Eine Publikation der Binkert Medien AG
Wissenschaft und Forschung: Ausgabe 10/2016, 03.10.2016

Food and Natural Products im Fokus der Wissenschaft

Lebensmittelmikrobiologie ist die Grundlage für viele Forschungsprogramme, so auch an der HES-SO. Die Forschungsgruppe Food and Natural Products untersucht im Rahmen des Masterstudiums derzeit die antimikrobielle Aktivität von lebensmitteleigenen Proteinen und deren Einfluss auf das Bakterienwachstum in verschiedenen Nahrungsmitteln.

Autor: Wolfram Manuel Brück Professor für Lebensmittelmikrobiologie, Kontakt: wolfram.bruck@hevs.ch Bruno Schnyder Professor für Biochemie, Zellbiologie und Toxikologie, Kontakt: bruno.schnyder@hevs.ch

Bilder: HES-SO

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Antimikrobielle Ativitäten stehen im Fokus der Forschungsarbeit

Die Forschungsgruppe Food and Natural Products legt den Fokus ihrer Arbeit auf Lebensmittelmikrobiologie. Bei den Aktivitäten und neuen Forschungsschwerpunkten handelt es sich um Projekte von Bachelor-, Masterstudenten und Postdoktoranden sowie von Angestellten des Servicelabors Mikrobiologie der HES-SO Valais-Wallis. Die Forschungsprojekte erhalten Förderungen von der EU, der KTI und der HES-SO. Ausserdem arbeitet die Gruppe seit Jahren kantonsübergreifend und eng mit der Schweizer Pharma- und Lebensmittelindustrie zusammen, die verschiedene Forschungsprojekte direkt fördern. Darüber hinaus besteht eine Zusammenarbeit mit der Schweizer Industrie, um deren Produkthygiene und Produktionssicherheit im Rahmen der Selbstkontrolle zu gewährleisten. Um diese verschiedenen Aktivitäten durchzuführen, sind unsere Laboratorien durch Swissmedic und ISO 17025 zertifiziert. Diese Rahmenbedingungen erlauben es uns, Forschung auf hohem Niveau mit modernen analytischen Methoden anzubieten und diese den Studierenden an unserer Hochschule zu vermitteln.

Erhöhung der Lebensmittelsicherheit durch natürliche Bakterizide.

Das von der HES-SO Valais-Wallis, der Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften in Zollikofen (HAFL) und der Berner Fachhochschule, Departement Wirtschaft, Gesundheit und Soziale Arbeit 2015 gemeinsam aufgebaute Masterstudium, widmet sich dem Schwerpunkt Food, Nutrition & Health. Im Rahmen dieses Masterstudiums untersucht die Gruppe derzeit die antimikrobielle Aktivität von lebensmitteleigenen Proteinen und deren Einfluss auf das Bakterienwachstum in verschiedenen Nahrungsmitteln. Von besonderem Interesse sind hier die Milchproteine Lacto- ferrin, alpha-Lactalbumin und kappa-Casein-Glykomakro-peptid sowie Bioaktivstoffe aus Zitruspflanzen.

Bioraffinerie von Abfällen der Lebensmittelproduktion.

Die Verarbeitung von Schalentieren in der Lebensmittelproduktion generiert eine grosse Menge an Schalenabfällen. Theoretisch liessen sich die Schalen auch weiter valorisieren, da sie zum Teil aus Chitin, einem vielseitigen Biopolymer aus stickstoffhaltigen Zuckermolekülen (N-Acetylglucosamin) bestehen. Aufgrund der hohen Anteile von Calciumcarbonat war die Verwendung von europäischem Schalenabfall jedoch bis jetzt nicht wirtschaftlich. Die Gruppe von Wolfram Brück hat in einer internationalen Kollaboration im Rahmen des European Framework Programme 7 neue Wege für die mikrobiologische Umsetzung von Krabbenschalen zu Chitin und Chitosan gefunden. Des Weiteren entwickelte das Team einen nachhaltigen Ansatz einer Bioraffinerie. Damit ist die vollständige Nutzung biogener Rohstoffe durch aufeinanderfolgende, stoffliche und energetische Nutzung in verschiedenen Prozessschritten möglich, um die biogenen Abfallmaterialien effizient und vollständig zu nutzen. Dieses Projekt ist nun als leitendes Konzept für die Bioraffinerie von Insekten und anderen Lebensmittelabfällen in unserer Forschungsgruppe in der Weiterentwicklung. Durch die Teilnahme an der Innova- tionsgruppe «Insekten» der Swiss Food Research erwartet die Gruppe, das dieses Konzept sich in der Schweiz als zukunftsweisend durchsetzt und sich hierdurch Partner aus der Schweizer Industrie für eine Kollaboration gewinnen lassen.

Modulation des Kinderdarms durch Bioaktivstoffe, funktionelle Lebensmittel und Probiotika.

Die Arbeitsgruppe um Wolfram Brück verfügt über ein in der Schweiz einzigartiges, validiertes Modell des Kinderdarms, das die verschiedenen anatomischen Bereiche des Dickdarms, (Aufsteigendes Colon, Quercolon, Absteigendes Colon) simuliert. Dieses, ursprünglich im Labor von Glenn Gibson (Universität Reading, UK) entwickelte Modell, erlaubt es, neue Zusatzstoffe wie diätische Ballaststoffe, oder bioaktive Moleküle in vitro zu testen und deren Wechselwirkungen und Einfluss auf die Entwicklung der mikrobiellen Flora zu untersuchen. Das System besteht aus zwei aneinander gereihten Gefässen, so dass eine sequenzielle Zuführung des Wachstumsmediums erfolgt. Die Gefässe sind pH-reguliert, um die in -vivo- Unterschiede der Dickdarmregionen zu reflektieren. Als solches hat Behälter 1 eine hohe Verfügbarkeit von Substrat bei einem sauren pH-Wert, wobei Behälter 2 einen neutralen pH-Wert hat, der eine langsame bakterielle Wachstumsrate durch eine niedrige Substratverfügbarkeit erlaubt. Verschiedene Forschungsprojekte beanspruchen derzeit das Modell, das aber auch für Industriekollaborationen zur Verfügung steht.

«Food Supplements» aus alpinen Pflanzen selektioniert.

Dank der Unterstützung der Industrieförderstelle TheArk, Wallis, konnte die Arbeitsgruppe um Bruno Schnyder in den letzten neun Jahren Kompetenzen im Bereich «Food Supplement» aufbauen. Die Wissenschaftler pflückten und extrahierten traditionelle alpine Pflanzen und untersuchten diese im Mikrobiologielabor auf aktive Wirkungen. Die von verschieden Startup Firmen des Phyto Ark Wallis, angestrebten antimikrobiellen Wirkungen der Pflanzenextrakte sind heute zum Teil bereits in Form von Desinfektionsmitteln vermarktet und auch patentiert. Die wissenschaftlich eingehend belegten antimikrobiellen Effekte der alpinen Pflanzenextrakte in den Laborversuchen trugen wesentlich zum Erfolg dieser Kleinunternehmen bei. Daher testen Fachleute die Phytopräparate in kürzlich gestarteten Versuchen, zusätzlich zu den «Food Supplement» Anwendungen, auch als kosmetische und klinische Produkte. Diese natürlichen Alternativen zu Antibiotika sollen gegen die zunehmende Gefahr der Antibiotika Resistenzen zum Einsatz kommen. Zudem besteht grosse Hoffnung, dass einzelne alpine Pflanzen auch als Alternativen zu existierenden anti-Entzündungsmitteln Verwendung finden. Um solche Tests ausführen zu können, greifen die Forscher auf die Säuger-Zellkulturlabors im Life Technologies Instituts der HES-SO Valais-Wallis in Sion zurück. Ebenfalls im Foodbereich wertvoll eingesetzt sind die Infrastrukturen der analytischen Chemie des Life Technologies Instituts der HES-SO sowie die Infrastrukturen des Partners EPFL Valais-Wallis in Sion. Die chemischen Analysen dienen vor allem dazu die Pflanzenextrakte durch Fingerprints zu charakterisieren und so zu garantieren, dass die antimikrobiellen Agentien in reproduzierbarer Form auf den Markt kommen. Also frei von saisonalen Schwankungen sind, die bei den Ernten entstehen können. Neben all diesen kommerziellen Aspekten entdeckte die Forschungsgruppe um Bruno Schnyder aber auch einen neuen Forschungszweig – ein vielversprechendes Nebenprodukt aus den Labortests. Das Team fand heraus, dass sich die chemischen massenspektrometrie-basierten Methoden auch gut für die Bestimmung des Pathogenizitäts- und Toxizitätsgrades der Mikroorganismen einsetzen lassen. Die von den Forschungsgruppen im Labor aufgebauten Untersuchungsmethoden eignen sich optimal, um effiziente antimikrobielle, sogar antispezifisch-pathogene, Agentien in Pflanzen und Lebensmitteln zu finden.

Lehre.

Die mikrobiologischen Tätigkeiten und Erfahrungen der Forschungsgruppe vermitteln die Forscher im Studiengang «Lebensmittelverfahrenstechnik» in den Modulen generelle Mikrobiologie und Lebensmittelmikrobiologie beziehungsweise im Studiengang «Umwelttechnik» im Modul Naturwissenschaften für Umwelttechniker. In den Vorlesungen besprechen die Dozenten die Nutzung von Mikroorganismen und die mikrobiologische Interaktion mit verschiedenen Stoffen. So lassen sich zum Beispiel die für die Lebensmittelindustrie wichtigen Aspekte der Herstellung von fermentierten Lebensmitteln, die mikrobiologische Umsetzung von nicht verdaulichen Zusatzstoffen, sowie der Verderb von Lebensmitteln betrachten. Zur gleichen Zeit können Studierende die theoretischen Kenntnisse in Praktika vertiefen und umsetzen. So behandelt der Bereich «Umwelttechnik» die Umsetzung von Abfällen zu Biogas als Teil einer Bioraffinerie und realisiert anschliessend im Labor den Bau einer eigenen Miniaturbiogasanlage. In allen Praktika regt das Lehrpersonal die Studierenden zum eigenen Forschen und selbständigen Arbeiten an, eine Voraussetzung für eine erfolgreiche Tätigkeit im Beruf oder für ein folgendes Masterstudium.



Weitere Informationen:
Der Forschungsschwerpunkt Consumer Science und Produktentwicklung wird der Gegenstand des kommenden Beitrags sein, der die Forschungsgruppe «Food and Natural Products» der HES-SO Valais-Wallis in einer Abfolge von insgesamt vier Beiträgen vorstellt.