Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Wertsteigernde Nutzung von pflanzlichen Rohstoffen als proteinreiche, funktionelle Getränkegrundstoffe durch ein neuartiges, mehrstufiges Fermentationsverfahren

In den letzten Jahren ist ein wachsendes Interesse an alkoholfreien Erfrischungsgetränken wie beispielsweise Energydrinks und Sportgetränken zu verzeichnen. Dabei legen die Konsumenten zunehmend Wert auf wertvolle und natürliche Inhaltsstoffe. Aufgrund steigender Zahlen an gesundheitsbewussten, vegan-lebenden oder Laktose-intoleranten Konsumenten, stellen pflanzliche Proteine zudem eine wachsende Bedeutung dar. Die Industrie hat daher bereits verschiedene Getränke mit pflanzlichen Inhaltsstoffen sowie proteinangereicherte Produkte auf den Markt gebracht.

Jedoch ist die Nachfrage nach proteinreichen Getränken mit erfrischendem Charakter auf pflanzlicher Basis derzeit kaum gedeckt. Dies liegt vorrangig daran, dass viele pflanzliche Proteine in sauren pH-Bereichen nicht löslich sind. Der Einsatz von gekeimter, proteaseaktiver Lupinensaat sowie proteasereichen Frucht- und Gemüsesäften, kombiniert mit einer mehrstufigen Fermentation soll zu einer Erhöhung der Proteinhydrolyse führen. Dadurch kann die Proteinlöslichkeit im sauren Bereich verbessert werden. Gleichzeitig soll eine Reduktion der antinutritiven Inhaltsstoffe (Phytinsäure, Oligosaccharide) erzielt werden. Dies lässt sich durch endogene Enzyme der Lupine, die während der Keimung aktiviert werden sowie die zur Fermentation eingesetzten Milchsäurebakterien erreichen, da diese die notwendigen Enzyme bilden können.

Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines neuen und kostengünstigen Verfahrens zur Herstellung eines pflanzlichen, proteinreichen Getränks (Herstellung von Produktmustern, Demonstrator) mit erfrischendem Charakter.

Davon profitieren können insbesondere Mälzereien und Brauereien, da sie über die erforderlichen Einrichtungen zur Saatenkeimung bzw. die notwendigen Herstellungsprozesse verfügen und letztendlich mit den proteinreichen Getränken auf pflanzlicher Basis eine neue Produktpalette anbieten können. Somit sind nur wenig Umbauarbeiten oder Neuanschaffungen notwendig und die Wettbewerbsfähigkeit von KMUs ist gewährleistet. Durch den Einsatz der heimischen und gentechnikfreien Süßlupine wird zudem der Aspekt der Nachhaltigkeit erfüllt.

Das Innovationspotential des Vorhabens ist insbesondere für Mälzereien und die Erfrischungsgetränkeindustrie hoch; dieses neue Vorgehen ist aber nicht nur KMU des Getränkegewerbes wirtschaftlich interessant sondern kann auch für andere Wirtschaftsbereiche von Bedeutung sein. Unter volkswirtschaftlichem Aspekt trägt das Vorhaben zur gesunden Ernährung der Verbraucher bei.

Ergebniszusammenfassung:

Die Keimung hat sich als zielführendes Verfahren zur Aufbereitung der Lupinen herauskristallisiert. Der starke Abbau des Proteins steigert die Löslichkeit im sauren Milieu. Die flatulenzfördernden α-Galactoside konnten vollständig abgebaut werden, sowie Alkaloide und Phytinsäure reduziert werden. Die Keimung sollte in der Verarbeitung von Lupinen grundsätzlich als zielführender Schritt zur Veredelung der Saaten bedacht werden. Die enzymatische Fermentation rein mit Lupinenmalz hat sich durch dessen hohe Quellfähigkeit als nicht zielführend erwiesen. Da sich das Läuterverfahren als nicht praxistauglich erwiesen hat, sollte bei der gewerblichen Umsetzung auf eine Filtration zurückgegriffen werden. Die enzymatische Hydrolyse mit frisch gepressten Frucht- und Gemüsesäften erwies sich als erfolgreich zur Löslichkeitssteigerung der Lupinenproteine am isoelektrischen Punkt. Es konnten Proteingehalte der Getränkegrundstoffe von 25–46% der Trockensubstanz erzielt werden. Durch Optimierung der Fermentationsparameter konnte die Proteinlöslichkeit auf bis zu 95% gesteigert werden. Die Verlängerung der Fermentationszeit erwies sich relevant für den Zuckerabbau und als vorteilhaft zur sensorischen Optimierung der Proben. Durch sensorische Analysen konnten 3 der anfänglich 53 Ansätze als besonders erfolgsversprechend für die Getränkeentwicklung herauskristallisiert werden. In einem Scale-Up Versuch wurden diese erfolgreich im Halbtechnikumsmaßstab hergestellt. Die Verkostung mit einer Teilnehmerzahl n = 56 ergab ein großes Potential für die Weiterentwicklung zur Marktreife. Analytische Untersuchungen bestätigten einen niedrigen Kaloriengehalt, einen sehr hohen, Claim-fähigen Proteingehalt und den hypotonischen Charakter aller drei Getränke. Durch Aromatisierung der final entwickelten Produkte konnten Fehlaromen maskiert und die Akzeptanz gesteigert werden. Alle drei Ansätze zeigen Potenzial für die Herstellung proteinreicher Erfrischungsgetränke aus Süßlupinen.