten hinzugefügt werden, um das Einsetzen der Oxidation zu verzögern und so die sensorischen Eigenschaften zu erhalten.

Physikalische Verfahren zum Schutz vor Oxidation

• Verpacken unter Vakuum
• Lagerung in einer inerten Atmosphäre (Sauerstoffvermeidung)
• Schutz durch eine sauerstoffundurchlässige Schicht

Lipolytische Ranzigkeit (Lipolyse)

Die lipolytische Ranzigkeit (Lipolyse) bezeichnet die Spaltung der Esterbindungen in Lipiden. Dies mindert die Qualität von Fetten, die zum Würzen oder Braten bestimmt sind.

Physikalische Eigenschaften von Fetten

Mischkristalle

Mischkristalle entstehen, wenn verschiedene Kristalle durch Van-der-Waals-Kräfte zusammengehalten werden und ein dreidimensionales Netzwerk bilden. Dieses Netzwerk verleiht einem Produkt Steifigkeit und kann ölige Flüssigkeiten im Inneren halten, ohne selbst zu kristallisieren.

Schmelzpunkt und Schmelzbereich

Der Schmelzpunkt eines reinen, polymorphen Fettes ist die Temperatur, bei der die stabilste Kristallform in einer offenen Kapillare schmilzt. Es ist die Temperatur, bei der alle festen Bestandteile schmelzen.

Da Fette und Öle jedoch Mischungen aus verschiedenen Lipiden mit unterschiedlichen Schmelzpunkten sind, spricht man nicht von einem exakten Schmelzpunkt, sondern von einem Schmelzbereich. Dieser Bereich beschreibt den Temperaturverlauf, über den die verschiedenen Fettkomponenten nacheinander schmelzen.

Plastizität von Fetten

Die Plastizität eines Fettes wird durch das Vorhandensein eines dreidimensionalen Kristallnetzwerks verursacht, in dem flüssiges Fett immobilisiert ist.