Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Separate Komponentenbehandlung als innovative Prozessführungsstrategie für die Strukturierung proteinbasierter Produkte am Beispiel extrudierter Produkte auf Soja- und Milchproteinbasis

Die Morphologie von strukturierten Proteinen ist der entscheidende Faktor für deren Eigenschaften und Funktion in Lebensmitteln. Abhängig von ihrer Struktur, Form, Größe usw. können Proteine bzw. Proteincluster in unterschiedlichen Produkten für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, z. B. zur Stabilisierung von Schäumen und Gelen. Des Weiteren können hochkonzentrierte pflanzliche Proteine in einem Extruder so prozessiert werden, dass faserige anisotrope Strukturen entstehen, die als Fleischersatzprodukte (FEP) eingesetzt werden können. Verschiedene Arbeiten haben bereits gezeigt, dass für die Ausbildung einer anisotropen Struktur ein Mehrphasensystem vorliegen muss. Es wird angenommen, dass die Systemkomponenten in ihrem Ausgangszustand (nativ, teilstrukturiert, unterschiedlich vernetzt) vor dem Extrusionsprozess variiert werden können, um die entstehenden Produktstrukturen gezielt zu beeinflussen.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer neuen Prozessführungsstrategie auf Basis der Vorstrukturierung einzelner Proteinkomponenten am Beispiel von extrudierten Produkten auf Soja- und Milchproteinbasis. Es sollen die Mechanismen der Strukturierung und die Morphologieentwicklung von mittel- bis hochkonzentrierten Proteinsystemen mechanistisch untersucht werden, um hieraus eine Prozessplattform für die gezielte Steuerung der Struktur- und Morphologiebildung zur Einstellung von Produktstruktureigenschaften (Textur, Mundgefühl, Wasserbindevermögen) abzuleiten.

Das Verständnis über die grundlegenden Mechanismen bei der Strukturbildung in hochkonzentrierten Proteinextrudaten ist noch unzureichend und stellt vor allem KMU vor große Herausforderungen bei der Entwicklung von extrudierten Proteinprodukten, wie FEP oder Pasta-filata-Käse. Die Ergebnisse werden insbesondere KMU in ihrer Produktentwicklung unterstützen.

Das Vorhaben liefert eine Erkenntnisplattform zur Eignung von Proteinmischungen um bestimmte Funktionen im Endprodukt zu erzielen. Dieser Ansatz kann von KMU hervorragend zur Entwicklung neuer Produkte eingesetzt werden, z. B. bei der Herstellung von Fleischersatzprodukten oder dem Ersatz von Kohlenhydraten in Milchprodukten oder Snacks. Da solche Produkte insbesondere Nischenmärkte bedienen können, hat das Vorhaben für KMU eine besondere Bedeutung.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer innovativen Prozessführungsstrategie für die Strukturierung proteinbasierter Produkte. Hierfür wurden Milchproteine vorstrukturiert, um deren Struktur und Eigenschaften gezielt einzustellen, und im Extrusionsprozess mit einem Sojaproteinisolat zusammengeführt.

Die Extrudate aus Mischungen (Soja- & Milchproteine) wiesen im Vergleich zu den reinen Sojaproteinextrudaten immer (bis auf eine Ausnahme) ausgeprägtere fleischähnliche, anisotrope Strukturen sowie eine weichere Textur auf. Dieser Effekt konnte sowohl mit den vorstrukturierten Milchproteinen als auch mit den unbehandelten Milchproteinrohstoffen erreicht werden. Die Zugabe von 15 % Molkenproteinkonzentrat (als Rohstoff oder vorstrukturiert) führte bspw. zu einer Reduktion der max. Schnittkraft um mehr als 30 %. Außerdem hatten die Eigenschaften der vorstrukturierten Milchproteine, wie z.B. die Größe, ebenfalls einen Einfluss auf die Produktstruktur. Somit zeigt sich, dass der Ansatz der gezielten Vorstrukturierung und Zusammenführung von Proteinen genutzt werden kann, um die Produkteigenschaften von hochkonzentrierten Proteinsystemen wie z.B. Fleischersatzprodukten zu kontrollieren.

Die Untersuchungen zur Vorstrukturierung der Milchproteine ergaben, dass durch eine Erhitzung von Molkenproteinen bei niedrigen Konzentrationen (~1%) nahe des isoelektrischen Punktes große, ungeordnete Aggregate erzeugt werden, welche z.B. in Molkenprotein-basierten Käsearten wie z.B. Ricotta verwendet werden können. Durch eine Variation der Prozessbedingungen könnte dann z.B. die Cremigkeit des Käses beeinflusst werden. Durch die Extrusion von Molkenproteinkonzentrat bei hohem Wassergehalt und unterschiedlichen Prozessbedingungen (z.B. pH-Wert) wurden rundliche Mikropartikulate in verschiedenen Größen hergestellt. Diese Mikropartikulate könnten genutzt werden, um in Proteinsystemen die Textur zu beeinflussen, z.B. in Joghurts, Desserts oder Sportlernahrung.