AiF 18070 N: Entwicklung eines Extrusionsverfahrens zur Herstellung von Emulgatoren für Lebensmittelanwendungen auf Basis von Protein - Polysaccharid Konjugaten
- contact:
- project group:
Extrusion
- funding:
AiF
- startdate:
1.3.2014
- enddate:
1.12.2016
Fast alle Fett oder Öl enthaltende Lebensmittel sind Emulsionen. Hierbei liegt die Fettphase in Formvon sehr kleinen Tropfen vor und trägtzu einer leichteren Verdauung bei. Zudem erlaubt es die Emul-sionsstruktur, im Produkt Eigenschaften zu erzeugen, die für Konsumenten wichtig sind: Das Fettrahmt langsamer oder gar nicht mehr auf, das Produkt bleibt homogen. Die Streichfähigkeit, Schneid-oder Löffelbarkeit wird verbessert, ein cremiges Mundgefühl erzeugt. Wurst, Milch und Milchproduk-te, Margarine, Mayonnaise u.a. streichfähige Brotbeläge, viele Getränke und Soft Drinks, Dessert-Cremes oder auch die zahlreichen kulinarischen Saucen am Marktenthalten daher Fett in Form feinemulgierter Tropfen.Emulsionsstrukturen sind allerdings thermodynamisch nicht stabil. Nach einiger Zeit koaleszieren dieTropfen und die Phasen entmischen sich. Daher brauchen alle Emulsionen Hilfsstoffe, s.g. Emulgato-ren. Alle Emulgatoren sind Zusatzstoffe und als solche zu deklarieren, oft mit E-Nummern. Sie sindmeist nur für bestimmte Produktgruppen und/oder in bestimmten Konzentrationen zugelassen.Verbraucher wünschen heute verstärkt s.g. „Clean(-er) Label Produkte“ mit natürlichen Hilfsstoffenohne E-Nummern. Proteine und Polysaccharide stellen solche dar. Proteine, insbesondere Milchprote-ine, sind natürliche Emulgatoren, die in Backwaren, Fleischwaren, Milchprodukten und anderen Le-bensmitteln weit verbreitet eingesetzt werden. Allerdings wird die industrielle Nutzung von Proteinenals Emulgatoren durch ihre Empfindlichkeit gegenüber Hitze, Salze und Änderungen im pH-Wert einge-schränkt. Daher werden sie oft mit natürlichen langkettigen Kohlenhydraten o.a. Hydrokolloiden kom-biniert. Diese übernehmen dann die Aufgabe Wasser zu binden, das Produkt damit viskoser zu ma-chen, und so die Fettphase gegen ein Aufrahmen zu stabilisieren. Polysaccharide werden in Konfitüren,Getränken, Saucen oder Desserts daher heute schon gerne eingesetzt.Viele Polysaccharide können alsnatürliche „Stabilisatoren“ oder „Dickungsmittel“ eingesetzt werden, aber nur wenige wirken gleichzei-tig als Emulgatoren.Japanische Forschergruppen, die im Bereich der Entwicklung neuartiger, natürlicher Emulgatoren ohneZulassungsbeschränkung arbeiteten, haben Anfang der 1990er Jahre herausgefunden, dass aus Protei-nen und Polysacchariden durch Mischen und Erwärmen ein s.g. Konjugat entsteht, bei dem- laut die-sen Veröffentlichungen– beide Moleküle kovalentgebunden vorliegen, und so beispielsweise allerge-ne Strukturen maskiert werden. Weitere Forschergruppen zeigten in den folgenden Jahren, dass dieKonjugate besser in Lebensmitteln löslich, thermisch stabiler und zudem gegenüber Änderungen despH-Wertes und der Salz- bzw. Zuckerkonzentration deutlich insensibler sind als Proteine oder Polysac-charide alleine. Das herausragende Merkmal der Protein-Polysaccharid-Konjugate aber sind die exzel-lenten Eigenschaften als Emulgatoren, die sogar teilweise kommerziellen Emulgatoren überlegen sind.Diese Molekülgruppe stellt damit für die gesamte Lebensmittelbranche eine äußerst interessante Al-ternative als naturbasierte, breit einsetzbare Emulgatoren dar.Leider ist allerdings bislang kein Herstellverfahren bekannt, mitdem für eine kommerzielle Nutzungausreichende Mengen hergestellt werden könnten. Die bislang bekannten Verfahren beinhalten einMischen, Einfrieren, Gefriertrocknen und anschließend tagelanges Inkubieren im Trockenschrank. Diesist nur im Labormaßstab realisierbar. Die Kosten dieses Verfahrens erlauben auf keinen Fall eineMarkteinführung. Ein 2009 patentiertes Alternativverfahren ermöglicht zwar die Herstellung größererMengen zu günstigeren Kosten, ist aber mit Prozesszeiten von 24 Stunden pro Batch immer noch2schwer technisch umsetzbar. Außerdem liegt die Ausbeute bei den momentan verfügbaren Verfahrenunter 10%.Das hier vorgeschlagene innovative Herstellverfahren würde erstmals die Herstellung solcher Konjuga-te in einem kontinuierlichen Verfahren mitdeutlich geringeren Prozesszeiten und Herstellkosten er-lauben. Die Idee zu diesem Verfahren kommt aus einer Publikation einer brasilianischen Arbeitsgrup-pe, die zeigen konnte, dass sich die Extrusion prinzipiell als Herstellverfahren für solche Konjugate eig-net. In 2012 erschien eine Publikation einer spanischen Arbeitsgruppe, die zudem die Konjugatbildungbei Extrusionsbedingungen nachwies. Die emulgierenden Eigenschaften der Produkte wurden aller-dings nicht untersucht.Das hier vorgeschlagene Projekt soll diese Lücke im heutigen Wissensstand schließen. Ein Herstellver-fahren auf Basis der Extrusion soll ausgearbeitet und gleichzeitig systematisch der Einfluss der Her-stellparameter auf die emulgierenden Eigenschaften der Konjugate aufgezeigt werden. So soll der Le-bensmittelbranche eine Chance auf Einsatz dieser Molekülgruppe in emulsionsbasierten Produkteneröffnet werden.