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Darstellung gesunder Lebensmittel durch Kontrolle von Enzymaktivität und –stabilität während der Verarbeitung

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: MRI-LBV-08-01/14-15-NZL
Laufzeit: 01.01.2015 - 31.12.2016
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Die Produktion gesunder Lebensmitteln ist wichtig für Neuseeland und Deutschland. Um den Verbraucherforderungen nachzukommen, nutzen beide Länder ähnliche Technologien zur Lebensmittelproduktion. Aufgrund von Forderungen der Verbraucher und des intensiven Wettbewerbs versucht die Lebensmittelindustrie innovative und verbesserte Lebensmittel auf den Markt zu bringen. Endogene und exogene Enzyme können Eigenschaften von Lebensmittel, wie z.B. Textur, Geschmack, Farbe und Nährwert signifikant beeinflussen. Aufgrund ihrer Substratspezifität katalysieren Enzyme nur wenige der vielen möglichen Reaktionen in einem Lebensmittel, d.h. die Nutzung von Enzyme führt zu sehr spezifischen Reaktionswegen in den Lebensmitteln. Durch Kontrolle der Enzymaktivität und -Stabilität in einem Lebensmittel ergibt sich daher die Möglichkeit zur Entwicklung gesünderer Lebensmittel, d.h. Lebensmittel mit einem spezifischen Muster an Inhaltsstoffen, die sich positiv auf die menschliche Gesundheit auswirken. Die Anwendung von Enzymen in diesem Bereich ist bisher nur wenig erforscht, wodurch auch eine Nutzung durch die Lebensmittelindustrie weitgehend fehlt. Ziel ist es, die Möglichkeit zu eröffnen, gesündere Lebensmitteln mit einem maßgeschneiderten Profil an Inhaltsstoffen und ansprechenden sensorischen Eigenschaften herzustellen.

Zwei Forschungsschwerpunkte wurden innerhalb des Projektes gemeinsam bearbeitet. Zum einen wurden Phytasen [myo-Inositol(1,2,3,4,5,6)hexakisphosphat Phosphohydrolasen] bei der Produktion von Lebensmitteln eingesetzt. Phytasen dephosphorylieren Phytat [myo-Inositol(1,2,3,4,5,6)hexakisphosphat] schrittweise zu partiell phosphorylierten myo-Inositolphosphatestern und freiem Phosphat. Dabei werden auch die an Phytat gebundenen mehrwertigen Metallkationen freigesetzt. Im Projekt wurde der Backprozess näher beleuchtet. Durch den Einsatz von Phytasen bei der Herstellung von Hefe- und Sauerteigbrot konnte der Gehalt und die Zusammensetzung an partiell phosphorylierten myo-Inositolphosphatestern gesteuert werden. Einige Stellungsisomere der partiell phosphorylierten myo-Inositolphosphatester werden z.B. mit einer Reduktion des Auftretens von Dickdarmkrebs in Zusammenhang gebracht. Darüber hinaus können Phytasen zur Verbesserung der Verfügbarkeit von Mineralstoffen und Spurenelementen von pflanzlichen Lebensmitteln eingesetzt werden. Dadurch sollte sich ein Mineralstoffmangel in gefährdeten Bevölkerungsgruppen reduzieren lassen. Die Zugabe von bis zu 1000 U Phytaseaktivität pro Gramm Mehl führte zu einer signifikanten Phytatreduktion in Hefe- und Sauerteigbroten. In Hefe-, nicht aber in Sauerteigbroten, ließ sich dadurch die Zinkfreisetzung aus den Broten deutlich verbessern. Die Freisetzung von Eisen konnte aber weder in Sauerteig- noch in Hefebroten verbessert werden. In Hefebroten konnte außerdem die Gehzeit der Teige verkürzt, ein erhöhtes Brotvolumen erzielt und eine verbesserte Krumenstruktur erreicht werden. Ziel der weiteren Arbeiten in diesem Bereich ist das Herausarbeiten des Mechanismus für die technologischen Verbesserungen. Der Phytasezusatz könnte sich beispielweise positiv auf die Aktivität weiterer Enzyme (z.B. Amylase), die für den Backprozess wichtig sind, auswirken oder auch die Leistung der verwendeten Mikroorganismen (z.B. Hefen, Milchsäurebakterien) positiv beeinflussen. Insbesondere in Neuseeland wurden die Studien mit Interesse aufgenommen. Mit dem Bäcker- und Müllereiverband Neuseelands wurden Gespräche über die Anwendung von Phytasen im Bäcker- und Müllerhandwerk geführt. Es wurde außerdem diskutiert, ob es Vorteile hätte, Phytasen auch Leguminosen zuzusetzen. Vorläufige Daten aus meinem Labor deuten auf jeden Fall darauf hin, dass der Zusatz von Phytasen während der Gewinnung von Proteinisolaten aus Leguminosen technologische Vorteile wie z.B. eine bessere Proteinausbeute oder verbesserte Emulgier- und Schaumbildungseigenschaften, bietet. Innerhalb des Bäcker- und Müllereiverbandes wird nun diskutiert, ob Interesse an einem zukünftigen Einsatz von Phytasen in den o.a. Bereichen besteht und ob weitere Forschungsarbeiten dazu gefördert werden sollen. Im Bereich endogener anti-oxidativer Enzyme konnte gezeigt werden, dass die Aktivität dieser Enzymklasse während der Verarbeitung und Lagerung von Lebensmitteln pflanzlichen Ursprungs beeinflusst werden kann. Je nach Verarbeitungs- und Lagerbedingungen können unterschiedliche anti-oxidative Enzyme aktiviert bzw. inaktiviert werden. Dadurch lassen sich der Gehalt und das Profil von Antioxidantien in den entsprechenden Produkten steuern. Als Beispiel wurde die Behandlung von Weintrauben mit gepulsten elektrischen Feldern bearbeitet. Der Effekt dieser Behandlung auf den Metabolitengehalt und das Metabolitenprofil des aus den Trauben gewonnenen Weines wurde mittels ungerichteter Erfassung einer möglichst umfangreichen Anzahl von Metaboliten ermittelt (Metabolomics). Die Veränderung im Metabolitengehalt und Metabolitenprofil ist nun mit den entsprechenden chemischen und enzymatischen Reaktionswegen zu korrelieren.

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