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Gerald Muschiolik und Horst Schmandke
Funktionelle Eigenschaften von Ackerbohnenprodukten (Vicia faba)
Ernährung, Biochemie und Verarbeitung

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung 1
1.1 Historisches 1
1.2 Anbaugebiete und Produktionsmenge 2
1.3 Nutzung der Ackerbohne 3
     
2 Chemische Zusammensetzung 7
2.1 Reife Ackerbohnensamen 7
2.2 Ackerbohnenschalen 10
2.3 Varietäten- und Anbaueinfluss 10
2.4 Keimungseinfluss 11
     
3 Biologisch aktive Inhaltsstoffe 13
3.1 Phenolische Verbindungen 13
3.1.1 Phenolcarbonsäuren 13
3.1.2 Flavonoide 14
3.1.2.1 Tannine 14
3.1.2.2 Flavone, Flavonole, Isoflavone und Lignane 17
3.1.3 Chemische und biochemische Reaktionen 18
3.1.4 Physiologische Wirkungen 20
3.1.4.1 Sensorische Eigenschaften von Phenolcarbonsäuren und deren Reaktionsprodukten 20
3.1.4.2 Choleretische Wirkung von Phenolcarbonsäuren 21
3.1.4.3 Zur Toxizität von Phenolcarbonsäuren 22
3.1.4.4 Einfluss der Proanthocyanidine auf Verdauung und Absorption von Nähr- sowie Mineralstoffen und zur Toxizität der Proanthocyanidine 24
3.1.4.5 Auswirkungen der estrogenen, spezifische Enzyme hemmenden und antioxidativen Aktivität der Flavonoide sowie deren gentoxisches Potential 30
3.2 Phytinsäure 32
3.2.1 Salzbildung und Wechselwirkung mit Proteinen 32
3.2.2 Gehalt in Ackerbohnen und Ackerbohnenprodukten 33
3.2.3 Ernährungsphysiologische Wirkung 35
3.3 Proteaseinhibitoren 36
3.3.1 Eigenschaften und Antiproteasenaktivität 36
3.3.2 Ernährungsphysiologische Wirkung 41
3.4 Lectine 42
3.4.1 Eigenschaften 42
3.4.2 Hämagglutinierende Aktivität 43
3.5 Vicin und Convicin (Favismus) 45
3.5.1 Struktur, Löslichkeit, Hydrolyse und Oxidation, Absorption 45
3.5.2 Isouramil als Katalysator der Sauerstoffoxidation von Glutathion 46
3.5.3 Wirkmechanismus von Pyrimidinen der Ackerbohne auf Erythrozyten 46
3.5.4 Favismus 47
3.5.5 Vicin- und Convicingehalt in Ackerbohnen und entsprechenden Produkten 50
3.6 Flatulenzerzeugende Kohlenhydrate 52
3.7 Weitere Inhaltsstoffe 53
3.7.1 Enzyme 53
3.7.1.1 Lipoxygenase (EC 1.13.1.13) 54
3.7.1.2 alpha-Galactosidase (EC 3.2.1.22) 56
3.7.1.3 Galactokinase (EC 2.7.16) 56
3.7.1.4 Phospholipase D 56
3.7.2 Lipide und Sterole 57
3.7.3 Saponine (Oleanine) 62
3.7.4 Mykotoxine, Phytoalexine, Fabatine, cyanogene Glucoside, 4-Chlor-6-methoxyindol, Pankreaslipase-Aktivatoren oder -Inhibitoren 63
3.7.5 Cancerogene Polyaromaten, Schwermetalle, Radionucleotide und Insektizide 65
3.7.6 Nucleinsäuren, Vitamine, Pyrrolochinolinchinon (Methoxatin), L-3.4-Dihydroxyphenylalanin (Levodopa, L-DOPA) und epsilon-N-Pyrrolylnorleucin 67
     
4 Gewinnung von Protein- und Stärkeprodukten 71
4.1 Ganze und geschälte Ackerbohnen 71
4.2 Ackerbohnenmehle 73
4.2.1 Vermahlung von geschälten Ackerbohnen 73
4.2.2 Modifizierung von Ackerbohnenmehlen 74
4.2.3 Off-flavour von Ackerbohnenprodukten 75
4.3 Protein- und Stärkeanreicherung durch Windsichtung, Gewinnung von Ackerbohnenproteinkonzentrat und Ackerbohnenstärke 76
4.4 Proteingewinnung durch "Nassverfahren" 78
4.5 Proteinmodifizierung 85
4.6 Funktionelle Eigenschaften verschieden modifizierter Ackerbohnenproteinisolate 88
4.6.1 Proteinlöslichkeit 88
4.6.2 Das Viskositätsverhalten 88
4.6.3 Gelbildung und Geleigenschaften im pH-Bereich 2,0 - 3,5 90
4.6.4 Schaumbildung und Schaumbildungseigenschaften 91
4.6.5 Weitere funktionelle Eigenschaften 91
4.7 Grobe Verfahrensbeschreibung zur Gewinnung von Ackerbohnenproteinisolaten und Stärke mittels Nassprozess 92
4.7.1 Verfahrensschritte 92
4.7.2 Herstellung von Ackerbohnenproteinisolat 96
4.7.3 Masseausbeute und Mengenbilanzen 100
     
5 Eigenschaften der Proteine und Stärke 103
5.1 Proteine 103
5.1.1 Zusammensetzung der Globulinfraktion 103
5.1.2 Vicilin und Legumin 104
5.1.3 Eigenschaften der Globuline 109
5.1.4 Eigenschaften der Gesamtglobulinfraktion (Ackerbohnenproteinisolat) 115
5.2 Stärke 118
5.2.1 Morphologie und physikalische Struktur der Stärkekörner 118
5.2.2 Zusammensetzung der fraktionierten Ackerbohnenstärke 118
5.2.3 Eigenschaften der Amylose und des Amylopectins 119
5.2.4 Funktionelle Eigenschaften der Ackerbohnenstärke 121
     
6 Die Modifizierung der funktionellen Eigenschaften der Proteine 125
6.1 Die chemische Modifizierung   125
6.1.1 Acetylierung   125
6.1.1.1 Löslichkeit   128
6.1.1.2 Grenzflächenverhalten   129
6.1.1.2.1 Luft-Wasser-Grenzflächen   129
6.1.1.2.2 Öl-Wasser-Grenzflächen   133
6.1.1.2.3 Emulgiereigenschaften   138
6.1.1.3 Viskositätsverhalten   143
6.1.1.4 Geleigenschaften   145
6.1.1.5 Gemische mit anderen Gelbildnern   148
6.1.2 Succinylierung   149
6.1.2.1 Grenzflächenverhalten   150
6.1.2.1.1 Luft-Wasser-Grenzflächen   151
6.1.2.1.2  Öl-Wasser-Grenzflächen   151
6.1.2.2 Sonstige funktionelle Eigenschaften   152
6.1.3 Reaktion mit Aldehyden   152
6.1.3.1 Reaktion in homogener Phase   152
6.1.3.2 Reaktion in heterogener Phase   155
6.2 Enzymatische Modifizierung   158
6.2.1 Ackerbohnenproteinisolat (ABPI)   158
6.2.2 Modifiziertes Ackerbohnenprotein und Legumin   161
6.2.2.1 Hydrolyse mit Chymotrypsin   161
6.2.2.2 Hydrolyse mit Trypsin   161
6.2.3 Totalhydrolyse mit Pepsin und Trypsin   163
6.2.4 Die Plasteinreaktion   166
6.2.5 Veränderung der Gelbildungseigenschaften von Ackerbohnenprotein mit Transglutaminase   169
6.3 Partialdenaturierung durch pH- und Temperatur-Einflüsse   170
6.3.1 Säuredenaturierung   170
6.3.2 Alkalidenaturierung   172
6.3.3 Hitzedenaturierung   174
6.4 Bildung von Protein-Polysaccharid-Komplexen   176
6.5 Physikalische Modifizierung mittels Mechanolyse   176
6.6 Physikalische Modifizierung mittels Hochdruckhomogenisator   178
6.7 Wechselwirkung mit Neutralsalzen   179
6.8 Gentechnische Modifizierung der Ackerbohnenproteine   180
     
7 Proteine und Stärke als Lebensmittelrohstoffe und Lebensmittelzusatzstoffe   181
7.1 Herstellung von Proteinfasern   181
7.1.1 Fließeigenschaften alkalischer Proteinsuspensionen   181
7.1.2 Faserbildung durch Verspinnung alkalischer Proteinsuspensionen   182
7.1.3 Funktionelle Eigenschaften der Proteinfasern und deren Modifizierung durch Nachbehandlung   183
7.1.4 Bildung faseriger Gele im Koagulationsbad   185
7.2 Herstellen von extrudierten und walzengetrockneten Proteinprodukten - ihre funktionellen Eigenschaften   187
7.3 Verarbeitung von Ackerbohnenprodukten in Fleischerzeugnissen   191
7.3.1 Einfluss von Ackerbohnenmehlen, Ackerbohnenproteinisolaten und deren Modifikaten sowie Ackerbohnenstärke auf die Eigenschaften von Fleischemulsionen   191
7.3.2 Einfluss von Ackerbohnenproteinkonzentrat auf die Eigenschaften von gegartem Hackfleisch   192
7.3.3 Einfluss von extrudierten Ackerbohnenprodukten auf die Eigenschaften von erhitztem Fleischbrät   193
7.3.4 Einfluss von extrudierten Ackerbohnenprodukten auf die Eigenschaften von gebratenem Hackfleisch (Deutsches Beefsteak)   194
7.3.5 Verarbeitung von Proteinprodukten - Herstellung analoger Fleischerzeugnisse   195
7.4 Verarbeitung von Ackerbohnenprodukten in Fischerzeugnissen   198
7.5 Einsatz von Ackerbohnenprotein zur Herstellung von Lebensmittelemulsionen   199
7.5.1 Öl-in-Waser-Emulsionen   199
7.5.2 Wasser-in-Öl-Emulsionen   204
7.6 Verarbeitung von Ackerbohnenprodukten in Brot, Nudeln, Pudding und Puddingdesserts   205
7.7 Verarbeitung von Ackerbohnenprodukten in Zuckerwaren   208
7.8 Verarbeitung von Ackerbohnenprodukten zu nussähnlichen Erzeugnissen   209
7.9 Ackerbohnen in traditionellen Lebensmitteln   210
7.9.1 Vorbehandlung der Bohnen   210
7.9.2 Ackerbohnen in traditionellen Gerichten   213
7.9.2.1 Traditionelle, nicht fermentierte Gerichte   213
7.9.2.2 Traditionelle fermentierte Gerichte   215
     
8 Proteinwert und toxikologische Bewertung von Ackerbohnenprodukten   217
8.1 Proteinwert   217
8.1.1 Ackerbohnenzubereitungen des Mittleren Ostens, Ackerbohnenmehl, -proteinkonzentrat und -proteinisolat   217
8.1.2 Acetylierte Ackerbohnenproteinisolate   219
8.1.3 Succinylierte Ackerbohnenproteinisolate   222
8.1.4 Extrudierte Ackerbohnenproteinprodukte und ersponnene Ackerbohnenproteinisolat/Casein-(1/1)-Fasern; Proteinmodifizierung durch Hitzedenaturierung, Alkalibehandlung und Reaktion mit Dialdehydstärke, Aluminium-Ionen oder Isothiocyanaten   223
8.1.5 Simulierte Fleischprodukte aus ersponnenen Ackerbohnenproteinisolat/Casein-(1/1)-Fasern oder Ackerbohnenkonzentrat; Chips, Brot und Tofu unter Verwendung von Konzentrat oder Mehl der Ackerbohnen   227
8.2 Toxikologische Bewertung von Produkten aus entschalten Ackerbohnen   230
  Quellenangaben 235
  Stichwortverzeichnis 283

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Stand: 19. Mai 2022


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