Das Projekt

Bei der Verarbeitung von Obst und Gemüse für die Herstellung von Lebensmittelprodukten wie Wein und Knabberartikeln spielt Schwefeldioxid (SO2) in den meisten Fällen eine wichtige technische Rolle. Sulfite werden herkömmlicherweise als Antioxidantien und Konservierungsstoffe in Obst- und Gemüseprodukten, getrockneten Früchten, Knabberartikeln und Wein verwendet. SO2 und Sulfite reduzieren jedoch die Vitamin B1-Aufnahme stark, dies kann zu chronischen Kopfschmerzen und Gedächtnisstörungen führen. Eine andere Risikogruppe sind Asthma-Patienten, da Sulfite Asthma-Anfälle verstärken können. Lebensmittel sind die Hauptquelle für die Aufnahme von SO2. Vor diesem Hintergrund wurde im SO2SAY-Projekt eine Strategie entwickelt, mit der SO2 und seine Salze in annähernd allen Lebensmitteln ersetzt werden können.

 

Innovation zur Verhinderung der enzymatischen Bräunung

Dieser Ansatz zielt darauf ab, die Enzymaktivität der Polyphenoloxidase zu reduzieren, um eine enzymatische Bräunung zu verhindern. Dazu wird zunächst die Polyphenoloxidase aus Kartoffeln isoliert und biochemisch charakterisiert bezüglich des optimalen pH, Primär- und Tertiärstruktur und des aktiven Zentrums. Zur Inaktivierung werden unterschiedliche Peptide aus Proteinhydrolysaten und polyphenolischen Fraktionen aus Pflanzenextrakten getestet. Außerdem werden Versuche mit Enzymen zur Modifikation von phenolischen Substraten aus dem Umfeld der Polyphenoloxidase durchgeführt. Weitere Versuche zielen darauf ab, das zentrale Kupferion der Polyphenoloxidase zu komplexieren. Deshalb werden komplexierende Polysaccharide und andere Komplexbildner verwendet, um das Kupferion zu komplexieren und so die Polyphenoloxidase zu inhibieren. Die verschiedenen Stoffe werden getestet, um ein optimales Konzentrations-Wirkungs-Verhältnis zu erhalten. Das Ziel ist es, so wenig Komplexbildner wie möglich einzusetzen. Technische Ansätze umfassen high temperature Behandlungen in Kombination mit Ultraschallverfahren, um die zur Inaktivierung des Enzyms nötige Erhitzungszeit und –temperatur zu reduzieren. Untersucht werden die Parameter Zeit, Temperatur, Wellenlänge und Energie. Da ein Ultraschallgerät Wasser als Carrier benötigt, wird high power Ultraschall bei Saftkonzentraten, homogenisierten und festen Produkten in einem Wasserbad angewendet. Ultrafiltration wird insbesondere angewendet, um die Polyphenoloxidase aus Wein und Getränken zu entfernen.
Entwicklung antioxidativer/antimikrobieller Pflanzenextrakte

Natürliche Bestandteile werden auf ihre Fähigkeit untersucht, Schwefeldioxid als reduzierenden und antimikrobiellen Stoff zu ersetzen. Begonnen wird mit sekundären Pflanzeninhaltsstoffen aus Oliven und Weintrauben. Aufgrund der Neuheit der Substanzen, umfasst die Bewertung die Erforschung der Struktur-Funktion-Beziehung, insbesondere im Hinblick auf die Hemmung der enzymatischen und nichtenzymatischen Bräunung. Außerdem wird ihr Potenzial als antimikrobielle Substanz bewertet. Reduzierende Eigenschaften sind das Primärziel dieser Aufgabe, aber antimikrobielle Eigenschaften werden auch mit einbezogen. Begonnen wird mit Extrakten von essbaren Pflanzen. Die Hauptbestandteile werden identifiziert und die Extrakte werden auf ihre Aktivität untersucht. Als aktive Bestandteile werden Oleuropeine aus Olivenrückständen sowie Proanthocyanidine und Stilbene aus Traubenrückständen verwendet. Die Extrakte sollten genauso effektiv sein wie Schwefeldioxid. Extrakte mit ähnlicher Aktivität wie Schwefeldioxid werden weiter fraktioniert, um reinere Substanzen zu erhalten. Die identifizierten Extrakte werden als Zusatzstoffe in fünf Beispielprodukten verwendet. Antioxidative Eigenschaften und der Einfluss auf die enzymatische und nichtenzymatische Bräunung werden untersucht. Die Erforschung anderer Lebensmittelbestandteile mit reduzierenden Eigenschaften wird ebenfalls in Betracht gezogen. Ein Ansatz ist die Verwendung von Peptiden wie Glutathion oder einzelnen Aminosäuren wie Cystein. Ein anderes Forschungsgebiet ist die Verbesserung der Anwendung von Ascorbinsäure und ihrer Derivate. Wechselwirkungen zwischen verschiedenen reduzierenden Stoffen werden durch das statistische Design der Experimente überprüft.
Verarbeitung und Verpackung unter Schutzgas

Dieser Ansatz zielt darauf ab, den Sauerstoffkontakt zu reduzieren, wodurch die Aktivität der Polyphenoloxidase und mikrobielles Wachstum inhibiert werden. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Schutzgas bei der Verarbeitung und Verpackung. Für die Verpackung unter Schutzgas eignen sich Produkte wie Konzentrate für Saft und Marmelade, Wein, Gemüseprodukte sowie frisches und getrocknetes Obst. Die Anwendung verschiedener Gase wie Stickstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid werden für sich und in Kombination getestet. Besondere Aufmerksamkeit wird der Anwendung von Kohlenmonoxid gewidmet. Kohlenmonoxid hat reduzierende Eigenschaften und kann Schwefeldioxid auch als reduzierenden Stoff ersetzen. Hauptaugenmerk gilt der Verarbeitung unter Schutzgas. Eine erfolgreich veränderte Verarbeitung muss mit dem Verarbeitungsschritt beginnen, bei dem das Gewebe durch Schneiden oder Homogenisieren zerstört wird. Desweiteren werden die Verpackungsmaterialien auf Stabilitätsverbesserungen untersucht. Das Ziel ist es, Verpackungsmaterialien auszuwählen, die eine geringe Permeabilität für Sauerstoff und die verwendeten Schutzgase haben. Mehrlagige Materialien, die Metall- oder Keramikschichten enthalten, werden getestet. Solche Materialien werden bereits in der Saftverpackung verwendet. Für die Verpackung von festen Obst- und Gemüseprodukten ist diese Verwendung neuartig. Ein anderer vielversprechender Ansatz ist die Verwendung von mit Trockeneis gesättigten Wasserbädern. Durch die Zugabe von Trockeneis wird der Sauerstoff aus dem Wasser entfernt. Nachdem die Obst- und Gemüseprodukte in das Wasser getaucht wurden, sind sie mit einem Wasserfilm bedeckt, der sauerstoffarm ist. Während des gesamten Prozesses verhindert der Wasserfilm Sauerstoffkontakt und dadurch die enzymatische Bräunung und mikrobielles Wachstum. Die detaillierte Erforschung der Effizienz dieser Methode bei unterschiedlichen Nahrungsmitteln, insbesondere getrockneten Früchten, und die Integration in bestehende Prozesse ist Bestandteil dieser Aufgabe.

Drei Möglichkeiten von SO2SAY um SO2-freie Lebensmittel zu erhalten


Ziele von SO2SAY:

  • Reduzierung von Schwefeldioxid in Lebensmitteln
  • Entwicklung von neuen Stoffen und Verarbeitungstechniken um SO2 in Lebensmitteln zu ersetzen
  • Verhinderung von enzymatischer Bräunung in Lebensmitteln
  • Verbesserung der Haltbarkeit und des Aussehens von Lebensmittelprodukten ohne Zusatz von SO2
  • Identifizierung alternativer, natürlicher Zutaten mit Nutzen für die menschliche Gesundheit durch die Ersetzung von SO

 

Ein wichtiger Aspekt des Projekts bezogen auf Lebensmittelanwendungen ist der Erhalt der sensorischen Qualität und der Haltbarkeit der SO2-freien Produkte. Durch die Reduzierung oder das Ersetzen von SO2 entsteht das Risiko, dass die sensorischen Eigenschaften der Lebensmittel, insbesondere das Aussehen und der Geschmack, verändert werden. Daraufhin könnten Konsumenten solche Lebensmittelalternativen ablehnen, auch wenn diese alternativen Nahrungsmittel als gesünder angesehen werden können. Deshalb werden alle Entwicklungen im SO2SAY-Projekt von umfassenden sensorischen Studien und Konsumententests begleitet.