Technologische Konzepte zur Anreicherung bioaktiver Lebensmittelinhaltsstoffe

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1 Technologische Konzepte zur Anreicherung bioaktiver Lebensmittelinhaltsstoffe Karin Schwarz Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

2 Bioaktive Phenole Eigenschaften Prävention of chronischer Erkrankungen Technologische Funktionen Natürliches Vorkommen in Pflanzen Strukturelle Vielfalt Technologische Herausforderungen Gewinnung von Extrakten und Rohstoffen Endogene Bildung Maskierung des Bittergeschmacks Erhöhung der Lagerungsstabilität In vivo Targeting

3 Vom Rohstoff zum verarbeiteten Produkt Anbau Nachernte Isolierung Verarbeitung Sortenwahl Klima Trocknung Lagerung Fermentation Rohstoffauswahl Extraktion Enzymatische Behandlung Anreicherung Stabilisierung Maskierung Bittergeschmack Targeting

4 Chinesisches Kohlgemüse Bai Cai (Pak Choi) Brassica campestris ssp. chinensis var. communis Senfkohl (leaf mustard) Brassica juncea Coss Roter Kohl Brassica campestris ssp. chinensis var. purpurea Blühender Kohl Brassica campestris ssp. chinensis var. utilis

5 UV-B Strahlung

6 Einfluss der UV-B Strahlung auf den Gehalt an Polyphenolen in Pak Choi Gehalt [mg/g TM] C/ -UV-B 9 C/ +UV-B 22 C/ -UV-B 22 C/ +UV-B Hydroxyzimtsäuren Flavonoide - UV-B <0 100 µmol/m 2 s + UV-B = 450 µmol/m 2 s (Harbaum et al., unveröffentlicht)

7 Einfluss der Fermentation auf den Gehalt and Polyphenolen Welken, Kneten Fermentation: Salz, 5 Wochen; ph ca.4

8 Einfluss der Fermentation auf die Struktur von phenolischen Verbindungen nativ Flavonoide Hydroxyzimtsäuren neue Flavonoid-Derivate pickeled neue Hydroxyzimtsäure Derivate Selektive Spaltung von glykosidischen Bindungen Harbaum et al., J. Agric. Food Chem., 2008 (56)

9 Auswirkungen des Pickelns auf die Struktur der Flavonoide t R m/z molecule m/z of the main fragments by ESI/MS [min] [M-H]- MS (2) MS (3) MS (4) proposed compound 15, kaempferol-triglycoside 17, kaempferol-hydroxyferuloyl-triglycoside kaempferol-caffeoyl-triglycoside quercetin-diglycoside 22, kaempferol-sinapoyl-triglycoside 23, kaempferol-diglycoside 23, kaempferol-feruloyl-triglycoside 25, kaempferol-cumaroyl-triglycoside 25, isorhamnetin-diglycoside kaempferol-diglycoside nativ t R m/z Molekül m/z der Hauptfragmente [min] [M-H]- MS (2) MS (3) 44, , , , , , , , , ,9 315 Aglykone pickeled Selektive Spaltung der Bindungen zu kleineren Flavonoid-Derivaten bzw. deren Aglykone 37, ,8 223 Harbaum et al., J. Agric. Food Chem., 2008 (56)

10 Anthocyane Nutzung als natürliche Farbstoffe in Lebensmitteln Positive gesundheitliche Effekte! Geringe Stabilität R 1 OH HO O + R 2 OR'' OR' AIF/FEI N (TP 5)

11 Hypothesen: Die natürliche Vakuole des Protoplasten erhöht die Stabilität von Anthocyanen wird durch Sprühtrocknung und Coating stabilisiert erhöht die Bioverfügbarkeit (vs. intakte Schale) Sprühgetrocknete Mikrokapsel Enzymatischer Abbau der Zellwand Protoplast Suspension von Protoplasten, osmotische Behandlung Gecoated Mikrokapsel Anthocyane als Copigments Gelöstes Wandmaterial Protoplast für Mirkokaspeln AIF/FEI N (TP 5)

12 Isolierung von Protoplasten aus der Epidermis von Heidelbeeren Beginn der Digestion AIF/FEI N (TP 5)

13 Isolierung von Protoplasten aus der Epidermis von Heidelbeeren Fortgeschrittenes Digestionsstadium Spheroplasten Isolierte Protoplasten AIF/FEI N (TP 5)

14 Stabilisierung des Protoplasten gegenüber Schereinwirkung während der Sprühprozesses Protoplast in NaOH/Citrat/Sorbitol Puffer Protoplast in hypotonischem Medium Protoplast in hypertonischem Medium Protoplast in isotonischem Medium AIF/FEI N (TP 5)

15 Steigerung des Quercetingehaltes in Lebensmitteln Anreicherung mit Extrakten aus Zwiebel- und Apfelschale Endogene Bildung durch kombinierte Trocknungstechniken Auswirkung auf die Herzgesundheit Einfluss auf die Bioverfügbarkeit

16 Vakuum Imprägnierung Ziel: Anreicherung von intaktem Fruchtfleisch mit Flavonoiden vom Apfelschalenextrakt Prinzip: 1. Eintauchphase: poröse Lebensmittelmatrix in Imprägnierflüssigkeit 2. Vakuumphase (z.b. 100 mbar, 5 min): Ausdehnung und Austritt von Luft 3. Normaldruckphase (1000 mbar, 10 min) Lebensmittelmatrix kontrahiert Imprägnierflüssigkeit wird absorbiert Schulze et al., 2008, DE

17 Vakuumimprägnierung Parameter VI-Lösung Behandlungsdauer Quercetinkonzentration Zusammensetzung (osmot. Druck, Viskosität) Vakuumlevel Lebensmittel Porosität Scheibendicke

18 Druckeinfluss (Vakuumphase) c a b b b Säulen mit unterschiedlichen Buchstaben sind statistisch signifikant unterschiedlich (p 0,05; n= 3; einfaktorielle ANOVA; Bonferroni)

19 Vakuum Imprägnierung Handelsübliche Apfel Chips vs. imprägnierte Apfelscheiben* *3 mm dick, Vakuum: 100 mbar, Apfelsaft mit 0,3% Apfelextrakt Quercetin-3-Galaktosid Quercetin-3-Glukosid Quercetin-3-Xylosid Quercetin-3-Arabinosid Quercetin-3-Rhamnosid Quercetin Quercetinderivate Quercetinderivate [mg/kg TM] Apfelchips mit Schale 38,4 ± 0,9 14,9 ± 0,7 17,1 ± 0,4 29,9 ± 0,6 18,3 ± 0,1-118,6 ± 2,6 Vakuumimprägnierte Apfelscheiben 166,3 ± 7,4 54,0 ± 2,4 62,5 ± 3,8 136,7 ± 6,6 74,2 ± 3,6 30,1 ± 0,7 523,7 ± 22,4 Gehalt an Quercetin und Quercetinglykosiden berechnet als Quercetin-3-Glukosid-Äquivalente

20 Einfluss des Trocknungsverfahrens Trocknung Konvektionstrocknung Gefriertrocknung Mikrowellenvakuumtrocknung Textur: splittrig, hart, platt knusprig, Snackcharakter knusprig, Volumenzunahme Bitter: sehr stark erkennbar schwach erkennbar schwach erkennbar

21 Projektfinanzierung DFG: Investigation of phenolic compounds and antioxidative potential of Chinese Brassica vegetables ( ) DFG: Graduiertenkolleg "Natürliche Antioxidantien ihr Wirkungsspektrum in Pflanzen, Lebensmitteln, Tier und Mensch" ( ) BMBF: Funktionelle Lebensmittel für die Gefäßgesundheit - vom Nutraceutical zur personalisierten Ernährung ( ) FEI/-DFG: Untersuchungen zum Einfluss der Mikrostruktur und der molekularen Zusammensetzung auf die Stabilisierung und kontrollierte Freisetzung von sekundären Pflanzenstoffen und deren Auswirkung auf biologische Signalparameter ( )