Funktionelle Additive aus Reststoffen der Lebensmittelverarbeitung

1. Funktionelle Additive aus Reststoffen der Lebensmittelverarbeitung Institut für Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaften Prof. Dr.-Ing. habil Benno Kunz Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

2. Reststoffe der Lebensmittelindustrie Lebensmittelindustrie hat in allen entwickelten Volkswirtschaften eine führende wirtschaftliche Position. Problem: Große Mengen an Reststoffen, die aus Produktion, Verarbeitung und Konsum von Lebensmitteln resultieren. → z.B.: ≈ 30 mio. t / Jahr aus Obst- und Gemüseverarbeitung (in EUR) ► zwingende Aufgabe: Reststoffnutzung Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

3. EU-Projekt: Grub‘s Up • Project acronym “Recycling and upgrading wastes from food production for use within the food chain” • Part of the 6th FP of the European Commission • March 2005 – March 2008 • 21 partners from Europe Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

4. Project partners Universities ESB, Portugal; University of Bonn, Germany Institutes / organisations AINIA, Spain; INETI, Portugal; TTZ, Germany; INKA, Greece; A&F, The Netherlands; CSIC, Spain; Horticultural Research International, United Kingdom; Organic Resource Agency, United Kingdom; PPO, The Netherlands Companies Biozoon, Germany; Technology Codes, Ireland; Cockburn Smithes, Portugal; D&F, United Kingdom; DeCeuster Meststoffen, Belgium; SC Fructex, Romania; SC Pro-planta, Romania; Profikomp, Hungary; Campden & Chorleywood Food Research, United Kingdom; (Archaezyme, Israel) Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

5. Schonendere Verarbeitung und weitgehender Erhalt der wertgebenden Eigenschaften (Vitamine, Farbe, Geschmack,..) Anpassung an ernährungsphysiologische Notwendigkeiten (Diät-, Altersernährung, …) Umweltverträgliche Produktion unter Vermeidung von Emissionen und Abfall (upgrading von Reststoffen) Neue Produkte (functional food, ..) Neue Techniken zur optimalen Erreichung der technologischen Zielstellung (Membrantrenntechnik, Vakuum-Mikrowellentrocknung,…) Allgemeine Trends in der Lebensmitteltechnologie (1) Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

6. Allgemeine Trends in der Lebensmitteltechnologie (2) • Optimierung technologischer Systeme (upgrading Konzept) • Optimierung der Verpackungssysteme (dynamic packaging systemes, intelligente Verpackung,…) • Ausweiterung der zubereitungsfertigen Lebensmittel (Fresh cut, Frischfleisch,…) Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

7. Ernährungsphysiologische Verbesserung konventioneller und neuer Lebensmittel - Nutzung funktioneller Additive (Polyphenole,...) -Eliminierung definierter (unerwünschter) Substanzen - Substitution von Lebensmittelkomponenten - Lebensmittel nach „Maß“ - Produkte mit veränderten funktionellen Eigenschaften - Entwicklung von Ersatzstoffen (z.B. Kochsalzersatzstoffe) - Substitution von Zusatzstoffen (Akzeptanzproblem) - ........ Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

8. Reststoffmengen (Mio. t/a , weltweit) Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie *in 1 million tons

9. ReststoffnutzungUp-grading Konzept Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

10. Pre Pre - - processing processing Inter Inter - - Product Raw Raw mediate mediate + material material product product Waste Residual Residual matter matter Food Food Prime Prime Adaptation Adaptation Product stream processing processing + processing processing Raw material stream Ingredient Ingredient Upgrading – technologischer Ansatz der Integration in Verarbeitungsprozess Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

11. Functional Food functional food additives biotic substances abiotic substances e.g. - SPS - prebiotics - dietary fibre e.g. probiotics supplementation – Particular or in combination Functional Food Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

12. Technofuntionalität technologische Eigenschaften texturbeeinflussende Funktion färbende Funktion (Carotinoide, Anthocyane,..) ......... Biofunktionalität ernährungsphysiologische Funktion präventive Funktion (Schutz vor Herz-Kreislauferkrankungen,....) protektive Funktion (Ballaststoffe,...) natürliche Antioxidanzien) ....... Einordnung der Funktionalität von Lebensmittelinhaltsstoffen Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

13. Gesundheitsfördernde Inhaltsstoffe (Gewinnung unter Nutzung von Reststoffen)______________________________________________________________ • Ballaststoffe • Oligosaccharide • Aminosäuren, Peptide, Proteine • Glykoside • Isoprenoide und Vitamine • Choline • Milchsäurebakterien • Mineralien • Mehrfach ungesättigte Fettsäuren • Sonstige (z.B. Phytochemikalien, Antioxidantien) • ……. Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

14. Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

15. Reststoff - Additiv - Funktionalität Apfeltrester Schwangere/ Stillende Phytosterine Sojaschrot Polyphenole Senioren ß-Carotin Oliventrester Vitamin D Weintrester Thiamin Arteriosklerose (Herzinfarkt, Schlaganfall, KHK, etc.) Pyridoxin Ölpresskuchen Folsäure Krebs Karottentrester Calcium Eisen Erhöhte Blutfettwerte Rote Beete Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

16. Supplementierung (Gezielte Bedarfsdeckung) Nahrungsergänzungsmittel können adäquate Nährstoffversorgung von Risikogruppen unterstützen _________________________________________ Risikogruppen, z.B. Schwangere/ Senioren Säuglinge Stillende _--------------------------------------------------------------- Kritischer Flourid Fe Ca ZnVit.K Vit.D Thiamin Folsäure Nährstoff Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

17. Supplementierung (Prävention) _______________________________________________________ Nahrungsergänzungsmittel können ernährungsbedingten Krankheiten vorbeugen Krankheit, z.B. Arteriosklerose Krebs Erhöhte Blutfette (Herzinfarkt, Schlag- anfall, KHK, etc.) Präventive Phytosterine Polyphenole ß-Carotin Pyridoxin Cobalamin Folsäure Substanz____________ ________ __________ Sekundäre Pflanzenstoffe Antioxidantien Vitamine =================== =========== ======== Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

18. Stabilisierungfunktioneller Lebensmittelkomponenten_________________________________________________________________________________________________________________ Stabilisierungsverfahren sind darauf gerichtet, unerwünschte Wechselwirkungen zwischen Inhaltsstoffen und Stoffsystem bzw. Umgebungsbedingungen weitgehend auszuschalten. Dazu lassen sich vor allem Nutzen: • Mikroverkapselung • Emulsionen / Mikroemulsionen Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

19. Emulsionen Multiple Emulsionen Mikroemulsionen Nanoemulsionen Mikroverkapselung → Supplimentierung Probiotische Mikroorganismen Enzyme Biologische Farbstoffe Aromakomponenten Fischöle Vitamin B (Komplex) Polyphenole …. Stabilisierung biotischer und abiotischer Substanzen_______________________________________ Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

20. Ziele der Mikroverkapselung____________________________ • Verlängerung der Haltbarkeit, Erhöhung der Stabilität (Feuchtigkeit, UV-Schutz,…) • Verringerung der Evaporation des verkapselten Materials in die Umgebung (Ethanol,…) • Maskierung unerwünschter Eigenschaften (Geruch, Geschmack, Farbeffekte,..) • Kontrollierte Freisetzung unter definierten Bedingungen (Probiotische Mikroorganismen) • Anreicherung von Lebensmitteln, verbunden mit sensorischer Aufwertung Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

21. Klassifizierung der Verfahren zur Mikroverkapselung___________________________________ • Physikalische oder mechanische Verfahren  spray-drying, -chilling, -cooling, air suspension coating (=fluidized bed coating), extrusion, cocrystallisation • chemische Verfahren  interfacial polymerisation, complex coacervation, molecular inclusion • physikochemische Verfahren  liposome entrappment, meltable dispersion in liquid vehicle Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

22. Kapselmaterialien Lipide - Wachse - Paraffin - Fette - Öle Celluloseester und-ether - Carboxymethylcellulose (CMC) - Methylcellulose - Ethylcellulose Kohlenhydrate - Stärken - Maltodextrin - Cyclodextrine Proteine - Milchproteine - Gelatine - Sojaproteine Emulgatoren - Lecithin - Tween - Span Pflanzengummis - Gum Acacia - Agar Agar - Alginate Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

23. Mikroverkapselung von ProbioticsNeue Generation v. Kulturenpräparaten • Mikroverkapselte • Probiotics: • Rein physiologische Funktion: Additive • Sensorisch neutral • Definierte Anreicherung • Hohe Stabilität Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

24. Phasen der Bewertung___________________________________________________ • Stabilität in der Herstellung • Stabilität in der Lagerung • Stabilität im Lebensmittel • Aktiv im Organismus Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

25. Limitierung der physiologischen Funktionalität Hürdenkonzept - Hürden sind Stufen, in denen Probiotics geschädigt werden  durch Kumulation von Stressfaktoren starke Verluste in jeder Stufe  hohe Überlebensquoten mit wirksamen Aktivitäten nur durch Stabilisierung erreichbar Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

26. Stufe 1: Stabilität im Lebensmittel Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

27. Physiologischer Bewertung funktioneller Lebensmittel • Ermittlung der Additivmenge für Ziellebensmittel • Bewertung der Verfügbarkeit aus der Kapsel • Modelluntersuchungen zur Bioverfügbarkeit der Additive im Organismus - Verdauungsmodell (HCl, Enzyme; ....) - physiologische Modelle (Rattendarm,...) Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

28. Physiologische Bewertung der Lebensmitteladditive Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

29. Stufe 2: Beispiel :Stabilität im Magensaft (HCl pH 2) Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

30. Stufe 3: Beispiel: Stabilität im oberen Darmabschnitt Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

31. Rolle der funktionelle Lebensmitteladditive in der Ernährungsindustrie (I) Ausgangssituation: • Gesättigter Lebensmittelmarkt - wachsender Wettbewerbsdruck => neue Produkte • Wachsende Einsicht in: Zusammenhang zwischen Gesundheit - Ernährung • => wachsende Bedeutung funktioneller Lebensmittel => zwingende Notwendigkeit der Entwicklung funktioneller Additive Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

32. Rolle der funktionellen Lebensmitteladditve in der Ernährungsindutrie (2) Aufgaben: • Zwingende Notwendigkeit der Entwicklung funktioneller Additive • Untersuchungen über deren Stabilität vom Herstellungsprozess über Lagerung bis in Organismus • Verifizierbare Aussagen über ernährungsphysiologische Wirkung (health claims) => Interdisziplinäre Aufgabe: Lebensmitteltechnologie - Lebensmittelchemie - Ernährungsphysiologie Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

33. Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

34. Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie