Kartenstapel

Energielieferant

Süßungsmittel

Gelbildner/ Hydrokolloide

gesundheitsfördernde Wirkung (Ballaststoffe)

Strukturelemente

Einfluss auf Wasseraktivität

Ausgangssubstanz für die Bildung von Aromen, Farbstoffen und Antioxidantien

haben ein durchgängiges C-Gerüst (Monosaccharide)

enthalten eine Vielzahl an funktionellen Gruppen

enthalten eine Carbonylgruppe, Halbacetal oder Acetal

enthalten mind. ein Stereozentrum

können in Mono-, Oligo- und Polysaccharide eingeteilt werden

Anhang I: Spezielle Begriffsbestimmungen

7. „Kohlenhydrat“ bedeutet jegliches Kohlenhydrat, das im Stoffwechseldes Menschen umgesetzt wird, einschließlich mehrwertiger Alkohole;

6. „Zucker“ bedeutet alle in Lebensmitteln vorhandenen Monosaccharideund Disaccharide, ausgenommen mehrwertige Alkohole;

9. „mehrwertige Alkohole“ bedeutet Alkohole, die mehr als zwei Hydroxygruppen tragen

11. „Ballaststoffe“ bedeutet Kohlenhydratpolymere mit drei oder mehr Monomereinheiten, die im Dünndarm des Menschen weder verdaut noch absorbiert werden und zu folgenden Klassen zählen:

a) essbare Kohlenhydratpolymere, die in Lebensmitteln, wenn diese verzehrt werden, auf natürliche Weise vorkommen;

b) essbare Kohlenhydratpolymere, die auf physikalische, enzymatische oder chemische Weise aus Lebensmittelrohstoffen gewonnen werden und laut allgemein anerkannten wissenschaftlichen Nachweisen eine positive physiologische Wirkung besitzen;

c) essbare synthetische Kohlenhydratpolymere, die laut allgemein anerkannten wissenschaftlichen Nachweisen eine positive physiologische Wirkungbesitzen

Umwandlung eines Monosaccharids in die verschiedenen anomeren Formen und cyclischen Formen über die offenkettige Carbonyl-Form

Durch 1H-NMR

• Karplus Gleichung für die Aufspaltung von Protonensignalen von vicinalen Protonen als Funktion des Interplanarwinkels

• kleine Kopplungskonstante (1-4 Hz) -> axial-äquatorial, äquatorial-äquatorial Orientierung

• große Kopplungskonstante (6-10 Hz) -> axial-axial

• Glucose-Anomere können unterschieden werden; alpha-Glc im Tieffeld

• Galactose-Anomere können nicht unterschieden werden, da beide Anomere eine kleine Kopplungskonstante haben

Austausch einer Hydroxylgruppe durch einen Wasserstoff

für die Lebensmittelchemie wichtige Desoxyzucker:

• 2-Desoxy-D -ribose: Desoxyribonucleinsäure (DNA)

• L-Fucose (6-Desoxy-L -galactose): Pektine und andere Polysaccharide,Muttermilch

• L-Rhamnose (6-Desoxy-L-mannose): Pektine und andere Polysaccharide,Glycoside

Austausch einer Hydroxylgruppe durch eine Aminogruppe

z.B. D-Glucosamin (2-Amino-2-desoxy-D -glucose):

• häufig vorkommendes Monosaccharid in tierischen und einigen bakteriellen Polysacchariden.

• in acetylierter Form (N-Acetyl- D-glucosamin) auch in dem Polysaccharid Chitin (Insektenpanzer, Zellwände vonPilzen) zu finden.

produziert von Pilzen, z.B. Aspergillus niger and Penicillium notatum

verwendet Luftsauerstoff

zur Herstellung von Glucono-1,5-lacton für die LM-Industrie

andere Anwendungen:

• Entfernung von Glucose bei der Herstellung von Eipulver → verhindert Produktverfärbung (Maillardreaktion) und Minderung der Schlagfähigkeit

• Entfernung von Sauerstoff aus luftdichten Verpackungen

→ Verhinderung der Fettoxidation und des Abbaus bzw. Bildung von Farbstoffen

- Anwendung stärkerer Oxidationsmittel, z.B. Salpetersäure(30%, kochend)

- Oxidation der Carbonylgruppe und der CH2OH-Gruppe

- Name der entstehenden Säure durch Anfügen der Endung–arsäure an den Stamm des Ausgangsmonosaccharids

- Galactarsäure ist praktisch unlöslich in Wasser

- Oxidation der CH2OH-Gruppe unter Erhalt der Aldehydfunktion in Position C1

- Name der entstehenden Säure durch Anfügen der Endung –uronsäure an den Stamm des Ausgangsmonosaccharids; Salze oder Ester der Uronsäuren sind –uronate

- Synthese von Uronsäuren erfordert Schutzgruppen

- Bestandteile von Polysacchariden der pflanzlichenZellwand, z.B. von Pektinen (am wichtigsten Galacturon-säure, aber auch Glucuronsäure)

- Bestandteile von Polysacchariden, welche als Hydrokolloide eingesetzt werden; Ursprung häufig aus Algen

- Bildung von Ascorbinsäure beginnt mit der Oxidation von Glucose zu Glucuronsäure

- zur Ausscheidung von Xenobiotika können dieseteilweise mit Glucuronsäure in der Leber konjugiert werden

- als Monomere vonZellwandpolysacchariden

- Homogalacturonane: bestehend aus α- D-Galacturonsäure-einheiten, über (1→4)-Bindungenverbunden

- Carboxylgruppen der Galakturonsäureeinheiten teilweise mit Methanol verestert

- als Monomere von Hydrokolloiden/Gelbildnern (Natriumalginat, Guarkernmehl)

- in der Biosynthese von Ascorbinsäure

- Konjugation mit Glucuronsäure zur Ausscheidung von Xenobiotika (Fremdstoffe)

- Reduktion mittels NaBH 4, LiAlH 4, katalytischer Hydrierung, ...

- Zuckeralkoholname durch Anfügen der Endung –it (auch –itol engl.) an denStamm des Mono-/Disaccharids

weisen einen süßen Geschmack auf

weisen einen geringeren Kaloriengehalt alsMono- und Disaccharide auf (weil sie nicht oder nur teilweise im Dünndarm resorbiert werden)

sind nicht oder nur geringfügig kariogen

haben keinen/nur einen geringen Einfluss auf den Blutzuckerspiegel

sind nicht-reduzierend

können abführend wirken

weisen eine endotherme Lösungsenthalpie auf

sind hygroskopisch

ein Novel Food aus Lactose

Ketohexose, die langsamer resorbiert wird als andere Zucker und die einen geringeren glykämischen Index aufweist

90% Süßkraft im Vergleich zu Saccharose; physiologischer Brennwert: 1,5 kcal/g

Zulassung als neuartiges Lebensmittel erfolgte in 2005

Hydrolytische Spaltung von Lactose

Umsetzung unter alkalischen Bedingungen

Bildung vonHydroxyaldehyden und Hydroxyketonen

hochreaktive Primärprodukte reagieren im Zuge von Aldol-kondensationen und Cannizzaro-Reaktionen weiter

Cyclopentenolone sind typische karamelartige Aromaverbindungen

normalerweise sind Monosaccharide in verdünnten Säuren stabil (Raumtemperatur)

Erhitzen von Monosacchariden unter sauren Bedingungen: Bildung von 5-Hydroxymethylfurfural

Erhitzen von Monosacchariden unter sauren Bedingungen: Reversion

→ aus Glucose werden bevorzugt Isomaltose und Gentiobiose gebildet (z.B. im Zuge der sauren Hydrolyse von Stärke)

- Schmelzen von Zucker oder Erhitzen von Zuckerlösungen in der Gegenwart von sauren oder alkalischen Katalysatoren

- Reaktionen sind vergleichbar/identisch mit den in den vorherigen Abschnitten beschriebenen Reaktionen

- neben niedermolekularen Verbindungen tragen hochmolekulare Produkte mit komplexen, variablen und zumeist unbekannten Strukturen zur Farbe bei

- Prozess kann mehr in Richtung Aromabildung oder Farb-bildung gesteuert werden

- Zuckercouleur (engl. caramel color) findet weite Verbreitung in der Lebensmittelindustrie

- oft eingesetzte Kohlenhydrate: Saccharose; auch Glucose, Fructose, Invertzucker,Glucosesirup etc.

- verwendete Säuren: Schwefelsäure, schweflige Säure, Phosphorsäure, Essigsäure,Citronensäure

- verwendete Basen: NaOH, KOH, Ca(OH) 2

- Salze werden teilweise zusätzlich eingesetzt, z.B. Phosphate, Sulfate, Ammonium-carbonate und -bisulfite (Stabilität und Löslichkeit der Pigmente wird erhöht)

- erste Berichte im Jahr 1912 von Louis Camille Maillard

- Erhitzen einer Mischung aus Glucose und Glycin führte zur CO2

-Freisetzung und der Bildung braun gefärbter Niederschläge

- auch als „nicht-enzymatische Bräunung“ bezeichnet

- Reaktion zwischen einem reduzierenden Zucker und einer Aminogruppe (Aminosäure,Aminogruppen in Protein(Aminosäure)-Seitenketten)

- zentrale Reaktion für die Bildung von Farbe (niedermolekulare Maillardreaktionsprodukte und hochmolekulare Melanoidine) und Aromastoffen in (thermisch behandelten) Lebensmitteln

- Bildung stark reduktiver Verbindungen (Reductone)

→ Stabilisierung von Lebensmitteln gegen oxidativen Verderb

- Verlust von essentiellen Aminosäuren (Lysin, Arginin, Cystein, Methionin)

- Bildung von Verbindungen mit möglichen mutagenen Eigenschaften

- Bildung von Verbindungen, die Proteine verknüpfen können

1. Bildung Amadori-/ Heyns-Verbindung

2. Bildung Desoxysone

3. Strecker Reaktion

4. Proteinmodifikation

5. Bildung Melanoide

Amadori Verbindungen werden im pH-Bereich 4-7 zu 1-, 3-, und 4-DesoxydicarbonylVerbindungen (Desoxyosone) abgebaut

Bildung von 3-Desoxyosonen und einige (!) mögliche Weiterreaktionen

Bildung von 1-Desoxyosonen und einige (!) mögliche Weiterreaktionen

Bildung von 4-Desoxyosonen (und mögliche Weiterreaktionen)

Aminokomponente wird bei der Bildung des 4-Desoxyosons im Gegensatz zur Bildung des 1- und 3-Desoxyosons nicht eliminiert

- Reaktion zwischen α-Dicarbonylverbindungen, z.B. Desoxyosonen, und Aminosäuren

- Bildung von Aldehyden (Streckeraldehyden), CO2 und α-Aminoketonen

- Streckeraldehyde sind oft wichtige Aromakomponenten

- Strecker Reaktion läuft bevorzugt bei höheren Konzentrationen an Aminosäuren im Lebensmittel und bei hohen Temperaturen oder Drücken ab

- insbesondere Seitenketten von Lysin und Arginin werden modifiziert

- Minderung der biologischen Wertigkeit durch Verlust essentieller Aminosäuren

- Ausbildung von Cross-links: a) Veränderung der Textur, b) Veränderung derAufschlagfähigkeit, c) Minderung der biologischen Wertigkeit, d)...

Definition Melanoidine: hochmolekulare, braun gefärbte Reaktionsprodukte der Maillardreaktion

- genaue Strukturen für Melanoidine sind unbekannt

- Strukturvorschläge:

• hochmolekulare Verbindungen aus Maillardreaktionsprodukten

• niedermolekulare chromophore Maillardreaktionsprodukte, die überwiegend an hochmolekulare Polysaccharide gebunden sind

• niedermolekulare chromophore Maillardreaktionsprodukte, die überwiegend an hochmolekulare Proteine gebunden sind

• andere LM-Inhaltsstoffe, z.B. Chlorogensäuren in Kaffee, können in Melanoidine integriert werden- ....

- es besteht auch die Möglichkeit, dass verschiedene Melanoidinpopulationennebeneinander vorliegen

Bildung von Acrylamid in Lebensmitteln erfordert die Anwesenheit von reduzierenden Zuckern, Asparagin sowie Temperaturen von > 130 °C

- Erniedrigung des Gehaltes an Asparagin

- Erniedrigung des Gehaltes anreduzierenden Zuckern

- Anwendung niedriger Temperaturen

- pH-Erniedrigung- Zusatz anderer Aminosäuren

- Abbau von gebildetem Acrylamid

- α- D-Glucopyranosyl-(1→6)-D-Fructofuranose

- Herstellung aus Saccharose mit Hilfe des Enzyms Isomaltulose-Synthase

- Transfer der Saccharose-Glucoseeinheit von der O-2-Position der Fructose in die O-6-Position

- Isomaltulose wird vollständig metabolisiert, aber verzögert

- Vorteile: Dämpfung des postprandialen Blutglucoseanstiegs, vergleichsweise niedriger glykämischer Index; nicht kariogen

- Hydrogenierung liefert Isomalt (Palatinit)

Fläche unter der 2 h-Blutglucosekurve nach Aufnahme einer Mahlzeit, die 50 g (verwertbare) Kohlenhydrate enthält, geteilt durch die Flächeunter der 2 h-Blutglucosekurve nach Verzehr von 50 g Glucose

! Teilweise werden von 50 g abweichende Mengen eingesetzt, teilweisewerden nicht 2 h gemessen, sondern z.B. 3 h !

- β- D-Galactopyranosyl-(1→4)-D-fructofuranose

- kann aus Lactose durch Isomerisierung unter alkalischen Bedingungengebildet werden

→ basische Katalysatoren, z.B. Ca(OH) 2 , Alkalihydroxide etc.

→ geringe Ausbeuten; Bildung von Nebenprodukten; aufwendige Abtrennung der Lactulose von Nebenprodukten/ Abbauprodukten

- die enzymatische Herstellung von Lactulose wird weiter verbessert

- Präbiotika/Prebiotika: “Nicht verdaubare Lebensmittelbestandteile, die selektiv das Wachstum oder die Aktivität bestimmter Bakterien im Darm stimulieren und gesundheitlich positive Wirkungen haben können.”

- Einsatz von Lactulose als Lebensmittelzutat seit 1957: es wurde gezeigt, dass das Wachstum von Bifidobakterien im Dickdarm von Kindern durch den Zusatz von Lactulose zur Nahrung gefördert wurde

- Säuglingsnahrung: in einigen Ländern wird der Zusatz von 0.5% Lactulose als adäquat angesehen, um die Bifidobakterienflora wie bei gestillten Säuglingen zu stimulieren; Lactulose in Konzentrationen von 1% kann einen leicht abführenden Effekt bewirken

- medizinischer Einsatz als mildes Abführmittel

Raffinose

- α- D-Galp-(1→6)-α- D-Glcp-(1→2)-β- D-Fruf;

Stachyose:

- α- D-Galp-(1→6)-α- D-Galp-(1→6)-α-D-Glcp-(1→2)-β-D-Fruf

Verbascose:

- α- D-Galp-(1→6)-α- D-Galp-(1→6)-α-D-Galp-(1→6)-α-D-Glcp-(1→2)-β-D-Fruf

bis zu 0.05% in Zuckerrüben

in Leguminosen (Bohnen, Sojabohnen, Linsen), z.B. 0.4% (auf Trockenbasis) in Gartenbohnen- Spaltung durch Invertase in Fructose und Melibiose und durch Galactosidase in Saccharose und Galactose

Stachyose und Verbascose sind die dominierenden Oligosaccharide in Leguminosen- z.B. Gartenbohnen 2.6% Stachyose; Linsen 1.2% Verbascose (Gewichts% auf Tockenbasis)

- Leguminosenoligosaccharide können Blähungenverursachen

- Darmmikroorganismen hydrolysieren Oligosaccharide in Monosaccharide

- Monosaccharidfermentationzu SCFA und CO2, CH 4, H2

-Herstellung von Rübenzucker:

- Anwesenheit von höheren Mengen an Raffinose im Magma vermindert Kristallisationsgeschwindigkeit und führt zu nadel-förmigen Kristallen

- Polymere: Inulin- Kestose: GF2, Nystose: GF3,1-Fructofuranosylnystose: GF4

- sind in vielen essbaren Pflanzen vorhanden, z.B. Knoblauch, Zwiebeln, Chicorée etc.

- FOS können aus Saccharose hergestellt werden: transfructosylierende Aktivität der β-Fructofuranosidase oder β-Fructoslytransferasen

- FOS können auch durch Hydrolyse von Inulin (endo-Inulinase) hergestellt werden

Quelle für lösliche Ballaststoffe

prebiotische Eigenschaften

niedriger Kaloriengehalt

Einsatz anstelle von Zucker (FOS in Kombination mit Süßstoffen, z.B. Aspartam)

zur Erzeugung eines cremigen Mundgefühls in fettreduzierten Lebensmitteln (Inulin)

- Mischungen von Oligosacchariden, die aus Lactose hergestellt werden und zwischen 2 und 8 Monosaccharideinheiten aufweisen, von denen eine eine terminale Glucoseeinheit ist und die anderen Einheiten aus Galactose bestehen

n(Gal-Glc) (Gal)n-Glc + (n-1)Glc

- β-glycosidische Bindungen sind überwiegend (1→4)-Bindungen, es können aber auch andere Bindungstypen auftreten

- Herstellung aus Lactose mit Hilfe von Enzymen die Transgalactosidaseaktivitätaufweisen

- Einsatz als Prebiotika in Lebensmitteln, u.a. in Säuglingsfolgenahrung

- diskutiert wird eine verbesserte Mineralstoffaufnahme (insbesondere von Calcium) durch die Gabe von Galactooligosacchariden

- neben Lactose sind viele Oligosaccharide mit endständiger Lactoseeinheitin der Milch von Monogastriern zu finden

- Galactose, Fucose, N-Acetylglucosamin und N-Acetylneuraminsäure(Sialinsäure) kommen in variierenden Sequenzen vor

- mehr als 30 dieser Oligosaccharide wurden aus der Muttermilch isoliert(machen bis zu 2% der Muttermilch aus)

- stellen „Wachstumsfaktoren“ für Bifidobakterien dar- nur sehr geringe Gehalte dieser Oligosaccharide kommen in der Milch von Wiederkäuern vor (ca. 0,1%)

bestehen aus Monosacchariden, die über glykosidische Bindungen verbunden sind

Alle Polysaccharide haben nur ein reduzierendes Ende, aber verzweigte Polysaccharide haben mehrere nicht-reduzierende Enden

- verzweigte Polysaccharide sind besser löslich als ihre linearen, unverzweigten Gegenstücke

- im Vergleich zu ihren linearen Gegenstücken mit gleichem Molekulargewicht erzeugen verzweigte Polysaccharide eine geringere Viskosität (wenn in gleichen Konzentrationen eingesetzt)

- Viskosität einer Lösung reflektiert das hydrodynamische Volumen des Makromoleküls in Lösung

- Stärke ist die wichtigste Kohlenhydratquelle in der menschlichen Ernährung

- nicht verdaubare Polysaccharide sind Ballaststoffbestandteile

- Strukturkohlenhydrate sind für die Textur vieler pflanzlicher Lebensmittel verantwortlich

- Verdickungsmittel

- Gelbildner

- Stabilisatoren, z.B. Stabilisierung von Emulsionen, Stabilisierung von Suspensionen etc. (z.B. Carrageen wird zur Stabilisierung der Kakaopartikel und zur Verhinderung der Aufrahmung in Schokoladenmilch verwendet)

- Speicherkohlenhydrat

- aufgebaut aus α-D-Glucoseeinheiten

- organisiert in Stärkekörnern unterschiedlicher Größe und Form

- bis zu 500.000 Glucoseeinheiten (Amylose: bis zu 6.000 Einheiten)

- durchschnittlich 15 – 30 Glucoseeinheiten in kurzen Verzweigungen

- Amylopektin besteht aus verschiedenen Einheiten:

A-Ketten: bestehend aus (1→4)-gebundener Glucose

B-Ketten: bestehend aus (1→4)- und (1→6)-gebundener Glucose

C-Kette: bestehend aus (1→4)- und (1→6)-gebundener Glucose, reduzierendes Ende

- Unterscheidung in (semi)kristalline, dichte Bereiche und amorphe, weniger dichte Bereiche

- Kristallinität ist das Resultat der Anordnung der Amylopektinmoleküle

- es wird angenommen, dass Amylose in den amorphen Regionen vorliegt

- Wachsstärken (100% Amylopektin) zeigen das gleiche Ausmaß an Kristallinität wie herkömmliche Stärken

- Amylopektinmoleküle sind so angeordnet, dass die reduzierenden Enden zum Mittelpunkt des Stärkekorns (Hilum) ausgerichtet sind

1. Wassereinlagerung, Stärkekorn schwillt an

2. Amylose ist aus Stärkekorn ausgetreten, Nur noch Amylopektin in Ghost Granule

Rapid Visco Analyzer (RVA): Der RVA bestimmt Stärkeviskosität über den Widerstand einer Mehl/Stärke-Mischung gegenüber der Rührbewegung eines Flügelrotors. Individuelle Scher- und Temperaturprofile sind einsetzbar (Geschwindigkeit des Rotors: 10 – 2000 Umdrehungen min-1, Heizraten: bis zu 14 °C min-1 )

- zur Beeinflussung der Funktionalität von nativen Stärken

- z.B. Stärken

* mit höherer Gefrier-Tau-Stabilität

* die transparente Pasten bilden (z.B. um Fruchtfüllungen anzudicken)

* die scherstabile Pasten ausbilden

* deren Stärkekörner erhöhte Stabilität aufweisen

* die höher/weniger viskose Lösungen ausbilden

* verminderte Synärese von Stärkegelen

- Veretherung bzw. Veresterung findet normalerweise nur im geringen Ausmaß statt (DS: zwischen 0,002 und 0,2)

- DS: degree of substitution; durchschnittliche Anzahl an Hydroxylgruppen pro Monosaccharideinheit, die substituiert vorliegen (Amylose: drei Hydroxylgruppen für die Substitution verfügbar (bei Vernachlässigungder geringen Verzweigung)

- nicht gekochte underivatisierte Stärkekörner können mikroskopisch häufig nicht von derivatisierten Stärkekörnern unterschieden werden

- Derivatisierung der Stärke mit monofunktionellen Reagenzien (Propylenoxid)

- intermolekulare Assoziationen werden vermindert, ebenso Gelbildung und Trübung

niedrigere Verkleisterungstemperatur

bilden klare Pasten mit geringer Neigung zur Retrogradation und verbesserter Gefrier-Tau-Stabilität

- als Ausgangsmaterial werden häufig Wachsstärken verwendet

- normale Stärken bilden trübe, klebrige Gele, die zu Synärese neigen; Wachstärken formen transparentere Pasten mit geringer Tendenz zur Gelbildung bei Raumtemperatur

- aber: unmodifizierte Wachsstärken werden trüb und klumpig und neigen zu Synärese bei Kühllagerung

normale Stärken bilden trübe, klebrige Gele, die zu Synärese neigen; Wachstärken formen transparentere Pasten mit geringer Tendenz zur Gelbildung bei Raumtemperatur

- Derivatisierung der Stärke mit bifunktionellen Reagenzien (Anhydride von Essigsäure und Carbonsäuren wie Adapinsäure oder Trinatriummetaphosphat)

Reaktion der bifunktionellen Hydroxylgruppen an zwei verschiedenen Molekülen

- Stärkung der Stärkekörner einhergehend mit einer reduzierten Anschwellung der Stärkekörner (Geschwindigkeit und Ausmaß); gleichzeitig stabiler gegenüber dem Zerfall

- stabiler gegenüber höheren Temperaturen, Scherkräften, niedrigeren pH-Werten etc.

- erhitzte Pasten aus vernetzten Stärken haben eine höhere Viskosität als solche aus den nicht vernetzten Counterparts

- Beispiele: E 1412 Distärkephosphat, E 1422 Acetyliertes Distärkeadipat

! vernetzte Stärke steigt Viskosität bei abkühlen, bleibt bei Erhitzen gleich

native steigt Viskosität beim erhitzen und sinkt dann ab

Typ I: Physikalisch unverdaubare Stärke (nicht für Verdauungsenzyme zugänglich, da in Zelle oder Proteinmatrix eingelagert)

Typ II: Resistente Stärkekörner (von Bedeutung für roh verzehrte Lebensmittel)

Typ III: Retrogradierte Stärke (Übergang von verkleisterter Stärke in einen mikrokristallinen Zustand)

Typ IV: Chemisch modifizierte Stärken

makromolekulare, hydrophile, in Wasser lösliche bzw. quellende Verbindungen; überwiegend Polysaccharide, aber auch Proteine (Kolloide habenin mindestens einer Dimension eine Ausdehnung von 1 bis 500 nm)

Viskosität ist unabhängig von der Scherrate

- Lösungen niedermolekularer Kohlenhydrate, die wahre Lösungen bilden

- nur wenige Polysaccharidlösungen zeigen Verhalten ähnlich den Newtonschen Flüssigkeiten

Viskositätsinkt mit steigender Scherrate

pseudoplastische (strukturviskose) und thixotrope Fluide

- Viskosität ändert sich umgehend mitÄnderung der Scherrate

- lineare Polymere zeigen häufig pseudoplastisches Verhalten

- Viskosität ändert sich zeitabhängig und nicht umgehend

- thixotrope Fluide haben oft (schwach) gelartige Eigenschaften im Ruhezustand und die Eigenschaften eines Fluids, wenn Scherkräfte einwirken

aus den Samen der Leguminose Cyamopsis tetragonoloba

aktives Polysaccharid ist ein Galactomannan

- Verdickungsmittel bzw. Stabilisator in vielen Lebensmittelanwendungen, z.B. Milchprodukten, Soßen, Backwaren, Eiscreme etc.

Stabilisatorfunktion in Eiscreme:

Verhinderung des Wachstums von Eiskristallen durch Immobilisierung von Wasser, welches durch leichtes Antauen entsteht

verbessertes Mundgefühl von Eiscreme („cremiger“)

Stabilisatorfunktion in Soßen:

Stabilisierung von Emulsionen- synergistische Wirkung mit Xanthan

wird mit Hilfe des Mikroorganismus Xanthomonas campestris gebildet

- äußerst stabil gegenüber Hitze, Säure und Alkali

- Xanthan bildet stark pseudoplastische Fluide

- Viskosität steigt nicht während des Kühlens (Kühlschranklagerung)

- bildet Gele mit Johannisbrotkernmehl (allein sind beidekeine Gelbildner)

- zum Verdicken und Stabilisierung (Emulsionen,Suspensionen)

- häufig eingesetzt in Soßen und Dressings sowie in Backwaren

- “M-Blöcke” (β-D-Mannuronsäure) und “G-Blöcke” (α-L-Guluronsäure)

- “G-Blöcke” bilden Verknüpfungspunkte (junction zones) über Ca 2+

niedrigverestertes Pektin, low-methoxylatedpectin:

Ca 2+-Ionen notwendig, um Gele zu bilden

Gelbildung ist dann bei niedrigen Zuckerkonzentration möglich

für Konfitüren

hochverestertes Pektin, high-methoxylated pectin:

benötigt hohe Mengen an Zucker und niedrige pH-Werte, um Gele zu bilden

als Stabilisator in Getränken und Milchprodukten

an Hydroxylgruppen gebundene Carboxymethyl (-CH2-COOH)-Gruppen (DS mind. 0,4, normalerweise 0,7 – 0,8)

- zum Verdicken

- verlangsamt das Wachstum von Eiskristallen

- zur Wasserbindung, halten von Wasser

Methylcellulose (Cellulose-O-CH3 ) DS 1,1 – 2,2/Hydroxypropylmethylcellulose (Cellulose-O-CH2 -CHOH-CH3/-O-CH3

reversible Gelbildung beim Erhitzen

-> Barrierefunktion beim Frittieren/Braten von panierten Lebensmitteln (Gelbildung und Ausbildung eines Films)

Ja erschienen im März 2015:

Carboxymethylcellulose in niedrigen Konzentrationen zeigt in Mäusen niedrige inflammatorische Immunantwort und metabolische Syndrom / Übergewicht

Pektine

Arabinoxylane und/oder mixed linked-β-Glucane

Aus Homogalacturonan, Arabinan, (Arabino)Galactan, Rhamnogalacturonan I, die miteinander Verknüpft sind

- Polysaccharide, die unter alkalischen Bedingungen aus der Zellwand extrahiert werden können

- Polysaccharide mit ähnlicher Struktur, die bereits mit Wasser extrahiert werden können zählen auch zu den Hemicellulosen

- können aufgrund der Interaktionen mit den Cellulosemikrofibrillen diese miteinander verzahnen und die Abstände zwischen den Mikrofibrillen bestimmen

- z.B. Arabinoxylane, Xyloglucane, mixed-linked β-Glucane

Rückgrat aus β- D-Xylopyranoseeinheiten, über (1→4)-Bindungen verbunden

α- L-Arabinofuranoseseitenketten in O-2-, O-3- oder O-2- und O-3-Position der Xylose gebunden

Arabinoxylane können über Ferulasäureoligomere vernetzt werden

Vorkommen wahrscheinlich auf Gräser limitiert

- vor allem in den Zellwänden von Hafer und Gerste

- aus 70% (1→4)-gebundenen β-D-Glucopyranose-Einheiten, die durch (1→3)-gebundene β-D-Glucopyranose-Einheiten (30%) unterbrochen sind

- können sehr viskose Lösungen bilden

besteht aus β-D-Glucopyranose-Einheiten, über (1→4)-Bindungen verbunden

lineare Konformation

intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen führen zur Ausbildung vonMikrofibrillen

1) Methylierung

2) Hydrolyse

3) Reduktion

4) Acetylierung

5) GC-MS

Methylierung der freien Hydroxygruppen

Hydrolyse der glykosidischen Bindungen mit HCl, H2SO4, TFA

Reduktion mit NaBD4

Markierung der C1 Position

Problem: Infos über Ringgröße gehen verloren

Acetylierung der freien Hydroxygruppen

notwendig um Flüchtigkeit zu erhöhen

Bildung der permethylierten Alditolacetate

Analyse mit EI-GC/MS

Verlust der folgenden Informationen:

- anomere Konfiguration der Monomere im Polysaccharid

- teilweise, abhängig vom Monomer und von der Bindungsposition, Informationen über die Ringform

- Herkunft und Verteilung von Seitenketten

- Herkunft von Nicht-Kohlenhydrat Komponenten

Konzentrationsbestimmung durch Vergleich mit einer Farbskala

Unterschied zu Photometrie!

Kann auch zur Untersuchung von Substanzen dienen, die nicht Lambert-Beer folgen

Bestimmung ALLER vorhandenen Kohlenhydraten

Spaltung glykosidischer Bindung mit H2SO4

Bildung Furfurale

Reaktion mit Phenol führt zu orangefarbenen Triarylmethanfarbstoffen (480-490 nm)

Reaktion zwischen reduzierenden Zuckern und Cu 2+ im alkalischen Medium

Cu2+ wird durch unterschiedliche Komplexbildner, Citrat, Tartrat etc. in Lösung gehalten

Entweder:

• Gravimetrische Verfahren durch Messung des gefällten Cu2O

• Bildung Cu(II)-Komplexe

RI-Detektor (refractive index)

ELSD (evaporative light scattering detector)

PAD (pulsed amperometric detector)

MSD (massenspektrometrischer Detektor

Zur Erhöhung der Flüchtigkeit

Silylierung

Acetylierung

Trifluoracetylierung

Glc kann in 5 verschiedenen Formen vorliegen

Reduktion zu Zuckeralkoholen

Acetylierung mit Essigsäureanhydrid u 1-Methylimidazol

anstelle der Reduktion kann auch eine (Meth)oximierung mittels Hydroxylamin bzw. Methoxylamin erfolgen

Bildung von zwei Produkten (trans- und cis-Oxime, früher auch als anti- und syn-bezeichnet)

Makrofibrillen

Aufgebaut aus verflochtenen Mikrofibrillen

bestehend aus 20 Elementarfibrillen

die aus ca 50 Cellulosefäden bestehen

Cellulosefäden aus Glucoseketten, die intra und intermolekulare H-Brücken ausbilden

Cellulosefäden parallel angeornet, aber um halbes Glc Molekül verschoben -> Ausbildung von H-Brücken zwischen den Strängen

Cellulose in Streutextur

Viel Pektine, Xyloglucane, Strukturproteine

Mikrofibrillen parallel angeordnet (Paralleltextur) ,Richtung ändert sich leicht mit jeder Schicht

Viel Arabinoxylane, beta-Glucane, weniger Pektine

Silica modifiziert mit Aminogruppen (z.B. –(CH 2)3-NH2) / HILIC

pellikuläre Anionenaustauschersäulen / HPAEC

Kationen“austauscher“säulen auf Polymerbasis / „Ion Moderated Partition Chromatography“ Mechanismus

Bindungen in den verschiedenen Derivaten sind unterschiedlich anfällig für Spaltungen

größere Fragmente sind diagnostisch, aber jedes diese Fragmente kann weiter fragmentieren → trägt zur Komplexität des Spektrums bei

PMAA mit gleichen Substitutionsmuster führen zu denselben Massenspektren

keine Molekülionen vorhanden

primäre Fragmente: Spaltung der Kohlenstoffkette

größte Tendenz:

zwei methoxylierten Kohlenstoffen

methoxylierten und acetylierten Kohlenstoffen

zwei acetylierten Kohlenstoffen

niedrigste Tendenz