Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Wissenschaft und Forschung: Ausgabe 10/2015, 05.10.2015

Wertbestimmenden Inhaltsstoffen von Lebensmitteln auf der Spur

Lebensmittel liefern uns täglich die Hauptnährstoffe Eiweiss, Fett und Kohlenhydrate für den Erhalt unserer Gesundheit. Daneben rücken sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe wie etwa Polyphenole aufgrund ihrer nachgewiesenen gesundheitlichen Wirkungen immer mehr in das Zentrum des Interesses. Die Fachstelle Inhaltsstoffe beschäftigt sich mit der Analytik, Gewinnung und Anwendung ausgewählter Nährstoffe.

Autor: Dr. Norbert Fischer Dozent für Lebensmittelchemie und Leiter der Fachstelle Inhaltsstoffe am ILGI, norbert.fischer@zhaw.ch Petra Huber Dozentin für Kosmetik und Toxikologie am ILGI, petra.huber@zhaw.ch

Bilder: Fachstelle Inhaltsstoffe am ILGI

Lebensmittelchemie, Kosmetik und die Analytik von Lebensmittelinhaltsstoffen sind die Schwerpunkte in der Lehre der Fachstelle für Inhaltsstoffe am ILGI der ZHAW. Im dritten Semester lernen die Studierenden die Hauptbestandteile der Lebensmittel und ihre charakteristischen chemischen Eigenschaften in der Theorie kennen. Dieses Wissen wird im vierten Semester im Praktikum Lebensmittelchemie vertieft, indem die Studierenden lernen, die Zusammensetzung üblicher Lebensmittel wie zum Beispiel Backwaren oder Wurstwaren mittels analytischer Standardmethoden zu untersuchen. Dabei bestimmen die Studierenden beispielsweise den Fett-, Eiweiss- oder Zuckergehalt, oder auch den Anteil ungesättigter Fette, den Produzenten häufig auf den Lebensmittelverpackungen deklarieren. In der praktischen Laborarbeit erfahren die angehenden Fach- und Führungskräfte hautnah den für die Probenvorbereitung erforderlichen Aufwand, wie viel Erfahrung erforderlich ist, um mit Routinemethoden verlässliche Ergebnisse zu erzielen, und lernen die Aussagekraft von Laborergebnissen einzuschätzen.

Neben der Lebensmittelchemie deckt die ZHAW mit der Fachstelle Inhaltsstoffe als einzige Hochschule in der Schweiz den Bereich Kosmetiktechnologie in Lehre und Forschung ab. Die Dozentin und Pharmazeutin Petra Huber vermittelt den Studierenden im Bachelor Studiengang Lebensmitteltechnologie, im Rahmen von Wahlpflichtkursen in allgemeiner und praktischer Kosmetik, Grundkenntnisse in der Formulierung und Herstellung kosmetischer Präparate für die verschiedenen Einsatzbereiche. Die praktische Verwirklichung eigener Ideen in der Entwicklung neuer kosmetischer Produkte runden das Vertiefungsfach Kosmetik ab. Diese Ergänzung schätzt nicht nur die Industrie, auch Studierende profitieren von der Vertiefung, zum Beispiel kolloidalchemischer und emulsionstechnologischer Kenntnisse.

In den Semester- und Bachelorarbeiten im 5. und 6. Semester können die Studierenden die im Labor erworbenen praktischen Kenntnisse vertiefen und im Rahmen laufender Forschungsprojekte einbringen. Hierbei kommen dann über die klassischen Routinemethoden hinaus moderne analytische Methoden wie Dünnschichtchromatographie (HPTLC), Flüssigchromatographie (HPLC und HPLC-MS), photometrische Methoden oder auch rheologische Verfahren zur Bestimmung des Fliessverhaltens von Lebensmitteln oder kosmetischen Zubereitungen zum Einsatz. Die enge Verzahnung der Lehre mit den Forschungsschwerpunkten ist dem Team in der Ausbildung auf allen Ebenen besonders wichtig. Regelmässig fertigen so auch Studierende im Masterstudiengang Food and Beverage Innovation ihre Masterarbeiten auf analytischem Gebiet an der Fachstelle an. Im Rahmen von längerfristigen Forschungsprojekten besteht sogar die Chance, komplexe Aufgabenstellungen über längere Zeiträume gemeinsam mit Industriepartnern erfolgreich zu bearbeiten oder methodische Grundlagen für die Weiterentwicklung der Analytik an der Fachstelle zu erarbeiten.

Forschungsschwerpunkte.

Der Erhalt wertgebender Inhaltsstoffe bei Verarbeitung oder Extraktion von Lebensmitteln steht in der Forschung am ILGI im Vordergrund. Die Analytik ausgewählter Inhaltsstoffe dient dazu, Prozesse besser zu verstehen und sie steuern und optimieren zu können. Das Spektrum der Lebensmittelinhaltsstoffe ist so gross, dass für die Fachstelle zwangsläufig eine Schwerpunktsetzung in der analytischen Begleitung der Entwicklung neuer Extraktions- und Verarbeitungsverfahren erfolgen muss. Aufgrund der grossen Forschungsprojekte am Zentrum für Inhaltsstoff- und Getränkeforschung in den Bereichen Tee und Kakao ergab sich ein Schwerpunkt in der Analytik der Polyphenole. Beide Rohstoffe sind besonders reich an diesen sekundären Pflanzeninhaltsstoffen, die vielfältige gesundheitliche Wirkungen als Antioxidantien, als antimikrobiell wirksame Stoffe, aber auch im Herz-Kreislauf-System aufweisen. Da der menschliche Organismus diese Substanzen nicht biosynthetisieren kann, ist ihre Aufnahme über den Verzehr pflanzlicher Nahrungsmittel wichtig. Auf diesem Gebiet hat eine wissenschaftliche Mitarbeiterin, im Rahmen einer Doktorarbeit mit der Universität Hamburg, Analyseverfahren zur Trennung komplexer Polyphenole mittels HPLC und der simultanen Bestimmung der antioxidativen Wirksamkeit der Einzelkomponenten entwickelt. Moderne Methoden der HPTLC (high performance thin layer chromatography) wurden etabliert, um einen schnellen Überblick über die Zusammensetzung des Polyphenolspektrums von Lebensmitteln, aber auch anderer sekundäres Inhaltsstoffe erhalten zu können. Die Weiterentwicklung der Methoden erfolgt hierbei in Zusammenarbeit mit einem führenden Schweizer Gerätespezialisten. Neben Tee und Kakao sind viele Obst- und Gemüsesorten in ihren sensorischen und gesundheitlichen Eigenschaften von Polyphenolen geprägt, sodass die Fachstelle auch in angrenzenden Bereichen laufende Forschungsprojekte analytisch begleiten kann.

Ein neueres Forschungsfeld stellt die Suche nach alternativen Proteinquellen für die menschliche Ernährung dar und die Bereitstellung von Proteinextrakten für den Einsatz in Lebensmitteln. Die ökologischen Folgen der weltweiten Fleischproduktion sind bekannt, sodass es auf lange Sicht unausweichlich sein wird, mehr pflanzliche Proteine für den direkten Verzehr durch den Menschen bereitzustellen. Hier haben die Wissenschaftler gemeinsam mit Industriepartnern erste Machbarkeitsstudien zur Gewinnung von Proteinen aus Weizenkeimen und aus Moringa oleifera durchgeführt (gefördert durch Swiss Food Research und KTI-Innovationsscheck) und auch die Gewinnung von Proteinen aus Insekten am Beispiel von Mehlwürmern untersucht.

Im Hinblick auf die mögliche Anwendung in Lebensmitteln und Kosmetika führt das Team Untersuchungen zu den physikalischen Eigenschaften von pflanzlichen Proteinisolaten und anderen Pflanzenextrakten durch. So zum Beispiel Bestimmung der Gelier-, Schaumbildungs-, Emulgier-, sowie Viskositäts- und Fliesseigenschaften. Da auch die Kosmetik-industrie pflanzliche Wirkstoffe verstärkt nachfragt, untersucht das Team Formulierungsmöglichkeiten, Stabilität und haptisch-sensorische Eigenschaften von Kosmetika. Ein trainiertes Fachpanel Kosmetik erlaubt es dabei, subjektive Wahrnehmungen von Probanden mit objektiven, physikochemischen Messungen zu korrelieren, und so Rezepturen zu modifizieren und zu optimieren. Messungen zum Penetrationsverhalten ausgewählter Wirkstoffe mittels Franz’scher Diffusionszellen, an Modellmembranen, aber auch an Schweinehaut, runden das methodische Spektrum der Charakterisierung der Einsatzpotenziale natürlicher Wirkstoffe in der Kosmetik ab.

Als neue Analysemethode steht uns seit kurzem die FTIR-Mikroskopie mit «Focal Plane Array» Detektor zur Verfügung. Diese Methode erlaubt es, ausgewählte Inhaltsstoffe im mikroskopischen Massstab, beispielsweise in pflanzlichen Zellstrukturen zu lokalisieren und so ein vertieftes Verständnis des Verhaltens der im Gewebe eingebetteten Inhaltsstoffe, etwa bei Extraktions- oder Verarbeitungsprozessen, zu erarbeiten. Diese Analysemethode, kommt auch im Rahmen eines im Bereich Backwarentechnologie neu bewilligten KTI-Projektes zur Untersuchung von Teigstrukturen zur Anwendung.

Projekte mit Industriepartnern.

Gerne bringt die Fachstelle ihre analytischen Möglichkeiten im Rahmen ihrer Forschungsschwerpunkte in gemeinsame F&E-Projekte mit Industriepartnern ein. Häufig decken vertrauliche Bachelor- oder Masterarbeiten einen Teil der experimentellen Arbeiten ab. Neben rein bilateralen Projekten werden Forschungsvorhaben zum Teil auch von der Schweizer Kommission für Technologie und Innovation (KTI), beziehungsweise von Swiss Food Research gefördert. Im Bereich der Weiterbildung wird das Angebot an massgeschneiderten Seminaren zur Anwendung sensorischer Methoden in der Kosmetik an der ZHAW oder in den Firmen gerne genutzt.


Weitere Informationen:
http://lsfm.zhaw.ch/de/science/institute-zentren/zle
Dieser Artikel ist der achte von zehn Beiträgen, der die Fachstellen am Insitut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation, ILGI der ZHAW vorstellt.




Untersuchungen mittels FTIR-Mikroskopie geben Aufschluss über die Lokalisierung von ausgewählten Lebensmittelinhaltsstoffen in pflanzlichen Zellstrukturen