Milch und Honig: Säuregehalt und chemische Eigenschaften

Milch und Honig sind zwei traditionelle Lebensmittel, die durch ihre chemischen Eigenschaften und ihren Säuregehalt bemerkenswert und vielseitig in Ernährung und Wissenschaft untersucht werden. Besonders im Bereich der Lebensmittelsicherheit werden ihre Inhaltsstoffe, die Funktion der Enzyme sowie der Säuregrad genau betrachtet. Der folgende Artikel fasst aus wissenschaftlicher Sicht zusammen, wie sich Säuregehalt und chemische Struktur dieser Produkte unterscheiden und welche Bedeutung sie für Geschmack und Qualität haben.

Milchsäure: Eigenschaften und Bedeutung in Milchprodukten

Die Milchsäure ist eine organische Hydroxycarbonsäure, die als Stoffwechselzwischenprodukt und bei der bakteriellen Milchsäuregärung entsteht. Sie wurde erstmals im 18. Jahrhundert aus saurer Milch isoliert. Milchsäure (C₃H₆O₃, Mr = 90.1 g/mol) gehört zu den α-Hydroxycarbonsäuren und Fruchtsäuren (AHA) und liegt als farblose bis schwach gelbe, sirupartige Flüssigkeit mit einem typischen Geruch vor. Sie ist mit Wasser mischbar und liegt als Racemat, bestehend aus S- und R-Enantiomer, vor. Das S-Enantiomer entspricht der physiologischen L-(+)-Milchsäure, das R-Enantiomer der D-(-)-Milchsäure.

Der pKa der Milchsäure liegt bei 3.86, was sie als relativ starke organische Säure klassifiziert. Neben Milchsäure enthält die Flüssigkeit auch Kondensationsprodukte (Ester) und Wasser. Die Salze und Ester der Milchsäure werden als Lactate bezeichnet, z.B. Natriumlactat.

Herstellung und Vorkommen

Milchsäure wird durch eine bakterielle Fermentation aus Zuckern wie Glucose und Lactose gewonnen, zum Beispiel mithilfe von Laktobazillen und bestimmten Streptokokken - die sogenannte Milchsäuregärung.
Eine große Bedeutung kommt ihr bei der Herstellung von Lebensmitteln zu, zum Beispiel von Sauermilchprodukten und Käse.
Die Milchsäure kommt in höheren Konzentrationen in verschiedenen Lebensmitteln vor, z.B. im Joghurt, Sauerkraut, Sauerbrot, Quark, Käse, Sauermilch und einigen Getränken.

Milchsäuregärung in Milchprodukten schematisch

Wirkungen und Sicherheit

Die Milchsäure hat abhängig von ihrer Konzentration ätzende, saure, keratolytische und antiseptische Eigenschaften. Besonders in der Vagina ist sie an der Aufrechterhaltung des sauren Milieus und an der Immunabwehr beteiligt. Zudem spielt sie im Stoffwechsel als Metabolit von Pyruvat eine wichtige Rolle, beispielsweise in der Muskulatur.

Konzentrierte Milchsäure kann bei unsachgemäßer Anwendung Hautreizungen und schwere Augenschädigungen hervorrufen. Deshalb müssen Vorsichtsmaßnahmen im Sicherheitsdatenblatt beachtet werden.

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Milchsäure in der Lebensmitteltechnologie

Die Milchsäuregärung hat eine große Bedeutung bei der Lebensmittelherstellung von Sauermilchprodukten und Käse. Produkte mit Milchsäure sind in Arzneimitteln, Kosmetika und Medizinprodukten enthalten, beispielsweise in Warzenmitteln, Hühneraugenmitteln und Produkten zur Vaginalpflege.

Herstellung von Sauermilchprodukten - Milchsäuregärung Animation

Honig: Säuregehalt und chemische Strukturen

Bienenhonig ist ein tierisches Lebensmittel, das von Honigbienen zur eigenen Nutzung bzw. als Brennstoff für das Bienenvolk produziert wird. Es gibt aber zusätzlich auch den Blatthonig, der aus zuckerhaltigen Ausscheidungen von bestimmten Blattläusen besteht. Honig ist eine sehr konzentrierte Zuckerlösung, die etwa 80g Kohlenhydrate pro 100g enthält und zahlreiche organische Verbindungen.

Organische Säuren im Honig

Honig enthält geringe Mengen organischer Säuren, die den Geschmack aber deutlich prägen. Den größten Anteil an den Säuren hat die Gluconsäure. Daneben treten noch Ameisen-, Wein-, Apfel-, Citronen-, Bernstein-, Butter-, Milch- und Oxalsäure nachweislich auf. Der Gehalt kann aber sehr gering sein; Gluconsäure entsteht aus Glukose durch das Enzym Glukoseoxidase.

Der Säuregrad wird als pH-Wert angegeben. Je niedriger der pH-Wert ist, desto höher ist der Säuregrad. Honig ist schwach sauer. Der pH-Wert liegt bei einem Blütenhonig zwischen 3,3 und 4,6. Honigtauhonige können bedingt durch den höheren Gehalt an Mineralstoffen trotz höherem Säuregehalt höhere pH-Werte von 4,2 bis 5,5 aufweisen.

Als Parameter zur Beurteilung der Qualität ist der Säuregehalt eines Honigs interessanter. Der Säuregehalt gibt an, wie viele Moleküle an Säuren im Honig enthalten sind - die Summe wird als Säuregehalt in Milliäquivalenten angegeben. Laut Honigverordnung (HonigV) darf ein Honig maximal 50 Milliäquivalente pro Kilogramm Honig enthalten.

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Pufferwirkung und pH-Wert von Honig verschiedener Sorten

Zusammensetzung und Aroma

Honig ist mehr als nur eine Zuckerlösung. Neben den verschiedenen Zuckerarten sind enthalten:

Aminosäuren: z.B. Arginin, Asparaginsäure, Cystin, Glutaminsäure, Leucin, Phenylalanin, Prolin, Valin und Threonin.
Enzyme: Zum Beispiel Invertase, Glucoseoxidase, Phosphatase, Diastase und Amylase.
Vitamine und Mineralstoffe: Vitamin C, B1, B2-Komplex, H (Biotin), Folsäure und Pantothensäure sowie Magnesium, Calcium, Natrium, Kalium und Phosphor.
Etwa 120 verschiedene Aromastoffe, darunter Säuren, Alkohole, Aldehyde, Ester, Ketone, Lactone, Phenole, Hydrocarbone, Furan- und Pyranverbindungen.

Mit Hilfe gaschromatografischer Analysen können Sortenhonige auf Basis ihrer flüchtigen Verbindungen unterschieden werden. Das Aroma von Honig wird pronasal (klassisches Riechen) und retronasal (via Mundhöhle beim Verzehr als Flavour) wahrgenommen. Durch das komplexe Spiel von Säuren und Enzymen entsteht der Eindruck, Honig würde "leben".

Farbanalyse und Qualität von Honig

Farbmessungen in Honig sind für große Hersteller und Exporteure wichtig, wenn Honige gemischt werden sollen. Die Farbe dient auch der Charakterisierung nach Sorte und Herkunft (Terroir). Ergebnisse von Farbanalysen werden mit anderen Messergebnissen korreliert. In zahlreichen Studien wurde beispielsweise gezeigt, dass die antioxidative Kapazität in dunklen Honigen deutlich höher ist als in hellen.

Farbmessungen können mit Geräten wie Chromameter oder Spektrophotometer erfolgen. Die Farbergebnisse werden meist im L*a*b*-Farbraum angegeben:

a*: Grün- oder Rotanteil einer Farbe, negative Werte für Grün, positive für Rot.
b*: Blau- oder Gelbanteil einer Farbe, negative Werte für Blau, positive für Gelb.
L*: Helligkeit von 0 bis 100; hohe L-Werte für blasse Honige, niedrige für dunkle Honige.

Mit Hilfe des L*a*b*-Systems lassen sich Sortenhonige instrumentell unterscheiden. In einer Studie konnten allein auf Basis ihrer a- und b-Werte slowenische Akazien-, Linden-, Mischblüten- und Edelkastanienhonige differenziert werden. Tannen-, Fichten- und Waldhonige waren von den genannten Blütenhonigen deutlich getrennt, überlappten aber untereinander.

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Sensorische Farbanalysen bedeuten entweder eine Beschreibung der Farbe, Einstufung der Helligkeit/Dunkelheit an einer Skala oder der Vergleich mit Farbstandards. Der Österreichische Imkerbund erarbeitete spezielle Farbkarten für österreichische Honigsorten.

Instrumentelle Farbanalyse im L*a*b*-Farbraum für Honig

Tabelle: Eigenschaften im Vergleich

Eigenschaft	Milch (Milchsäure)	Honig
Hauptsäure	Milchsäure	Gluconsäure, weitere organische Säuren
pH-Wert	ca. 4,5-6,8 (je nach Verarbeitung)	Blütenhonig: 3,3-4,6, Honigtauhonig: 4,2-5,5
Enzyme	Laktase, Proteasen, Lipasen	Invertase, Glucoseoxidase, Diastase, Amylase
Vitamine/Mineralstoffe	Ca, Mg, P, B-Vitamine, Vitamin D	Vitamine C, B-Komplex, Biotin, Mg, Ca, K, Na, P
Antibakterielle Wirkung	Durch pH und Milchsäure	Durch Inhibine (Wasserstoffperoxid, Gluconsäure)
Aromastoffe	Wenige	Bis zu 300 Aromastoffe nachgewiesen

Sensorische Analyse von Honig: Farb- und Aromabetrachtung

Säuregehalt in Lebensmitteln (Milch und Honig als Beispiele)

Eine Klassifikation von Lebensmitteln nach sauer und basisch kann über unterschiedliche Skalen erfolgen. Am bekanntesten ist der sogenannte pH-Wert, der den Anteil an sauer wirkenden H₃O⁺-Ionen in einer Flüssigkeit beschreibt. Hierbei handelt sich um eine logarithmische Skala, wobei eine Änderung des pH-Werts um 1 jeweils eine Verzehnfachung des sauren Charakters bedeutet.

Infografik: pH-Wert-Skala mit Milch und Honig markiert

Qualitätsbeurteilung und Einfluss auf Genuss

Der Säuregehalt ist ein entscheidender Parameter zur Beurteilung der Qualität von Honig und Milchprodukten. Guter Honig sollte nicht vergoren riechen, schaumige Konsistenz haben oder auf der Zunge bitzeln wie Brausepulver. Je fester und zähflüssiger der Honig ist, desto geringer sein Wassergehalt. Ab 15% Wassergehalt abwärts benötigt man Hammer und Meißel, um den Honig aus seinem Behälter zu bekommen.

Phasentrennung bedeutet, dass sich Glucose von Fructose trennt; so ein Honig kann vor Gebrauch gut durchrührt werden. Die sensorische Information (Farbe, Aroma) ist ein maßgebliches Merkmal für Konsumenten und für die Unterscheidung von Herkunft und Sorten.

Zusammenfassung der chemischen Eigenschaften

Milchsäure und Gluconsäure sind die wesentlichen Säuren in Milch und Honig und geben diesen Lebensmitteln ihren sauren Charakter. Sie beeinflussen nicht nur den Geschmack, sondern auch die mikrobiologische Stabilität und die Qualität. Die Vielfalt der organischen Säuren, Enzyme, Vitamine, Mineralstoffe und Aromastoffe machen Milch und Honig zu komplexen und wertvollen Lebensmitteln.