Beispiele für die verwendung von enzymen (waschmittel & käseherstellung)

FOLIE 1Bei der KäseherstellungKäse wird ja aus Milch gemacht. Dazu muss die Milch aber erst einmal gerinnen, oder, wie es in der Käserei heißt, "dickgelegt" werden. Für diese "Dicklegung" der Milch braucht man das so genannte Labenzym bzw. -ferment, welches die Protease Chymosin enthält.Traditionell werden Labenzyme aus den Mägen - genauer: aus der Schleimhaut des Labmagens - saugender Kälber gewonnen, die das Enzym zur Verdauung des Eiweißes in der Muttermilch brauchen. Es spaltet das Casein der Milch, wodurch es seine Stabilität verliert und gerinnt.

Mit 10.000 Litern Milch werden etwa 1.000 kg Käse hergestellt. Dazu werden ungefähr 0,5 Gramm Chymosin, das entspricht wenigen Tropfen, benötigt.Den Weltbedarf für die Käseproduktion kann man mit den Labenzymen von den Kälbern aber trotzdem schon seit einiger Zeit nicht mehr decken, da man dazu 70 Millionen Kälbermägen pro Jahr aufarbeiten müsste.Seit 1960 wurden deswegen mit dem wachsenden Käsebedarf auch Ersatzenzyme aus Mikroorganismen eingesetzt (Vegetarier).

Diese Ersatzenzyme haben aber nicht die gleiche Wirkung wie das richtige Chymosin - ihr Einsatz führt oft zu ungenießbarem Käse.Mit gentechnischen Methoden ist es gelungen, das Gen, d.h. den Bauplan zum Aufbau des Chymosins aus Kälbermagenzellen zu isolieren und in Mikroorganismen zu übertragen. Die Mikroorganismen bauen das Chymosin entsprechend diesem Bauplans auf. Es kann in reinster Form aus ihnen gewonnen werden.

Das in Mikroorganismen hergestellte Chymosin ist identisch mit dem Chymosin aus dem Kälbermagen, und die Herstellung von Käse mit Chymosin aus gentechnisch veränderten Mikroorganismen unterscheidet sich nicht von der traditionellen Herstellung mit Kälbermagenextrakt: Es entsteht genau der gleiche Käse. Die Käseherstellung FOLIE 2(1. Prüfen der Milchtauglichkeit)Wenn die Milch in der Käserei angekommen ist, wird sie zunächst auf Frische und Käsereitauglichkeit geprüft.2. Vorbereiten der Milch: Reinigung mit Hilfe von Zentrifugen, Einstellen auf den gewünschten je nach Käsesorte unterschiedlichen Fettgehalt, eventuell zur Abtötung unerwünschter Mikroorganismen pasteurisieren, Gewürze und eventuell Farbstoffe hinzugeben3. Dicklegen der Milch (Gerinnung des Milcheiweißes): Geronnenes Eiweiß = Dickete.

Nach Abtrennung von der Molke wird diese weiter zu Käse verarbeitet.Um die vorbereitete Milch, die Kesselmilch, dickzulegen, gibt es mehrere Möglichkeiten:a.       eine Säurefällung durch Milchsäurebakterien => Sauermilchkäseb.       eine Labfällung durch Labenzyme => Labkäsec.       eine Kombination aus Säure- und Labfällung => Süßmilch- oder Labkäse Bei der Labfällung setzt man der vorbereiteten Milch zur Caseinfällung Labpräparate zu. Diese werden der Milch bei ca.

33 °C zugegeben, wodurch die Caseine bereits innerhalb von 10-30 Minuten ausfallen. Um Aroma, Geschmack und Konsistenz besonders günstig zu beeinflussen, kombiniert man heute in den meisten Fällen die Säure - und die Labfällung. 4. Weitere Stationen der VerarbeitungWährend des Gerinnungsprozesses wird die Dickete mit rotierenden Schneidevorrichtungen, den Käseharfen, zerkleinert. Es entsteht der Käsebruch. Je intensiver die Bearbeitung erfolgt, desto kleiner werden die Körner und desto mehr Molke wird ausgeschieden.

Durch das direkte Abscheiden der Molke verfestigt sich der Bruch. Bei manchen Käsesorten wird der Bruch zusätzlich auf 35-55 °C erwärmt, damit sich die Körner zusammenziehen und noch mehr Molke ausgeschieden wird. Diesen Vorgang nennt man Brennen. Der Bruch wird in Formen gefüllt. Damit die Molke weiter abfließen kann, haben diese Formen durchlässige Wände. Mehrfaches Pressen und Wenden der Käse begünstigt den Molkeaustritt.

Außerdem fördert das Pressen die Rindenbildung. Der entstandene junge Käse kommt nun in ein Salzbad, wodurch der Geschmack und der Molkeaustritt gefördert werden. Außerdem schützt das Salz den Käse vorm Verderb.   5. Lagerung in speziellen Kellern oder Höhlen und Reifung des Käses (je nach Sorte dauert dies einige Wochen bis Monate oder bei Parmesankäse sogar über mehrere Jahre) Enzyme in WaschmittelnSeit Mitte der 60er Jahre ist die Waschmittelindustrie der größte Kunde für industrielle Enzyme. Diese werden gentechnisch produziert und zwar meist von genmanipulierten Mikroorganismen.

Die Waschmittel-Enzyme tragen dazu bei, proteinhaltige Schmutzpartikel zu kleineren, herauswaschbaren Bestandteilen abzubauen, und erleichtern dabei das Auswaschen besonders schwieriger Flecken. Dies konnte bisher, wenn überhaupt nur durch Kochen oder Bleichen erreicht werden, wobei allerdings Farben und empfindliche Stoffe stark in Mitleidenschaft gezogen wurden. Enzyme behandeln Flecken genauso wie Lebensmittel im Verdauungssystem - sie werden abgebaut (gespalten). Nachdem die Enzyme die Vorarbeit geleistet haben, können andere Waschmittelbestandteile die Säuberungsaktion beenden. Ziel ist es, so viele aggressive Chemikalien wie möglich in Waschmittel durch Enzyme zu ersetzen.Da sich Enzyme dabei selbst nicht verändern (sie sind nur Katalysatoren) reichen geringe Mengen von ihnen als Waschmittelbestandteile aus (0,5 bis 0,8%).

 In Waschmitteln finden sich vor allem folgende Enzymtypen:Enzyme, die Proteine spalten, werden als Proteasen bezeichnet und bekämpfen Flecken von Eiern, Blut und Gras. Lipasen bauen Fette ab und lösen so Butter, Speiseöl, fettige Soßen, Suppen usw. Amylasen spalten Stärke zu einfachem Zucker und eignen sich besonders zur Entfernung von Verfleckungen aus Stärke wie Kartoffeln, Schokolade oder Pudding.Cellulasen entfernen Baumwollfusseln und frischen farbige Textilien auf. In Waschmitteln sind Proteasen die meistverwendeten Enzyme. Etwa 80 % aller Waschmittel enthalten diese Enzymgruppe.

Bei der Verwendung von Enzymen sind bestimmte Einschränkungen zu beachten:Enzyme haben ein Temperaturoptimum. Sie sind grundsätzlich nur in einem begrenzten Temperaturbereich wirksam, der meist zwischen 20 °C und 65 °C liegt. Eine Protease, deren Wirkungsoptimum bei etwa 60 °C liegt, hat bei 30 °C nur noch 5 bis 10 % ihrer optimalen Wirkung. Umgekehrt kann das Enzym bei 95 °C schon nach einigen Minuten völlig unwirksam sein. Enzyme müssen also temperaturabhängig verwendet werden.Mittlerweile werden die Enzyme in Wachskügelchen "verpackt", die im warmen Wasser schmelzen und ihren Inhalt erst in der Lauge freigeben.

Außerdem gibt es heute auch schon Enzyme, die ausreichend lange bei 95 °C stabil sind.Die meisten Waschmittelenzyme haben ein pH-Optimum, das im alkalischen Bereich zwischen pH 9 und pH 11 liegt. Außerhalb dieses pH-Bereiches lässt die Wirkung vieler Enzyme deutlich nach. Nur wenige Enzyme sind in ihrer Wirkung kaum pH-abhängig. Am Beispiel einer Protease zeige ich kurz die Wirkungsweise von Enzymen. FOLIE 3Proteasen bauen Eiweiß durch Spaltung der Peptidbindung in wasserlösliche Bestandteile ab.

Vor- und Nachteile- schonen die Textilien, weil sie schon bei niedrigen Temperaturen (ab 20°C) aktiv werden - bereits in kleinsten Mengen hoch wirksam - sind als Proteine vollständig biologisch abbaubar und ungiftig => Spart Energie, Wasser und Waschmittel => Abwasser wird weniger belastet - Kontakt mit Enzymen kann Allergien / Hautreizungen auslösen- Proteasen sind für Naturfasern wie Wolle oder Seide nicht geeignet, weil sie selbst Proteine sind und deshalb von Proteasen angegriffen werden würden - auch das Hautprotein kann durch Proteasen angegriffen werden, wenn mit ungeschützten Händen in der Waschlauge gearbeitet wird- die Schleimhäute können beim Einatmen von enzymhaltigem Waschmittelstaub angegriffen werdenHANDOUT Beispiele für die Verwendung von EnzymenBei der Käseherstellung- für Dicklegung der Milch benötigt man Labenzym / -ferment (enthält Chymosin)- traditionell aus Mägen von Kälbern (benötigen das Enzym zur Verdauung des Eiweißes der Muttermilch)- Labenzym spaltet das Casein der Milch => Gerinnung - 10.000l Milch + 0,5g Chymosin => 1t Käse- aber: um Weltbedarf an Käse zu decken, müsste man pro Jahr 70 Millionen Kälbermägen aufarbeiten=> seit 1960 auch Ersatzenzyme aus Mikroorganismen, haben aber nicht die gleiche Wirkung wie Chymosin => ungenießbarer Käse- gentechnische Methoden: Übertragung des Bauplans zum Aufbau des Chymosins auf Mikroorganismen => reinstes Chymosin, identisch mit Chymosin aus Kälbermägen=> es entsteht genau der gleiche Käse Die Käseherstellung 1. Prüfen der Milch auf Frische und Käsereitauglichkeit2. Vorbereiten der Milch: Reinigung mit Hilfe von Zentrifugen, Einstellen auf den gewünschten (je nach Käsesorte unterschiedlichen) Fettgehalt, eventuell zur Abtötung unerwünschter Mikroorganismen pasteurisieren, Gewürze und eventuell Farbstoffe hinzugeben3. Dicklegen der Milch (Gerinnung des Milcheiweißes): Geronnenes Eiweiß = Dickete (wird nach Abtrennung von der Molke weiter zu Käse verarbeitet)Um die vorbereitete Milch (= Kesselmilch) dickzulegen, gibt es mehrere Möglichkeiten:a.   Säurefällung durch Milchsäurebakterien => Sauermilchkäseb.

   Labfällung durch Labenzyme: Zugeben der Enzyme bei ca. 33°C => innerhalb 10-30min Ausfallen der Caseine => Labkäsec.   Kombination aus Säure- und Labfällung => Süßmilch- oder LabkäseUm Aroma, Geschmack und Konsistenz besonders günstig zu beeinflussen, kombiniert man heute in den meisten Fällen die Säure- und die Labfällung.4. Weitere Verarbeitung:- Zerkleinern der Dickete mit rotierenden Schneidevorrichtungen, den Käseharfen =>  Käsebruch, eventuell erwärmen auf 35-55°C, damit sich die Körner zusammenziehen und noch mehr Molke ausgeschieden wird (= Brennen) - Füllen des Bruchs in Formen mit durchlässigen Wänden, mehrfaches Pressen und Wenden => Molkeaustritt + Rindenbildung- Salzbad (Förderung des Geschmacks und des Molkeaustritts, Schutz vorm Verderben)5. Lagerung in speziellen Kellern oder Höhlen und Reifung des Käses In WaschmittelSeit Mitte der 60er Jahre ist die Waschmittelindustrie der größte Kunde für industrielle Enzyme.

- werden genetisch hergestellt (Mikroorganismen)- erleichtern das Auswaschen besonders schwieriger Flecken, indem sie sie spalten- verändern sich dabei nicht selbst (Katalysatoren), darum geringe Mengen ausreichend In Waschmitteln finden sich vor allem folgende Enzymtypen: Enzymtyp Funktion Beispiele Protease Abbau von Eiweiß Ei, Blut, Gras, Milch, Spinat Lipase Abbau von Fett Fett: Butter, Öl, Sonnencreme, Make Up Amylase Abbau von Stärke Kartoffeln, Kakao, Schokolade, Pudding Cellulase Abbau von Cellulose Feine Fäserchen Bestimmte Einschränkungen bei der Verwendung:- Temperaturoptimum: - grundsätzlich nur in begrenztem Temperaturbereich wirksam (zwischen 20°C und 65°C, mit Ausnahme besonders wärmeunempfindlicher Enzyme)- zu hohe Temperatur können die Enzyme zerstören=> Schutz durch Wachskügelchen - pH-Optimum zwischen pH 9 und pH 11 (ansonsten deutliches Nachlassen der Wirkung)  Vor- und Nachteile der Enzyme- schonen die Textilien, weil sie schon bei niedrigen Temperaturen aktiv werden - bereits in kleinsten Mengen hoch wirksam - sind als Proteine vollständig biologisch abbaubar und ungiftig=> Spart Energie, Wasser und Waschmittel => Abwasser wird weniger belastet  - Kontakt mit Enzymen kann Allergien / Hautreizungen auslösen- Proteasen sind für Naturfasern wie Wolle oder Seide nicht geeignet (sind selbst Proteine)- bei Arbeit mit ungeschützten Händen in der Waschlauge kann auch das Hautprotein durch Proteasen angegriffen werden- auch die Schleimhäute können beim Einatmen von enzymhaltigem Waschmittelstaub angegriffen werdenQuellen: https://www.waesche-waschen.de/woerterbuch/enzyme.html (10.05.2004)https://dc2.

uni-bielefeld.de/dc2/wsu-haush/kap_046.htm (09.05.2004)https://www.theoprax.

de/pdf/waschen_0106.pdf (09.05.2004)https://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/milch/kaes-her.

htm (10.5.04)https://www.biolinx.de/biotech/enzyme.shtml  (9.

05.04)https://www.gm.rt.schule-bw.de/lehrer/schmid/gentechnik/enzyme.

html (10.05.2004)https://www.bfa-ernaehrung.de/Bfe-Deutsch/Information/e-docs/janybericht/bfe3a.htm (10.

05.2004)

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