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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

slide10
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

slide13
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

slide15
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

slide18
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

slide23
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

slide25
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

slide26
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

slide28
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

slide30
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

slide33
Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Lebensmitteltechnologie / -biotechnologie

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