Inhaltsstoffe für Lebensmittel, Futtermittel und Kosmetika

Neue Extraktions- und Fermentationsverfahren bieten Zugang zu einer Vielzahl von Produkten für die Lebensmittel- und Futtermittelindustrie aus bisher ungenügend erschlossenen Ressourcen. Hierzu zählen beispielsweise alternative Proteine aus Pflanzen, Insekten oder Mikroalgen, aber auch (modifizierte) Kohlenhydrate. Ebenso können funktionelle Inhaltsstoffe aus Mikroorganismen, Mikroalgen oder über neue Aufarbeitungstechnologien aus (Koppel-)Produkten der Agrar- und Lebensmittelproduktion gewonnen werden. Aufgrund ihrer antioxidativen, immunstimulierenden oder antimikrobiellen Eigenschaften eignen sie sich für den Einsatz in Futtermitteln oder als Nahrungsergänzungsmittel. Hierzu entwickeln wir Kultivierungsverfahren sowie produktschonende Trennverfahren, beispielsweise zur Extraktion und Aufreinigung.

Extraktions- und Fermentationsverfahren

Wertstoffgewinnung: Zurückbleibende Algenbiomasse nach Extraktion unter Druck und In-Situ-Filtration im 40-Liter-Reaktor.
© Fraunhofer CBP
Wertstoffgewinnung: Zurückbleibende Algenbiomasse nach Extraktion unter Druck und In-situ-Filtration im 40-Liter-Reaktor.

Produktschonende Verfahren zur Extraktion und Fraktionierung

Für die effiziente Gewinnung funktioneller Inhaltsstoffe aus biogenen Roh- oder Reststoffen sowie Zwischenprodukten der Agrar- und Lebensmittelproduktion entwickeln wir am IGB produktschonende und robuste Verfahren zur Extraktion.

Für den Zellaufschluss und damit die Freisetzung intrazellulärer Inhaltsstoffe aus Mikroalgen setzen wir beispielsweise Hochdrucktechnik in der Kombination mit der Druckwechseltechnik (pressure change technology, PCT) ein.

Für die anschließende Fraktionierung und Aufreinigung der Inhaltsstoffe kommen verschiedene Trennverfahren zur Anwendung.

The new fermentation plant of the Fraunhofer CBP
© Fraunhofer

Fermentationsverfahren

Die Arbeitsgruppe Industrielle Biotechnologie am IGB entwickelt und optimiert Verfahren zur biotechnologischen Produktion bespielsweise von organischen Säuren oder Alkoholen, von Proteinen und Lebensmittelersatzstoffen, weiteren Inhaltsstoffen für Lebensmittel, Nahrungsergänzungsmitteln und Tierfutter.

Mit der Gruppe Bioprozess-Skalierung am Fraunhofer CBP in Leuna können wir vor allem Start-ups sowie kleine und mittelständische Unternehmen aus Deutschland, Europa und dem außereuropäischen Ausland unterstützen – durch die Bereitstellung von Equipment und Know-how zur Skalierung und Optimierung von Fermentationsprozessen und den dazugehörigen Downstream-Prozessen.

Inhalts- und Wirkstoffe

Funktionelle Inhaltsstoffe aus Algen

© Fraunhofer IGB

Mikroalgen bilden eine Vielzahl von Stoffen mit antioxidativen oder entzündungshemmenden Eigenschaften. Für die Produktion von Wertstoffen aus Mikroalgen – beispielsweise Omega-3-Fettsäuren (EPA) und die Carotinoide Fucoxanthin, Lutein oder Astaxanthin – entwickeln wir effiziente Extraktionsverfahren mit überkritischen Fluiden und Hochdruckflüssigextraktion (PLE). Ziel ist es, die technofunktionellen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften der Produkte für Anwendungen in Lebensmittel- und Kosmetikindustrie zu erhalten.

Organische Säuren, Biotenside und Enzyme

Organische Säuren wirken konservierend, Biotenside lassen sich als Emulgatoren einsetzen und Enzyme sind in der Lebensmittelindustrie zu wichtigen Helfern geworden, wenn es etwa um die Verzuckerung von Stärke oder die beschleunigte Reifung von Fleisch geht. Das Fraunhofer IGB etabliert und optimiert biotechnische Prozesse zur Konversion biogener Roh- und Reststoffe bis in den Technikumsmaßstab.   

Proteine

Rapskernkonzentrat
© Fraunhofer CBP
Rapskernkonzentrat

Bedarf an »alternativen« Proteinen

Proteine sind essenziell für die Ernährung von Mensch und Tier. Klimawandel und Umweltbelastungen stellen die Proteinproduktion vor neue Herausforderungen. Proteinquellen aus Pflanzen, Algen, Insekten und Pilzen bieten eine Alternative zu tierischen Nahrungsmitteln. Fraunhofer verfolgt im Leitprojekt FutureProteins daher das Ziel, zukunftsweisende Technologien für die Agrarwirtschaft und die Lebensmittelindustrie zu entwickeln.

Fermentative Herstellung von Proteinen

Proteine nicht-tierischen Ursprungs werden wegen steigender Nachfrage seitens der Verbraucher nach veganen Lebensmitteln immer wichtiger. Milchproteine und andere für die Ernährung hochwertigen Proteine lassen sich beispielsweise auch fermentativ herstellen. Kommen Sie bei Interesse auf uns zu!

Hochwertige Rapsproteine für die Ernährung

Durch die milden Prozessbedingungen des EthaNa-Verfahrens, für das am Fraunhofer CBP eine Pilotanlage (siehe unten: Ölsaaten-Bioraffinerie) gebaut wurde, entsteht bei der Extraktion von Rapssaat ein Rapskernkonzentrat, das reich an hochwertigen, nicht-denaturierten Proteinen ist.

Das EthaNa-Rapskernkonzentrat ist frei von Schalen und sekundären Pflanzenstoffen und enthält nur äußerst geringe Mengen unerwünschter Gerb- und Bitterstoffe. Der hohe Proteingehalt von derzeit 42−43 Prozent entspricht in etwa dem kaltgepresster, teilgeschälter Rapskernkuchen dezentraler Ölmühlen. Die nicht-denaturierten Proteine sind gut wasserlöslich, können somit extrahiert und beispielsweise als alternative pflanzliche Proteinquelle in Fleischersatz-Produkten eingesetzt werden. Wie das Rapskernkonzentrat als Proteinquelle zur Herstellung von Nahrungsmitteln nutzbar gemacht werden kann, wird im EU-Projekt Like-a-Pro erforscht.

Ebenso kommt das Rapskernkonzentrat als hochwertiges Futtermittel in Frage: Es ist arm an Glucosinolaten und enthält einen nur geringen Faseranteil.

Ölsaaten-Bioraffinerie am Fraunhofer CBP

Hier kommt das milde EthaNa-Verfahren zur Aufarbeitung von Ölsaaten zum Einsatz, das bei Umgebungsdruck und maximal 70 °C gefahren wird, um eine Denaturierung der Proteine und andere qualitätsmindernde Reaktionen zu vermeiden. Es ermöglicht eine ganzheitliche Verwertung der Rohstoffe – auch der Proteine – und im Vergleich zur konventionellen Aufarbeitung von Ölsaaten höherwertige Produktfraktionen. 

© Fraunhofer IGB
Rapssaaten zur Gewinnung von Wertstoffen und neuen Produkten.

Verfahren zur Haltbarmachung: Trocknung und Entkeimung

© Fraunhofer IGB
In Trocknungsanlage mit überhitztem Dampf bei Atmosphärendruck getrocknete Lebensmittel.

Längere Haltbarkeit bei gleicher Qualität der Produkte – Lebensmittel, Kosmetika und Wirkstoffe müssen stabilisiert oder konserviert werden, ohne dass dabei der Geschmack beeinträchtigt oder funktionelle Inhaltsstoffe geschädigt werden.

Mit unserem Verfahren der Heißdampftrocknung (Trocknung mit überhitztem Dampf) können wir Lebens- und Futtermittel auf energieeffiziente Weise trocknen und damit dauerhaft haltbar machen. 

Durch die UV-Bestrahlung mit neu entwickelten Excimer-Lampen können wir bakterielle Kontaminationen auf Oberflächen, beispielsweise Eierschalen, inaktivieren.  

Verpackung – Funktionelle Oberflächen für Haltbarkeit und Sicherheit

Verpackungsfolie über Schale mit Tomaten und Gurken
© Shutterstock
Barriereschichten sind beispielsweise bei der Verpackung von Lebensmitteln gefragt, um oxidative Schädigungen zu verhindern.

Barriereschichten, z. B. gegen Wasserdampf oder Sauerstoff, spielen vor allem in der Lebensmittelindustrie eine immer größere Rolle, da sie das Produkt gegen unerwünschte Oxidation oder Austrocknung schützen.

Ebenso entwickeln wir Oberflächen, von denen flüssige/viskose Füllgüter besser ablaufen.

Eine weitere Anwendung der am IGB etablierten Plasmatechnik sind Sicherheitsetiketten, die die Originalität der Verpackung gewährleisten und so vor Produktpiraterie schützen.

Analyse, Testung, Bewertung

Das Fraunhofer IGB entwickelt dreidimensionale In-vitro-Modelle auf der Basis humaner Zellen und Gewebe, zellbasierte Assays sowie Schnelltests, mit denen sich Inhalts- und Wirkstoffe auf verschiedene Parameter untersuchen lassen.

Zum Nachweis pyrogener Stoffe (Überresten von Bakterien, Pilzen oder Viren) nutzen wir in unserem zellbasierten Testsystem die Rezeptoren des angeborenen Immunsystems. Ein neuer Schnelltest-Stick kann für den Nachweis von Allergenen in Lebensmitteln weiterentwickelt werden.

Nutzung von Reststoffen und Rückgewinnung von Wertstoffen

Bioenergie.

Für die Etablierung nachhaltiger Wertschöpfungskreisläufe ebenso wie für möglichst wirtschaftliche Produktionsprozesse entwickeln wir zudem Verfahren, um werthaltige Nebenprodukte oder Reststoffe aus der Lebensmittelproduktion für eine Weiterverwendung funktioneller Inhaltsstoffe (Pigmente, Antioxidantien, Proteine und Peptide) abzutrennen oder, z. B. mit katalytischen oder biotechnologischen Verfahren, in Wertstoffe umzuwandeln.

Auch für die Rückgewinnung von Nährstoffen (Phosphor, Stickstoff, Kalium) aus Abwasser oder Abfallfraktionen haben wir bereits verschiedene Verfahren etabliert.

Organische Fracht lässt sich schließlich wertschöpfend zu Biogas vergären.

Wir beraten Sie gerne, welche Verfahren für Ihre Produktionsprozesse in Frage kommen!

Unser Netzwerk

EIT Food

Das Europäische Innovations- und Technologieinstitut (EIT) ist integraler Bestandteil des EU-Programms Horizon 2020. EIT Food verbindet Unterehmen, Forschungszentren, Universitäten und Verbraucher.

 

 

Fraunhofer Food

Das IGB ist Partner in der Fraunhofer-Allianz Ernährungswirtschaft und engagiert im Fraunhofer Leitmarkt Ernährungswirtschaft.