Verfahrenstechnik 22.04.2023, 11:51 Uhr

Eine Frage der Biotechnologie: Was lässt sich aus Milch alles herstellen?

Milch gilt seit Jahrtausenden als geschätztes Nahrungsmittel und ist heutzutage in jedem Supermarkt präsent. Doch vielen Konsumenten ist oft nicht bewusst, wie unglaublich vielseitig dieses Lebensmittel sein kann. Vieles davon ist eine Frage der Biotechnologie.

Milchprodukte

Mit Hilfe von Biotechnologie wird aus Milch zum Beispiel Käse, Joghurt oder Butter.

Foto: Panthermedia.net/Alex9500

Seit Jahrtausenden kennen und schätzen Menschen Milch als wertvolles Nahrungsmittel, das in den Speiseplänen vieler Kulturen fest verankert ist. Heute dient die Muttermilch von Rindern, Ziegen und anderen Tieren nicht mehr nur als Getränk, sondern auch als Grundlage für eine Vielzahl von Produkten. Dabei ist weitgehend unbekannt, dass Milch nicht ausschließlich in den Produktionsstätten von Lebensmittelherstellern, Küchen und Bars Verwendung findet, sondern ebenso in industriellen Verarbeitungs- und Herstellungsprozessen eine bedeutende Rolle einnimmt.

Die moderne Biotechnologie trägt maßgeblich zur Weiterentwicklung der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten bei. Was lässt sich also alles aus Milch herstellen? Um es vorwegzunehmen: eine ganze Menge!

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Vielfältige Verwendung von Milch in Getränken und Lebensmitteln

Milch ist ein vielseitiger Rohstoff, der in einer beeindruckenden Bandbreite von Produkten zu finden ist. Sie dient beispielsweise als Basis für erfrischende Milchshakes, schmackhaften Käse, cremigen Joghurt und verführerische Schokolade. Die Verarbeitung von Milch zu verschiedenen Lebensmitteln und Getränken erfordert den Einsatz spezifischer Techniken und Verfahren, die abhängig vom gewünschten Endprodukt variieren. Diese Prozesse ermöglichen es, die einzigartigen Eigenschaften der Milch optimal zu nutzen und eine Fülle von unterschiedlichen Geschmacksrichtungen und Texturen zu erzeugen.

Gesundheitliche Aspekte und Kontroversen rund um Milchprodukte

Die Frage, ob Milchprodukte gesundheitsschädlich sind oder gesundheitsfördernde Effekte haben, wird von Medizinern und Verbrauchern kontrovers diskutiert. Es gibt Argumente für beide Positionen: Kuhmilch, die am häufigsten von Menschen konsumierte Milch, ist in ihrer natürlichen Funktion als Muttermilch für Kälber bestimmt und auf deren Bedürfnisse zugeschnitten. Der menschliche Körper ist von Natur aus nicht darauf ausgelegt, die Bestandteile der Kuhmilch optimal zu verarbeiten, was sich oft in der weitverbreiteten Laktoseintoleranz äußert. Aus diesem Grund bringen Kritiker Milch mit gesundheitlichen Problemen wie Akne, Allergien und sogar Krebs in Zusammenhang.

Die Befürworter von Milch betonen hingegen die gesundheitsfördernden Enzyme und Säuren, die in Milch enthalten sind. So kann beispielsweise das in Milch enthaltene Kalzium dazu beitragen, Zähne und Knochen zu kräftigen.

Trotz dieser Debatte ist unbestreitbar, dass Milch nach wie vor bei den Verbrauchern sehr beliebt ist.

Verfahren der Milchverarbeitung und ihre Auswirkungen

Die Vielseitigkeit der Milch ergibt sich aus den unterschiedlichen Verarbeitungsmöglichkeiten, bei denen Temperaturen und Methoden variieren. Die gewählte Verarbeitungsmethode hat entscheidenden Einfluss auf die entstehenden Milchprodukte.

Pasteurisierung: Bekämpfung von Bakterien und Verlängerung der Haltbarkeit

Die Pasteurisierung ist die am häufigsten angewandte Methode der Milchverarbeitung. Dabei wird die Milch auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, um schädliche Bakterien abzutöten und die Haltbarkeit von Milchprodukten zu verlängern. Es gibt verschiedene Methoden der Pasteurisierung, wie die Hochtemperatur-Kurzzeit-Pasteurisierung, bei der die Milch auf Temperaturen zwischen 72 und 75°C erhitzt und anschließend auf etwa 4°C abgekühlt wird. Dieser Prozess schont die Nährstoffe der Milch, während schädliche Bakterien abgetötet werden. In vielen Ländern ist die Pasteurisierung gesetzlich vorgeschrieben, um Gefahren für die öffentliche Gesundheit zu minimieren.

Mikrowellen-Pasteurisierung: Ein neuer Ansatz mit Vor- und Nachteilen

Die Pasteurisierung durch Mikrowellen ist ein relativ neues Verfahren, bei dem Mikrowellen die Milch auf bis zu 75°C erhitzen. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass der Pasteurisierungsprozess nur wenige Sekunden dauert und die Nährstoffe weitestgehend unbeschädigt bleiben. Kritiker bemängeln jedoch, dass dieses Verfahren zu einem ungewöhnlichen und unangenehmen Geschmack der Milch führt.

Homogenisierung: Vermeidung der Rahmbildung

Nach der Pasteurisierung kann es zur Destabilisierung der in der Milch enthaltenen Fettmoleküle kommen, was dazu führt, dass sich das Fett an der Oberfläche absetzt und eine Rahmschicht entsteht. Um diesen Effekt zu vermeiden, erfolgt die Homogenisierung der Milch. Dabei wird die Flüssigkeit durch feine Siebe gepresst, um die Fettmoleküle zu zerkleinern und gleichmäßig im Milchprodukt zu verteilen. So entsteht keine Rahmschicht auf der Oberfläche.

Milch als Basis vieler Lebensmittel

Milch ist ein unverzichtbarer Bestandteil zahlreicher Lebensmittel, die aus europäischen Küchen und Ernährungsgewohnheiten kaum wegzudenken sind. Zu diesen gehören:

  • Käse
  • Joghurt
  • Butter
  • Sahne
  • Quark
  • Trinkmilch
  • Eiscreme
  • Schokolade
  • Pudding
  • Smoothies und Milchshakes

In den folgenden Abschnitten werden die Herstellungsprozesse der drei beliebtesten Milchprodukte – Käse, Joghurt und Butter – näher erläutert.

Käseherstellung

Die Käseherstellung erfolgt vielerorts noch heute in Handarbeit.

Foto: Panthermedia.net/Peopleimages

Die Herstellung von Käse

Käse entsteht infolge der Koagulation von Milch, das heißt, dass die festen und die flüssigen Bestandteile bei der Verarbeitung voneinander getrennt werden.

Nach der Pasteurisierung setzen die Käseproduzenten der Milch sogenannte Labenzyme zu. Diese Enzyme setzen die Koagulation in Gang, indem sie die einzelnen in der Flüssigkeit enthaltenen Proteine zusammenkleben. Die Mitarbeiter der Käserei schneiden die koagulierte Milch anschließend in kleine Stücke und bilden den Käsebruch. Die Arbeitskräfte behandeln das Zwischenprodukt weiter, um dem Käse seine charakteristische Konsistenz zu geben. Sie erhitzen den Käsebruch und rühren ihn, um überschüssige Flüssigkeit zu entfernen, sodass eine festere Struktur entsteht. Anschließend setzen sie dem Zwischenprodukt Salz zu, um den Geschmack zu verbessern und die Haltbarkeit zu verlängern.

Abschließend pressen Maschinen den Käse in die gewünschte Form, die je nach Sorte variiert.

Exkurs: Ähnlich, aber anders ist die Herstellung von veganem Käse

Statt Milch tierischen Ursprungs wird bei der Herstellung von veganem Käse pflanzliche Milch, wie etwa Nussmilch als Grundlage verwendet. Dabei kommen verschiedene Zutaten zum Einsatz, je nach Art des gewünschten Käses. So können beispielsweise Cashewkerne, Mandeln, Soja oder Kokosmilch als Basis dienen.

Die Herstellung von veganem Käse ist in der Regel aufwendiger als die von traditionellem Käse. Es müssen spezielle Techniken eingesetzt werden, um die gewünschte Konsistenz und Geschmacksrichtung zu erreichen – gängige Methoden sind:

  • Fermentation: Bei diesem Verfahren werden Pflanzenmilch und Kulturen von Milchsäurebakterien kombiniert und anschließend fermentiert. Während des Fermentationsprozesses werden die Proteine in der Pflanzenmilch abgebaut und entsteht eine Art Käsemasse. Diese wird dann weiterverarbeitet, beispielsweise durch Schneiden oder Formen.
  • Koagulation: Dieses Verfahren ähnelt dem Prozess zur Herstellung von Käse aus tierischer Milch. Pflanzenmilch wird erhitzt und durch die Zugabe von Enzymen oder Säuren werden die Proteine denaturiert und koaguliert. Der entstandene Käsebruch wird anschließend weiterverarbeitet, um das gewünschte Endprodukt zu erhalten.
  • Extrusion: Bei diesem Verfahren wird eine Mischung aus Pflanzenmilch, Stärke und Ölen unter Druck durch eine Düse gepresst, um eine Käsestruktur zu erzeugen. Anschließend wird der Käse getrocknet und geformt.

Jede Methode hat ihre Vor- und Nachteile und kann verschiedene Texturen und Geschmacksrichtungen hervorbringen. Die Wahl der Methode hängt oft von den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts ab.

Joghurtherstellung

Die Joghurtherstellung erfolgt heutzutage meist industriell in Milchfabriken.

Foto: Panthermedia.net/branex

Wie entsteht Joghurt?

Nachdem der Hersteller die Milch erhitzt hat, werden bei einer Temperatur von etwa 50°C Bakterienkulturen hinzugefügt. Zum Einsatz kommen die Kulturen Lactobacillus bulgaricus und Streptococcus thermophilus. Fachleute unterscheiden zwischen sogenannten linksdrehenden und rechtsdrehenden Bakterien. Lactobacillus bulgaricus ist eine linksdrehende Bakterienkultur und als „gutes“ Darmbakterium bekannt. Manche Konsumenten sind davon überzeugt, dass Joghurt, in dem linksdrehende Bakterien enthalten sind, einen besonders positiven Effekt auf die Verdauung hat.

Maschinen vermengen die Milch mit den Bakterienkulturen. Anschließend füllt der Hersteller die entstandene Masse in einen Behälter, der das Zwischenprodukt warmhält. Dort wandeln die Bakterien den Milchzucker (Laktose) in Milchsäure um, was die Milch dickflüssig und säuerlich macht.

Je nach gewünschter Konsistenz beträgt die notwendige Fermentationszeit unter idealen Bedingungen zwischen 6 und 12 Stunden. Ist der gewünschte Zustand erreicht, wird die Milch abgekühlt und dadurch die Fermentation gestoppt.

Anschließend gibt der Hersteller optional weitere Zutaten wie Früchte oder Müsli hinzu, um verschiedene Geschmacksrichtungen zu kreieren.

Zumeist sind es Industriebetriebe mit modernen Geräten, die Joghurt herstellen. Doch auch Laien können Joghurt ohne solche Gerätschaften zuhause in der Küche herstellen. Anleitungen sind beispielsweise im Internet oder in manchen Kochbüchern zu finden. Die Fermentationszeit beträgt bei der heimischen Herstellung 12 bis 24 Stunden.

Butterfass

Früher stellten viele Haushalte selbst noch Butter mit einem solchen Butterfass her.

Foto: Panthermedia.net/EdVal (YAYMicro)

Die Herstellung von Butter

Seit Jahrtausenden stellen Menschen Butter aus der Sahne von Kuhmilch her – auf Mosaiken, die mehr als 5.000 Jahre alt sind, soll Butter bildhaft dargestellt sein. Forscher nehmen an, dass reisende Hirten oder Bauern das bis heute beliebte Milchprodukt zufällig entdeckt haben.

Warum zufällig?

Butter entsteht in der heutigen Zeit, wenn der Hersteller die Sahne in ein Gefäß gibt und die Masse schlägt oder rührt. Die mechanische Kraft bewirkt, dass sich die Fettmoleküle voneinander trennen und feste Klumpen entstehen. Diese Klumpen trennt der Produzent von der noch verbliebenen Buttermilch. Anschließend wäscht er die festen Bestandteile, um die restliche Milch zu entfernen und das Wasser abzuleiten.

Der Herstellungsprozess erklärt, warum die Erfindung der Butter vor vielen tausend Jahren wahrscheinlich ein Zufallsereignis war: Die reisenden Hirten oder Bauern führten Milch in Gefäßen als Proviant mit sich. Beim Laufen oder Reiten durch das unebene Gelände kam es zu Erschütterungen und damit zu den mechanischen Kräften, die Butter entstehen lassen.

Milch in der Industrie

Abseits der Lebensmittelindustrie ist Milch ein von vielen Betrieben nachgefragter Rohstoff. Die Vielseitigkeit des landwirtschaftlichen Erzeugnisses zeigt sich daran, dass verarbeitende Unternehmen verschiedener Branchen eigene Verwendungszwecke für die Muttermilch der Rinder und Ziegen gefunden haben.

Milch in der Kosmetik- und Körperpflegeindustrie

Milch enthält zahlreiche Vitamine und Mineralstoffe, die positive Effekte auf die Haut und die Haare entfalten können.

Sie wird von Herstellern beispielsweise in Hautcremes und Lotionen eingesetzt, um die Abgabe von Feuchtigkeit zu optimieren. Zudem enthält der flüssige Rohstoff natürliche Fette, die einzelne Bestandteile der Pflegeprodukte einerseits besser miteinander verbinden und andererseits dazu führen, dass die Wirkstoffe schneller und nachhaltiger in der Haut wirken. Die chemischen Eigenschaften und Wechselwirkungen verbessern die Pflegewirkung der Cremes und Lotionen.

In Haarspülungen trägt die Milch dazu bei, das Haar weicher und glänzender zu machen. Sie hilft zudem, den Haaren wichtige Nährstoffe zuzuführen.

Die Kosmetikindustrie nutzt den weißen Rohstoff als natürliches Mittel zum Peeling. Die enthaltenen Säuren unterstützen die Entfernung abgestorbener Hautzellen und können somit helfen, die Haut zu beruhigen und Rötungen sowie Unreinheiten zu reduzieren.

Milch in der Textilindustrie

Hersteller von Textilien stellen Kleidungsstücke her, die teilweise aus Milch bestehen. Ein Unternehmen aus Hannover entwickelte im letzten Jahrzehnt ein Verfahren, mit dem es weiche Fasern aus dem flüssigen Rohstoff herstellt. Aus den enthaltenen Proteinen entsteht während des Verarbeitungsprozesses das Biopolymer Kasein. Die Faser ist atmungsaktiv, temperaturregulierend und weist antibakterielle Eigenschaften auf. Die Technologie ist inzwischen so ausgereift, dass die Fasern nicht nur in Textilien, sondern auch in Produkten wie Beißringen für Babys, Hundeknochen und Toilettenpapier zum Einsatz kommen.

Gesundheitliche und ökologische Bedenken beeinflussen Konsumverhalten

In den vergangenen Jahren ist nicht nur die Debatte um die gesundheitlichen Folgen des regelmäßigen Milchkonsums neu entbrannt – auch die ökologischen Konsequenzen der Viehhaltung rücken zunehmend in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses.

Immer mehr Menschen wählen deshalb einen vegetarischen oder veganen Lebensstil, um ein Zeichen gegen die Massentierhaltung zu setzen und die Emission von Treibhausgasen zu verringern. Selbstverständlich gibt es aber auch hier Gegenkritik auf allen erdenklichen Ebenen – das ist aber ein anderes Thema.

Neue Möglichkeiten durch Fortschritte in der Biotechnologie

Außerdem eröffnen Fortschritte in der Biotechnologie der Milchindustrie und denjenigen, die aufgrund des Geschmacks nicht auf herkömmliche Kuhmilch verzichten möchten, neue Möglichkeiten. Bei der synthetischen Milchproduktion züchten Forscher mithilfe von Bakterien Milchproteine, aus denen die bekannte und seit Jahrtausenden beliebte Milch nachgebildet wird.

Die Entwicklung der globalen (Klima-)Situation und die aktuellen gesellschaftlichen Debatten lassen darauf schließen, dass die Nachfrage nach alternativen Milchprodukten in Zukunft weiter steigen wird. Sowohl die Anbieter von pflanzlichen Alternativen als auch die Produzenten von synthetischer Milch dürften von dem veränderten Nachfrageverhalten profitieren. Es bleibt abzuwarten, wann innovative Unternehmen Milchalternativen auf den Markt bringen, die den Geschmack und die Konsistenz von Kuhmilch perfekt imitieren. Noch ist die Herstellung der synthetischen Milch teuer, sodass sich die Produkte nicht für den Massenmarkt eignen.

Sicher ist, dass die Biotechnologie in den nächsten Jahren weitere Fortschritte machen wird: Kuhmilch aus dem Labor wird voraussichtlich in spätestens zehn Jahren in jedem Supermarkt zu finden sein. Was lässt sich alles aus Milch herstellen, wenn sich die Biotechnologie weiterentwickelt? Die Antworten dürften zu den vielen spannenden Themen der kommenden Jahre zählen.

Ein Beitrag von:

  • Silvia Hühn

    Silvia Hühn ist freie Redakteurin mit technischem Fokus. Sie schreibt unter anderem über die Rekorde dieser Welt und verfasst Ratgeber.

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