Hafermilch und Hafergetränke: Zusammensetzung, Herstellungsprozess und die Rolle der chemischen Analyse bei der Qualitätskontrolle

Getränke auf Haferbasis haben sich zum am schnellsten wachsenden Segment unter den pflanzlichen Milchalternativen entwickelt, angetrieben durch technologische Fortschritte, die die Umwandlung von Getreiderohstoffen in stabile und sichere Produkte ermöglichen. Die industrielle Produktion ist jedoch mit erheblichen Komplexitäten verbunden und erfordert eine präzise Steuerung kritischer Schritte wie enzymatische Hydrolyse, UHT-Erhitzung und Anreicherung, um physikalische Stabilität und gleichbleibende Nährstoffzusammensetzung zu gewährleisten. Dieser Artikel untersucht die wichtigsten chemischen und analytischen Herausforderungen der Branche und konzentriert sich dabei auf die Überwachung von Schlüsselparametern wie Zuckerprofilen, freiem Aminostickstoff (FAN) und Ammoniak – einem wichtigen Frühindikator für Proteinabbau oder mikrobielle Aktivität. Darüber hinaus wird das CDR DrinkLab-System als innovative Lösung für die schnelle chemische Analyse vor Ort evaluiert. Es zeigt eine hohe Korrelation mit traditionellen Referenzmethoden, vermeidet gleichzeitig eine aufwendige Probenvorbereitung und verkürzt die Analysezeit.

In den letzten zehn Jahren haben sich Hafergetränke zum am schnellsten wachsenden Segment unter den pflanzlichen Milchalternativen entwickelt. Dies ist auf Fortschritte in der Verarbeitungstechnologie zurückzuführen, die die Umwandlung von Getreiderohstoffen in stabile und sichere Getränke ermöglichen. Im Vergleich zur herkömmlichen Milchverarbeitung erfordern Hafergetränke in der Regel eine präzisere Kontrolle der enzymatischen Hydrolyse und Anreicherung. Zudem müssen die Wärmebehandlung und die Homogenisierung hinsichtlich der rezepturabhängigen Wechselwirkungen zwischen Kohlenhydraten, Proteinen, Lipiden und Mineralstoffen optimiert werden, um physikalische Stabilität und gleichbleibende Funktionalität zu gewährleisten.
Mit der zunehmenden industriellen Produktion von Hafergetränken ist der Bedarf an zuverlässigen chemischen Analysen gestiegen, um die Reproduzierbarkeit der Prozesse, die Produktstabilität und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften zu gewährleisten. Schwankungen bei Rohstoffen und Verarbeitungsbedingungen können wichtige chemische Parameter erheblich beeinflussen, weshalb die analytische Kontrolle ein entscheidender Faktor in der modernen Hafergetränkeherstellung ist.

Nährstoffzusammensetzung und Vergleich mit Kuhmilch

Hafergetränke unterscheiden sich aufgrund ihrer botanischen Herkunft grundlegend von Kuhmilch. Ihre Zusammensetzung spiegelt die Nährstoffeigenschaften von Hafer wider, kombiniert mit gezielter Anreicherung, um ein ausgewogenes Nährstoffprofil zu erzielen.
Im Vergleich zu teilentrahmter Kuhmilch enthalten angereicherte Haferdrinks typischerweise:

• Höheren Gehalt an Ballaststoffen, vorwiegend Beta-Glucanen.
• Höheren Anteil an ungesättigten Fettsäuren (Ölsäure, Linolsäure und Linolensäure) bei geringerem Gehalt an gesättigten Fettsäuren.
• Vergleichbare Energie- und Kalziumwerte, abhängig von der Anreicherungsstrategie.
• Geringerer Proteingehalt, obwohl Hafer-proteine eine hohe biologische Qualität aufweisen.
• Kein Cholesterin, keine Laktose und keine Milchproteine.

Die Anreicherung ist ein wichtiger Schritt bei der Formulierung von Hafergetränken. Vitamine und Mineralien wie Kalzium, Jod, Riboflavin (B2), Vitamin D und Vitamin B12 werden üblicherweise zugesetzt, um die Nährstoffe auszugleichen, die natürlicherweise in Milch enthalten sind. Aus regulatorischer und qualitativer Sicht erfordert die Anreicherung eine genaue Dosierung und analytische Überprüfung.

Rohstoffe und Rezeptur

Typische Haferdrinks bestehen aus etwa 85-88 % Wasser, 6-11 % Hafer, Pflanzenöl, Salz und Mikronährstoffen. Rapsöl wird aufgrund seines günstigen Fettsäureprofils häufig zur Verbesserung des Mundgefühls und der Schaumstabilität verwendet, insbesondere in Barista-Rezepturen.

In einigen Rezepturen werden alternative Proteinquellen wie Erbsen oder Nebenprodukte wie Biertreber und Ölsaatenpresskuchen untersucht, um den Proteingehalt zu erhöhen und gleichzeitig die Nachhaltigkeit durch die Verwertung von Nebenprodukten zu verbessern.

Produktionsprozess und kritische Kontrollpunkte

Die Herstellung von Hafergetränken umfasst mehrere miteinander verknüpfte technologische Schritte:

1. Mahlen von Hafer oder Aufbereitung von Brei.
2. Enzymatische Hydrolyse von Stärke und Polysacchariden zur Verbesserung von Süße, Stabilität und Mundgefühl.
3. Wärmebehandlung, häufig durch direkte UHT-Verarbeitung bei 138-144 °C, um die mikrobiologische Sicherheit und die Inaktivierung von Enzymen zu gewährleisten.
4. Homogenisierung, um die Emulsion zu stabilisieren und Phasentrennung zu verhindern.
5. Anreicherung und Anpassung der Rezeptur.
6. Aseptische Abfüllung.

Jede Phase bringt potenzielle Schwankungen mit sich, die sich auf das Zuckerprofil, die Integrität der Proteine, den Mineralstoffhaushalt und die pH-Stabilität auswirken, was eine analytische Kontrolle während des gesamten Prozesses erforderlich macht.

Die Qualitätskontrolle von Hafergetränken erfordert die Überwachung zahlreicher chemischer Parameter in Rohstoffen, Zwischenprodukten und Endprodukten. Herkömmliche Labormethoden erfordern oft aufwendige Probenvorbereitung, enzymatische Tests und eine spezielle Laborinfrastruktur, was ihre Anwendung für Routine- oder Prozesskontrollen einschränken kann.
CDR DrinkLab begegnet diesen Herausforderungen, indem es eine schnelle, zuverlässige chemische Analyse direkt in Produktionsanlagen oder in Qualitätskontrolllaboren ohne aufwändige Probenvorbereitung ermöglicht.

Wichtige Parameter, die mit CDR DrinkLab analysiert werden können

CDR DrinkLab ermöglicht die Bestimmung mehrerer kritischer Parameter, darunter:

• Fermentierbare Zucker, wichtig für die Kontrolle der enzymatischen Hydrolyse und der Süße.
• Gesamtzucker, wichtig für die Nährwertkennzeichnung und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.
• Organische Säuren (Essigsäure und Gesamtmilchsäure D+L), die die pH-Stabilität und das sensorische Profil beeinflussen.
• Alkohol, besonders wichtig für fermentierte oder hybride Getränke. (in Entwicklung)
• Ammoniak, ein Schlüsselindikator für Proteinabbau und mikrobielle Aktivität.
• Freier Aminostickstoff (FAN), der die Verfügbarkeit von löslichem organischem Stickstoff aus der Proteinhydrolyse widerspiegelt. [in Entwicklung]
• Stärke, eine Quelle komplexer Kohlenhydrate, wird während der Verarbeitung durch enzymatische Hydrolyse teilweise in Einfachzucker umgewandelt und trägt so zur natürlichen Süße des Produkts bei.

Die Verwendung vorkalibrierter Reagenzien und minimaler Probenvolumina gewährleistet analytische Konsistenz und reduziert gleichzeitig die Abhängigkeit vom Bediener. Dieser Ansatz ist besonders vorteilhaft für Hersteller, die keine voll ausgestatteten Analyselabore besitzen oder während der Produktion schnellere Entscheidungen treffen möchten.

Die Ammoniakkonzentration in Pflanzendrinks, darunter Hafer-, Soja-, Reis- und andere Getreidegetränke, ist ein wichtiger Qualitätsparameter für die Prozess- und Produktkontrolle. Erhöhte Ammoniakwerte können auf Folgendes hinweisen:

• Proteinabbau während der Verarbeitung, der durch übermäßige thermische Belastung oder unkontrollierte biochemische Reaktionen verursacht wird.
• Mikrobielle Aktivität, die mit der Desaminierung von Aminosäuren und dem Stickstoffmetabolismus zusammenhängt.
• Unzureichende Wärmebehandlung oder Hygiene, was zu einer Restaktivität von Enzymen oder Mikroorganismen während der Lagerung führt.

Im Zusammenhang mit der Herstellung von Hafergetränken liefert die Ammoniakanalyse Informationen, die die Bestimmung des freien Aminostickstoffs (FAN) ergänzen. Während FAN die Konzentration von löslichen organischen Stickstoffverbindungen wie Aminosäuren und kurzen Peptiden widerspiegelt, die bei der kontrollierten Proteinhydrolyse entstehen, steht Ammoniak für anorganischen Stickstoff und wird in erster Linie mit unerwünschten Abbauphänomenen in Verbindung gebracht.

Aus der Sicht der Prozesskontrolle ist FAN mit der Effizienz der Formulierung und der enzymatischen Behandlung verbunden und unterstützt die Optimierung der Proteinlöslichkeit und der funktionellen Eigenschaften. Im Gegensatz dazu dient Ammoniak als Frühwarnindikator, der potenzielle Abweichungen im Zusammenhang mit Proteinabbau, mikrobieller Kontamination oder unzureichender Prozesskontrolle anzeigt.

Die routinemäßige Überwachung von Ammoniak in Kombination mit der FAN-Bestimmung ermöglicht daher eine umfassendere Bewertung der biochemischen Stabilität, der Prozessrobustheit und der Produktsicherheit bei Haferdrinks und unterstützt rechtzeitige Korrekturmaßnahmen und eine gleichbleibende Produktqualität.

Die routinemäßige Überwachung von Ammoniak ist daher unerlässlich, um Produktstabilität, Sicherheit und sensorische Qualität zu gewährleisten.

Die Bestimmung der Ammoniumkonzentration ist ein etablierter analytischer Ansatz zur Überwachung der Qualität und der biochemischen Entwicklung von Milch und Milchprodukten während der technologischen Verarbeitung, und das gleiche Prinzip gilt für Pflanzendrinks, einschließlich Haferdrinks. Ammoniak kann durch Proteinabbau, enzymatische Aktivität oder mikrobiellen Stoffwechsel entstehen und ist daher ein empfindlicher Indikator für die Prozesskontrolle und Produktstabilität.

Traditionell wird Ammoniak mit enzymatischen Referenzmethoden wie den Megazyme Ammonia Assay Kits quantifiziert, die aufgrund ihrer Spezifität und standardisierten Protokolle in Industrie- und Forschungslabors weit verbreitet sind. Diese enzymatischen Assays werden üblicherweise als Referenzverfahren für die routinemäßige Qualitätskontrolle und Methodenvalidierung verwendet.

Neben den enzymatischen Methoden werden in der wissenschaftlichen Literatur auch chromatographische Verfahren als Referenzverfahren für die Ammoniumbestimmung beschrieben. Insbesondere Methoden auf der Grundlage der Kationenaustauschchromatographie in Verbindung mit einer unterdrückten Leitfähigkeitsdetektion ermöglichen die Trennung und Quantifizierung von Ammoniumionen mit hoher analytischer Empfindlichkeit. Diese Verfahren erfordern jedoch eine geeignete Probenvorbereitung, spezielle Instrumente und qualifiziertes Personal, was ihre Anwendbarkeit häufig auf zentralisierte oder hoch ausgestattete Labors beschränkt.

Andere offizielle oder standardisierte analytische Verfahren zur Bestimmung von Ammoniak sind

• Ionenchromatographie, wie in den internationalen Standardmethoden für die Wasser- und Lebensmittelanalyse beschrieben.
• Spektralphotometrische Methoden auf der Grundlage der Berthelot-Reaktion oder verwandter kolorimetrischer Prinzipien, die in mehreren offiziellen Kompendien aufgeführt sind.
• Enzymatische UV-Methoden, die in der Lebensmittel- und Getränkeanalyse als zuverlässige Referenztechniken anerkannt sind.

Vergleichsstudien, die mit verschiedenen Hafergetränken durchgeführt wurden, zeigen eine starke Korrelation zwischen den mit dem CDR DrinkLab ermittelten Ammoniakwerten und den Werten, die mit enzymatischen Referenztests, wie den Megazyme-Kits, gemessen wurden.

Tabelle 1 und Grafik 1: Korrelationsstudie zu Ammoniak zwischen CDR DrinkLab und der Megazyme-Methode

Die beobachtete Korrelation (Tabelle 1, Grafik 1) zeigt einen hohen Determinationskoeffizient (R²), was die analytische Zuverlässigkeit des CDR DrinkLab für die Ammoniakbestimmung in komplexen pflanzlichen Matrices bestätigt. Durch den Wegfall der komplexen Probenvorbereitung und die Verkürzung der Analysezeit ermöglicht CDR DrinkLab eine schnelle Ammoniaküberwachung vor Ort bei der Herstellung von Hafergetränken.

Die hohe Wachstumsrate von Haftergetränken spiegelt das Zusammenspiel von Nachhaltigkeit, Ernährungsbewusstsein und technologischer Innovation wider. Die Komplexität der Formulierung und Verarbeitung von Hafergetränken erfordert jedoch eine robuste chemische Kontrolle in jeder Produktionsphase.

Die mit herkömmlichen Labormethoden verbundenen analytischen Herausforderungen können die Reaktionsfähigkeit des Prozesses einschränken und die Betriebskosten erhöhen. In diesem Zusammenhang bietet das CDR DrinkLab eine effektive Lösung, die Schnelligkeit, Benutzerfreundlichkeit und analytische Zuverlässigkeit für die Überwachung der wichtigsten Qualitätsparameter vereint.

Die nachgewiesene Korrelation mit etablierten Referenzmethoden, insbesondere bei der Ammoniak-Analyse, unterstreicht die Eignung von CDR DrinkLab als praktisches Werkzeug für die Qualitätskontrolle in der modernen pflanzlichen Getränkeproduktion.

1. Tetra Pak. Oat beverages are booming. Here’s why. Tetra Pak Global, 2023. Tetra Pak
2. GFI Europe. Market insights on European plant based sales 2020 to 2022 (NielsenIQ based analysis). The Good Food Institute Europe, 2023. GFI Europe
3. Oatly. Our process (patented technology and production approach). Oatly, web page. oatly.com
4. UHT processing in the context of plant based beverages: A scientific review. Current Research in Food Science, 2024. ScienceDirect
5. Innovative technologies for manufacturing plant based non dairy milk substitutes and their impact on nutritional, sensory, and safety aspects: A review. Current Research in Food Science, 2021. ScienceDirect
6. Novozymes. Oat based beverage, technical document (enzyme selection, hydrolysis outcomes, process considerations). Novozymes, PDF. biosolutions.novozymes.com
7. Can plant based milk alternatives fully replicate UHT cow milk? A review focusing on sensory and physicochemical properties. Beverages (MDPI), 2025. MDPI
8. Megazyme. Ammonia Assay Kit (Rapid) K-AMIAR, product page and method overview. Megazyme. megazyme.com