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Wissenschaft und Forschung: Ausgabe 05/2016, 09.05.2016

Bioaktivstoffe im Fokus

Die HES-SO Valais-Wallis arbeitet seit Jahren intensiv an der Erforschung von Bioaktivstoffen und der Valorisierung von Nebenprodukten der Lebensmittelverarbeitung. Die disziplinübergreifenden Forschungsprojekte beziehen auch andere Hochschulen als Partner mit ein.

Autor: Wilfried Andlauer Professor für Lebensmittelchemie, Hochschule für Ingenieurswissenschaften Valais-Wallis (HES-SO Valais-Wallis), Institut «Life Technologies» wilfried.andlauer@hevs.ch

Bilder: Zur Verfügung gestellt von HES-SO

Hochschulen haben neben einem Lehrauftrag auch die angenehme Verpflichtung, zu forschen. Die Forschungsgruppe Food and Natural Products der Fachhochschule Westschweiz ist unter anderem auf dem Gebiet der Bioktivstoffe tätig. Die Aktivitäten für diesen Forschungsschwerpunkt lagen in den letzten fünf Jahren bei Projekten, die Bachelor-, Master- und Diplomstudenten sowie Postdoktoranden der HES-SO Valais-Wallis, der EPFL, der Universität Stuttgart-Hohenheim, der Universität Bonn und der Zhejiang University, Hangzhou, China durchgeführt haben. Die Forschungsprojekte haben EU, KTI, HES-SO (Programme thématique HealthFood), Swiss Food Research oder die Industrie direkt gefördert.

Analytik der Bioaktivstoffe zur Auswahl vielversprechender Pflanzenvarietäten.

Seit Jahren arbeiten wir in engem Kontakt mit Agroscope ACW in Conthey. Gemeinsam haben wir verschiedene Varietäten von Erdbeeren, Himbeeren und ganz aktuell auch Gojibeeren untersucht, um deren gesundheitliches Potential abzuschätzen. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf den Polyphenolen und der antioxidativen Wirkung der Beeren. Im Falle der Gojibeeren wurden auch die Carotinoide (Abbildung 1) und ein Vitamin-C-Derivat untersucht.

Regelmässig hatten wir Masterstudenten aus dem Institute of Tea Science der Zhejiang University in Hangzhou als Gaststudenten in unserer Forschungsgruppe. Diese arbeiteten ausschliesslich mit Tee. Sie untersuchten Tee unterschiedlicher Provenienz und technologischer Verarbeitung auf Gehalt und Art seiner phenolischen Verbindungen und auf seine antioxidativen Eigenschaften. Die Ergebnisse dieser Arbeiten hat das Institute of Tea Science für weiterführende Studien verwendet und in englisch- und chinesischsprachigen Zeitschriften veröffentlicht.

Für Stoffgruppen ohne geeignete Analysenverfahren entwickeln und validieren wir analytische Methoden. Ellagsäurederivate werden zur Analytik bisher zeitaufwendig mit starken Säuren in Ellagsäure überführt. Wir haben eine schnellere und besser geeignete Methode mittels Mikrowellenaufschluss entwickelt, die zudem ein vollständigeres Erfassen der Ellagsäurederivate garantiert. Die Methode haben wir erfolgreich zum Screening dieser vielversprechenden Stoffgruppe aus Erd- und Himbeeren verwendet.

Prozessoptimierung mit Hilfe der Lebensmittelanalytik: Track and Trace.

Die Lebensmittelanalytik ist ein leistungsstarkes Werkzeug, um Verarbeitungsprozesse zu verfolgen und zu optimieren. Wir identifizieren bioaktive Markerverbindungen im Ausgangsmaterial und verfolgen diese Substanzen während aller Prozessschritte bis zum Endprodukt. In unseren Forschungsprojekten verfolgen wir die Markerverbindungen durch Offlineanalytik. Im industriellen Herstellungsprozess ist eine kontinuierliche Analytik (inline) denkbar, die ein schnelles Reagieren auf Änderungen der Produktqualität möglich macht. Die Prozessparameter lassen sich anpassen, um erwünschte Stoffe zu erhalten und um die Bildung unerwünschter Stoffe zu vermeiden. In mehreren Studien wurden unterschiedliche Methoden zum Trocknen von Pflanzenextrakten und Säften miteinander verglichen, um den Erhalt der antioxidativen Kapazität, des Vitamin C und ausgewählter Polyphenole zu gewährleisten. Gelegentlich wurden zunächst selektiv die Zucker chromatografisch oder biologisch entfernt, um die Bioaktivstoffe noch weiter zu konzentrieren. In einem aktuellen Projekt extrudieren wir Gojibeeren zur Herstellung fettarmer Crispies gemeinsam mit Reismehl und weiteren Getreidemehlen. Die Extrusionsbedingungen sind so gewählt, dass die empfindlichen Carotinoide weitgehend erhalten bleiben. Die Akzeptanz der erhaltenen Extrudate prüfen wir in Konsumententest.

Valorisierung von Nebenprodukten der Lebensmittelverarbeitung.

Die bei der Lebensmittelverarbeitung anfallenden Nebenprodukte werden bisher noch unzureichend valorisiert. In Zeiten zunehmender Ressourcenknappheit wird intensiv nach Möglichkeiten gesucht, Wertstoffe aus den Nebenprodukten im Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmabereich weiterzuverwenden. Eines unserer Anliegen in diesem Zusammenhang ist die Valorisierung der Bioaktivstoffe von entkoffeiniertem Teestaub. Die Bioaktivstoffe wurden bisher in einer phenol- und einer theaninreichen Fraktionen angereichert. Beide Fraktion lassen sich zur Brotherstellung einsetzen. Die Stabilität der Phenole und des Theanins sowie deren Einfluss auf die Bildung der typischen Maillard-Verbindungen verfolgten die Forscher während des Backprozesses analytisch. Die theanin- und phenolreichen Brote haben Konsumenten in Tests als sehr gut beurteilt.

Aufnahme von Bioaktivstoffen.

Für Studien zur Bioverfügbarkeit von Inhaltsstoffen aus Lebensmitteln stehen unserer Forschungsgruppe Verdaumodelle, kombiniert mit einem Zellkulturmodell (CaCo-2) zur Verfügung. Damit lässt sich die Verdauung im Magen und Darm, sowie die Absorption im Dünndarm simulieren. Auch der Einfluss der Prozessbedingungen auf die Bioverfügbarkeit ist mit diesen Modellen darstellbar. Wir haben Studien zur Aufnahme von Teephenolen mit und ohne Milch durchgeführt. Die Aufnahme oligomerer Kakaophenole konnten wir genauso bestätigen wie die Bioverfügbarkeit ausgewählter Bioaktivstoffe aus der Erdbeere.

Lehre.

Die Lebensmittelchemie wird im Bachelorstudiengang Lebensmitteltechnologie im Modul Charakterisierung der Lebensmittel in einer Vorlesung und einem umfangreichen Praktikum vermittelt. Die Vorlesung behandelt die Zusammensetzung der Lebensmittel, die Eigenschaften der Lebensmittelkomponenten und deren Interaktionen während der Lebensmittelverarbeitung. Im Praktikum werden die theoretischen Kenntnisse aus der Vorlesung umgesetzt und durch eine intensive Betreuung vertieft. Der Schwerpunkt des Praktikums liegt auf der Analyse der Makronährstoffe sowie ausgewählter Spurenbestandteile. Die Studenten wenden im Praktikum weitgehend selbständig traditionelle und moderne Analysenmethoden an. Die Ausbildung im Fach Lebensmitteltechnologie und insbesondere in der Lebensmittelchemie gibt den Studenten eine optimale Grundlage, um nach dem berufsbefähigenden Bachelorstudium ein konsekutives Masterstudium in der Vertiefung Food, Nutrition & Health anzuschliessen. Diese neue Vertiefungsrichtung hat die HES-SO im Jahr 2015 gemeinsam mit der Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften in Zollikofen und der Berner Fachhochschule, Departement Wirtschaft, Gesundheit und Soziale Arbeit aufgebaut. Nach einem guten Start in 2015 ist das Interesse auch in 2016 für diese Mastervertiefung unverändert hoch. Alle Dozenten der Orientierung Lebensmitteltechnologie der HES-SO Valais-Wallis sind in den Vertiefungsmodulen dieses Masters aktiv.



Weitere Informationen:
Die zugrundeliegenden Forschungsartikel können Interessierte beim Autor anfragen. Eine Literaturübersicht ist auch auf der Homepage des Autors vorhanden (http://tinyurl.com/jnwmnt9).
Die Forschungsschwerpunkte Safety of Total Food Chain und Consumer Sciences sind jeweils Gegenstand der kommenden Beiträge, die die Forschungsgruppe «Food and Natural Products» in einer Abfolge von insgesamt vier Beiträgen vorstellt.