Table Of ContentHE I MAN N, Grundziige der Lebensmittelchemie
Grundzuge
der Lebensmittelchemie
Von
Prof. Dr.-Ing. Werner Heimann
Direktor des Instituts
!iir LebensDlitteJcheDlie an der Universitiit KarJSl"uhe
3., verbesserte und erganzte AufJage
)fit 23 AbbiJdungen und 43 Tabellcn
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DR. DIETRICH STEINKOPFF VERLAG
DARMSTADT 1976
Aile Rechte vorbehalten
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ISBN-13: 978-3-7985-0463-9 e-ISBN-13: 978-3-642-72325-4
DOl: 10.1007/978-3-642-72325-4
Copyright 1976 by Dr. Dietrich Steinkopff Verlag GmbH & Co. KG, Darmstadt
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Heimann, Werner
Grundziige der Lebensmittelchemie. - 3., verb. u. erg.
Auflage - Darmstadt: Steinkopff, 1976 -
Meiner Frau als Dank
fur ihre wissenschaftliche und redaktionelle Mitarbeit
gewidmet
Aus dem Vorwort zur 1. Auflage
Nur eine kalorisch ausreichende, ernahrungsphysiologisch vollwertige Ernahrung sichert
die suhstantielle Basis der Gesundheit und jede geistige, kulturelle und ethische Ent
wicklung des Menschen.
Unter dieser Erkenntnis hat die heutige Lebensmittelchemie und -technologie ihren
besonderen Beitrag zu erfiillen. Sie hat fiir die ausreichende quantitative und qualita
tive Bereitstellung und Erhaltung industriell erzeugter Lebensmittel Sorge zu tragen.
Dabei muB auch die Verfahrenstechnik den jeweiligen chemischen und physikalisch
chemischen Eigenschaften, den Reaktionsmoglichkeiten und der Empfindlichkeit der
Lebensmittel als komplexen Naturstoffgemischen angepaGt werden.
Die historische Entwicklung der Lebensmittelchemie ist eng mit der analytischen und
organischen Chemie wie auch mit der Physiologie verkniipft und steht in stiindiger be
fruchtender Wechselwirkung mit dies en Fachern. Die Lebensmittelchemie hat sich unter
Einbezug der Lebensmitteltechnologie und der technischen Mikrobiologie (Biotechnik)
he ute als eigenes Fach der Naturwissenschaften nach ihrem spezifischen Inhalt, ihren
Methoden und Verfahren profiliert und als eigenstandiger Wissenschaftszweig deter
miniert.
Man muG die moderne Lebensmittelchemie weithin als angewandte Biochemie auffassen,
welche auch kinetische und thermod ynamische tJberlegungen mit einbezieht. Die
lebensmitteltechnologischen Prozesse gliedern sich dann folgerichtig, iiber ihren Selbst
zweck hinaus, in die allg.emeinen biochemischen und physikalischen Zusammenhange
ein. Ais markantes Teilgebiet der Wissenschaft von Nahrung und Ernahrung steht die
Lebensmittelchemie letztlich unter dem Gesamtpostulat der Ernahrungsphysiologie,
welche dcn Stoffwechsel und die Gesundheit des Menschen vornehmlich unter dem Ein
fluB der Ernahrung betrachtet. Fortschritte, besonders auf dem Gebiet der Naturstoffe
und damit auch auf dem Gebiet der Lebensmittelchemie und -technologie, sind heute
fast nur noch durch enge Zusammenarbeit der verschiedenen Fachdisziplinen moglich.
So bietet sich die mod erne Lebensmittelchemie als ein auGerst komplexes, mit einer
VI
ganzen Reihe naturwissenschaftlicher Disziplinen verzahntes Gebiet dar. Dies bedeutet
zweifellos eine Erschwernis fur das erste eindringende Studium, giht aher auch den he
sonderen Reiz fur dieses so universell anzugehende Naturwissenschaftsgehiet.
Unter Beihehaltung der Grundkonzeption von Bey thien/Heimann "EinfUhrung in
die Lehensmittelchemie" wollen die hier vorliegenden "Grundzuge der Lehensmittel
chemie" kein ausfUhrliches Lehrhuch sein und kein enzyklopadisches Wissen vermitteln;
eine Vollstandigkeit im systematischen Sinne darf somit nicht erwartet werden. Ein
einfUhrendes Werk, das im LapidarstiI alles hringen mochte, ist wenig geeignet, tieferes
wissenschaftliches Verstandnis zu wecken. Grundzuge der Lehensmittelchemie mussen
jedoch eine Einsicht in die Chemie und die physiologische Aufgahe unserer Lehensmittel
gehen; sie mussen weiterhin die Struktur und Reaktionsmoglichkeiten, die physikalisch
chemischen Wechselwirkungen der Lehensmittelhausteine und -bestandteile im un
hearheiteten und hearheiteten Zustand erkennen lassen.
Das Buch soll grundlegend den Studierenden in die Lehensmittelchemie und -techno
logie einfUhren, die Prohleme dieses komplexen Gehietes anreiBen und ihn an Hand
markanter Beispiele zum selhstiindigen, kritisch-wissenschaftlichen Denken anregen.
Es kam mir daher vor allem darauf an, daB nehen dem gehotenen Tatsachenmaterial
die den Stoff verhindenden geistigen Zusammenhiinge, die auch die Forschung dieses
Gehietes tragen und fur die weitere Entwicklung der Lehensmittelchemie von grund
legender Bedeutung sind, den Studierenden voll hewuBt werden.
Bei der ungeheuren Ausweitung der verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen
ist es im Rahmen dieses Werkes nicht moglich, aIle Gebiete und Einzeltatsachen gleich
wertig zu hehandeln. Auf Grund meiner langjiihrigen Lehrerfahrung bei der AushiIdung
der Lehensmittelchemiker und Lehensmittelingenieure an der Universitat Karlsruhe
sind einige Gehiete eingehender wiedergegeben: urn hierdurch dem Studierenden hei
spielhaft durchgangige Prinzipien in der Chemie und Technologie der Lebensmittel auf
zuzeigen. Wie weit aher fortfUhrend die gedanklichen Inhalte der verschiedenen Wissen
schaftsgehiete in diesen "Grundzugen" zu berucksiehtigen sind und wie weit neue, sich
anbahnende Entwicklungen hierin schon gehracht werden konnen. wurde yom Autor
als eine Ermessensfrage erachtet. Ich hoffe, daB es mit vorliegendem Buch gelingt. dem
angehenden Lehensmittelchemiker und Lehensmittelingenieur das grundlegende Ver
stiindnis fur die notwendige wechselseitige Zusammenarheit zwischen dem Chemiker,
dem Verfahrensingenieur. dem Technologen, dem Mikrohiologen und dem Emahrungs-
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physiologen zu geben. Fiir diese Querverbindungen sollen auch didaktisch die viel
faltigen Seitenhinweise im Text dienen, die das intensivere Eindringen in dieses ver
zweigte Gebiet ermoglichen.
U m den Vbergang zu den neuen Verbindungsbezeichnungen (No menklatur der IUP AC
RegeIn) zu erleichtern, wurden vielerorts im Text noch die gebrauchlichen Bezeichnun
gen, z. B. von Enzymen, gleichzeitig verwendet.
Auch das lebensmittelrechtliche Gebiet hat sich im vergangenen Jahrzehnt ungemein
ausgeweitet und kompliziert. Ich bin deshalb Meinen Kollegen, Regierungs-Chemie
direktor Dr. Heinz Sperlich und Lebensmittel-Chemil{er Erwin Thymian zu be
sonderem Dank verpflichtet, daB sie die lebensmittelrechtlichen Abschnitte auf Grund
ihrer langjiihrigen Tatigkeit und Erfahrungen auf diesem Gebiet bearbei!eten. Auch
Frau Dr. Charlotte Alb r e c h t habe ich fiir ihre freundliche Mithilfe zu danken. Weiter
hin gilt mein Dank fiir die Mitbearbeitung einiger Abschnitte meinem friiheren Mitar
beiter Dr. Heinz Egge.
Fraulein Dr. lise Valter bin ich fiir ihre intensive und erganzende Korrekturbearhei
tung dankbar. Weiterhin mochte ich Meinen Mitarbeitern K. Rolle und N. West
ph a 1 fUr die Mitdurchsicht der Korrekturen danken. Einem Kreis von befreundeten
Kollegen bin ich fiir wertvolle Anregungen zu aufrichtigem Dank verpHichtet.
Dem Verlag Theodor Steinkopff, Dresden, gebiihrt mein besonderer Dank fiir das Ver
standnis, daB die Neufassung des Buches durch die stiirmisehe Entwicklung unseres
Wissenschaftszweiges standiger Erganzungen und Vberarbeitungen bedurfte. Zur Vber
windung der sich dadurch ergebenden herstellerischen Schwierigkeiten hat auch die
Buchdruekerei Richard Hahn, Leipzig, in dankenswerter Weise beigetragen.
Karlsruhe, Herbst 1968
W. Heimann
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Vorwort zur 2. Auflage
Die erste Auflage des vorliegenden Werkes hat eine so gute Aufnahme gefunden, daB
die Neuauflage schon in vergleichsweise kurzer Zeit erfolgen muB.
Ohne die grundsatzIiche Konzeption dcs Buches zu andern, wurde versucht, wichtige
neue Erkenntnisse auf unserem Gebiet einzuarbeiten, sowie Fehler und Unklarheiten
zu beseitigen. Weltvolle Hinweise und Wiinsche von Fachkollegen konnten weitgehend
beriicksichtigt werden.
Die Erganzungen wurden unter dem Blickpunkt der ersten Auflage so getroffen, daB prin
zipielles und fiir die Ausbildung wichtiges Tatsachenmaterial in enger Verbindung mit
ihren naturwissenschaftlichen und technologischen Anwendungen gesehen werden kann.
Wie friiher, so ist es mir auch in dieser Auflage ein besonderes Anliegen, den Studieren
den zum selbstandigen, kritisch-naturwissenschaftlichen Denken zu erziehen, urn ihm
fiir die spatere praktische Berufsarbeit in der Lebensmittelindustrie, in der Forschung
und Lebensmitteliiberwachung das notige Riistzeug in der neuen, differenzierten Zu
sammenschau unseres Wissensgebietes zu geben.
Urn die Studierenden zur weiteren Vertiefung des Grundlagenwissens anzuregen und
den Kollegen Hinweise auf neuere Fachliteratur zu geben, wurde in dieser Auflage
erstmals im Anhang eine Literaturzusammenstellung angefiihrt. Es handelt sich vor
wiegend urn eine Auswahl richtungsweisender Sammelwerke und Monographien.
Umgearbeitet und erganzt wurden insbesondere Ausfiihrungen iiber Aminosauren und
EiweiBstoffe (biologische Wertigkeit, neue EiweiBquellen), Abschnitte in den Kapiteln
"Kohlenhydrate", "Enzyme", "Haltbarmachung der Lebensmittel", in zahlreichen,
im zweiten Teil des Buches behandelten Lebensmittelgruppen - bei Fleisch, Milch
und Milchprodukten, Cere alien und Hiilsenfriichten, Mykotoxinen, Zucker und Zucker
waren. Die chemische und botanisch-mikrobiologische Nomenklatur wurde weitgehend
auf den neuesten Stand gebracht, wobei ich durch Oberstudiemat Friedrich Wi e d e
mann, Frankfurt/M., fachkundige Untcrstiitzung erfuhr. Privatdozent Dr. Wilhelm
Schmidt-Lorenz, Universitat Karlsruhe, hat mir auf dem sich ausweitenden Gebiet
der Lebensmittel-Mikrobiologie seine bcratende Hilfe zuteil werden lassen. Der lebens
mittelrechtliche Teil erhielt die durch die neuen gesctzlichen Regelungen notwendigen
Vervollstandigungen, die wiederum von den beiden Kollegen Oberregierungs-Chemie
direktor Dr. Heinz Sperlic h, Stuttgart, und Lebensmittelchemiker Erwin Thymian,
Berlin, eingearbeitet wurden. Fraulein Dr. lIse V oIt er, Universitat Karlsruhe, hat
uns auch bei der Bearbeitung dieser N euauflage tatkraftig und mit wissenschaftlicher
Umsicht unterstiitzt.
Allen Genannten sei fUr ihre wcrtvollc Mithilfe an dieser Stelle aufrichtig gedankt.
Auch weiterhin bin ich meinen Fachkollegen fUr Hinweise, Vcrbcsserungsvorschlage
und Anregungen dankbar.
Der Verlag TheodOl" Steinkopff, Dresden, hat auch bei diesel" Auflage in dankenswerter
Weise meine wissenschaftlichen und padagogischen Wiinsche aufgenommen und mit
traditioneller Verlagserfahrung verwirktlicht.
W. Heimann
IX
Vorwort zur 3. Auflage
Auch die 2. Auflage dieses Buches war rascher vergriffen, als vorauszusehen war.
Mit dieser Auflage hat sich freundlicherweise der Dr. Dietrich Steinkopff Verlag,
Darmstadt, bereit erklart, das Buch in seinem Verlagsprogramm fortzusetzen, nach
dem im Verlag Theodor Steinkopff, Dresden, infolge dort anders gerichteter Literatur
planungen eine Neuauflage nicht mehr moglich war.
D m jedoch das Buch moglichst schnell wieder fur die Kollegen in der Praxis und vor
aHem fiir die Studierenden greifbar zu haben, hat sich der Verfasser bei der vor
liegenden dritten Auflage auf die Einarbeitung wichtiger Erganzungen und Verbes
serungen beschrankt. A uch das Literatur -Ve rzeichnis wurde erweitert.
Vollig neu wurde jedoch von H. Sperlich das Kapitel uber den Verkehr mit Lebens
mitteln in der Bundesrepublik Deutschland geschrieben. Durch das Inkrafttreten
des Lebensmittel- und Bedarfsgegenstandegesetzes wurde 1975 die amtliche Lebens
mitteluberwachung auf eine neue Grundlage gestellt. Es erschien daher erforderlich,
die wichtigsten Bestimmungen dieses Gesetzes erlauternd darzustellen und dabei
besonders die neuen Regelungen herauszuarbeiten, die sich gegenuber der bisherigen
Rechtslage ergeben haben. In einem Anhang wurden schlieBlich der Gesetzestext
(mit Ausnahme der Ermachtigungen, der Straf- und BuBgeldbestimmungen) sowie
einige dazugehorige Rechtsvorschriften gebracht.
1m laufenden Text finden sich zahlreiche Hinweise auf in der DDR giiltige Bestim
mungen, so daB eine vergleichende Information moglich ist.
Meinem Kollegen, Herrn Ltd. Regierungs-Chemiedirektor Dr. Heinz Sperlich, bin
ich zu besonderem Dank verpHichtet fur die neue, wieder im Sinne meiner pad ago
gischen Gesamtkonzeption des Buches durchgefuhrte zusammenfassende Bearbeitung
des lebensmittelrechtlichen Teiles.
Fraulein Dr. lIse Volter, Dniversitat Karlsruhe, habe ich fiir die umsichtige unter
stutzende Mitarbeit auch an dieser Auflage zu danken.
Die harmonische Zusammenarbeit mit Herrn J urgen Steinkopff und den Mit
arbeitern des Dr. Dietrich Steinkopff Verlages, Darmstadt, hat die zugige druck
technische Bearbeitung und Neugestaltung des Buches ermoglicht. Hierfiir bin ich
besonders dankbar.
w.
Karlsruhe, Sommer 1976 Heimann
x
Inhaltsverzeichnis
Selte
A us dem Vorwort zur 1. A uflage .......................................... . VI
Vorwort zur 2. Auflage ................................................. '" IX
Vorwort zur 3. Auflage ......................... '.' ........................ . X
Einleilung 1
Grundziige der Emiihrungslehre
1. AuCgahen del' Erniihrang .............................................. 3
2. Bestandteile der LehensmitteJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1. Ei weiBstoffe ...................................................... 8
2.].1. Aminosiuren... .... . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Reaktionen der Aminos8uren . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Reaktionen der Carboxylgruppen ................................... 13
Reaktionen der Aminogruppen ..................................... 14
E!nte~lun~ der Ami~osi~en ......................................... 15
Die wlchtIgsten AmlDosauren ........................................ 15
ZusammensteUung wicbtiger Aminosiiuren ........................... 16
Azyklische Aminosiuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
lIonoamino-monocarbons8uren .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
lIonoamino-dicarbonsiuren ........................... . . . . . . . . . . . 20
Diamino-monocarbonsiuren ..................................... 21
Hydroxyaminosiuren ........................................... 22
Schwefelhaltige Aminosiuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Zyklische Aminosiuren ........................................... 23
Aromatiscbe Reihe ............................................. 23
Heterozyklische Reibe ........... ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Essentielle Aminosiuren ............................................ 23
Bestimmung und Trennung der Aminosiurcn .......................... 25
Pbysikalische mid chemiscbe lIethoden ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Mikrobiologische Bestimmung von Aminosiuren ...................... 26
2.1.2. Proteine und Proteide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Konstitution der EiweiBstofl'e ........................................ 27
EiweiBquellen und die biologische Wertigkeit von Proteinen ............. 31
Physikalisch-chemische Eigenschaften der EiweiBstofl'e .................. 34
"Obersicht iiber die EiweiBstofl'e ...................................... 36
Proteine (Einfacbe EiweiBstofl'e) ............... : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Globuline ..................................................... 37
Albumine ..................................................... 37
Protamine .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Histone....................................................... 38
GHadine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
GluteHne ...................................................... 38
GeriisteiweiBstofl'e .............................................. 38
XI
