Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Wissenschaft und Forschung: Ausgabe 12/2015, 08.12.2015

Mehr vom Guten aus der Frucht extrahieren, transformieren, erhalten

Natürlichkeit, Authentizität und die Abwesenheit von Konservierungs- und/oder Zusatzstoffen werden als Voraussetzung für das Vertrauen in ein Lebensmittel immer wichtiger. Die Zusammenarbeit der Fachgebiete Aroma und Getränke des ILGI hat in den vergangenen Jahren zu Prozessentwicklungen für die Branche geführt, die dem Konsumentenwunsch nach natürlichen, wenig verarbeiteten Produkten folgen.

Autor: Konrad Bernath Dozent für Aromaforschung und Leiter der Fachstelle Aroma Konrad.Bernath@zhaw.ch, Tel.: 0 58 934 57 06 Thomas Flüeler Dozent für Weinbereitung und Leiter der Fachstelle Getränke thomas.flueeler@zhaw.ch, Tel.: 0 58 934 57 35 Tilo Hühn Dozent für Getränketechnologie und Leiter des Zentrums für Inhaltsstoff- und Getränkeforschung, tilo.huehn@zhaw.ch, Tel.: 0 58 934 57 05

Bilder: Zur Verfügung gestellt von ZHAW

Basis für die Prozessentwicklung ist die Erforschung der Genese erwünschter und unerwünschter Aromakomponenten und deren Vorstufen bei Früchten, Gemüse und ihren Verarbeitungsprodukten. Ziel ist es, wertbestimmende Inhaltsstoffe, insbesondere Aromastoffe, aus den Rohstoffen zu extrahieren und vor Zerstörung durch biotische und/oder abiotische Einflüsse zu bewahren. Schwerpunkt ist hierbei die Untersuchung zeitgebundener Einflussgrössen wie Mikroorganismen- und Enzymaktivitäten sowie Oxidations- und Wärmeeinflüsse von der Ernte über die Verarbeitung und Haltbarmachung bis zum Verzehr.

Fermentationsprozesse.

Die Umsetzung von Vorstufen und die Neubildung von Aromakomponenten durch Fermen- tationsprozesse stehen ebenfalls im Fokus der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Durch prozessbegleitende Aromaanalytik erkennen die Wissenschaftler Steuerungsparameter, die es gestatten, die Aromaausbeute zu steuern. Dadurch lässt sich, in Zusammenarbeit mit den Fachgruppen Sensorik, Inhaltsstoffanalytik, Ernährung sowie durch andere interne und externe Forschungskooperationen, eine systematische Optimierung des Gesamtprozesses von der Rohwarenernte bis zur Konsumentenakzeptanz anwenden. Dies erlaubt eine gerichtete Rohstoffauswahl und führt zur Verbesserung bekannter und Entwicklung neuer Extraktions- und Herstellungstechnologien. Ferner lassen sich die Auswirkungen von Haltbarmachungsmassnahmen und Verpackungsalternativen auf wertbestimmende Inhaltsstoffe untersuchen und optimieren.

Prozessinnovationen.

In Zusammenarbeit mit der Maschinen- bauindustrie und anderen Hochschulpartnern setzen die Forscherinnen und Forscher Prozessinnovationen in Anlagenprototypen um und evaluieren diese. Prozessentwicklungen sind die Basis für nachhaltige Produktinnovationen, die die Experten im Technikum des Instituts für die Laboranalyse und Marktakzeptanzprüfung herstellen können.

Forschungsfelder.

Das Wissenschaftlerteam des Zentrums für Inhaltsstoff- und Getränkeforschung am ILGI hat mehrere Forschungsgebiete im Fokus:

  • Erforschung der Genese erwünschter und unerwünschter Aromakomponenten und deren Vorstufen bei Lebensmitteln
  • Extraktion wertbestimmender Inhaltsstoffe (Aromastoffe, Bioaktivsubstanzen) aus Lebensmittelroh- und Grundstoffen
  • Entwicklung und Evaluation von Verfahren zur Lebens-mittelherstellung und Haltbarmachung
  • Prozess- und Produktinnovation zur Erhöhung und bedarfsgerechten Komposition sowie Bewahrung wertbestimmender Inhaltsstoffe in Lebensmitteln

Durch die Ausstattung mit Geräten wie einem LVS-GC-MSn/Sniff-System und einem Comprehensive GC/MS/Triple Quad zur Spurenanalytik lassen sich Forschungs- und Entwicklungsprojekte der angewandten, prozessbeurteilenden Aromaanalytik in Kombination mit einer sensorischen Evaluation durchführen. Daneben steht ein Technikum, unter anderem mit Möglichkeiten zur Feinstvermahlung und Phasentrennung durch zentrifugale Trenntechnik, zur Verfügung.

Inhaltsstoffe erhalten.

Rohstoff, Prozess und Zeit führen unter Einfluss von Biotransformationsprozessen und chemischen Reaktionen zu einer Komposition wertgebender Inhaltsstoffe im Endprodukt. Die zu untersuchenden Zusammenhänge sind dynamisch und laufen rohstoffbedingt vor dem Hintergrund natürlich vorhandener Biodiversität multikausal ab. Dementsprechend versucht die Expertengruppe die Prozesse zur Herstellung von beispielsweise Apfel-, Trauben-, Citrus-, Tomaten-, Karotten-, Granatapfelsäften, Olivenöl, Wein, Kaffee und Schokolade vom Pflanzenbau und der natürlichen Komposition der Frucht in Abhängigkeit der Sorte, der Kulturmassnahmen, des Klimas, der Erntebedingungen und der Reife zu berücksichtigen. Dabei spielt von Anfang an die Komposition und Wirkung der Inhaltsstoffe auf die Konsumentinnen und Konsumenten eine zentrale Rolle.

Um dies zu erreichen, stellt das Wädenswiler Expertenteam von unterschiedlichen Früchten der bearbeiteten Produktgruppen Endprodukte her und untersucht die Auswirkungen getroffener technologischer Entscheidungen auf die sensorische Wirkung bis zu einer Lagerung über die reguläre Regallebensdauer hinaus. Die hieraus gewonnenen Erfahrungen tragen über Kategoriegrenzen hinaus zur weiteren Entwicklung von Verarbeitungsstrategien bei.

Einsatzgebiete.

Eine typische Anwendung finden die Kompetenzen und Infrastrukturen der Fachstellen in der Produktentwicklung und im Monitoring bestehender und neuer Prozesse. Stationen des system- und ergebnisorientierten Vorgehens, in enger Absprache mit den Auftraggebern, sind Bedarfsanalyse, Analyse des Rohproduktes, Evaluation bestehender Lösungen, Synthese in Form eines neuen/veränderten Prozesses und Akzeptanztest.

Nach der Analyse der inhaltsstofflichen Wirkung auf Konsumenten insbesondere der sensorischen Erwartungen – denn Lebensmittel sollen nicht nur nutritiv und sicher sein, sondern vor allem genussvoll – versuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, den Prozess zur Herstellung von Beginn an zu durchdenken. Dem Neuen steht oft das Bestehende in Geisteshaltung und Technologie entgegen.

Um dieser Befangenheit zu entfliehen, bemühen sich die Forschungsgruppen das Nichtwissen zu kultivieren und in interdisziplinären Teams Grenzen und Haltungen zu überwinden. Dafür ist es nötig, bedeutende Zusammenhänge zu entdecken und vielleicht Neues zu erkennen. Nachdem die wertbestimmenden Inhaltsstoffe identifiziert, lokalisiert beziehungsweise Vorstufen sowie Genese geklärt sind und ein entsprechendes analytisches Monitoringsystem etabliert ist, beginnt die Suche nach der optimalen Verfahrenskombination zur Extraktion und Haltbarmachung der Substanzen. Bei der Bewertung der Verfahrensgrössen stellen neben Rohwareneinsatz-/Ausbeuterelationen weitere ökonomische wie ökologische Grössen wesentliche Entscheidungskriterien dar. Oft führen gezielte Mazerationsmassnahmen, unter Nutzung respektive Inaktivierung fruchteigener Enzyme mit einer Feinstvermahlung und/oder pH-Wert-Modulation, bei angepassten Temperatur und Aktivitätszeitbedingungen, unter Einsatz zentrifugaler Trenntechnik, zu nachhaltigen Ergebnissen. Der Zusatz von Antioxidantien kann durch Kombination verschiedener Früchte und Gemüse erfolgen, um wertvolle Inhaltsstoffe während der Verarbeitung und Haltbarmachung zu schützen und Fehlentwicklungen zu vermeiden. Gleichzeitig ist es dadurch möglich, die Erwartungen der Verbraucher betreffend «Clean Label» zu erfüllen. Die Fachstellen forschen nicht am Ersatz von Produkten für natürliche Inhaltsstoffe, sondern an der Bewahrung ihrer natürlichen Komposition und Funktionalität. Vor dem Hintergrund der Erfahrungen setzt eine Innovationsentwicklung eine entsprechende Organisationsentwicklung voraus, denn die Implementation eines neuen Prozesses am Markt führt oft zu einem veränderten Geschäftsmodell. Folglich stellt die Integration der Führungsebene von Wirtschaftspartnern und die Zusammenarbeit unter den Beteiligten den entscheidenden Erfolgsfaktor bei Innovationsprojekten dar.

Die Entwicklung wertgesteigerter und marktgerechter Lebensmittel sowie deren Herstellungsprozesse zur Sicherstellung – dass die Konsumenten zur rechten Zeit am gewünschten Ort mit bedarfsgerechten Lebensmitteln zum angemessenen Preis versorgt werden – ist eine Herausforderung, zu deren Lösung das Forscherteam mit seinen Wirtschafts- und Forschungspartnern weiterhin einen Beitrag leisten möchte.


Weitere Informationen:
https://www.zhaw.ch/de/lsfm
Dieser Artikel ist der zehnte von zehn Beiträgen, der die Fachstellen am Institut für Lebensmittel- und Getränkeinnovation, ILGI, der ZHAW vorstellt.




Beim Weinpraktikum können die Studierenden das Gelernte in der Praxis anwenden