Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Forschung und Lehre: Ausgabe 03/2014, 06.03.2014

Studentische Projekte 2013 an der Fachhochschule Westschweiz

Ausbildung, Forschung und studentische Abschlussarbeiten sind eng miteinander verknüpft und aufeinander angewiesen, wenn hervorragende Ergebnisse erwartet werden. Dieser Artikel soll einen Einblick in die Themenvielfalt der interdisziplinären Arbeitsgruppe «Food and Natural Products» an der FH Westschweiz (Hes-so) geben.

Wilfried Andlauer, Laurence Nicolay, Esther Schmitt, Rudolf Schmitt, Bruno Schnyder
Fachhochschule Westschweiz, Institut «Life Technologies» Route du Rawyl 47, CH-1950 Sion
Michael Beyrer
Korrespondierender Autor: Fachhochschule Westschweiz, Institut «Life Technologies», michael.beyrer@hevs.ch Die Themen der interdisziplinären Arbeitsgruppe «Food and Natural Products» an der FH Westschweiz sind vielfältig und umfassen Forschung und Lehre. Die Gruppe ist auf die Forschungsbereiche «Lebensmittelmikrobiologie und -sicherheit», «Bioaktive Substanzen und Gesundheit», «Produktentwicklung» und «Prozessengineering» fokussiert.
Aus einer grossen Anzahl an Abschlussarbeiten im Rahmen von Projekten in Zusammenarbeit mit Industriepartnern werden hier exemplarisch einige vorgestellt. Diese Arbeiten haben Studierende 2013 ausgeführt und spiegeln die aktuelle Aufstellung im Institut «Life Technologies» beziehungsweise in der Arbeitsgruppe «Food and Natural Products» wider.
Toxinidentifizierung in 20 Sekunden: Untersucht wurden aus einer biologischen Matrix aufgereinigte Staphylococcus-Toxine. Diese hitzestabilen Enterotoxine werden in Milchprodukten bei mangelhafter Personalhygiene angereichert. Neu ist hier, dass sich diese proteinartigen Toxine ohne eine konventionelle, quantitative Analyse mit Antikörpern detektieren. Damit wird die Analysezeit von mehreren Stunden auf weniger als eine Minute reduziert. Ausserdem könnten bisher nicht nachweisbare Toxine routinemässig charakterisiert werden. Als Analysemethode dient eine MALDI-TOF MS (Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation Flugzeit Massenspektrometrie), wobei das Toxin ionisiert wird und die Flugzeit im elektrischen Feld als Funktion der Masse bestimmt wird.
Gedrillte Rohre für Wärmeübertrager. Eine hocheffektive Wärmeübertragung ist bekanntermassen von turbulenten Strömungsverhältnissen abhängig. Diese sind insbesondere für Fluide mittlerer bis hoher Viskosität in gedrillten Rohren einfacher erreichbar als in glatten Rohrgeometrien. Der Wärmedurchgangskoeffizient kann dadurch in Einzelfällen bis 20-fach besser sein als in glatten Rohren. Studierende untersuchten, in welchem Mass die Gangweite, die Anzahl und Anordnung der Profile sich in Kombination mit den spezifischen Fluideigenschaften auswirken. Diese Auswirkungen sind in Standardwerken wie dem VDI-Wärmeatlas nicht erfasst, was zu erheblichen Unsicherheiten bei der Apparateauslegung führt. Zusätzlich wurden experimentelle Daten mit Simulatio­nen von Rohrströmungen korreliert. Verwendung fanden ein Pilotapparat, ausgestattet mit zehn verschiedenen Geometrien gedrillter Rohre, und 2-D-Modelle zur Beschreibung der Strömungsverhältnisse im Rohrquerschnitt (PDE, Finit Element Methoden, Comsol Multiphysics). Auf diesem Weg lassen sich auch neuartige Rohrgeometrien mit nochmals verbesserten Wärmeübergangskoeffizienten entwerfen.
Anreicherung pflanzlicher Bioaktivstoffe. Pflanzenextrakte enthalten oft bedeutende Mengen an Zucker, welche beim Trocknen zu hygroskopischen Produkten führen. Ausserdem lassen sich erwünschte Bioaktivstoffe aufgrund hoher Zuckermengen in Früchten nur bedingt anreichern. Ziel der Arbeit von Mayssa Baaboura war es, den Zuckergehalt in Extrakten von Goji-Beeren durch gezielte Fermentation zu verringern. Mayssa konnte in ihrer Bachelorarbeit zeigen, dass die Zucker durch eine Fermentation mit Saccharomyces abgebaut werden und sich sowohl die Carotinoid- als auch die Phenole-Gehalte nicht wesentlich ändern. Das aus der Fermentation hervorgehende Produkt kann nach Zentrifugieren zu einem rieselfähigen Pulver sprühgetrocknet werden.
Die zweite Arbeit hat Matthieu Grobéty angefertigt. Er sollte die bioaktive Aminosäure Theanin aus einem entkoffeinierten Teepulver anreichern. Dazu setzte er neben der bereits erwähnten Saccharomyces-Fermentation einen Ionenaustauscher ein, um die geladene Aminosäure von Zuckern und anderen Pflanzenbestandteilen abzutrennen. Die Fermentation zeigte eine erwartete Abnahme der Zucker. Allerdings wurde ebenfalls Theanin abgebaut. Dieses Ergebnis wird in einer aktuellen Folgearbeit verifiziert. Die Trennung mit dem Ionenaustauscherharz führte zu einer Anreicherung von Theanin. Zucker und Tee-Polyphenole werden effizient entfernt. Die erhaltenen Endprodukte enthalten neben Theanin entweder Kochsalz oder Zitronensäure und lassen sich direkt zur  Lebensmittelherstellung verwenden.
Challenge-Tests mit Frischprodukten. Die Herstellung von Frischprodukten erfolgt unter Einhaltung strenger Hygienemassnahmen, um das Risiko einer potenziellen Gesundheitsgefährdung weitgehend auszuschliessen. Zu dieser Produktegruppe gehören Sandwiches, Canapés, Patisserie, Salate, gefüllte Frischteigwaren und Pizzen. Trotz strikter und überwachter Reinigung lässt sich nicht ausschliessen, dass bei der Fabrikation eine mikrobielle Kontamination erfolgt. Im Rahmen dieser Arbeit hat der Student geprüft, ob ein Wachstum von Enterobakterien und Listeria monocytogenes während der Kühllagerung bis zur Mindesthaltbarkeit bei drei verschiedenen Produktegruppen möglich ist. In Analogie zum Technical Guidance Document der EU wurden die Produkte mit Stämmen beimpft, die im Betrieb isoliert und zuvor auf Kälteadapta­tion geprüft worden waren. Es liess sich zeigen, dass pH- und  aw-Wert der Produkte das Wachstum entscheidend beeinflussen und dass für manche Lebensmittel zu lange Haltbarkeitsfristen festgelegt sind.
Entwicklung eines öko-innovativen Lebensmittels. Mit «TheDélicatesse» wurde an der Hochschule Westschweiz ein Konzept für ein Premiumprodukt entwickelt und technologisch umgesetzt, welches insbesondere urbane «Nomaden» anspricht. Das sind Menschen, die viel unterwegs sind und wenig Zeit zum Essen haben, für die aber auch gleichzeitig eine gesunde Ernährung und nachhaltige Lebensweise wichtige Anliegen sind. «The Délicatesse» wird in der Form von kleinen Gourmethappen präsentiert. Die Zusammensetzung, Technologie der Herstellung, ein Marketingkonzept und das Design der Verpackung wurden gemeinsam unter Mitwirkung von Studenten der HEIG-VD (Haute Ecole Ingénierie et Gestion VD) und ECAL (Haute Ecole d’Art et de Design, Lausanne) entwickelt. Das gemischte Team unter Leitung von Noémie Corthay (Referentin: Dr. Ir. Laurence Nicolay) gewann mit diesem Projekt zum zweiten Mal den nationalen Wettbewerb «Ecotrophelia Suisse» und beteiligte sich erfolgreich am europäischen Wettbewerb auf der ANUGA Köln.



Das Team unter der Leitung von Noémie Corthay (li) freut sich über den Sieg im nationalen Wettbewerb «Ecotrophelia Suisse»


Toxinprobenvorbereitung für die MALDI-TOF-Spektrometrie. Infos: Bruno Schnyder


Simulation eines Strömungsprofils in gedrillten Rohren. Infos: Michael Beyrer


Fermentation von Goji-Beeren im Technikum der Hochschule