Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwickeln einer Schnellmethode zum Charakterisieren und Quantifizieren von E 472-Emulgatoren sowie Einfluss der Emulgatorzusammensetzung auf die Emulsionsstabilität und das Aufschäumverhalten

 

Emulgatoren werden in zahlreichen Milchprodukten zugesetzt, um technofunktionelle Eigenschaften, wie Viskosität, Aufrahmstabilität, Schaumfestigkeit und -stabilität, einzustellen. Insbesondere bei für den Export bestimmten Produkten ergeben sich nicht nur erweiterte mikrobiologische, sondern auch veränderte technologische Anforderungen, um trotz langer, thermisch und mechanisch belastender Transportwege bis zum Ende des deklarierten Haltbarkeitsdatums die Stabilität, Funktionalität und Sensorik der Produkte garantieren zu können. Im Rahmen des IGF-Projekts AiF 19355 N wurde gezeigt, dass sowohl E 471- als auch E 472-Emulgatoren keine definierten Einzelsubstanzen, sondern Mischungen sind, die zusätzliche Nebenprodukte enthalten. Auch wurde für E 471-Emulgatoren eine Schnellmethode zur Charakterisierung und Quantifizierung erarbeitet, auf deren Basis ein verbesserter Einsatz und eine bessere Dosage dieser Emulgatoren möglich ist.

Ziel des Vorhabens ist es, aufbauend auf diesen Ergebnissen, entsprechende Methoden auch für E 472-Emulgatoren zu entwickeln.

Die deutsche Milchindustrie erwirtschaftete 2018 einen Umsatz von 28 Mrd. € und verarbeitete Milch von fast 63.000 KMU-Milcherzeugerbetrieben. Das Exportvolumen betrug 2018 7,1 Mrd. €. Der Absatz innovativer und mit technischem Know-how gestalteter Milchprodukte, z. B. geschäumter Desserts, ist dabei von zunehmender Bedeutung und bietet besonders KMU die Möglichkeit, sich abseits der Massenware neue Käufergruppen zu erschließen und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit zu stärken. Voraussetzung für den nachhaltigen Markterfolg solcher innovativen Produkte ist jedoch, dass die technofunktionellen Eigenschaften, auch unter Einsatz von Emulgatoren, zuverlässig garantiert werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurden Methoden zur Charakterisierung und Quantifizierung von E 472-Emulgatoren entwickelt. Diese umfassten eine HPLC–MS-Methode zur Bestimmung der Fruchtsäureester von Mono-/Diacylglyceriden (MG/DG) (E 472-Emulgatoren) sowie zur Bestimmung von MG/DG und Triacylglyceriden (TG). Des weiteren wurde eine HPTLC–FLD-Methode zur Quantifizierung von E 472b-Emulgatoren in geschäumten Lebensmitteln für drei Matrizes (Sprühsahne, Fruchtschaum und Joghurtschaum), inklusive geeigneter Extraktionsmethoden, entwickelt und validiert. Auf Basis der HPTLC–FLD-Fingerprints verschiedener E 472b-Emulgatoren konnte zusätzlich ein Modell für den automatisierten Vergleich der Emulgatoren erstellt werden. Dieses Modell wandelt den bildlichen HPTLC–FLD-Fingerprint in einen digitalen Farbcode um und erlaubt, in Anlehnung an das Ampel-Prinzip, einen schnellen und einfach auszuwertenden Vergleich unterschiedlicher Emulgator-Chargen und -Produkte. Das erarbeitete Know-how kann auch in der Produktentwicklung direkt genutzt werden, um mittels des analytischen Tools gezielter und nicht wie bisher allein auf empirischer Basis kommerzielle Emulgatoren auszuwählen.

Die Applikation von E 472b-Emulgatoren wurde in drei Modellsystemen untersucht. Für Modellsprühsahne wurde eine Optimalkonzentration ermittelt und das Konzept der kritischen Mizellbildungskonzentration erweitert, da E472b- Konzentrationen über der Optimalkonzentration die Schaumstabilität verringerten. Für Modellfruchtschäume und fettfreie Modelljoghurtschäume wurde die Sättigungskonzentration ermittelt. Zudem wurde der Effekt von Minorbestandteilen von E 472b-Emulgatoren auf die technofunktionellen Eigenschaften bestimmt. Ab Anteilen von 10 % gesättigtes MG und 2 % freie Milchsäure werden die Emulsions- und Schaumeigenschaften negativ beeinflusst. Solche Anteile an Nebenbestandteilen können unter anderem nach der Synthese vorliegen, oder, wie im Projekt gezeigt, durch die Lagerung der Emulgatoren bzw. der Sprühsahne entstehen.