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HANDBUCH DER •• KALTETECHNII( UNTER MITARBEIT ZAHLREICHER F ACHLEUTE HERAUSGEGEBEN VON RUDOLF PLANK KARLSRUHE NEUNTER BAND BIOCHEMISCHE GRUNDLAGEN DER LEBENSMITTELFRI SCHHALTUNG SPRINGER-VERLAG BERLIN / GOTTINGEN / HEIDELBERG 1952 BIOCHEMISCHE GRUNDLAGEN DER LEBENSMITTELFRISCHHAL TUN G BEARBEITET VON M. BIER-NEW YORK. W. DIEMAIR-FRANKFURT/M. H. KUHLWEIN-KARLSRUHE. F F. NORD-NEW YORK K. PAECH-TUBINGEN . G. STEINER-HEIDELBERG J. E. WOLF-KARLSRUHE MIT 128 ABBILDUNGEN SPRINGER·VERLAG BERLIN / GOTTINGEN / HEIDELBERG 1952 ISBN-13: 978-3-642-94596-0 e-ISBN-13: 978-3-642-94595-3 DOl: 10.1007/978-3-642-94595-3 ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER "OBERSETZUNG IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN. COPYRIGHT 1952 BY SPRINGER-VERLAG OHG., BERLINjGtiTTINGEN/HEIDELBERG. Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1952 Vorwort. Die Frischhaltung von Lebensmitteln bildet eines der wichtigsten Anwen dungsgebiete der Kaltetechnik. Urn die Einwirkung tiefer Temperaturen auf die Haltbarkeit der Lebensmittel richtig zu beurteilen und den bestmoglichen Einsatz der Kaltetechnik bei der Behandlung schnellverderblicher Lebensmittel tierischen und pflanzlichen Ursprungs zu gewahrleisten, muB der Kaltetechniker sich mit den physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der Lebensmittel vertraut machen. Es ist miihsam und zeitraubend, diese Kennt nisse aus den Lehr- und Handbiichern der verschiedenen einschlagigenDisziplinen zu schopfen. Es erschien daher zweckmaBig, in einem Band des Handbuchs der Kiiltetechnik die biochemischen Vorgange bei der Lebensmittelfrischhaltung zu behandeln und dabei auf die allgemeinen Grundlagen der Lebensmittelchemie, der Kolloidchemie und der Mikrobiologie einzugehen. AnschlieBend werden etwas ausfUhrlicher die spezifischen Eigenschaften der pflanzlichen und der tierischen Lebensmittel behandelt, und es wird ihr Verhalten bei der Abkiihlung, beim Gefrieren und bei der Kaltlagerung erlautert. In einem SchluBkapitel wird dann noch auf die ernahrungsphysiologischen Grundlagen eingegangen. Man kann verschiedener Meinung dariiber sein, wie eingehend sich der Kalte techniker mit diesen Problemen beschaftigen solI. Bleibt er zu sehr an der Oberflache und versucht er nicht ein wirkliches Verstandnis fur die Zusammen hange zu gewinnen, dann wird ihn das zusatzliche 'Vissen mehr belasten als f6rdern, und er wird kaum etwas dazu beitragen k6nnen, die ublichen, auf rein empirischer Grundlage entwickelten kaltetechnologischen Frischhalteverfahren zu verbessern. Wenn manche Leser beim Studium der einzelnen Beitrage gelegentlich den Eindruck gewinnen soUten, daB die Verfasser das MaB des fur den Kaltetechniker Wissenswerten iiberschritten haben, dann mogen sie darin ein geringeres Ubel erblicken, als wenn die Darstellung liickenhaft geblieben ware. Der Kalte- und Lebensmittelingenieur der Zukunft braucht auf jeden Fall eine breitere Ausbildung als bisher allgemein angenommen wurde. Der vorliegende Band des Handbuchs der Kaltetechnik bezweckt, die auf chemischem und biolo gischem Gebiet vorhandenen Ausbildungsliicken zu schlieBen. Den Mitarbeitern an diesem Band sei fUr ihr verstandnisvolles Eingehen auf die Vorschlage des Herausgebers herzlich gedankt. Dem Verlag gebiihrt Dank fUr die wiirdige Gestaltung des Werkes. Karlsruhe, im Juni 1952. R. Plank. Inhaltsverzeichnis. Chemisehe Grundlagen der Lebensmittelfrisehhaltung. Von Professor Dr.-Ing. Dr. phil. WILLffiALD DIEMAIR. Leiter des Universitiits-Instituts fUr Lebensmitteichemie, Frankfurt/M. Mit 3 Abbildungen. Seite A. Die chemische Beschaffenhei t der Inhal ts bestandteile 2 I. Die Eiwei13stoffe . . . . . . . . . 2 1. Einfache EiweiLlstoffe (Proteide) 3 2. Zusammengesetzte Eiwei13stoffe . 5 Bei der Faulnis entstehende Stoffe S. 7. II. Die Kohlenhydrate 8 1. Monosaccharide 8 2. Oligosaccharide. 9 3. Polysaccharide . 11 III. Die Fette und ihre Begleitstoffe (Lipide) 13 IV. Mineralbestandteile . . . . . . 16 V. Die Erganzungs- und Wirkstoffe 17 1. Die Vitamine . . . . . . . 18 2. Die Enzyme. . . . . . . . 26 Beziehungen zwischen Vitaminen und Enzymen S. 31. VI. Nachweis und Bestimmung der Inhaltsbestandteile 32 1. Bestimmung des Wassers. . . . . . . . . . 32 2. Bestimmung der Asche (Mineralbestandteile) . 33 3. Nachweis und Bestimmung von EiweiLlstoffen. 33 Farbreaktionen S. 33. 4. Bestimmung der Zuckerstoffe (Kohlenhydrate) 35 5. Bestimmung der Rohfaser. . . . . . . . . . 38 6. Bestimmung der Gelierkraft des Pektins nach Luers 38 7. Bestimmung des Fettes ............ . 39 8. Bestimmung der Enzyme und Vitamine . . . . . . 40 B. Die Zusammensetzung der tierischen und pflanzlichen Lebensmittel 47 I. Tierische Lebensmittel. . . . . . . 47 1. Fleisch- und Fleischerzeugnisse . 47 2. Fischfleisch und Fischerzeugnisse 50 3. Eier . . . . . . . . . . 52 4. Milch und Milcherzeugnisse 54 5. Speisefette und Speiseole . 58 II. Pflanzliche Lebensmittel 61 1. Getreide, Hiilsenfriichte und deren Erzeugnisse 61 2. Gemiise und deren Erzeugnisse . . 62 3. Obst ............. . 63 III. Der Nahrstoffgehalt der Lebensmittel . 65 VIII Inhaltsverzeichnis. Seite IV. GenuBmittel . . . . . . . . . 67 1. Alkaloidhaltige GenuBmittel 67 2. Alkoholische GenuBmittel. . 72 C. Die Verfahren der Haltbarmachung von Lebensmitteln 76 I. Physikalische Verfahren. . . . . . . . . . . . . . . 77 II. Chemische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . 78 D. Die Oberwachung des Verkehrs mit Lebensmitteln . 80 Schrifttum ...................... . 83 Kolloidchemische Grundlagen der Lebensmittelfrlschhaltung. Von Professor Dr. F.F. NORD und Dozent Dr. M. BIER. Department of Organic Chemistry and Enzymology, Fordham University, New York. Mit 12 Abbildungen. A. Einleitung ....... . 84 I. Chemie der EiweiJ3korper . . . . . . . . . 86 II. EiweiBkorper als hochpolymere Verbindungen 87 III. EiweiJ3korper als amphotere Elektrolyte. . . 89 B. Methodik der kolloidchemischen Untersuchungen 90 I. Diffusion und BRowNsche Bewegung . . . 90 II. Elektrische Potentiale und Elektrophorese . 93 III. Das DONNANsche Gleichgewicht. . 97 IV. Osmotischer Druck . . . . . . . . . . . 98 V. Sedimentation und Ultrazentrifuge __ . . . 101 VI. Die Lichtstreuungsmethode der Molekulargewichtsbestimmung und ihre Anwendung auf EiweiJ3korper . . . . . . . . . 105 VII. Viscositiit der Kolloidlosungen . . . . . . . . . 108 VIII. Viscositiit von EiweiJ3korpern und EiweiBmodellen 111 IX. Gallerten. . . . . . . . . . . 113 C. Struktur der EiweiBkorper ..... . 114 I. Struktur der Faser.EiweiBkorper . . . 115 a) Seidenfibroin S.117. - b) Keratin S. 117. - c) Die Kollagengruppe S.118. II. Elektronenmikroskopische Untersuchungen. 119 III. Kugelformige EiweiJ3korper. . . . . . . . 121 IV. Die MuskeleiweiBkorper Myosin und Actin. 125 D. Die Aggregation und Des aggregation der EiweiBkorper 126 I. SOERENSENS Auffassung der EiweiBkorper als umkehrbar dissoziierbare Komponentensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 II. Ergebnisse der Ultrazentrifuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 III. Beitrag der Kryolyse zum Problem der Aggregation und Desaggregation der EiweiBkOrper . . . . . . . . . . . . . . . . 129 IV. EiweiBpartikeln: Mizellen oder Makromolekiile . 133 E. Kolloidchemie der Zellen und Gewebe. 137 I. Mikroskopisch sichtbare Strukturen . 138 II. Das kolloidale System. . . . . . . . 140 III. Protoplasmamembran und Permeabilitiit 144 IV. Lipoide Strukturen im Protoplasma. . . 146 V. Vacuolen .............. . 148 VI. Zusammensetzung und Funktion des Protoplasmas . 149 F. Kolloidchemische Betrachtungen zum GefrierprozeB in Nahrungs. mitteln ........................ . 151 Inhaltsverzeichnis. IX Seite I. .Allgemeine physikalische Grundlagen des Gefrierens . . . . . . . .. 152 II. EinHuB des Gefrierens auf die chemischen Bestandteile der Nahrungsmittel 155 III. EinHuB des Gefrierens auf die EiweiBkorper und anderen Kolloide 157 IV. EinHuB des Gefrierens auf physiologisch aktive EiweiBk6rper 159 V. Gefrieren von Zellen und Geweben . . . . . . . . . . . . . . 161 Mikrobiologisehe Grundlagen der Lebensmittelfrisehhaltung. Von Dozent Dr. phil. HANS KUHLWEIN, Regierungsbotaniker. Botanisches Institut der Technischen Hochschule Karlsruhe. Mit 32 Abbildungen. A. Einleitung . . . . . . . . 167 B. Verbreitung der Mikroorganismen in der Natur. 170 C. Morphologie und Systematik der Mikroorganismen . 171 I. Gr6Benverhaltnisse . . . . . . . . . . . . 171 II. Die Bakterien (Schizomyceten) . . . . . . . 172 Zellformen, Morphologie und Cytologie S. 172. III. Bau der Einzelzelle 173 IV. Bakteriensporen. . . . . . . . . . . . . 174 V. Bakterienkolonien . . . . . . . . . . . . 175 VI. "Obersicht iiber das System der Bakterien . 176 VII. Die Pilze (Fungi) . . . . . . . . . . . . 176 a) Zellformen, Morphologie S. 176. - b) Cytologie S. 178. VIII. "Obersicht iiber das System der Pilze 178 1. Phycomyceten (Algenpilze). 178 2. Ascomyceten. . . . . . . . . . 179 3. Fungi imperfecti ....... 180 D. Der Stoffwechsel der Mikroorganismen 183 I. Enzyme . . . . . 183 II. Nahrstofl'aufnahme . . . . . . . . . 184 III. Wirk~toffe . . . . . . . . . . . . . 187 E. Der abbauende Stoffwechsel (Betriebsstoffwechsel). 190 I. Spaltungsgarungen. . . . . 190 1. Die alkoholische Garung. 190 2. Die Milchsauregarung . . 192 3. Die Propionsauregarung 192 4. Die Buttersauregarung . 193 5. Vergarung von Cellulose 193 6. Pektingarung 193 II. Oxydative Garungen. . . . 194 1. Essigsauregarung . . . . 194 2. Die Citronensauregarung 194 3. Die Oxalsauregarung . 195 4. Die Fumarsauregarung 195 III. Der Abbau der Fette . . 195 IV. Der EiweiBabbau . . . . 196 F. Der EinfluB von AuBenfaktoren auf das Leben der Mikroorganismen 198 I. EinfluB der Feuchtigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 198 II. Der EinHuB der Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 200 . Keimfreimachung durch hohe Temperaturen S. 201. - Die Wirkung von tiefen Temperaturen auf Mikroorganismen S. 202. III. EinHuB der Wasserstoffionenkonzentration. . . . . . . . . . . . . . . 205 x Inhaltsverzeichnis. Seite IV. Einflu.B des Sauerstoffs 206 V. Einflu.B des Lichtes . . 207 VI. Wirkung von Giften. . 207 G. "Obersicht tiber Gruppen von Mikroorganismen, die am Verderb von Lebensmitteln ma.Bgeblich beteiligt sind 210 I. Bakterien . . . . . . . . . . . . 210 1. Die aeroben Sporenbildner 210 2. Die Kokken oder Kugelbakterien. 211 3. Thermophile Bakterien . . 211 4. Die Coli-aerogenes-Gruppe. . 212 5. Gruppe der Alkalibildner . . 212 6. Die anaeroben Sporenbildner. 213 II. Schimmelpilze und Hefen . . . 214 Die Mucorineen-Kopfchenschimmel S. 214. - Die Ascomyceten S. 215. - III. Fungi imperfecti . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 H. Einfache mikrobiologische Untersuchungsmethoden 217 I. Das Messen von Mikroorganismen. 217 II. Das mikroskopische Praparat. . . 218 III. Gefarbte Praparate . . . . . . . 218 IV. Zahlen von Mikroorganismenzellen 219 J. Nahrboden . . . . . . . . . . . . . 221 I. Reaktion der NahrbOden. . . . . 221 II. Filtration und Klarung der NahrbOden 221 III. Die Sterilisation der NahrbOden . . . 221 Biologisehe Grundlagen der Frisehhaltung pfianzlieher Lebensmittel. Von Professor Dr. phil. KARL PAECH. Botanisches Institut der Universitat Tlibingen. Mit 13 Abbildungen. A. Einleitung . . . . . . . . 223 B. Der Aufbau der Pflanzen 224 I. Die Zelle. . . . . . . 224 II. Die Gewebe und Organe 234 C. Die Funktionen der lebenden Zellen und Organe 240 I. Allgemeines ................. 240 II. Permeabilitat . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 III. Die Bedeutung des Wassers fUr die Erhaltung der Gestalt pfianzlicher Organe (Die osmotischen Verhaltnisse) . . . . . . . . . 244 IV. Der Stoffwechsel organischer Verbindungen . . . 248 1. Die Photosynthese (Kohlendioxydassimilation) . 249 2. Die Atmung der Pflanzen. . . . . . . . . . 250 3. Die Bedeutung der Enzyme fiir den Stoffwechsel . 261 4. Der Stickstoffumsatz der Pfianzen . . . . . . . 266 n. Ausgewahlte Kapitel aus der speziellen Pflanzenphysiologie . 268 I. Der Stoffwechsel reifender Friichte . . . . . . . . . . . . . 268 1. Allgemeine Altersveranderungen . . . . . . . . . . . • . 271 2. Die Atmung und der Kohlenhydratumsatz bei der Reifung. 275 3. Der Saureumsatz wahre~d der Fruchtreifung . . . . . . . 284 4. Her Pektinumsatz und ddS Weichwerden von Friichten . . 288 5. Die Abgabe fiiichtiger Substanzen auner CO und die Xthylenwirkung 291 2 Inhaltsverzeichnis. XI Seite II. Die Kiilteresistenz und der Kiiltetod von Pflanzen. . . . . . . . . 293 III. Die Veriinderungen beim Gefrieren von Obst und Gemlise . . . . . 299 IV. Grundlagen der Entstehung und Verhlitung von Kaltlagerkrankheiten 301 1. Die verschiedenen Kaltlagerkrankheiten ............ 301 2. Theoretische Eriirterungen liber die Entstehung von Kaltlagerschiiden. 307 Biologische Grundlagen der Frischhaltung tierischer LebensmitteJ. Von Professor Dr. GEROLF STEINER. Zoologisches Institut der Universitat Heidelberg. Mit 58 Abbildungen. Einlei tung. . . . . . . . . 312 A. Aufbau des Tierkiirpers 312 I. Die Zelle. . . . . . 312 II. Die Gewebe 314 III. Systematischer Uberblick liber die wichtigsten Organisationstypen . 324 1. Wirbellose . . . . . . . . . . 325 2. Wirbeltiere ........ 330 B. Die physiologischen Gegebenheiten 338 I. Ausgewiihlte Abschnitte aus der allgemeinen Physiologie 338 1. Geruch und Geschmack. . . . . . . . . . . 338 2. Physiologische Betrachtung der Zellstrukturen 343 3. Die Vorgiinge im Muskel . . . . . 353 4. Atmung und respiratorische Farbstoffe 364 II. Histophysiologie des Todes 368 1. Absterben und "Totsein" 368 2. Autolyse. . . . . . . . 370 3. Einfallswege der Fiiulnis. 371 III. Temperaturphysiologie. . . 373 1. Allgemeine Temperaturphysiologie 373 2. Physiologie der tiefen Temperaturen 379 Ernabrungspbysiologiscbe Grundlagen der Friscbhaltung von Lebensmitteln. Von Dr. phil. habil. JOHANNES ERICH WOLF. Bundesforschungsanstalt fur Lebensmittelfrischhaltung Karlsruhe. Mit 9 Abbildungen. A. Einleitung ....... . 391 B. Die heutige Lage unserer Ernahrungsweise 392 C. Ernahrung und N ahrungs bedarf . 396 I. Einleitung . . . . . . 396 II. Der Ernahrungsvorgang . 397 III. Die Nahrstoffe . . . . . 401 1. Der Energiestoffwechsel 401 2. Baustoffwechsel. . . 408 IV. Die Wirkstoffe (Biotika, Erganzungsstoffe) 422 1. Einleitung . . . . . 422 2. Wirkstoffe . . . . . 423 Die speziellen Vitamine S. 431. - Integritat der ,Nahrung S. 447. XII Inhaltsverzeichnis. Seite V. Sinnesphysiologisch wirkende natiirliche und kiinstliche Bestandteile . 449 1. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . 449 2. Farbe, Form und Oberflachenbeschafienheit . 451 3. Duft und Geschmack. . . . . . . . . . . 454 4. Konsistenz. . . . . . . . . . . . . . . . 455 VI. Gesundheitsschadliche Lebensmittelbestandteile und ihre Entstehung bei der Konservierung und Lagerung. . . . . . . . . . . 456 1. Krankheitserregende Mikroorganismen. . . . . . . . . . . . . 456 2. Mikrobielle und autolytische Veranderungen der Nahrungsntittel . 457 3. Parasiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 4. Gesundheitsschadliche normale Bestandteile der Rohprodukte . 460 5. Zusatz chemischer Mittel . . . . . 461 VII. Nahrwertdarstellung und Nahrgeldwert 465 1. Nahrwertdarstellung 465 Nahrgeldwert . . . . . . . . 469 VIII. Die Erhaltung der Nahr· und GenuBwerte durch Frischhalteverfahren . 469 1. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 2. EinHuB der einzelnen MaBnahmen und Frischhalteverfahren auf die Erhaltung der Nahr· und Wirkstofie und der GenuBwerte 470 Namenverzeichnis 486 Sachverzeichnis . 499