Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Modifikation der funktionellen Eigenschaften von obst- und gemüsebasierten Ballaststoffen aus Lebensmittelnebenströmen durch Änderung der Molekülstruktur mittels Extrusion

Ballaststoffe gelten als ernährungsphysiologisch positive Bestandteile der menschlichen Nahrung. Viele Zivilisationskrankheiten, z. B. Dickdarmkrebs, Diabetes mellitus, werden mit der Aufnahme ballaststoffarmer Nahrung in Verbindung gebracht. Umgekehrt kann die vermehrte Aufnahme von Ballaststoffen zu einer positiven Regulierung des Blutglucose- und des Cholesterinspiegels beitragen und ernährungsbedingter Obstipation entgegenwirken. Daher wurden in den letzten Jahren zahlreiche ballaststoffangereicherte Lebensmittel entwickelt. In diesem Kontext gewinnen auch Nebenströme der Obst- und Gemüseverarbeitung als neuartige und wirtschaftlich interessante Ballaststoffquellen an Bedeutung.

Jedoch zeigen nicht alle Ballaststoffe die gewünschte Funktionalität in Lebensmitteln. Eine Möglichkeit zu ihrer Modifikation bietet die Extrusionstechnik; diese Technologie wird aber bislang nur empirisch angewendet.

Ziel des Vorhabens ist die Etablierung von Extrusionsverfahren zur gezielten Modifizierung ballaststoffhaltiger Nebenströme aus der heimischen Obst- und Gemüseproduktion. Hierbei sollen Auslegungskriterien erarbeitet werden, um den Prozess so zu steuern, dass gewünschte technofunktionelle und/oder physiologische, polysaccharidbasierte Eigenschaften ohne den Einsatz von Chemikalien eingestellt werden können.

Die Nutzung von Nebenströmen der Kartoffel-, Gemüse- und Obstverarbeitung bringt vor allem kleinen und mittelständischen Verarbeitungsbetrieben betriebswirtschaftliche Vorteile, da diese ihren Absatzmarkt erweitern und ihnen neue Geschäftsfelder eröffnen würde.

Ergebniszusammenfassung:

Umfragen zeigen eine steigende Nachfrage nach ballaststoffreichen und nachhaltigen Lebensmitteln. Ballaststoffe aus Nebenströmen können dieser Nachfrage gerecht werden. Jedoch wirken sich die meisten Rohstoffe nachteilig auf die Textur und Sensorik von Lebensmitteln aus. Daher ist eine Modifikation der Nebenprodukte nötig, welche im Rahmen dieses Projekts mittels Extrusion untersucht werden sollte.

Zusammenfassend wurde festgestellt, dass sich Extrusion für die Funktionalisierung von pflanzlichen Zellwänden in Nebenströmen eignet. Durch Variation der Prozessparameter kann die Struktur der Zellwände und deren chemische Struktur beeinflusst und somit auch die funktionellen Eigenschaften modifiziert werden. Einen maßgeblichen Einfluss auf die Modifikation hat dabei der beim Extrudieren eingesetzte Wassergehalt, welcher sich zusätzlich auch auf das thermomechanische Beanspruchungsprofil auswirkt. Durch die thermomechanische Behandlung nahm bei allen untersuchten Nebenströmen der Anteil an löslichen Ballaststoffen zu. Auf struktureller Ebene wurden insbesondere Veränderungen der Pektinfraktionen (vorwiegend Abbau der neutralen Seitenketten) beobachtet. Gleichzeitig konnte das Ausmaß verschiedener Prozessparameter auf die funktionellen Eigenschaften wie bspw. Wasserlöslichkeit oder Viskosität quantifiziert werden. Herauszuheben ist dabei, dass bei extrudierten Apfeltrester und Kartoffelpülpe eine deutliche Steigerung der Wasserabsorption und der viskositätsbildenden Eigenschaften durch Extrusion erzielt werden konnte. Ölbindende Eigenschaften änderten sich nur geringfügig. Zudem konnte gezeigt werden, dass hitzeinduzierte Kontaminanten nur in geringem Ausmaß gebildet werden. Das Potential des Extruders als vielfältiger, kontinuierlicher und ressourcenschonender Prozess wurde somit aufgezeigt. Abschließend wurde die industrielle Umsetzung bzw. Applikation der erzeugten, modifizierten Zellwände in Beispiellebensmitteln, wie Brot, überprüft.