Forschung

Gewinnung und Charakterisierung funktioneller Inhaltsstoffe aus pflanzlichen Rohwaren und Nebenprodukten der Lebensmittelindustrie mit Schwerpunkt auf pflanzliche Proteine

Die Bewältigung der zukünftigen Herausforderungen der Lebensmittelindustrie eine wachsende Weltbevölkerung mit ausreichend qualitativ hochwertigen Lebensmitteln zu versorgen, bedingt ein Umdenken in der bisherigen Produktion von Lebensmitteln und den dafür zur Verfügung stehenden Rohstoffen. Die ganzheitliche Verwertung pflanzlicher Rohmaterialien, die die Nutzung aller Nebenströme der Lebensmittelproduktion beinhaltet, wie auch Alternativen zu tierischen Produkten, können hierbei mögliche Ansätze sein.  

Der Forschungsschwerpunkt des Arbeitskreises Lebensmittelwissenschaft liegt auf der Gewinnung und Charakterisierung funktioneller Zutaten aus pflanzlichen Rohwaren und deren Applikation im Lebensmittel. Dabei steht die Gewinnung und Charakterisierung pflanzlicher Proteine derzeit im Fokus, da Pflanzenproteine eine Alternative (kein Ersatz) zu tierischen Proteinen in der Lebensmittelproduktion darstellen können. Der Forschungsschwerpunkt lässt sich folgendermaßen untergliedern:

a) Gewinnung und Charakterisierung von Speicherproteinen

• Einfluss von Prozessbedingungen auf die Zusammensetzung und die molekularen Eigenschaften von Speicherproteinen
• Struktur-Wirkungsbeziehungen von Proteinen – Korrelation Proteinzusammensetzung / Proteinaufbau mit deren  funktionellen Eigenschaften
• Einfluss von Begleitsubstanzen wie z.B. Fasern auf die Proteinfunktionalität
   

b) Modifikation pflanzlicher Proteine durch thermische und nicht thermische Verfahren

• Steigerung der funktionellen und sensorischen Eigenschaften von Proteinen
• Steigerung der Verdaubarkeit (Abbau antinutritiver Inhaltsstoffe), sowie zur Produktion bioaktiver Peptide
   

c) Anwendung pflanzlicher Speicherproteine in Lebensmitteln

• Untersuchung struktureller Unterschiede beim Austausch tierischer durch pflanzliche Proteine
• Verhalten pflanzlicher Proteine in Emulsionen, Gelen, Schäumen – Veränderungen funktioneller Eigenschaften während des Prozessierens
   

Für den Einsatz funktioneller Zutaten in verschiedenen Produktkategorien steht am Institut für Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaften ein gut ausgestattetes Technikum zur Herstellung von Lebensmitteln zur Verfügung. Als Ergänzung zum Technikum sind eigene Laboratorien zur Analyse von Inhaltsstoffen mit entsprechender Ausstattung an Analysengeräten im Einsatz.

Abgeschlossen: 

BMBF-Projekt „Nachhaltige Proteinzutaten“ im Rahmen des Innovationsraums NewFoodSystems  (https://newfoodsystems.de/) - Aufbau einer Proteindatenbank

Der Austausch tierischer Eiweiße durch nachhaltige alternative Proteine entwickelt sich zu einem der gefragtesten Forschungsthemen seitens der Lebensmittel‐ und Futtermittelindustrie. Zwar ist eine Vielzahl an v. a. pflanzlichen Proteinpräparaten auf dem Markt verfügbar, allerdings sind deren Eigenschaften und Applikationsmöglichkeiten bislang vergleichsweise eingeschränkt und nur lückenhaft bekannt, was es Lebensmittel‐ und Futtermittelherstellern erschwert, sich für „das richtige Protein“ in der Applikation zu entscheiden. Neue Proteinpräparate aus Quellen wie Insekten oder Mikroalgen stehen kommerziell noch nicht oder nur zu sehr hohen Preisen zur Verfügung. Einen systematischen Überblick, z. B. in Form einer Datenbank über die breite Palette an nachhaltigen Proteinen gibt es bisher nur im Futtermittelbereich für einzelne Proteineigenschaften, ohne dabei weitere wertgebende Kriterien wie Technofunktionalität, Sensorik, Proteinverdaubarkeit, Preis und Verfügbarkeit einzubeziehen.

Ein Ziel des Startprojekts ist der Aufbau einer umfangreichen Proteindatenbank, welche alle wichtigen Eigenschaften von aktuell verfügbaren Proteinzutaten aus den Bereichen der Pflanzen-, Algen- und Insektenproteine beinhaltet. Diese Datenbank soll dann gezielt eingesetzt werden, um in verschiedenen Lebensmittelkategorien Produkte auf Basis dieser alternativen Proteine zu entwickeln. Die Lebensmittelentwicklung stellt dabei ein zweites wesentliches Ziel des Startprojekts dar. Durch die Zusammenarbeit dreier Forschungsstellen und insgesamt 13 Industriepartnern sollen diese Ziele innerhalb von 3 Jahren erfolgreich erreicht werden.

Für die Erreichung des zweiten Ziels der Applikation der Proteinzutaten oder Proteinkombinationen in Lebens- und Futtermitteln sind die Industriepartner verantwortlich. Die Proteinzutaten werden dabei anhand ihrer Eigenschaften (die für die Datenbank entsprechend analysiert werden) in unterschiedlichen Konzentrationen wie auch unterschiedlichen Kombinationen in den jeweiligen Rezepturen eingesetzt. Dabei wird untersucht, wie die Proteine die Verarbeitungseigenschaften der jeweiligen Produkte verändern und welchen Einfluss die Proteinzugabe auf die charakteristischen Produkteigenschaften ausübt. Hier kommt dem Gesamtprojekt die langjährige Expertise der beteiligten Firmen in den unterschiedlichen Produktkategorien zu Nutze.