Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung
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Funktionelle Additive aus Reststoffen der Lebensmittelverarbeitung. Institut für Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaften Prof. Dr.-Ing. habil Benno Kunz. Reststoffe der Lebensmittelindustrie.

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Presentation Transcript


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

Funktionelle Additive aus Reststoffen der Lebensmittelverarbeitung

Institut für Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaften

Prof. Dr.-Ing. habil Benno Kunz

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Reststoffe der lebensmittelindustrie

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


Eu projekt grub s up

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


Project partners

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


Allgemeine trends in der lebensmitteltechnologie 1

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


Allgemeine trends in der lebensmitteltechnologie 2

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


Ern hrungsphysiologische verbesserung konventioneller und neuer lebensmittel

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


Reststoffmengen mio t a weltweit

Reststoffmengen (Mio. t/a , weltweit)

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

*in 1 million tons


Reststoffnutzung up grading konzept

ReststoffnutzungUp-grading Konzept

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

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


Functional food

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


Einordnung der funktionalit t von lebensmittelinhaltsstoffen

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


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

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


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

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


Supplementierung gezielte bedarfsdeckung

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


Supplementierung pr vention

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


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

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


Stabilisierung biotischer und abiotischer substanzen

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


Ziele der mikroverkapselung

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


Klassifizierung der verfahren zur mikroverkapselung

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


Kapselmaterialien

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


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

Mikroverkapselung von ProbioticsNeue Generation v. Kulturenpräparaten

  • Mikroverkapselte

  • Probiotics:

  • Rein physiologische Funktion: Additive

  • Sensorisch neutral

  • Definierte Anreicherung

  • Hohe Stabilität

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Phasen der bewertung

Phasen der Bewertung___________________________________________________

  • Stabilität in der Herstellung

  • Stabilität in der Lagerung

  • Stabilität im Lebensmittel

  • Aktiv im Organismus

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

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


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

Stufe 1: Stabilität im Lebensmittel

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Physiologischer bewertung funktioneller lebensmittel

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


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

Physiologische Bewertung der Lebensmitteladditive

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Stufe 2 beispiel stabilit t im magensaft hcl ph 2

Stufe 2: Beispiel :Stabilität im Magensaft (HCl pH 2)

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

Stufe 3: Beispiel: Stabilität im oberen Darmabschnitt

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Rolle der funktionelle lebensmitteladditive in der ern hrungsindustrie i

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


Rolle der funktionellen lebensmitteladditve in der ern hrungsindutrie 2

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


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie


Funktionelle additive aus reststoffen der lebensmittelverarbeitung

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