Forschung
Hier finden Sie Informationen über die Forschungsschwerpunkte und aktuelle Forschungsthemen der Abteilung Molekulare Lebensmitteltechnologie.
Forschungungsschwerpunkte
An der Professur für Molekulare Lebensmitteltechnologie stellen sekundäre Pflanzenstoffe das zentrale Forschungsgebiet dar. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt dabei auf phenolischen Verbindungen und Carotinoiden und ihrer Rolle in Lebensmitteln. Die interdisziplinäre, stark naturwissenschaftlich ausgerichtete Forschung beinhaltet Elemente von Lebensmittelchemie, Lebensmitteltechnologie und Mikrobiologie.
Verwertung von Nebenströmen der Lebensmittelherstellung
Nachhaltigkeit in der Lebensmittelproduktion wird häufig mit der Vermeidung von Abfall bzw. der Verwertung von Nebenströmen in Verbindung gebracht. Daher kommt an der Professur für Molekulare Lebensmitteltechnologie der Entwicklung geeigneter Verfahren zur Nutzung des Potentials von Reststoffen pflanzlicher Herkunft und der analytischen Charakterisierung dieser Wertstoffe eine hohe Bedeutung zu. Umfangreiche einschlägige Arbeiten in den vergangenen 20 Jahren (siehe Publikationen) haben belegt, dass Nebenprodukte der Obst- und Gemüseverarbeitung eine reiche Quelle bioaktiver Verbindungen, vor allem sekundärer Pflanzenstoffe und hochmolekularer Bestandteile der pflanzlichen Zellwand, darstellen.
Für die aus Reststoffen der Lebensmittelherstellung gewonnenen Wertstoffe bieten sich zahlreiche potentielle Einsatzmöglichkeiten. Sie können beispielsweise als Zutaten in funktionellen Lebensmitteln dienen, um hierdurch über den reinen Nährwert hinaus einen gesundheitlichen Zusatznutzen zu erzielen. Ferner können sie als natürliche Lebensmittelzusatzstoffe (Antioxidantien, Farbstoffe, Konservierungsstoffe) eingesetzt werden, um damit der zunehmend kritischen Haltung der Verbraucherschaft gegenüber künstlichen Additiven Rechnung zu tragen. Da Naturstoffe in vielen Fällen jedoch eine geringere Stabilität im Vergleich zu synthetischen Verbindungen aufweisen, müssen geeignete Maßnahmen zum Erhalt der Zutaten getroffen sowie deren Reaktionen und Interaktionen mit anderen Bestandteilen der Lebensmittelmatrix charakterisiert werden.
Reaktionen phenolischer Verbindungen
Phenolische Verbindungen, insbesondere solche mit o-Dihydroxystruktur, können entweder chemisch oder enzymatisch zu chinoiden Systemen oxidiert werden. Diese stellen Elektronenmangelverbindungen dar, die als Michael-Akzeptoren fungieren und Reaktionen mit Nucleophilen, wie z.B. Thiol- oder Aminogruppen, eingehen können. Mit NH2-Gruppen sind ferner auch die Bildung von Schiffschen Basen und Folgereaktionen möglich, u.a. eine Decarboxylierung analog zum Strecker-Abbau von Aminosäuren. Die Oxidation von Chlorogensäure in Gegenwart von Aminosäuren führt zur Bildung grüner Benzacridine, die Potential als Lebensmittelfarbstoffe besitzen. Eine Umsetzung mit Tryptophan ergibt rote Farbstoffe von komplexer Struktur.
Auch Mikroorganismen können phenolische Verbindungen in vielfältiger Weise konvertieren. Arbeiten mit Milchsäurebakterien zur antibakteriellen Aktivität von Pflanzenphenolen belegten etwa, dass Hydroxyzimtsäuren durch Decarboxylasen bzw. Reduktasen zu den entsprechenden Metaboliten umgesetzt werden können. Da diese Metaboliten eine geringere antibakterielle Aktivität aufweisen als die Hydroxyzimtsäuren, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um detoxifizierende Umwandlungen seitens der Milchsäurebakterien handelt. Solche Reaktionen sind auch in lebensmitteltechnologischer Sicht insofern von Interesse, als sie zur biotechnologischen Gewinnung phenolischer Metabolite genutzt werden können, die mit weiteren Verbindungen zu Synthese technofunktioneller oder biofunktioneller Lebensmittelzutaten genutzt werden können.
Einfluss technologischer Maßnahmen auf sekundäre Pflanzenstoffe
Im Zuge der Verarbeitung pflanzlicher Rohware können sekundäre Pflanzenstoffe umfangreichen Reaktionen unterliegen, die von den eingesetzten Verfahren, der Lebensmittelmatrix sowie äußeren Faktoren abhängig sind. Thermische Verfahren führen insbesondere bei Anwesenheit von Sauerstoff häufig zu einem Abbau, wobei die dabei entstehenden Verbindungen in vielen Fällen noch nicht hinreichend untersucht sind. Forschungsbedarf besteht auch noch hinsichtlich der Veränderungen auf molekularer Ebene bei der Anwendung nichtkonventioneller Verfahren zur Lebensmittelkonservierung, z.B. Ultraschall, kaltes Plasma und gepulster elektrischer Felder. Aktuelle Arbeiten beschäftigen sich daher mit systematischen Untersuchungen an ausgewählten Sekundärmetaboliten, um den Einfluss der Lebensmittelverarbeitung auf deren Stabilität zu beschreiben.
Sensorische Eigenschaften von Lebensmitteln und Lebensmittelinhaltsstoffen
In der Lebensmittelsensorik werden Produkteigenschaften durch die 5 Sinne, das Sehen, Hören, Tasten, Riechen und Schmecken wahrgenommen, beschrieben und bewertet. Dabei wird zwischen der hedonischen und analytischen Sensorik unterschieden. Bei hedonischen Prüfungen bewerten ungeschulte Konsumierende oder Verbrauchende die Produkte subjektiv und es wird häufig auf Akzeptanz oder Präferenz geprüft. Für die analytische Sensorik sind geschulte Prüfende notwendig, die in vorangegangenen Schulungsterminen ihre Sinne trainiert und sich intensiv mit dem zu untersuchenden Produkt auseinandergesetzt haben. Dadurch werden die Lebensmittel objektiv bewertet, sodass beispielsweise eine Profilierung oder eine Prüfung auf Unterschied durchgeführt werden kann.
Aktuelle Arbeiten der Professur Molekulare Lebensmitteltechnologie beschäftigen sich daher mit der hedonischen und analytischen sensorischen Analyse von zum Beispiel Aquafaba. Der Fokus dabei liegt auf der Beschreibung des Aromaprofils und dem Einsatz als Ei-Ersatz in verschiedenen Lebensmitteln. Auch Orangensaft und Wein sind Forschungsschwerpunkte und werden durch ein intensiv geschultes Panel sensorisch profiliert.
Qualitäts- und Authentizitätskontrolle von Lebensmitteln
Lebensmittelbetrug kann in vielfältiger Form auftreten und praktisch alle Warengruppen einschließlich funktioneller Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel betreffen. Der Nachweis betrügerischer Manipulationen an Lebensmitteln erfordert hinreichend spezifische analytische Methoden, zumal es sich meist um komplexe Inhaltsstoffprofile handelt. Ferner erleichtert die Verfügbarkeit von Referenzsubstanzen die Analytik immens und trägt dazu bei, die Qualität und Authentizität der Produkte zuverlässig prüfen zu können. Häufig sind allerdings gerade pflanzliche Sekundärmetaboliten nicht kommerziell als Standards erhältlich oder extrem teuer. An der Professur für Molekulare Lebensmitteltechnologie wird daher produktspezifisch an der Entwicklung geeigneter Methoden gearbeitet, wobei mit UPLC-DAD-MS/MS sowie UPLC-IMS-ToF-MS ein sensitives und spezifisches analytisches Instrumentarium zur Verfügung steht. Zur Isolierung von Referenzsubstanzen aus komplexen Matrizes können ASE, CCC, Flash Chromatography und präparative HPLC herangezogen werden.
Aktuelle Forschungsthemen
Unsere aktuellen Forschungsthemen mit weiteren Informationen finden Sie hier:
Aquafaba
Nebenprodukt der Kichererbsenherstellung
Analyse sensorischer und funktioneller Eigenschaften und Optimierung durch Fermentation sowie Anwendung als Ei-Ersatz
Wein
Strategien gegen Botrytis-Schäden
Weinbauliche und oenologische Strategien zur Verhinderung von Qualitätseinbußen durch Botrytis cinerea
Orangensaft
Bioverfügbarkeit v. Carotinoiden aus Orangensaft
Verbesserung der Bioverfügbarkeit von Carotinoiden aus Orangensaft durch innovative Homogenisierungsstrategien