REALISIERUNG VON ERNÄHRUNGSMUSTERN... NICHT NUR EINE TECHNOLOGISCHE HERAUSFORDERUNG! PROF. DR-ING. HABIL. CORNELIA RAUH TU BERLIN; FACHGEBIET

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1 REALISIERUNG VON ERNÄHRUNGSMUSTERN... NICHT NUR EINE TECHNOLOGISCHE HERAUSFORDERUNG! PROF. DR-ING. HABIL. CORNELIA RAUH TU BERLIN; FACHGEBIET LEBENSMITTELBIOTECHNOLOGIE UND -PROZESSTECHNIK

2 Nutritional Intervention for Healthy Aging: Food Patterns, Behavior and Products Cluster Sprecher: Prof. Dr. Tilman Grune (wiss. Direktor des DIfE) Projektlaufzeit: Fördersumme: 5,6 Mio Förderung: Betreuung:

3 Wofür steht NutriAct? 1. die Bündelung interdisziplinärer, wissenschaftlicher Kompetenz der Ernährungsforschung in der Region 2. die frühzeitige Einbindung von Unternehmen zur Erarbeitung der wissenschaftlichen Basis für altersorientierte Ernährungsinterventionen und Ernährungsempfehlungen 3. die Erforschung von Strategien zur erfolgreichen Umsetzung der erarbeiteten Ernährungsempfehlungen 4. die Entwicklung von Produkten für eine altersorientierte und gesunde Ernährung Seite 3

4 Woran arbeitet NutriAct? Warum essen wir was wir essen? Wie macht man gesundes Essen attraktiver? Welche Nahrungskomponenten sind im Alter wichtig/gesund? Gibt es messbare Kenngrößen für eine gesunde Ernährung im Alter? Welche regionalen Produkte können wir weiterentwickeln? Seite 4

5 Realisierung von Ernährungsmustern... nicht nur eine TECHNOLOGISCHE Herausforderung! Entwicklung von Produkten mit speziellem ernährungsphysiologischen Wert Spezielle Beachtung der Ansprüche älterer/alternder Konsumenten Produkte sollen in angemessener Menge verzehrt werden Herausarbeiten von Prozess-Struktur-Funktionalitäts-Beziehungen Entwicklung interdisziplinärer Interaktionen Seite 5

6 Realisierung von Ernährungsmustern... nicht nur eine TECHNOLOGISCHE Herausforderung! Produktgruppen Probiotischer Joghurt Protein- und Fettaufstriche Back- / Feinbackprodukte und Cerealien Getränke Feinkostprodukte Süßwaren Optimales Zusammenspiel der eingesetzten Komponenten zur Erreichung gewünschter Produktsensorik Vermeidung von unerwünschten Prozesskontaminanten Produktstabilität Seite 6

7 Realisierung von Ernährungsmustern... nicht nur eine TECHNOLOGISCHE Herausforderung! Seite 7

8 Realisierung von Ernährungsmustern... nicht nur EINE technologische Herausforderung! Gewünschte Inhaltsstoffe Pflanzenproteine Fasern / Ballaststoffe PUFA Niederkalorische Zuckeraustauschstoffe Probiotische Mikroorganismen Technologische Ansätze Partielle Hydrolyse Fettstrukturierung Innovative Technologien (Extraktion & Modifizierung) Verkapselung Züchtungs-/ Anbaustrategien Analytische Ansätze Bestimmung techno-funktioneller Eigenschaften Erfassen von Prozesskontaminanten Bewertung erwünschter und unerwünschter Reaktionsprodukte Verbraucherakzeptanz Sensorische Bewertung Eigenschaftsvorhersagen Verbraucherbefragung Seite 8

9 Realisierung von Ernährungsmustern... nicht nur EINE technologische Herausforderung! Entwicklung neuer Produkte und Technologien Interdisziplinärer Charakter Industrie: Bereitstellung von Produkten für Interventionsstudie Produktentwicklung in Kooperation mit Forschungspartnern Umsetzung der Forschungsergebnisse zu neuen Technologien in nächster Förderperiode Seite 9

10 Kernkompetenzen der Partner TU Berlin LBPT Innovative Technologien, numerisch gestützte Vorhersagemodelle LMMW Proteinmodifikation / -charakterisierung, Verkapselungstechnologie, Lebensmittelsensorik LVT Fettstrukturierung LMC Bestimmung von oxidativen Abbau- und Reaktionsprodukten ATB Einsatz von kaltem atmosphärischen Plasma IGZ Genotypische Screenings zur Identifikation und Elicitoren- Applikation zur Modifikation metabolitenreicher regionaler Gemüseund Kräuterspezies ILU Prozess-/Produktentwicklung für Backwaren / Cerealien YOUSE Verbraucherstudien (Akzeptanz, Präferenz) Seite 10

11 Beispiel: Vorhersage sensorischer Eigenschaften Geschmack (Passiver Prozess = Diffusion) Molekül Sensor Stimulus Textur (Aktiver Prozess = Strömungsprozess)? Material Strömung Sensor Stimulus Sehr große Komplexität aufgrund der Wechselwirkungen zwischen Geschmack und Dynamik der Textur während der intraoralen Lebensmitteleinnahme Textur (i) ist eine sensorische Eigenschaft, (ii) ist ein Multi-Parameter-Attribut, (iii) hat ihren Ursprung in der Struktur und (iv) stimuliert verschiedene Wahrnehmungsmechanismen. Mundgefühl hat seinen Ursprung in texturellen Attributen der Lebensmittel, die eine charakteristische taktile Empfindung auf der Oberfläche des Mundraums hervorrufen. Seite 11

12 Beispiel: Vorhersage sensorischer Eigenschaften Hybrides neuro-numerisches System Numerische Simulation Rheologische Messungen 1 Sensorisches Panel 0 1 x KNN 0 x Fuzzy Logic Objektive Vorhersage der induzierten sensorischen Wahrnehmung Seite 12

13 Beispiel: Vorhersage sensorischer Eigenschaften Röntgenaufnahme des Mundraums (Buchaillard et al., 2007) und numerisches Gitter Seite 13

14 Beispiel: Vorhersage sensorischer Eigenschaften Seite 14

15 Beispiel: Vorhersage sensorischer Eigenschaften 10 8 Cremigkeit Griesigkeit Belegend Adstringierend +13% Datenbank mit 672 Datensätzen (13 Produkte) Validierung: 22 Prozent (149 Datensätze, 3 Produkte) Vorhersage % Jeweils ein eigenes Expertensystem für die Attribute Cremigkeit, Griesigkeit, Belegend und Adstringierend Experiment Gute A-priori Vorhersage der sensorischen Attribute Cremigkeit, Griesigkeit, Belegend und Adstringierend Robust gegenüber Schwankungen der Eingangsgrößen Seite 15

16 FG Lebensmittelbiotechnologie und -prozesstechnik Beispiel: Pflanzenfasern Nutritional Intervention for Healthy Aging: Food Patterns, Behavior and Products

17 Jahr 1 Jahr 2 Jahr 3 FG Lebensmitteltechnologie und -materialwissenschaften Beispiel: Proteinmodifikation Kommerzielles Erbsenprotein Unterauftag IGV [WP1.1] Funktionalisierung durch Hydrolyse Verbesserung der Löslichkeit Charakterisierung des Erbsenproteins und der Hydrolysate (Molekulargewichtsprofil, Grenzflächeneigenschaften und Rheologie, Schaumund Emulgiereigenschaften, Gelbildung) [WP1.2] Charakterisierung von Mehrkomponentenmodellen ggf. Aufbau Sensorikpanel Anzucht von Probiotika (extern) Einbringung in Lebensmittel entsprechend der ermittelten Funktionalitäten des Erbsenproteins und der Hydrolysate unter Laborbedingungen sowie materialwissenschaftliche Charakterisierung der Produkte (Joghurt, Smoothie, Getränk, etc.) [WP2.1] Verkapselung durch Sprühtrocknung Unterstützung durch Industriepartner Einbringung in zum Verzehr geeignete Lebensmittel entsprechend der vorangegangenen Versuche [WP2.1] Sensorik [WP3.1] Vitalitätsprüfung, Einbringen in LM (extern) Anpassung der Lebensmittel anhand der sensorischen Ergebnisse [WP3.2] Versuche am FG Projektpartner und Dienstleister Seite 17

18 Jahr 3 Jahr 2 Jahr 1 Institut für Lebensmittelund Umweltforschung e.v. Beispiel: Entwicklung von Produkten Fraktionierungs- und Zerkleinerungsverfahren Erbse (Bohne) [WP1] Industriemuster Ermittlung der Funktionalitäten der jeweiligen Fraktionen & Industriemuster [WP2] Charakterisierung von Einzelkomponentensystemen (technofunktionelle und chemische Eigenschafften, Rheologie und Sensorik; Basisrezepturen) IGZ [WP6] Sekundär - Metabolite aus der Pflanzenmatrix Charakterisierung von Mehrkomponentenmodellen Einzelkomponenten Projektpartner Einbringung in Lebensmittel entsprechend der ermittelten Funktionalitäten der Erbsenfraktionen (Faserstoffe, Pflanzenproteine und Fette) im Technikums- Maßstab sowie analytische, technofunktionelle und sensorische Charakterisierung der Produkte (Backwaren, Pasta, Dressings, Pesto, Extrudate etc.) [WP3] Fermentation (Einzeln und in Kombination) [WP6] Unterstützung durch Industriepartner Einbringung in zum Verzehr geeignete Lebensmittel entsprechend der vorangegangenen Versuche [WP3] Anpassung der Lebensmittel anhand der sensorischen Ergebnisse und industrieller Anforderungen (finale Produkte und Basisrezepturen) Versuche am ILU Projektpartner Seite 18

19 Institut für Lebensmittelund Umweltforschung e.v. Beispiel: Entwicklung von Produkten geplante Produktmusterkategorien Mehrkomponentenmodelle Brot & Kleingebäck Erbsenfraktionen Pflanzenprotein Faserprodukte, Ballaststoffe Gemüsematrix (roh und fermentiert) Feine Backwaren Erbsenfraktionen Pflanzenprotein Faserprodukte, Ballaststoffe PUFA Isomaltulose Kombinationsbackwaren div. Erbsenfraktionen Pflanzenprotein Faserprodukte, Ballaststoffe Gemüsematrix (roh und fermentiert) PUFA Teigwaren Erbsenfraktionen Faserprodukte, Ballaststoffe Gemüsematrix (roh und fermentiert) Extrudate Erbsenfraktionen Pflanzenprotein Faserprodukte, Ballaststoffe Gemüsematrix (roh und fermentiert) Isomaltulose Dressings/Pesto Erbsenfraktionen Faserprodukte, Ballaststoffe Gemüsematrix (roh und fermentiert) Seite 19

20 Institut für Lebensmittelund Umweltforschung e.v. Beispiel: Entwicklung von Produkten Übersicht Model-Systeme mit mehreren Komponenten Projektpartner Rauh/TU Berlin Flöter/TU Berlin Drusch/TU Berlin Kroh/TU Berlin Schreiner/IGZ Schlüter/ATB Voß/ILU Industrie PEF, Extraktion; Hydrolyse; Hochdruckbeh. PUFA; Fettaplikation; Organogelation spez. Analytik PEF, Extraktion; Hydrolyse; Mikroverkapselung Sekundärmetabolite Kalt-Plasma Fraktionierung; Fermentation; Extrusion Schwerpunkte modifizierte Pflanzenfasern Fette; Öle modifizierte Pflanzenfasern Pflanzenrohstoffe Erbsenfraktionen; Gemüse Ballaststoffe; Palatinose; Proteinisolate etc. Brot und Kleingebäck Feine Backwaren Kombinations- Backwaren Teigwaren Extrudate Dressings/Pesto Joghurt Smoothies/ Getränke Seite 20

21 Teilprojekt E Neue Produkte Projektteam Prof. Dr. Cornelia Rauh (TU Berlin) Prof. Dr. Eckhard Flöter (TU Berlin) Prof. Dr. Stephan Drusch (TU Berlin) Prof. Dr. Lothar W. Kroh (TU Berlin) Prof. Dr. Tilman Grune (DIfE) Dr.-Ing. Oliver Schlüter (ATB) Prof. Dr. Monika Schreiner (IGZ) Alexander Voß (ILU) Dr.-Ing. Sebastian Glende (Youse GmbH) Industriepartner Beneo GmbH Emsland-Stärke-GmbH Golßener Fleisch- und Wurstwaren GmbH & Co. Produktions KG Gut Schmerwitz GmbH & Co. KG Herbafood Ingredients GmbH Institut für Getreideverarbeitung GmbH J. Rettenmaier & Söhne GmbH & Co. KG Milchwirtschaftliche Lehr- und Untersuchungsanstalt Oranienburg e.v. Novoherbs e.k. Rudolph Wild GmbH & Co. KG Seite 21

22 Prof. Dr.-Ing. habil. Cornelia Rauh Fachgebietsleiterin Technische Universität Berlin Fakultät III Prozesswissenschaften Fachgebiet Lebensmittelbiotechnologie und prozesstechnik Königin-Luise-Straße 22, D Berlin Tel: +49 (0) Fax: +49 (0)