Rezeptur

Rezeptur
RUF“ Schokoladenpudding
”
Professur für Lebensmittelchemie
Praktikum LC Teil IV
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
4
2 Statistische Vorbetrachtungen
6
3 Analysen
3.1 Sinnesprüfung . . . . . . . . . . .
3.2 Probenvorbereitung . . . . . . . .
3.3 Wasser . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1 Durchführung . . . . . . .
3.3.2 Messwerte/Berechnungen .
3.4 Fett . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1 Durchführung . . . . . . .
3.4.2 Messwerte/Berechnungen .
3.5 Zucker - qualitativ . . . . . . . .
3.5.1 Durchführung . . . . . . .
3.5.2 Messwerte/Berechnungen .
3.6 Zucker - quantitativ . . . . . . . .
3.6.1 Durchführung . . . . . . .
3.6.2 Messwerte/Berechnungen .
3.7 Stärke . . . . . . . . . . . . . . .
3.7.1 Durchführung . . . . . . .
3.7.2 Messwerte/Berechnungen .
3.8 Verdickungsmittel . . . . . . . . .
3.8.1 Durchführung . . . . . . .
3.8.2 Messwerte/Berechnungen .
3.9 Theobromin und Vanillin . . . . .
3.9.1 Durchführung . . . . . . .
3.9.2 Messwerte/Berechnungen .
3.10 Zusammenstellung der Ergebnisse
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4 Berechnung der Zutatenmengen
4.1 Kakaopulver . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Zucker Saccharose . . . . . . . . . . . . .
4.3 Kartoffelstärke . . . . . . . . . . . . . .
4.4 Trinkvollmilch und Magermilchpulver . .
4.5 Aroma Vanillin . . . . . . . . . . . . . .
4.6 Verdickungsmittel Johannisbrotkernmehl
4.7 Zutatenbilanz . . . . . . . . . . . . . . .
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8
9
9
9
10
11
11
11
13
13
14
15
15
15
16
16
17
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5 Technologische Aspekte
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5.1 Herstellung der Zutaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.1.1 Trinkvollmilch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.1.2 Milchpulver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2
Praktikum LC Teil IV
5.2
5.1.3 Zucker . . . . . . . . . .
5.1.4 Kakaopulver . . . . . . .
5.1.5 Kartoffelstärke . . . . .
5.1.6 Verdickungsmittel . . . .
5.1.7 Aroma . . . . . . . . . .
Herstellung des Desserts RUF“
”
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Schokoladenpudding
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6 Diskussion der Rezeptur
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7 Kostenrechnung
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3
Praktikum LC Teil IV
1 Einleitung
Die Aufgabe der Rezepturbestimmung besteht in der Angabe einer Rezeptur zur Herstellung des
vorliegenden Lebensmittels nach Ermittlung aller Gehalte der auf der Zutatenliste genannten
Inhaltsstoffe. Dabei soll auch auf die grundlegenden technologischen Gesichtspunkte eingegangen werden.
Von der Probe RUF“ Schokoladenpudding wurden am 04.01.2006 etwa 400 g zur Untersu”
chung erhalten und die Bearbeitung erfolgte daraufhin im Zeitraum vom 04.01.2006 bis zum
27.01.2006 in einem Arbeitsaufwand von etwa 50 Stunden.
Auf der Zutatenliste des Desserts sind folgende Angaben zu finden:
Trinkvollmilch, Zucker, Milchpulver, Kakao, Kartoffelstärke, Verdickungsmittel, Aroma
Auf Grundlage dieser genannten Inhaltsstoffe wird ein Analysenplan erstellt.
Als Parameter für die Bestimmung der im Pudding enthaltenen Mengen an Trinkvollmilch,
Milchpulver und Kakao werden der Wasser- und Fettgehalt, sowie der Anteil an Lactose gewählt.
Zur Bestätigung der so erhaltenen Werte wird zusätzlich der Theobromingehalt ermittelt, der
eine genauere Abschätzung des Kakaoanteils erlaubt.
Das enthaltene Aroma, welches bei Schokoladenprodukten üblicherweise Vanillin ist, wird unabhängig von den anderen Zutaten bestimmt.
Auch die Kartoffelstärke kann für sich allein analysiert werden, wobei zu beachten ist, dass diese ebenfalls Wasser enthält und damit bei der Berechnung der drei erstgenannten Inhaltsstoffe
eine entsprechende Korrektur vorzunehmen ist.
Für die Untersuchung des Verdickungsmittels werden etwa 5 g dieser Zutat in Reinform erhalten
und damit eine qualitative Analyse durchgeführt. Für eine Isolierung des Verdickungsmittels
aus dem Lebensmittel, würde man aufgrund der geringen Einsatzmenge (quantum satis) dieses Zusatzstoffes zuviel Probe benötigen. Daher ist eine quantitative Bestimmung nicht möglich.
Eine Übersicht über die einzelnen Methoden gibt Abbildung 1.
Für die Bestimmung des Wassergehalts wird die Seesandmethode nach [1] angewandt und
den Fettgehalt ermittelt man nach Säureaufschluss der Probe durch eine Fettextraktion nach
Weibull-Stoldt ebenfalls nach [1]. Auch die qualitative Analyse und die Aufarbeitung der Probe
für die quantitative Zuckerbestimmung erfolgen nach [1] und die sich anschließende Methode
nach Luff-Scales ist in [2] beschrieben. Der Theobromingehalt wird gleichzeitig mit dem Vanillingehalt mittels Hochdruckflüssigkeitschromatographie nach [3] bestimmt. Wiederum in [1]
findet sich die Versuchsbeschreibung für die Polarimetrie zur Stärkebestimmung und in [2] ist
die dünnschichtchromatographische Untersuchung zur Identifizierung des Verdickungsmittels
dargestellt.
4
Praktikum LC Teil IV
Polarimetrie
Stärke
Kartoffelstärke
Seesandmethode
Wasser
Trinkvollmilch
Milchpulver
Kakaopulver
Theobromin
HPLC
Lactose
Fett
Luff-Scales
Weibull-Stoldt
Vanillin
Aroma
Saccharose
Zucker
Verdickungsmittel
Carragen
Agar
Johannisbrotkermehl
Tarakernmehl
etc.
Identifizierung
Abbildung 1: Analysenplan
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Praktikum LC Teil IV
2 Statistische Vorbetrachtungen
Die Ergebnisse der verschiedenen Untersuchungsmethoden sollen jeweils mit dem Vertrauensintervall angegeben werden. Dazu ist es notwendig den jeweiligen Mittelwert und die Standardabweichung zu berechnen, sowie einen t-Test durchzuführen.
x̄ =
s=
xi
n
P
x̄
xi
n
...
...
...
sP
(xi − x̄)
n−1
Mittelwert
Einzelergebnisse einer Methode
Anzahl der Einzelergebnisse einer Methode
s
xi
x̄
n
...
...
...
...
Standardabweichung
Einzelergebnisse einer Methode
Mittelwert
Anzahl der Einzelergebnisse einer Methode
t·s
∆x = √
n
∆x
t
...
...
s
n
...
...
Vertrauensintervall
Faktor aus t-Verteilung für P=0,95:
f = 2 ⇒ t = 4, 30
f = 3 ⇒ t = 3, 18
Standardabweichung
Anzahl der Einzelergebnisse einer Methode
Das Endergebnis wird dann als (x̄ ± ∆x) g/100g dargestellt.
6
Praktikum LC Teil IV
3 Analysen
3.1 Sinnesprüfung
Der Schokoladenpudding hat eine dunkelbraune Farbe und weist eine gleichmäßige, halbflüssiggelartige Konsistenz auf. Die Probe riecht und schmeckt süß und schokoladig und die Textur
lässt sich als cremig beschreiben.
3.2 Probenvorbereitung
Bei Probeneingang und vor der Durchführung der einzelnen Untersuchungen wird die Probe
auf Raumtemperatur gebracht und gründlich mit einem Löffel durchgerührt. Die Lagerung des
Desserts erfolgt während der Bearbeitungszeit im verschlossenen Probegefäß im Kühlschrank.
3.3 Wasser
Der größte Anteil an Wasser im Schokoladenpudding stammt von der enthaltenen Trinkvollmilch, aber auch das Magermilchpulver, der schwach entölte Kakao und die Kartoffelstärke
enthalten in geringem Maße Wasser, welches ebenfalls zu berücksichtigen ist.
Die Bestimmung des Wassergehalts erfolgt nach der Seesandmethode. Dabei wird die Probe
mit Sand verrieben und dann bei 103◦ C im Trockenschrank getrocknet. Das enthaltene Wasser verdampft und die Trockensubstanz aus nichtflüchtigen Komponenten bleibt zurück. Diese
Methode erlaubt also die gleichzeitige Ermittlung des Wasser- und Trockenmassegehalts.
3.3.1 Durchführung
Nach [1]. Drei Aluschalen werden mit etwa 30 g Seesand gefüllt, mit einem kleinen Glasstab
versehen und bei 103◦ C im Trockenschrank vorgetrocknet. Nach dem Abkühlen und Auswiegen
der Schalen werden jeweils 3 bis 4 g der homogenisierte Probe zugewogen. Man verreibt die
Probe gründlich mit dem Sand und trocknet dann bis zur Massekonstanz bei ebenfalls 103◦ C.
Anschließend lässt man im Exsikkator abkühlen und wiegt aus.
3.3.2 Messwerte/Berechnungen
Der Wassergehalt w in g/100g berechnet sich folgendermaßen:
w=
(m0 + E − m1 )
· 100
E
m0
E
m1
...
...
...
Masse der leeren Aluschale in g
Probeneinwaage in g
Masse der Aluschale mit Probe
nach Trocknung in g
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Praktikum LC Teil IV
m0 in g E in g m1 in g
w in g/100g
41,3363 3,3127 42,3984
67,94
39,6097 3,7484 40,8139
67,87
40,1619 3,2441 41,2136
67,58
w̄ = 67, 80 g/100g, s=0,19 g/100g, ∆w = 0, 47 g/100g
Der Wassergehalt der vorliegenden Probe wird zu (67,80 ± 0,47) g/100g bestimmt.
3.4 Fett
Der Gehalt an Fett ergibt sich aus den drei Zutaten Trinkvollmilch, Milchpulver und Kakaopulver. Um nicht nur das freie, sondern auch das gebundene Fett zu erfassen, wird die Probe zunächst mit Säure aufgeschlossenen. Nach der anschließenden Extraktion mit Petrolether
trocknet man das erhaltene Fett und bestimmt dessen Masse durch Wägung.
3.4.1 Durchführung
Nach [1]. In je ein trockenes, großes Becherglas mit Siedesteinen werden 20 bis 30 g der Probe
eingewogen und diese mit 100 mL destilliertem Wasser und 100 mL 25%iger HCl versetzt. Nach
Umrühren mit einem Glasstab bedeckt man das Becherglas mit einem Uhrglas. Alles wird unter
mehrmaligem Umrühren eine Stunde am Sieden gehalten. Nun werden 150 mL heißes Wasser
dazugegeben und die Suspension anschließend filtriert. Die benutzten Glasgeräte werden mit
Wasser abgespült und im Trockenschrank getrocknet. Der Filtrationsrückstand und der Filter
werden solange mit heißem Wasser gespült, bis der Filter säurefrei gewaschen ist. Der gespülte
Filter wird in dem zuvor benutzten Becherglas im Trockenschrank drei Stunden bei 103◦ C getrocknet. Diesen Filter gibt man nun in eine Extraktionshülse. Man säubert den Glasstab, das
Uhrglas und das Becherglas mit in Petrolether getränkter Watte und gibt diese dann ebenfalls
in die Extraktionshülse. In einen Rundkolben, der eine Stunde bei 103◦ C vorgetrocknet und
anschließend gewogen wurde, werden etwa 200 mL Petrolether gegeben. Diesen Rundkolben
und die vorbereitete Extraktionshülse werden an eine Apparatur nach Soxhlet angeschlossen.
Die Extraktion ist nach etwa drei Stunden abgeschlossen und der Petrolether wird dann abdestilliert und abrotiert. Die Kolben werden nun im Trockenschrank bei 103◦ C getrocknet bis sie
Massenkonstanz aufweisen.
8
Praktikum LC Teil IV
3.4.2 Messwerte/Berechnungen
Der Fettgehalt berechnet sich nach:
w=
(m1 − m0 )
· 100
E
w
m1
m0
E
...
...
...
...
Fettgehalt in g/100g
Masse der Kolben mit Fett nach der Trocknung in g
Masse der leeren Kolben in g
Probeneinwaage in g
E in g
m0 in g
m1 in g
w in g/100g
21,6049 111,5532 112,6636
5,14
28,7388 111,7123 113,1319
4,94
w̄ = 5, 04 g/100g, s=0,14 g/100g, ∆w = 1, 27 g/100g
Der Fettgehalt der Schokoladenpuddingprobe wird zu (5,04 ± 1,27) g/100g bestimmt.
3.5 Zucker - qualitativ
Zur Identifizierung der in dem Dessert enthaltenen Zucker mittels Dünnschichtchromatographie
(DC) wird die Probe gelöst und auf einer Kieselgelplatte getrennt. Die Detektion erfolgt durch
Anfärben der Platte mit einem Tauchreagenz. Die meisten Zucker zeigen dabei eine charakteristische Färbung.
3.5.1 Durchführung
Nach [4]. Um die Probenlösung für die DC herzustellen werden etwa 2,5 g der Probe in 100
mL destilliertem Wasser suspendiert, daraufhin geklärt und filtriert. Die Dünnschichtchromatographie wird in einer Normalkammer auf einer Kieselgelplatte (Kieselgel 60) durchgeführt. Als
Fließmittel verwendet man Acetonitril/Wasser (85+15 (v/v)) und die Höhe der Fließmittelfront
beträgt 6 cm. Es werden etwa 10 µL Probenlösung und 5 µL Vergleichslösung aufgetragen. Als
Standards dienen dabei Fructose, Glucose, Lactose, Saccharose und Galactose. Nach der DC
wird die Kieselgelplatte an der Luft getrocknet und anschließend getaucht.
Das Tauchmittel wird wie folgt hergestellt: Man löst 0,4 g Diphenylamin in 20 mL 96%igem
Ethanol und 0,4 mL Anilin in ebenfalls 20 mL 96%igem Ethanol. Kurz bevor das Tauchmittel
benötigt wird, werden beide Lösungen zusammengemischt und mit 4 mL 85%iger Phosphorsäure
versetzt. Diese Lösung wird nun noch im Verhältnis 1 zu 1 mit 96%igem Ethanol verdünnt und
kann so zum Tauchen eingesetzt werden.
Nach dem Tauchen wird die DC-Platte bei 85◦ C im Trockenschrank erhitzt bis Farbflecken zu
erkennen sind.
9
Praktikum LC Teil IV
3.5.2 Messwerte/Berechnungen
Nach der DC wird das in Abbildung 2 dargestellte Ergebnis erhalten. Um die Probe mit den
Referenzen vergleichen zu können, muss zusätzlich zur visuellen Auswertung der Rf -Wert der
Substanzflecken berechnet werden.
Rf =
(zS − z0 )
· 100
(zF − z0 )
Rf
zS − z0
zF − z0
...
...
...
Rf − Wert (engl.: relate to front)
Entfernung des Substanzflecks vom Start
Entfernung der Fließmittelfront vom Start
Abbildung 2: Dünnschichtchromatographische Identifizierung der Zucker
Legende
1 Fructose
2 Glucose
3 Fremdprobe
4 Lactose
5 Fremdprobe
6 Fremdprobe
7 Saccharose
8 Fremdprobe
9 Probe
10 Galactose
Zucker
Rf
Farbe
Fructose
0,47
rot
Glucose
0,43
grün
Lactose
0,18
blau
Saccharose
0,30
braun
Probe
0,17 u. 0,28 blau u. braun
Galactose
0,38
blau-braun
In der Probelösung werden Lactose und Saccharose identifiziert.
10
Praktikum LC Teil IV
3.6 Zucker - quantitativ
Neben der Zutat Zucker“, bei der es sich um Saccharose handelt, ist in der Probe auch Lac”
tose enthalten. Diese stammt aus den beiden Milchprodukten Trinkvollmilch und Milchpulver.
Beide Disaccharide können mit der gleichen Methode nach Luff-Scales nacheinander bestimmt
werden. Dabei nutzt man die reduzierenden Eigenschaften der Kohlenhydrate vor bzw. nach der
Inversion und reduziert Cu(II)-Ionen zu Cu(I)-Verbindungen, die jodometrisch erfasst werden
können.
3.6.1 Durchführung
Nach [1] und [2]. Man wiegt 5 bis 6 g der Probe in einen 250-mL-Messkolben ein und füllt mit
etwa 150 mL destilliertem Wasser auf. Nach einer Klärung mit je 5 mL Carrez I und II wird
der Kolben bis zur Marke aufgefüllt, gut geschüttelt und die Probelösung anschließend filtriert.
Für den Hauptversuch werden in einen 300 mL Erlenmeyerkolben 25 mL Luffsche Lösung und
25 mL der geklärten Probelösung gegeben. Man erhitzt nun am Rückflusskühler und lässt zehn
Minuten sieden. Der Kolben wird sofort abgekühlt und anschließend werden 50 mL 0,4 N Essigsäure zugegeben. Weiterhin fügt man genau 25 mL einer 0,1 N Jodlösung und dann unter
starker Gasentwicklung 55 mL einer 0,75 N Salzsäure zu. Diese Lösung wird nun mit 0,1 N
Natriumthiosulfatlösung unter Zugabe von Stärke als Indikator bis zum Umschlag nach hellblau/türkis titriert. In gleicher Weise führt man einen Blindversuch mit destilliertem Wasser
durch. Die so erhaltenen Werte dienen der Lactosebestimmung.
Saccharose ist ein nichtreduzierender Zucker und muss in seine Monosaccharide Glucose und
Fructose gespalten werden, um mit der Methode nach Luff-Scales erfassbar zu sein. Diese Spaltung wird auch als Inversion bezeichnet und erfolgt mit 25 mL der Probelösung in einem
100-mL-Messkolben. Dazu gibt man noch 50 mL destilliertes Wasser und 5 mL konzentrierte
Salzsäure und inkubiert dann den Kolben fünf Minuten bei 67 bis 70◦ C im Wasserbad. Nach
dem Abkühlen wird die Lösung mit Natronlauge und Phenolphthalein auf den Neutralpunkt
eingestellt und dann der Messkolben bis zur Marke aufgefüllt. Mit der so invertierten Lösung
wird anschließend der oben beschriebene Hauptversuch durchgeführt.
3.6.2 Messwerte/Berechnungen
Der Titer der 0,1 N Na2 S2 O3 -Lösung wird mit 0,1 N KIO3 /KI-Lösung eingestellt: T = 1,042.
Beim Blindversuch werden 22,25 mL Na2 S2 O3 -Lösung verbraucht.
Das Volumen an Natriumthiosulfatlösung, das der Menge an reduzierenden Zuckern entspricht
ergibt sich aus der Differenz des mit dem Titer T korrigierten Na2 S2 O3 -Verbrauchs aus Blindund Hauptversuch ((B − H) · T) und dient zum Ablesen der Zuckerkonzentration der Probelösung in einer empirischen Tabelle. Eine genaue Berechnung ist nicht möglich, da die Reduktion der Cu(II)-Ionen durch die Kohlenhydrate nicht stöchiometrisch abläuft.
11
Praktikum LC Teil IV
L=
t
10
·
· 100
1000 E
L
...
t
...
1000 . . .
10 . . .
E
...
Lactosegehalt in g/100g
Tabellenwert für Lactose in mg
Umrechnung von mg in g
Verdünnungsfaktor
Probeneinwaage in g
Um den Saccharosegehalt zu ermitteln, muss von dem nach der Inversion erhaltenen Invertzuckergehalt, welcher sich aus Lactose und Saccharose ergibt, der Lactosegehalt der entsprechenden Probe abgezogen und das Ergebnis zur Umrechnung von 2 Mol Monosaccharid in 1
Mol Disaccharid unter Berücksichtigung des Wasseraustritts mit einem Faktor von 0,95 multipliziert werden.
S=(
t
40
·
· 100 − L) · 0, 95
1000 E
S
t
1000
40
E
L
0, 95
...
...
...
...
...
...
...
Saccharosegehalt in g/100g
Tabellenwert für Invertzucker in mg
Umrechnung von mg in g
Verdünnungsfaktor
Probeneinwaage in g
Lactosegehalt in g/100g
Umrechnungsfaktor
vor Inversion
E in g
Na2 S2 O3
(B - H) · T
Tabellenwert t für
Lactose-Verbrauch
Lactose in mg
Gehalt in g/100g
5,0037
14,80
7,76
28,6
5,72
6,4576
12,90
9,74
36,0
5,58
5,5247
13,85
8,75
32,3
5,84
x̄Lactose = 5, 71 g/100g, sLactose =0,13 g/100g, ∆xLactose =0,33 g/100g
nach Inversion
E in g
Na2 S2 O3
(B - H) · T
Tabellenwert t für
Saccharose-Verbrauch
Invertzuckergehalt in mg Gehalt in g/100g
5,0037
14,90
7,66
18,9
8,88
6,4576
12,95
9,69
24,2
8,94
5,5247
14,00
8,59
21,3
9,12
x̄Saccharose = 8, 98 g/100g, sSaccharose =0,13 g/100g, ∆xSaccharose =0,31 g/100g
Der Lactosegehalt der Dessertprobe wird zu (5,71 ± 0,33) g/100g und der Saccharosegehalt zu
(8,98 ± 0,31) g/100g bestimmt.
12
Praktikum LC Teil IV
3.7 Stärke
Die polarimetrische Stärkebestimmung nach Baumann-Grossfeld (standardisiert nach HadornDoevelaar) beruht auf der spezifischen Drehung der Ebene monochromatischen, linear polarisierten Lichts, welche Stärke je nach Art, Behandlung und Lösungsmittelzusammensetzung
verursacht. Die Stärke wird für die Untersuchung in Salzsäure gelöst und nach anschließender
Klärung polarimetriert. Um die übrigen optisch aktiven Substanzen der Lösung zu erfassen,
wird die Stärke im Blindversuch ausgefällt und der Drehwert des Überstands ermittelt.
Da der zu erwartende Stärkegehalt in der vorliegenden Schokoladenpuddingprobe sehr gering
ist und somit die Einwaage deutlich erhöht werden muss und außerdem die zu verwendende Methode normalerweise für trockene, stärkehaltige Produkte empfohlen wird, ist die Bestimmung
einer Wiederfindungsrate nötig. Um dabei die Matrixeffekte zu beachten, wird dem Dessert
eine definierte Menge an handelsüblicher Kartoffelstärke zugesetzt und dann der Hauptversuch
durchgeführt.
3.7.1 Durchführung
Modifiziert nach [1]. In einen 100-mL-Messkolben werden 10 bis 20 g der Probe eingewogen
und 25 mL 0,31 M Salzsäure zugesetzt. Nach kräftigem Umschwenken fügt man weitere 25 mL
der 0,31 M Salzsäure zu und gibt den Kolben für 15 Minuten in ein siedendes Wasserbad. Er
wird daraufhin unter einem Wasserstrahl abgekühlt, die Lösung mit je 2 mL Carrez I und II
geklärt, bis zur Marke aufgefüllt und filtriert. Der Drehwert wird in einem Polarimeterrohr mit
einer Länge von 20,0 cm bestimmt.
Für den Blindwert wird die Probe ebenfalls in einen 100-mL-Messkolben eingewogen, aber
dann mit insgesamt 50 mL destilliertem Wasser versetzt. Die Suspension wird durch Rühren
bei Raumtemperatur eine Stunde lang ausgelaugt und man gibt anschließend 5 mL 10%ige
Tanninlösung und 5 mL Bleiessig zu. Der Kolben wird mit gesättigter Natriumsulfatlösung
bis zur Marke aufgefüllt und die Lösung anschließend filtriert. Mit Jodlösung prüft man auf
vollständige Stärkefreiheit. 50 mL des Filtrats werden in einen weiteren 100-mL-Kolben pipettiert und mit 2 mL 25%iger Salzsäure versetzt. Nun wird analog dem Hauptversuch erhitzt,
abgekühlt, geklärt und polarimetriert.
Die Wiederfindung erfolgt mit 10 bis 20 g des Schokoladenpuddings und etwa 0,1 g reiner
Kartoffelstärke. Diese modifizierte Probe wird gründlich homogenisiert und dann dem Hauptversuch unterworfen.
13
Praktikum LC Teil IV
3.7.2 Messwerte/Berechnungen
Der Stärkegehalt berechnet sich folgendermaßen:
w=
α · 100
· 100
181, 8 · 2 · E
1
2
Blind
w
α
100
181, 8
2
E
...
...
...
...
...
...
Stärkegehalt in g/100g
am Polarimeter abgelesene Drehung in Grad
Umrechnungsfaktor
spezifische Drehung von Kartoffelstärke in Grad [1]
Länge des Polarimeterrohrs in dm
Einwaage (bei Blindwert → Verwendung des halben Werts (siehe Durchführung))
Stärkegehalt
E in g
α in Grad w in g/100g
12,9044
2,90
6,181
17,9026
3,95
6,068
20,1572 → 10,0786
0,10
0,273
Um die Wiederfindung zu berechnen, muss der am Polarimeter abgelesene Drehwert αprakt. für
die mit Stärke modifizierten Proben aufgeteilt“ werden. Der eine Anteil stammt von der Probe
”
selbst und der andere von der zugesetzten Stärke. Der Probenwert αtheor. kann mit Hilfe des
durchschnittlichen Stärkegehalts aus den Proben 1 und 2 (w̄ = 6,124 g/100g) durch Umstellen
der oben genannten Gleichung berechnet werden.
αtheor. =
w̄ · 181, 8 · 2 · E
100 · 100
Die Wiederfindungsrate WFR ermittelt sich dann ebenfalls nach obiger Gleichung:
WFR =
(αprakt. − αtheor. ) · 100
· 100
181, 8 · 2 · EStärke
Wiederfindung
E in g EStärke in g αprakt. in Grad αtheor. in Grad WFR in %
3 17,9228
0,1896
4,80
3,99
116
4 18,8937
0,1347
4,75
4,21
112
Die Wiederfindungsrate für die Anwendung der polarimetrischen Methode auf die vorliegende
Probe wird damit zu 114% bestimmt.
14
Praktikum LC Teil IV
Dieses Ergebnis wird nun auf die ermittelten Stärkegehalte der Proben 1 und 2 angewendet
und danach noch der Blindwert abgezogen. Man erhält den korrigierten Stärkegehalt wkorr. in
g/100g.
wkorr. =
w · 100
− wBlind
WFR
1
2
w̄korr. = 5, 09 g/100g, skorr.
w̄korr.
5,14
5,04
= 0, 07 g/100g, ∆wkorr. = 0, 63 g/100g
Der Stärkegehalt dieser Dessertprobe wird zu (5,09 ± 0,63) g/100g bestimmt.
3.8 Verdickungsmittel
Verdickungsmittel, welche aus Polysacchariden bestehen können durch Säurehydrolyse in ihre
Monosaccharide gespalten werden. Das Hydrolysat wird dann dünnschichtchromatographisch
untersucht und anhand des Ergebnisses qualitativ auf das Verdickungsmittel geschlossen.
3.8.1 Durchführung
Nach [2]. In einen 300-mL-Erlenmeyerkolben werden 5 g des reinen Quellstoffs eingewogen und
dieser dann mit 25 mL destilliertem Wasser und 25 mL 10%iger Salzsäure aufgeschlämmt.
Nun stellt man den Kolben in ein kochendes Wasserbad bis die Suspension eine dünnflüssigere
Konsistenz angenommen hat. Diese Lösung wird anschließend drei Stunden unter Rückfluss
gekocht und nach dem Abkühlen schließt sich eine Dünnschichtchromatographie analog der
qualitativen Zuckerbestimmung an. Die Fließmittelfront liegt bei 8 cm und als Referenzen
werden Glucose, Mannose, Galactose, Arabinose, Rhamnose und Xylose aufgetragen.
3.8.2 Messwerte/Berechnungen
Man erhält folgendes Ergebnis (Abbildung 3).
Abbildung 3: Dünnschichtchromatographische Identifizierung der Monosaccharide des Verdickungsmittels
15
Praktikum LC Teil IV
Glc
Man
Gal
1
2
3
Ara
Rham
Xy
Legende
Glucose
Mannose
Galactose
Fremdprobe
Probe
Fremdprobe
Arabinose
Rhamnose
Xylose
Zucker
Rf
Farbe
Glucose
0,34
grün
Mannose
0,38
blau
Galactose
0,31
blau-braun
Probe
0,31 u. 0,37 braun u. blau
Arabinose
0,43
grün-braun
Rhamnose
0,58
violett
Xylose
0,50
grün
In der Verdickungsmittelprobe werden nach der Hydrolyse Galactose und Mannose bestimmt.
Damit kommen für den Quellstoff selbst Guarkernmehl, Tarakernmehl und Johannisbrotkernmehl in Frage, da nur diese drei Substanzen aus den identifizierten Monosacchariden bestehen.
Dabei gibt es im Molekülaufbau dieser Verdickungsmittel verschiedene molare Mengenverhältnisse von Galactose zu Mannose.
Vedickungsmittel
Galactose:Mannose
Guarkernmehl
1:2 [5]
Tarakernmehl
1:3 [6]
Johannisbrotkernmehl
1:4 [5]
Anhand der Probeflecken auf der DC-Platte (Abbildung 3) wird ein Intensitätsverhältnis von
Galactose zu Mannose von 1 zu 4 ermittelt. Das Verdickungsmittel, welches in dem Schokoladenpudding enthalten ist, wird zu Johannisbrotkernmehl bestimmt.
3.9 Theobromin und Vanillin
Theobromin ist das Hauptalkaloid im Kakao und lässt sich aufgrund seiner Stabilität sehr gut
einsetzen, um den Kakaogehalt zu bestimmen. Dazu erfolgt eine Extraktion der Probe mit
ammoniakalischer Lösung und eine anschließende Klärung mit Carrez. Vanillin wird bei diesem Verfahren ebenfalls extrahiert. Die Trennung der Analyten voneinander wird mit einer
Umkehrphasen-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (RP-HPLC) erreicht und die Bestimmung gelingt durch eine UV-Detektion bei einer Wellenlänge von 275 nm, bei welcher beide
Moleküle das UV-Licht absorbieren.
Zur Bestätigung, dass es sich bei dem zugesetzten Aroma tatsächlich um Vanillin handelt, werden die Chromatogramme von Probelösung und Standard über die Retentionszeiten verglichen.
3.9.1 Durchführung
Nach [3]. Aufgrund der Empfindlichkeit der HPLC-Anlage - speziell der Säule - wird hier
grundsätzlich mit bidestilliertem Wasser gearbeitet. In ein Becherglas werden 5 bis 10 g der
homogenisierten Dessertprobe eingewogen und mit 50 mL der Extraktionslösung, die aus konzentriertem Ammoniak und Wasser im Verhältnis 1 zu 4 hergestellt wird, versetzt. Man erhitzt
16
Praktikum LC Teil IV
nun bis zum Sieden, lässt zwei Minuten kochen und säuert die Extraktionslösung nach dem
Abkühlen mit Phosphorsäure auf pH 2 an. Nach Überführung der Lösung in einen 250-mLMesskolben wird mit je 4 mL Carrez I und II geklärt und danach der Kolben bis zur Marke
aufgefüllt. Man filtriert und kann dann die entsprechend verdünnte Lösung direkt zur HPLC
einsetzen. Da die beiden Analyten in sehr unterschiedlichen Konzentrationen im Schokoladenpudding vorliegen, wird für die Theobrominbestimmung eine 1 zu 25 Verdünnung verwendet
und die Vanillinbestimmung mit dem unverdünnten Filtrat durchgeführt.
Für die Kalibrierung werden etwa 20 mg der Standardreinstoffe in einen 10- bzw. 20-mLMesskolben eingewogen und in 2 mL Acetonitril gelöst. Man füllt den Kolben mit destilliertem
Wasser bis zur Marke auf und stellt dann die Verdünnungsreihe her.
Die HPLC-Anlage hat folgende Parameter:
Eluenten
Entgaser
Pumpe
Aufgabeventil
Säule in Säulenofen
Detektor
A/D-Wandler
Auswertesystem
Bauteile der HPLC-Anlage
Trifluoressigsäure, Acetonitril
Permeations-Vakuum-Entgaser (Knauer 4-Kanal Degasser)
Knauer K-1001 Pumpe mit Solvent Organizer K 1500
2-Position-6-Port-Schaltventil (Knauer mit 20 µL-Probenschleife)
Multospher (CS-Chromatographie Service)
UV-Detektor (Knauer K 2501)
Knauer
Knauer Chromatographiesoftware
Säulenparameter
Hersteller
Multospher
Säulenlänge
250 mm
Innendurchmesser
3 mm
Füllmaterial
Kieselgel C18
Korngröße
5 µm
Porengröße
120 Å
Die Trennung der Analyten wird mit einer Grandientenelution erreicht. Das Volumenverhältnis
der Elutionsmittel Trifluoressigsäure und Acetonitril beträgt am Anfang 90 zu 10 und wird in
20 Minuten linear auf 50 zu 50 verändert. Diese Einstellung erlaubt eine gute Trennung der
Peaks von der Totzeit und untereinander.
3.9.2 Messwerte/Berechnungen
Die Auswertung der Signale des Detektors übernimmt eine Chromatographiesoftware, die als
Ergebnis die Flächen der Peaks und die dazugehörigen Retentionszeiten, sowie die Chromatogramme liefert (Abbildung 4).
17
Praktikum LC Teil IV
HPLC-Chromatogramm
700
Theobromin
Coffein
Vanillin
600
500
400
300
200
100
0
-100
-200
0
5
10
15
20
Retentionszeit in min
Abbildung 4: Beispielchromatogramm der HPLC-Kalibrierung
Retentionszeiten
Analyt
Standard
Probe
Bermerkungen
Theobromin 6,1 min
6,1 min —
Coffein
10,3 min 10,5 min Kakao enthält auch das Alkaloid Coffein. Da dieses aber
in einer geringeren Konzentration als das Theobromin
vorliegt, werden die erhaltenen Daten nicht zur Auswertung verwendet.
Vanillin
14,3 min 14,4 min Die Vermutung, dass es sich bei dem zugesetzten Aroma
um Vanillin handelt, ist damit bestätigt.
Die Kalibrierung wird so angelegt, dass die geringste Konzentration noch eine auswertbare
Fläche liefert und bei der höchsten Konzentration der Peak nicht oben am Chromatogramm
anschlägt.
Theobromin
Konz. in µg/mL Peakfläche
0,5016
12,7980
1,5048
39,6160
2,4992
65,0420
3,5024
92,6436
4,5056
120,3660
y = 26, 80 · x − 0, 98
Vanillin
Konz. in µg/mL Peakfläche
0,5050
19,3150
1,5150
59,8020
2,5250
99,0950
3,5350
129,5011
4,5450
170,2540
y = 36, 79 · x + 2, 70
18
Praktikum LC Teil IV
Kalibriergeraden
180
Vanillin
2
R = 0,9979
160
140
Peakfläche
120
100
Theobromin
2
R = 0,9998
80
60
40
20
0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
µg/mL
Die Gehalte w an Theobromin und Vanillin in mg/100g berechnet man folgendermaßen:
w=
c · F · 250
· 100
1000 · E
w
c
...
...
F
...
250 . . .
1000 . . .
E
...
Theobromin- bzw. Vanillingehalt in mg/100 g
aus der Kalibriergeraden abgelesene Analytenkonzentration in µg/mL
Verdünnungsfaktor
Volumen des Messkolbens in mL
Umrechnungsfaktor von µg auf mg
Einwaage in g
Theobromin
c in µg/mL F E in g
w in mg/100g
1,362
25 5,154
165,13
1,927
25 7,349
163,87
w̄Theobromin = 164, 5 mg/100g, sTheobromin =0,9 mg/100g, ∆wTheobromin =8,0 mg/100g
Vanillin
c in µg/mL F E in g
w in mg/100g
1,707
1 5,154
8,278
2,344
1 7,349
7,975
w̄Vanillin = 8, 1 mg/100g, sVanillin =0,2 mg/100g, ∆wVanillin =1,9 mg/100g
Der Theobromingehalt der Schokoladenpuddingprobe wird zu (164,5 ± 8,0) mg/100g und der
Vanillingehalt zu (8,1 ± 1,9) mg/100g bestimmt.
19
Praktikum LC Teil IV
3.10 Zusammenstellung der Ergebnisse
In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse der durchgeführten Analysen zusammengefasst
und auch jeweils mit dem Fehlerintervall dargestellt. Da für das Verdickungsmittel keine quantitative Bestimmung vorliegt, fehlt an dieser Stelle eine Mengenangabe.
Parameter
Wasser
Fett
Lactose
Saccharose
Stärke
Johannisbrotkernmehl
Theobromin
Vanillin
Konzentration
(67,80 ± 0,47) g/100g
(5,04 ± 1,27) g/100g
(5,71 ± 0,33) g/100g
(8,98 ± 0,31) g/100g
(5,09 ± 0,63) g/100g
—
(164,5 ± 8,0) mg/100g
(8,1 ± 1,9) mg/100g
20
Praktikum LC Teil IV
4 Berechnung der Zutatenmengen
Um die Mengen der auf der Zutatenliste genannten Inhaltsstoffe zu erhalten, müssen die Analysenergebnisse entsprechend kombiniert werden. Dazu sind Gleichungssysteme und Verhältnisgleichungen zu lösen. Voraussetzung für die Berechnung ist die Kenntnis der chemischen
Zusammensetzung der Inhaltsstoffe, die im folgenden in g/100g dargestellt wird.[7]
Trinkvollmilch
Wasser
87,4
Kohlenhydrate Lactose
4,7
Proteine
Fette
Mineralstoffe
Theobromin
3,3
3,6
0,7
-
Magermilch- schwach entölter
pulver
Kakao
3,5
5,6
Lactose
Saccharose
50,5
10,8
Stärke
8,6
35,0
19,8
1,0
24,5
7,8
6,5
2,3
Die drei in der Tabelle genannten Inhaltsstoffe tragen alle zum Wasser- und Fettgehalt und die
beiden Milcherzeugnisse zum Lactosegehalt der Probe bei. Daraus ließe sich ein Gleichungssystem mit drei Gleichungen und drei Unbekannten aufstellen. Da sich aber der Kakaogehalt direkt
aus dem Anteil an Theobromin ermitteln lässt, wird dies bevorzugt und dann nur der Wasserund Lactosegehalt zur weiteren Rechnung verwendet. Vorher ist der Wassergehalt aber noch
zu korrigieren, denn die Kartoffelstärke weist eine Restfeuchte von 15% auf.[8] Der Fettgehalt
eignet sich aufgrund des großen Fehlerintervalls nur bedingt zur Kalkulation.
4.1 Kakaopulver
Über eine Verhältnisgleichung, deren Grundlage der Gehalt am Alkaloid Theobromin bildet,
berechnet sich der Kakaogehalt.
2, 3 g Theobromin
100 g Kakaopulver
=
xi g Theobromin
wi g Kakaopulver
xi
wi
w1
w2
=
=
...
...
Einzelergebnisse in g/100g (siehe 3.9)
Kakaopulvergehalt in g/100g
7,18 g/100g
7,12 g/100g
w̄Kakao = 7, 2 g/100g, sKakao =0,04 g/100g, ∆wKakao =0,35 g/100g
Der Kakaogehalt der Schokoladenpuddingprobe wird zu (7,2 ± 0,4) g/100g bestimmt.
21
Praktikum LC Teil IV
4.2 Zucker Saccharose
Der Gesamtsaccharosegehalt der Schokoladenpuddingprobe ergibt sich zum einen aus der zugesetzten Zuckermenge und zum anderen aus der Saccharose, die im Kakaopulver enthalten ist.
Gesamtsaccharosegehalt (3.6) = Zuckergehalt
8,98 g/100g
=
x
+ Kakaoanteil (4.1) · Kakaosaccharose
+
0,0715
·
10,8 g/100g
⇒ x = 8,21 g/100g
Dabei ergibt sich die Zuckermenge aus einer Differenz zweier fehlerbehafteten Größen. Um das
Fehlerintervall zu berechnen, muss das Fehlerfortpflanzungsgesetz angewendet werden, welches
besagt, dass sich bei Summen und Differenzen die zugehörigen Varianzen der Absolutfehler
addieren.
sZucker
q
= q(sSaccharose )2 + (sKakao )2
(0, 13 g/100g)2 + (0, 04 g/100g)2
=
= 0,14 g/100g
Der Fehler wird nun, wie in Kapitel 2 angegeben, berechnet. Dabei gilt für den Freiheitsgrad f
= 1, da es bei Vorliegen einer einzigen Probe nicht sinnvoll ist, die Anzahl der Freiheitsgrade in
Abhängigkeit der Anzahl der jeweils durchgeführten Bestimmungen zu vergrößern. Die beste
Sicherheit bietet daher der Freiheitsgrad derjenigen Methode, für die weniger Bestimmungen
zu Buche stehen. In diesem Fall handelt es sich dabei um die Ermittlung des Kakaogehalts, da
hier nur eine Doppelbestimmung zugrunde liegt.
Der Zuckergehalt der Probe wird zu (8,2 ± 0,8) g/100g bestimmt.
4.3 Kartoffelstärke
Auch der Stärkegehalt der Probe entsteht nicht allein durch den Kartoffelstärkezusatz, sondern
auch hier hat das Kakaopulver mit seinem Stärkeanteil einen gewissen Einfluss. Um eine Korrektur durchführen zu können, wird angenommen, dass die im Kakao enthaltene Stärke den
gleichen spezifischen Drehwinkel wie die zugesetzte Kartoffelstärke hat.
Gesamtstärkegehalt (3.7)
5,09 g/100g
= Kartoffelstärkegehalt
=
x
+ Kakaoanteil (4.1) · Kakaostärke
+
0,0715
· 8,6 g/100g
⇒ x = 4,48 g/100g
Analog 4.2 berechnet sich die Standardabweichung und das Fehlerintervall für f = 1.
sKartoffelstärke
q
= q(sStärke )2 + (sKakao )2
(0, 07 g/100g)2 + (0, 04 g/100g)2
=
= 0,08 g/100g
Der Kartoffelstärkegehalt der Dessertprobe wird zu (4,5 ± 0,5) g/100g bestimmt.
22
Praktikum LC Teil IV
4.4 Trinkvollmilch und Magermilchpulver
Zur Berechnung der Gehalte an Trinkvollmilch (x) und Magermilchpulver (y) in der Probe wird
folgendes Gleichungssystem verwendet, wobei z1 den bereits ermittelten Kakaopulveranteil bezeichnet (siehe 4.1) und z2 für den in 4.3 bestimmten Stärkegehalt steht.
Wassergehalt
=
Lactosegehalt
=
67,80 = 0, 874 · x + 0, 035 · y + 0, 056 · z1 + 0, 15 · z2
67,80 = 0, 874 · x + 0, 035 · y + 0, 056 · 7, 15 + 0, 15 · 4, 48
66,73 = 0, 874 · x + 0, 035 · y
5,71
=
0, 047 · x + 0, 505 · y
Man erhält damit die beiden Matrizen M und b und berechnet dann über (M−1 · b) die Lösungsmatrix, in der die Werte für x und y in g/100g enthalten sind. M−1 ist dabei die inverse Matrix
zu M.
M=
M
−1
0, 874 0, 035
0, 047 0, 505
·b =
x
y
!
=
!
76, 18
4, 22
M
−1
=
1, 148 −0, 080
−0, 107 1, 988
!
b=
66, 73
5, 71
!
!
Der Trinkvollmilchgehalt der Dessertprobe wird zu 76,2 g/100g und der Magermilchpulvergehalt zu 4,2 g/100g bestimmt. Die Angabe von Fehlerintervallen für diese Endergebnisse ist
aufgrund der Abhängigkeit der Größen x und y voneinander nicht möglich.
Da es sich bei der Trinkvollmilch um eine Flüssigkeit handelt, ist eine Angabe in Volumeneinheiten zu bevorzugen. Dies lässt sich mit Hilfe der Dichte, die für dieses Milchprodukt mit 3,6%
Fett bei 20◦ C 1030,3 kg/m3 beträgt [9], berechnen. Der Trinkvollmilchgehalt von 76,2 g/100g
entspricht damit 74,0 mL pro 100g fertigem Erzeugnis.
4.5 Aroma Vanillin
Der mittels HPLC bestimmte Wert für das Vanillin entspricht dem Anteil an zugesetztem
Aroma. Der Vanillingehalt der Schokoladenpuddingprobe wird zu (8 ± 2) mg/100g bestimmt.
4.6 Verdickungsmittel Johannisbrotkernmehl
Da für das Verdickungsmittel keine quantitative Analyse durchgeführt werden kann (siehe 1),
erfolgt eine Abschätzung der zugesetzten Menge nach Literarturangaben. In [10] wird für Verdickungsmittel wie Johannisbrotkernmehl, die zu einer drastischen Viskositätserhöhung beitragen,
in Kombination mit Stärke ein Zusatz in Puddings bis zu 0,3% vorgeschlagen.
23
Praktikum LC Teil IV
4.7 Zutatenbilanz
Zutat
Trinkvollmilch
Konzentration
76,2 g/100g
74,0 mL/100g
Zucker
(8,2 ± 0,8) g/100g
Milchpulver
4,2 g/100g
Kakaopulver
(7,2 ± 0,4) g/100g
Kartoffelstärke
(4,5 ± 0,5) g/100g
Verdickungsmittel 0,3 g/100g
Aroma
(8 ± 2) mg/100g
Damit ergibt sich die Erstrezeptur mit einer Gesamtmenge aller Zutaten von 100,6 g auf 100 g
Schokoladenpudding. Diese minimale Diskrepanz kommt durch die Kombination der verschiedenen Bestimmungsmethoden, sowie durch die Fehlerintervalle zustande.
Für einen Ansatz im großtechnischen Maßstab werden für 10 kg Schokoladenpudding folgende
Mengen der Ausgangsstoffe vorgeschlagen.
Zutat
Trinkvollmilch
Konzentration
7,6 kg/10kg
7,4 L/10kg
Zucker
810 g/10kg
Milchpulver
410 g/10kg
Kakaopulver
710 g/10kg
Kartoffelstärke
440 g/10kg
Verdickungsmittel 29 g/10kg
Aroma
1 g/10kg
24
Praktikum LC Teil IV
5 Technologische Aspekte
5.1 Herstellung der Zutaten
5.1.1 Trinkvollmilch
Für dieses Milcherzeugnis wird das Ausgangsprodukt Rohmilch zuerst über grobe Filtersysteme
gereinigt und anschließend im Milchseperator zentrifugiert. Dabei gelangt die Magermilch in
einer Tellertrommel nach außen und der Rahm wandert nach innen. Dieser wird danach durch
Homogenisierdüsen gedrückt, was zu einer gleichmäßigen Verteilung und einer Größenvereinheitlichung der Fettkügelchen führt. Um nun den gewünschten Fettgehalt der Trinkvollmilch
von 3,6% einzustellen, werden die Magermilch und der homogenisierte Rahm wieder gemischt.
Die Dosierung wird dabei über eine Rahmwaage gesteuert. Zur Abtötung von Mikroorganismen
und zur Enzyminaktivierung findet abschließend noch eine Wärmebehandlung beispielsweise in
einem Plattenerhitzer statt. Die so bearbeitete Milch wird gekühlt gelagert und kann dann
weiterverarbeitet werden. Sie stellt für das Produkt Schokoladenpudding den Hauptbestandteil
dar.[11]
5.1.2 Milchpulver
Das Magermilchpulver wird aus Magermilch, die bei der Seperation von Rohmilch entsteht, gewonnen. Der Wassergehalt muss bei diesem Produkt auf unter 5% gesenkt werden, was durch
Trocknung bzw. Eindampfen erreicht wird. Dafür gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten. Zum
einen benutzt man die Sprühtrocknung, die in einem Trockenturm mit sich schnell drehenden
Zerstäuberscheiben erfolgt, und zum anderen gibt es die Walzentrocknung, bei der die Magermilch in dünnen Schichten über beheizte Walzen geführt wird und so das enthaltene Wasser
verdampft. Beide Verfahren liefern Produkte mit unterschiedlichen Eigenschaften. Das sprühgetrocknete Milchpulver hat einen besseren Geschmack und lässt sich durch einen abschließenden
Instantisierungsschritt in der Herstellung später wieder gut in wässrigen Lösungen, wie beispielsweise der Milch für den Pudding, verarbeiten. Das durch Walzentrocknung gewonnene
Milchpulver enthält wesentlich mehr Oberflächenfett und wird daher bevorzugt für die Schokoladenproduktion eingesetzt.[11]
5.1.3 Zucker
Saccharose wird hauptsächlich aus Zuckerrüben gewonnen. Dafür müssen diese nach der Ernte mittels Kraut- und Steinefängern, sowie über Trommelwaschmaschinen intensiv gereinigt
werden. Anschließend werden die Rüben in Schneidmaschinen zerkleinert, die entstehenden
Rübenschnitzel eingemaischt und die Saccharose mit heißem Wasser im Extraktionsturm herausgelöst. Der Extrakt wird nun in einem zweistufigen Prozess von Nichtsaccharosestoffen gereinigt, indem dem Rohsaft im Naveau-Apparat Kalkmilch zugesetzt wird. Nach Filtration
erhält man den Dünnsaft, der dann über Umlauf- oder Fallstromverdampfer über mehrere
Stufen zum Dicksaft konzentriert wird. Um abschließend den Zucker zu erhalten, muss es zu
einer Kristallisation kommen, deren Durchführung sowohl kontinuierlich wie auch diskontinuierlich über Verdampfungs-, Entspannungs- oder Kühlungskristallisation und mit Hilfe von
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Praktikum LC Teil IV
Impfkristallen erfolgen kann. Letztendlich wird der Rohzucker noch zentrifugiert und gesiebt
und das Endprodukt steht dann zur Weiterverarbeitung bereit. Der Zucker dient in dem Dessert zum einen zur Süßung und zum anderen zur Abmilderung des leicht bitteren Geschmacks
des Kakaopulvers.[11],[12]
5.1.4 Kakaopulver
Um aus Kakaobohnen hochwertigen Rohkakao entstehen zu lassen, muss man sie einem Fermentationsprozess unterziehen. Dabei wird das Fruchtfleisch abgelöst, Aromavorstufen werden
gebildet und die Bohnen erhalten eine braune Farbe. Während etwa 5 bis 10 Tagen wird das
Produkt mit Hilfe der Sonne getrocknet, über Siebe gereinigt und zur Reduktion der Mikroorganismenanzahl thermisch behandelt. Anschließend werden die Kakaobohnen in Wurfbrechern oder durch Walzen zerbrochen und gleichzeitig die Schalen abgetrennt. Um das Aroma
vollständig zu erschließen, den Feuchtigkeitsgehalt weiter zu senken und die Braunfärbung durch
Melanoidbildung über die Maillard-Reaktion weiter zu fördern, erfolgt nun der Röstprozess bei
116◦ C bis 120◦ C. Für die Kakaopulverherstellung werden dem gerösteten Kakaokernbruch Alkalisalze, wie Natrium- oder Kaliumcarbonat zugesetzt und damit der pH-Wert von 5 auf 8
angehoben. Dieser Vorgang sorgt für eine Verbesserung von Geschmack, Farbe und Löslichkeit des späteren Pulvers und erleichtert das anschließende Abpressen der Kakaobutter. Unter
Erwärmung auf 80◦ C bis 90◦ C wird in Topfpressen der Fettgehalt der entstandenen Kakaomasse auf etwa 20% gesenkt und man erhält den Kakaopresskuchen. Wie beim Milchpulver ist
auch für das Kakaopulver ein Instantisierungsschritt vorgesehen. Dazu wird der Presskuchen in
einer Dampfphase oder in einem wässrigen Aerosolnebel an der Oberfläche benetzt, wobei die
Pulverteilchen zu größeren Aggregaten verkleben, die eine bessere Löslichkeit aufweisen. Nach
dem Befeuchten schließt sich eine Trocknung und die Pulverisierung in Stachelwalzenbrechern
und Turbomühlen an. Als Endprodukt entsteht schwach entöltes Kakaopulver, welches dem
Pudding die dunkelbraune Farbe, sowie den schokoladigen Geschmack verleiht.[11],[12]
5.1.5 Kartoffelstärke
Zu Beginn des Herstellungsprozess werden die Kartoffeln durch Stein- und Krautabscheider
von Fremdstoffen befreit und in Schwemmrinnen und Trogwaschmaschinen gereinigt. Um die
Stärkekörner freizulegen, müssen die Kartoffeln in Sägeblattreiben zum sogenannten Reibsel
zerkleinert werden und dieser Brei wird dann mit Wasser verdünnt und mit SO2 versetzt,
um das Ablaufen unerwünschter chemischer Reaktionen, die zu einer Farbänderung führen, zu
verhindern. Die Extraktion der Kartoffelstärke aus dem Reibsel erfolgt in mehrstufigen, kontinuierlichen Zentrifugalsiebsystemen, wobei die ablaufende Rohstärkemilch Vorkonzentratoren
und Seperatoren zugeführt wird. Durch eine nachfolgende Behandlung in Vakuumdrehfiltern
und Strom- oder Drallrohrtrocknern wird die native Stärke mit einer Restfeuchte von 15 bis
20% erhalten. Die Stärke sorgt durch ihre Quellbarkeit für die Konsistenz des Desserts.[12]
5.1.6 Verdickungsmittel
Johannisbrotkernmehl wird aus dem Endosperm des Samens des Johannisbrotbaumes durch
Extraktion mit Wasser gewonnen. Um das Polysaccharid aus Mannose und Galactose dann als
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Praktikum LC Teil IV
Feststoff aus dem Extrakt herauszufällen, gibt man Salze oder organische Lösungsmittel zu.
Als Dickungsmittel wirkt Johannisbrotkernmehl viskositätsfördernd und es wird zur besseren
Gelbildung häufig zusammen mit anderen Hydrokolloiden, wie zum Beispiel Stärke eingesetzt.[9]
5.1.7 Aroma
Bei Vanillin handelt es sich um den Hauptaromastoff der Vanille und es wird in der Lebensmittelindustrie in Form des naturidentischen Aromastoffs eingesetzt. Als Ausgangsstoff für die
chemische Synthese dienen Eugenol, Guajacol oder Ligninsulfonsäure, die über mehrere Schritte zum Vanillin reagieren. Aber auch über biotechnologische Methoden ist die Gewinnung des
Aromastoffs möglich, wobei hier das Produkt als natürlich“ deklariert werden darf. Das Va”
nillin dient im Pudding der Abrundung des schokoladigen Geschmacks und es verringert die
Bitterkeit des eingesetzten Kakaos.[13]
5.2 Herstellung des Desserts RUF“ Schokoladenpudding
”
Für die Qualität des Endprodukts ist eine gleichmäßige Verteilung aller Zutaten sehr wichtig und daher müssen die Inhaltsstoffe geringer Einsatzmenge einer Vormischung unterzogen
werden. Außerdem ist zu beachten, dass die Pulver mit schlechter Löslichkeit, wie Kakao und
Stärke nicht zu Klumpen führen.
Zu Beginn werden alle Schüttgüter, also Zucker, Milchpulver, Kakaopulver, Kartoffelstärke,
Johannisbrotkernmehl und Vanillin zusammengewogen und gründlich vermischt. Dafür eignen
sich Schaufelmischer (Abbildung 5), bei denen zwei Z-förmige Schaufeln durch gegenläufige Rotation die Pulver intensiv mischen oder es wird ein Trommelmischer (Abbildung 6) eingesetzt,
bei dem das Mischen durch Rotation der mit Schaufeleinbauten versehenen Trommel erfolgt.[14]
Abbildung 5: Schaufelmischer [14]
Abbildung 6: Trommelmischer [14]
Der vermischte Pulveransatz wird nun mit der gleichen Menge Trinkvollmilch versetzt und
gut dispergiert.[9] Da es sich dabei um ein System handelt, aus dem sich Bestandteile abset-
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Praktikum LC Teil IV
zen können, wird für diesen Prozess vorzugsweise ein Ankerrührer verwendet (Abbildung 7).[14]
Abbildung 7: Ankerrührer [14]
Die restliche Trinkvollmilch wird in einem Edelstahlrührkessel aufgekocht und dann mit der Vormischung vermengt. Hier kommt ein weiterer Rührertyp zum Einsatz. Da der Pudding während
des Kochprozesses eine besonders hohe Viskosität entwickelt und eine intensive Durchmischung
der Innen- und Außenzonen im Kessel erforderlich ist, setzt man wandgängige Anker-, Fingeroder Wendelrührer ein (Abbildung 8).[9]
Abbildung 8: Ankerrührer, Fingerrührer, Wendelrührer [9]
Der fertige Pudding wird abgekühlt und anschließend über Schnecken- und Volumendosierer in
Portionsverpackungen abgefüllt.[9]
Je nach Anlagentechnik sind auch modifizierte Produktionswege möglich. So kann man den
Zucker und die Stärke auch direkt mit der erwärmten Milch im Rührkessel vermengen, wobei eine Grundmasse entsteht, die für Endprodukte verschiedener Geschmacksrichtungen verwendbar ist. Die restlichen Zutaten werden extra abgewogen und dann mit dem Basispudding
verrührt.[15]
28
Praktikum LC Teil IV
6 Diskussion der Rezeptur
Die vorliegende Rezeptur des RUF“ Schokoladenpuddings ergibt ein Produkt, welches den
”
sensorischen Qualitätsansprüchen genügt. Allerdings sind durch gewisse Modifikationen noch
Verbesserungen der Eigenschaften und Einsparungen bei den Produktionskosten möglich.
Das Dessert wird mit einem großen Anteil an Trinkvollmilch zubereitet und erhält dadurch
den entsprechenden Milchgeschmack, der für ein Puddingprodukt typisch ist. Der Zusatz von
Magermilchpulver ist damit bei dieser Herstellungsart im Gegensatz zu Instantprodukten, welche mit Wasser zubereitet werden, überflüssig.
Der Einsatz von schwach entöltem Kakaopulver ist für die Produktion von Schokoladenpudding
durchaus möglich, aber diese Kakaopulversorte wird häufiger für Trinkkakao verwendet. Für
Desserts eignet sich besser die etwas herbere, stark entölte Variante, die zudem auch kostengünstiger ist. Im Vergleich zum schwach entölten Kakaopulver enthält die fettarme Sorte etwa 10%
weniger Kakaobutter, welche den wertvollsten Bestandteil des Kakaos darstellt und damit den
Preis bestimmt. Außerdem lässt sich das stark entölte Pulver leichter in Milch emulgieren.[11]
Die Konsistenz des Puddings wird hauptsächlich durch die Verkleisterung der enthaltenen
Stärke erreicht. Dieser Prozess findet erst oberhalb der sogenannten Verkleisterungstemperatur
statt, was erklärt, warum dieses Fertigdessert über einen Kochprozess hergestellt werden muss.
Bei der Erhitzung kommt es zunächst durch Wasseraufnahme zur Erweichung des Netzwerks
der Stärkekörner und zur Viskositätserhöhung. Die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den
Stärkemolekülen zerbrechen und die Amylose geht in die wässrige Lösung über. Das aufgequollene Stärkekorn besteht danach weitestgehend aus Amylopektin. Der Kochprozess verursacht
einen weiteren Abbau der H-Brücken, wobei die Viskosität indirekt proportional zum Amylosegehalt der Stärke bis zu einem konstanten Wert absinkt. Beim Abkühlen werden neue
Wasserstoffbrückenbindungen gebildet und das gewünschte Gel entsteht.
Kartoffelstärke hat eine Verkleisterungstemperatur von 58 bis 66◦ C, welche damit im mittleren
Temperaturbereich der verschiedenen Stärkearten liegt. Ihr Amylosegehalt ist mit 20 bis 27%
als niedrig einzuordnen und daher ergibt Kartoffelstärke ein kleisterhaftes, schleimiges Gel mit
niedriger Viskosität, welches für einen Pudding eher ungeeignet ist. Aus diesem Grund wird für
das Dessertprodukt Schokoladenpudding in der Industrie normalerweise Maisstärke, die einen
höheren Amylosegehalt aufweist, eingesetzt. Man erhält mit dieser Stärkeart das feste, stabile
und für Puddinge typische Gel.[16]
Die Zugabe von einem Verdickungsmittel wie Johannisbrotkernmehl hat beim Einsatz der geeigneten Stärkeart keinen technologischen Nutzen und erweist sich somit als unnötig.
Als Fazit empfiehlt sich für einen Schokoladenpudding gleicher Qualität, aber geringerer Produktionskosten folgende Zutatenliste:
Trinkvollmilch, Zucker, Kakaopulver (stark entölt), Maisstärke, Aroma Vanillin
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Praktikum LC Teil IV
7 Kostenrechnung
Die Berechnung der Kosten ist so angelegt, dass die benötigten Lösungen jeweils in einer größeren Menge, dem Verbrauch und der Haltbarkeit entsprechend, hergestellt werden und dann nur
das für die Analysen benötigte Volumen auf die Rechnung umgelegt wird. Diese Vorgehensweise ist sicherlich in einem Analysenlabor üblich, da es uneffektiv wäre, für jede neue Probe
sämtliche Lösungen im Kleinstmaßstab herzustellen.
Der Übersichtlichkeit halber wird nur eine Zusammenfassung der Nettokosten der einzelnen
Bestimmungsmethoden dargestellt. Die Preise der Chemikalien finden sich in Literatur [17],
[18] und [19].
Methode
Wassergehalt
Fettgehalt
Zucker (qualitativ)
Zuckergehalt
vor Inversion
nach Inversion
Stärkegehalt
Verdickungsmittel (qualitativ)
Theobromin-/Vanillingehalt
Probenvorbereitung
Kalibrierung
HPLC
Preis pro
Durchführung
0,93e
2,30e
5,37e
Anzahl der
Durchführungen
3
2
1
Gesamtpreis
2,79e
4,60e
5,37e
0,52e
0,48e
0,59e
5,41e
3
3
4
1
1,56e
1,44e
2,36e
5,41e
0,44e
0,11e
0,66e
2
1
9
0,88e
0,11e
5,94e
30,46e
Für die Bestimmung der Rezeptur des RUF“ Schokoladenpuddings belaufen sich die Kosten
”
für Chemikalien inklusive der Mehrwertsteuer, die zum Durchführungszeitraum 16% beträgt,
auf 35,33e.
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Praktikum LC Teil IV
Literatur
[1] Matissek, Reinhard ; Schnepel, Frank-M. ; Steiner, Gabriele: Lebensmittelanalytik.
1. Auflage. Springer Verlag, Berlin, 1989
[2] Rauscher, K. ; Engst, R. ; Freimuth, U.: Untersuchung von Lebensmitteln. 2. Auflage.
VEB Fachbuchverlag, Leipzig, 1986
[3] TU Dresden, Institut für Lebensmittelchemie: Skript zum Praktikum Lebensmittelchemie
Teil III Bestimmung von Theobromin, Coffein und Vanillin in kaffe-, tee- oder kakaohaltigen Lebensmitteln. 2005
[4] TU Dresden, Institut für Lebensmittelchemie: Skript zum Praktikum Lebensmittelchemie
Teil III Dünnschichtchromatographie. 2005
[5] Belitz, Hans-Dieter ; Grosch, Werner ; Schieberle, Peter: Lehrbuch der Lebensmittelchemie. 5. Auflage. Springer Verlag, Berlin, 2001
[6]
www.sabona.de
[7] Senser, Friedrich ; Scherz, Heimo ; Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie Garching (Hrsg.): Der kleine Souci Fachmann Kraut, Lebensmitteltabelle
für die Praxis. 2. Auflage. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart, 1991
[8]
www.zuckerforschung.at
[9] Kessler, Heinz-Gerhard: Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik. 3. Auflage. Verlag A.
Kessler, Freising, 1988
[10] Fachgruppe Lebensmittelchemie in der GDCh (Hrsg.): Zusatzstoffe - ihre Wirkung
und Anwendung in Lebensmitteln. Bd. 11. Behr’s Verlag Hamburg, 1986
[11] TU Dresden, Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik: Skript zur Vorlesung
Lebensmiteltechnologie I und II. 2004 u. 2005
[12] Tscheuschner, Horst-Dieter (Hrsg.): Grundzüge der Lebensmitteltechnik. 2. Auflage.
Behr’s Verlag Hamburg, 1996
[13] http://de.wikipedia.org
[14] Stabnikow, W. N.: Verfahrenstechnische Grundlagen der Lebensmitteltechnik. 1. Auflage.
VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1983
[15] www.campina.de
[16] Ternes, Waldemar: Naturwissenschaftliche Grundlagen der Lebensmittelzubereitung. 1.
Auflage. Behr’s Verlag Hamburg, 1990
[17] Sigma-Aldrich Co. (Hrsg.): Fluka - Riedel-de Haën Laborchemikalien und analytische
Reagenzien 2005/2006. 2004
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Praktikum LC Teil IV
[18] Sigma-Aldrich Co. (Hrsg.): Aldrich - Katalog Handbuch Feinchemikalien und Laborgeräte 2003/2004. 2002
[19] Merck KGaA Darmstadt (Hrsg.): ChemDAT - Die Merck Chemiedatenbank. 2005
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