Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung der Performance von Milchstarterkulturen mittels Stressinduktion durch gepulste elektrische Felder und Hitze

Bei der Herstellung von Joghurt werden spezielle Starterkulturen eingesetzt, die den pH-Wert schnell und zuverlässig von ca. 6,6 auf bis zu 4,5 innerhalb mehrerer Stunden absenken. Dieser Schritt der Ansäuerung am Anfang der Fermentation ist zum einen mit Energie- und Materialkosten verbunden, zum anderen wird das Produktionsvolumen begrenzt durch die zur Verfügung stehenden Kapazitäten in den Produktionsräumen und der Zeit, die für die Ansäuerung benötigt wird.

Voruntersuchungen zeigten, dass eine Vorbehandlung von Starterkulturen mittels gepulster elektrischer Felder (PEF) zu einer verbesserten Performance der Kulturen und einer verkürzten Säuerungszeit führt.

Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung von Grundlagen für eine wissensbasierte Auswahl und Anwendung von Milchstarterkulturen (S. thermophilus und L. delbrueckii subsp. Bulgaricus), die zur Optimierung ihrer Performance in der Milchfermentation einer Stressinduktion durch PEF unterzogen werden.

Die Milchindustrie gehört mit einem Umsatz von ca. 22 Mrd. € zu den wichtigsten Teilbranchen der deutschen Lebensmittelindustrie. Eine Steigerung der Performance von Starterkulturen könnte durch Verkürzung der lag-Phase in der Säuerung zur schnelleren Unterdrückung unerwünschter Mikroorganismen beitragen und dadurch die Produktsicherheit erhöht werden; gleichzeitig könnte dies auch zur Erhöhung der Produktionskapazität beitragen. Ein weiterer Aspekt ergibt sich aus der durch eine PEF-Anwendung gegebenen Möglichkeit der Beeinflussung der sensorischen Eigenschaften der Produkte, die insbesondere KMU die Möglichkeit böte, neue Produkte zu entwickeln und neue Marktnischen zu erobern.

Ergebniszusammenfassung:

Die Vorbehandlung von Joghurt-Starterkulturen mit gepulsten elektrischen Feldern (PEF) veränderte die Performance der Starterorganismen und beeinflusste je nach angewandten PEF-Parametern die Fermentationscharakteristika und Eigenschaften des Endprodukts. Vergleichbare Auswirkungen auf die Performance der Starterkulturen wurden auch bei Anwendung von Hitzestress festgestellt, allerdings in geringerem Maße. Durch die PEF-Vorbehandlung der Starterkulturen konnte abhängig von den angewandten PEF-Parametern eine schnellere Fermentation, ein festerer Joghurt, ein Joghurt mit reduzierter Synärese, ein festerer bzw. härterer Mozzarella-Käse und/oder eine Veränderung des Geschmacks von Mozzarella-Käse (milder bis saurer) erzielt werden. Weiterhin wurden Veränderungen in der Fettsäurezusammensetzung der Joghurts beobachtet, die mit PEF-vorbehandelten Starterkulturen hergestellt wurden. Ein Zusammenhang mit den sensorischen Eigenschaften des Endprodukts muss noch bewertet werden. Bemerkenswert ist, dass die Auswirkungen der PEF-Vorbehandlung auf die Performance der Starterkulturen in vielen Fällen auch nach der Lagerung der Kulturen bei Gefriertemperaturen erhalten bleibt.

Anwendungsmöglichkeiten

- Durch eine schnellere Fermentation können kontaminierende Mikroorganismen, insbesondere Krankheitserreger, besser unterdrückt werden. Dies ist für KMUs von Bedeutung, wo Produktionsverluste und Produktrückgaben aufgrund von Verunreinigungen eine finanzielle Belastung darstellen.

- Entwicklung neuer, unverwechselbarer Produkte, insbesondere für KMUs, durch PEF-Vorbehandlung bestehender Starterkulturen.

- Verringerung der Produktionsverluste bei der Käse- und Joghurtherstellung aufgrund der erhöhten Härte und verbesserten Schneidbarkeit sowie der Verringerung der Synärese.

- Da die Eigenschaften der PEF-vorbehandelten Starterkulturen auch nach der Tiefkühllagerung erhalten bleiben, können die Hersteller von Starterkulturen ihr Portfolio ohne signifikanten F&E-Aufwand erweitern.