Milchwissenschaftliche Forschung Weihenstephan

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1 Milchwissenschaftliche Forschung Weihenstephan Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt Technische Universität München Jahresbericht 2005 der milchwissenschaftlichen Forschungseinheiten am Wissenschaftszentrum Weihenstephan

2 Einband-Rücken Logo Milchwissenschaftliche Forschung Weihenstephan Jahresbericht 2005 TUM

3 Milchwissenschaftliche Forschung Weihenstephan Jahresbericht 2005 über die Tätigkeit der milchwissenschaftlichen Forschungseinheiten am Wissenschaftszentrum Weihenstephan der Technischen Universität München in der Zeit vom 1. Januar 2005 bis 31. Dezember Band 2005 Weihenstephan, März 2006

4 Herausgeber und verantwortlich für den Inhalt: Univ.-Prof. Dr. Dr. Heinrich H.D. Meyer, Univ.-Prof. Dr.-Ing. U. Kulozik, Univ.-Prof. Dr. S. Scherer und Univ.-Prof. Dr. H. Weindlmaier sowie die Vereinigung der Förderer der Milchwissenschaftlichen Forschung an der Technischen Universität München in Freising-Weihenstephan e.v. Der Jahresbericht über die Milchwissenschaftliche Forschung Weihenstephan erscheint jährlich im Selbstverlag. Dieser steht den einschlägigen Instituten und Bibliotheken des In- und Auslandes - besonders aber im Austausch gegen andere Veröffentlichungen - zur Verfügung. Bestellungen und Tauschsendungen werden ausschließlich an folgende Adresse erbeten: Univ.-Prof. Dr. H. Weindlmaier D Freising Deutschland ISSN The Report "Dairy Research at the Life Science Centre Weihenstephan is published annually and is available to libraries and institutions especially on exchange basis. Please, forward to the following address: Univ.-Prof. Dr. H. Weindlmaier D Freising Deutschland ISSN Alle Rechte des Nachdrucks, auch das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.

5 Inhaltsverzeichnis Seite Vorwort... 1 ZIEL - Abteilung Physiologie Lehrstuhl für Physiologie... 2 Personal... 2 Ernennungen, Ehrungen... 4 Forschung... 4 I. Laktationsphysiologie... 4 II. Lebensmittel, Ernährung und Umwelt... 6 III. Reproduktionsbiologie IV. ABC Transporter: Bedeutung in Human- und Tierphysiologie Dissertationen, Diplomarbeiten, Master- und Bachelorarbeiten Vorträge Tagungen des Lehrstuhls Exkursionen Veröffentlichungen Versuchsstation Veitshof Personal Lehre Forschung Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Personal Forschung I. Forschungsprojekte zur Milch- und Molkereiwirtschaft II. Forschungsprojekte zur Fleischwirtschaft Dissertationen, Diplomarbeiten Lehre, Vorträge, Posterpräsentationen Beratung, Seminare, Workshops, Medienarbeit Beratung / Wissenschaftliche Gutachten Workshop zur Wertschöpfungskette Fleisch Medienarbeit Wissenschaftliche Zusammenarbeit mit Organisationen Besucher der Professur Veröffentlichungen... 83

6 II Inhaltsverzeichnis Seite ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Personal Einführung Forschung Arbeitsgruppe: Identifizierung lebensmittelrelevanter Mikroorganismen Arbeitsgruppe: Pathogenese und Toxinbildung von Bacillus cereus Arbeitsgruppe: Funktionale Genomstudien an pathogenen Lebensmittelkeimen Arbeitsgruppe: Ökologie von pathogenen Bakterien aus Lebensmitteln Arbeitsgruppe: Mikrobielle Ökologie von Starter- und Reifungskulturen Arbeitsgruppe: Stabilität des BSE-Erregers in Lebensmitteln Dissertationen, Diplom-, Master- und Bachelorarbeiten Vorträge, Posterpräsentationen Wissenschaftliche Vorträge Posterpräsentationen Veröffentlichungen ZIEL - Arbeitsgruppe Rohmilchqualität Personal Forschung Vorträge Beratung, Wissenschaftliche Zusammenarbeit mit Organisationen Veröffentlichungen ZIEL - Arbeitsgruppe Proteinanalytik Personal Forschung Beratung, Tagungen, Exkursionen Diplomarbeiten, Master- und Bachelorarbeiten ZIEL - Abteilung Technologie Lehrstuhl für Lebensmittelverfahrenstechnik und Molkereitechnologie Personal Vorwort Forschung Arbeitsgruppe: Bioprozesstechnik / Aseptik Arbeitsgruppe: Proteintechnologie / Membrantrenntechnik Arbeitsgruppe: Rheologie und Mikrostruktur Dissertationen, Diplomarbeiten und Masterarbeiten Semesterarbeiten und Bachelorarbeiten Vorträge, Posterpräsentationen Technologietransfer Exkursionen

7 Inhaltsverzeichnis III Seite Partnerschaft Technische Universität München in den bayerischen Gymnasien Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Expertengremien und Organisationen Besucher Veröffentlichungen ZIEL Abteilung Ernährungsmedizin Else Kröner-Fresenius-Zentrum für Ernährungsmedizin Personal Vorwort Verband Weihenstephaner Milchwirtschaftler und Lebensmitteltechnologen e.v Verbandsinformation Geförderte Exkursionen Ehrungen Verleihungsrichtlinien zum Preis für Diplomarbeiten Vereinigung zur Förderung der Milchwissenschaftlichen Forschung an der TUM in Freising-Weihenstephan e.v Vorstand Zweck und Ziele der Fördervereinigung Beitragsordnung Informationstransfer Mitgliederinformation Nutzen Technischer Teil

8 Vorwort Der Jahresbericht der milchwissenschaftlichen Forschungseinheiten am Wissenschaftszentrum Weihenstephan verfolgt das Ziel, über Forschungsarbeiten auf dem für die gesamte Lebensmittelwirtschaft so wichtigen Bereich Milch zu berichten. Der Bericht schließt aber auch Themen aus angrenzenden Bereichen der Lebensmittelforschung mit ein. Die milchwissenschaftlichen Forschungseinheiten in Weihenstephan wollen mit dieser Publikation gegenüber der Öffentlichkeit Rechenschaft über ihre Aktivitäten geben und vor allem der Milch- und Molkereiwirtschaft einen Überblick über abgeschlossene und laufende Forschungsarbeiten bieten. Darüber hinaus sollen mit dem Jahresbericht Wege erschlossen werden, die Zusammenarbeit mit den Unternehmen der Milchindustrie weiter zu verbessern. Dadurch soll die Forschung mit Schwerpunkt Milchwissenschaft an der TU München in Freising- Weihenstephan im Sinne der milchwirtschaftlichen Praxis intensiviert werden. Die milchwissenschaftliche Arbeit an den Instituten wird von der Vereinigung zur Förderung der Milchwissenschaft an der TU München sehr engagiert unterstützt. Es ist das Ziel, sowohl der milchwissenschaftlichen Forschungseinheiten als auch der Vereinigung zur Förderung der Milchwissenschaft an der TU München, eine für die Milchwirtschaft essentielle, praxisrelevante Forschung am und um das Substrat Milch nicht nur zu erhalten, sondern über alle beteiligten Disziplinen hinweg auszubauen. Vor diesem Hintergrund sollen innovative Lösungen für neue Produkte und Verfahren, Produktsicherheit, Kosten- und Qualitätsoptimierung sowie für das Marketing erarbeitet werden. Die interdisziplinären Ansätze der Weihenstephaner Milchforschung bieten dafür eine gute Basis. Deshalb sind ein möglichst hoher Informationsstand über die aktuellen Forschungsansätze und die vorhandene Infrastruktur sowie ein enger Kontakt zwischen den Produktionssowie Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der Unternehmen und den milchwissenschaftlich forschenden Einrichtungen überaus wichtig. Der Jahresbericht über die milchwissenschaftliche Forschung Weihenstephan soll dazu einen Beitrag leisten.

9 ZIEL Abteilung Physiologie Lehrstuhl für Physiologie Adresse Weihenstephaner Berg 3 D Freising-Weihenstephan Personal Telefon: Telefax: Internet: physio@wzw.tum.de Leitung: o. Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Heinrich H.D. Meyer Wissenschaftler: Dr. rer. nat. Christiane Albrecht Dr. agr. Bajram Berisha Prof. Dr. agr. Rupert M. Bruckmaier (bis ) PD Dr. agr. Michael W. Pfaffl Prof. Dr. med. vet. Dieter Schams, a.d Dr. rer. nat. Susanne E. Ulbrich (ab ) Dr. med. Enrique Viturro del Rio (ab ) Dr. med. vet. Olga Wellnitz (bis ) Sekretariat: Gertraud Mayer Dagmar Neumeier Renate Schöpf Mitarbeiter: Elisabeth Aberl, TA Inge Celler, TA Tamara Dicker, TA Brigitte Dötterböck, TA Christine Fochtmann, Veterinärtechnikerin Robert Gossmann, AzuBi Monika Partsch, TA Angela Sachsenhauser, TA Waltraud Schmid, TA Anett Schröder, AzuBi Gabriele Schwentker, LTA Tamara Stelzl, TA (bis ) -4422

10 ZIEL Abteilung Physiologie 3 Gäste: Prof. Dr. Ahmed Abdoon, Department of Animal Reproduction and Artificial Insemination, National Research Center, Giza, Ägypten: Ladan Emadi, Department of Basic Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, University of Tehran, Iran: Dr. Monika Kaczmarek, Polish Academy of Sciences, Institute of Animal Reproduction and Food Research Olsztyn, Polen: Prof. Dr. Jan Kotwica, Polish Academy of Sciences, Institute of Animal Reproduction and Food Research, Olsztyn, Polen: Dipl. Ing. Arthur Kroismayr, Universität für Bodenkultur Wien, Department für Lebensmittelwissenschaften und -technologie, Wien, Österreich: Dr. Dipesh Patel, Imperial College London, Großbritannien: Dr. Vijay Paul, National Bureau of Animal Genetic Resources, Research Associate, Transgenic Lab, DNA Fingerprinting Unit, Karnal, Haryana, Indien: seit Manuel Alejandro Pinzòn Olejua, Universidade DD Algarve - Campus Gambelas, Faro, Portugal: Dr. Chirathalattu S. Thomas, DeLaval Pvt Ltd, Pune, Indien: Ina-Alexandra Weber, Klinik für Rinder, Tierärztliche Hochschule Hannover, Neta Weinstein, Technon University of Haifa, Israel: Im Berichtsjahr waren folgende Doktoranden am Institut tätig: Lebensmittel- Hande Sarikaya (bis ) Chemiker: Diplom-Agrar- Maria Kollmann (seit ); Christian Prgomet (bis ); Ingenieure: Julia Sehm (bis ); Susanne E. Ulbrich (bis ) Tierärzte: Griesbeck Bettina (seit ); Simone Keßel (bis ); Heike Kliem (seit ); Peter Reith (seit ); Vera Steinberg (bis ); Claudia Werner-Misof (bis ); Steffie Wiedemann (seit ) Diplom-Biologen: Carolin Farke (seit ); Patrick Gürtler (seit ); Bodo Lutz (bis ); Aline Rabot (seit ); Irmgard Riedmaier (seit ) Diplom- Simone Fleige (seit ); Martina Reiter (seit ) Ökotrophologinnen:

11 4 ZIEL Abteilung Physiologie Ernennungen, Ehrungen Zum 01. Oktober 2005 hat Prof. Dr. Rupert M. Bruckmaier einen Ruf an den Lehrstuhl für Veterinärphysiologie der Vetsuisse Fakultät, Universität Bern, angenommen. Anlässlich unserer Weihenstephaner Milchwissenschaftlichen Herbsttagung vom hat er seine Abschiedsvorlesung zum Thema Oligosaccharide in der Milch gehalten. Das Deutsche Maiskomitee e.v., Bonn, hat Frau Steffi Wiedemann für ihre hervorragende wissenschaftliche Arbeit mit dem diesjährigen DMK-Förderpreis ausgezeichnet. Die Preisverleihung wurde anlässlich der Mitgliederversammlung am 17. November 2005 in Madgeburg vorgenommen. Der Bund der Freunde der Technischen Universität München e.v. zeichnet jedes Jahr die sechs besten Promotions- oder Habilitationsarbeiten aus. Frau Dr. rer. nat. Susanne E. Ulbrich wurde für ihre überdurchschnittliche Promotionsarbeit als eine der Preisträger des Jahres 2005 ausgewählt. Die feierliche Preisverleihung fand am 1. Dezember 2005 in München statt. Frau Dipl. Ing. agr. Claudia Dummer erhielt für ihre herausragende Diplomarbeit den zum 10. Mal in Folge ausgeschriebenen Preis des Verbands Weihenstephaner Milchwirtschaftler und Lebensmitteltechnologen e.v. Die Preisverleihung fand am 13. Oktober 2005 im Rahmen der Weihenstephaner Milchwissenschaftlichen Herbsttagung in Freising statt. Herr Dipl. Ing. agr. Gregor Schlamberger wurde beim Hochschultag der Fakultät am von der Studienfakultät für seine hervorragende Diplomarbeit ausgezeichnet. Forschung I. Laktationsphysiologie Die Verteilung der Leukozytenpopulationen und die Milchzusammensetzung in Gemelksfraktionen von gesunden Eutervierteln bei Milchkühen Distribution of leucocyte populations, and milk composition, in milk fractions of healthy quarters in dairy cows Sarikaya, H.; Werner-Misof, C.; Atzkern, M.; Bruckmaier, R.M.: Journal of Dairy Research 72 (2005) S Um die Rolle der Leukozytenpopulationen bei der Immunantwort in den unterschiedlichen Geweben des Euters zu untersuchen, wurden verschiedene Gemelksfraktionen, d. h. die Zisternenmilch, die Alveolarmilch (unterteilt in vier Fraktionen) und die Residualmilch auf die Hauptbestandteile, die somatische Zellzahl und die Verteilung der Leukozytenpopulationen sowie deren Lebensfähigkeit untersucht. Der Fettgehalt der Milch stieg im Verlauf des Melkens kontinuierlich an und erreichte sein Maximum in der Residualmilch. Protein- und Laktosegehalt stiegen bis zum ersten Viertel der Alveolarmilch an, sanken dann aber wieder ab. Die Elektrolyte sank zuerst bis zum ersten Viertel der Alveolarmilch, stieg dann aber bis zur Residualmilch wieder an. Die Elektrische Leitfähigkeit sank von der Zisternenmilch zur ersten Alveolarmilch ab und verblieb im weiteren Verlauf der Melkung auf diesem Niveau. Der somatische Zellgehalt sank bis zum ersten Viertel der Alveolarmilch ab, um dann kontinuierlich

12 ZIEL Abteilung Physiologie 5 bis zu seinem Maximum in der Residualmilch anzusteigen. Die Lebensfähigkeit der somatischen Zellen stieg fortlaufend an und war maximal in der Residualmilch. Das Verhältnis der Zellpopulationen wies einen umgekehrten Trend der Makrophagen und der polymorphkernigen Neutrophilen (PMN) auf. Während Makrophagen in der Zisternenmilch die Hauptfraktion darstellten, fanden sich PMN zum größten Teil in der Residualmilch. In allen Gemelksfraktionen war der Lymphozytenanteil ähnlich und im Bereich von 10 % der Zellen; lediglich in der letzten Alveolarmilchfraktion war er erhöht. Innerhalb der Zellfraktionen Lymphozyten, PMN und Makrophagen zeigte sich im Verlauf des Melkens ein ähnliches Bild: hohe Gehalte in der Zisternenmilch sanken zu einem Minimum im ersten Viertel der Alveolarmilch und stiegen kontinuierlich zu einem Maximum in der Residualmilch an. Die Ergebnisse zeigen, dass in gesunden Eutervierteln Makrophagen der vorherrschende Zelltyp in der Zisternenmilch lokalisiert sind, d.h. nahe dem Strichkanal, der Eintrittspforte für Erreger. Offensichtlich stellen sie die erste immunologische Barriere für Erreger dar. Im Gegensatz dazu sind PMN der wichtigste Zelltyp in der Alveolarmilch. Dennoch hat jede Leukozytenpopulation einen höheren Anteil in der Zisternenmilch als in der frühen Alveolarmilch, was für die bedeutende Rolle der Immunantwort in der Zisternenmilch spricht. Physiologische- und Verhaltensauswirkungen des Wechsels vom konventionellen zum automatischen Melksytem bei Milchkühen mit und ohne vorheriger Erfahrung Physiological and behavioural effects of changeover from conventional to automatic milking in dairy cows with and without previous experience Weiss, D.; Moestl, E. 1 : Bruckmaier, R.M.: Vet. Med.- Czech 50 (2005) S Der Wechsel von einem konventionellen Melkstand zu einem automatischen Melksystem (AMS) zeigte unterschiedliche Auswirkungen auf physiologische Parameter bei erfahrenen Kühen im Vergleich zu unerfahrenen. Der Anstieg der Herzfrequenz beim ersten Besuch des AMS war bei unerfahrenen Tieren deutlich höher als bei erfahrenen. Die erfahrenen Kühe besuchten das AMS freiwillig ohne Eingreifen des Personals. Der Anteil der freiwilligen Besuche stieg bei den unerfahrenen Tieren innerhalb der ersten 10 Tage deutlich an. Cortisol- Metaboliten im Kot blieben durch den Wechsel zum AMS unbeeinflusst. Bei den unerfahrenen Kühen war die Milchejektion während der ersten Melkungen gestört und somit die mittlere Milchmenge im Vergleich zum konventionellen Melksystem erniedrigt, während bei den erfahrenen Kühen die Milchejektion ungestört verlief und die mittlere Milchmenge sogar über der Milchmenge im konventionellen Melksystem lag. Erfahrene Kühe brauchen deshalb auch nach einer kurzen Phase im konventionellen Melkstand keine erneute Angewöhnung an das AMS, wohingegen unerfahrene Kühe eine intensive Angewöhnung benötigen um Milchproduktionsverluste zu minimieren. 1 Institut für Biochemie, Veterinärmedizinische Universität Wien, Österreich.

13 6 ZIEL Abteilung Physiologie Optimierung der individuellen Vorstimulation bei Milchkühen Optimization of individual prestimulation in dairy cows Weiss, D.; Bruckmaier, R.M.: Journal of Dairy Science 88 (2005) S Die Anwendung einer Vorstimulation verändert den Verlauf der Milchabgabe im Vergleich zur Melkung ohne Vorstimulation. Der Einfluss einer Vibrationsvorstimulation von 0 bis 90s sowie verschiedener maximaler Pulsationsvakuums-Einstellungen während der Vibrationsstimulation auf die Ocytocinfreisetzung und auf Melkbarkeitsparameter wurden untersucht. Mit steigendem maximalen Pulsationsvakuum während der Vibrationsstimulation stieg der Milchfluss während der Vorstimulation an, wirkte sich aber nicht negativ auf die Melkbarkeitsparameter aus. Der Zusammenhang, dass die Verzögerungszeit vom Beginn der Zitzenstimulation bis zum Beginn der Milchejektion mit dem Grad der Euterfüllung, der als prozentualer Anteil der geschätzten Speicherkapazität festgesetzt wurde, negativ korreliert ist, ist der Grund für die unterschiedliche optimale Dauer der Vorstimulation. Um unverzüglichen stetigen Milchfluss zum Melkbeginn zu erreichen, betrug die optimale Dauer der Vorstimulation bei Eutern mit geringen Milchmengen 90s, während sie bei gut gefüllten Eutern nur 20s betrug. Eine kurze Vorstimulation erhöht den Stalldurchsatz bei vollen Eutern und eine verlängerte Vorstimulation vermindert die Vakuumbelastung auf die Zitze bei der Melkung von nicht vollen Eutern. II. Lebensmittel, Ernährung und Umwelt Fütterungsstudien mit gentechnisch verändertem Mais: Untersuchungen zum Abbau von transgener DNA und Novel-Protein im Magen-Darm-Trakt des Rindes Einfluss auf Produktsicherheit und Qualität von Fleisch und Milch Degradation of Cry1Ab protein from genetically modified maize in the bovine gastrointestinal tracts Lutz, B.; Wiedemann, S.; Einspanier, R. 2 ; Meyer, J. 3 ; Albrecht, C.: Journal of Agricultural and Food Chemistry 53 (2005) S Produktsicherheit bei Fleisch und Milch Wiedemann, S.; Albrecht, C.; Meyer, H.H.D.: MAIS 32 (2005) S Transgene Futtermittel Einfluss auf die Milchqualität? Lutz, B.; Albrecht, C.; Meyer, H.H.D.: dmz (Deutsche Molkerei Zeitung) 126 (2005) S In den vergangenen Jahren wurde in der Öffentlichkeit vermehrt über Futter- und Lebensmittel aus gentechnisch veränderten Organismen (GVO) diskutiert. Insbesondere Befürchtungen, dass GVO-Bestandteile nach der Aufnahme durch Rinder über die Verdauung in Fleisch und Milch gelangen könnten, trugen zu einer Verunsicherung der Verbraucher bei. Die unerwartete Nachweisbarkeit des Cry1Ab Proteins, der gegen Maiszünslerlarven wirksamen Komponente des GV Maises Bt-176, im Gastrointestinaltrakt des Rindes, veranlasste uns, unterschiedliche Proteinnachweisverfahren zur Detektion von Cry1Ab Protein zu vergleichen. So testeten wir Proben aus zwei unabhängigen Fütterungsstudien mittels Immunoblot-Technik 2 3 Institut für Veterinär-Biochemie, Freie Universität Berlin Institut für Tierzucht, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Poing

14 ZIEL Abteilung Physiologie 7 und verglichen diese Ergebnisse mit Resultaten der ELISA Methode, die auf einem kommerziellen Kitsystem basieren. Während die mit ELISA gewonnenen Ergebnisse auf eine ansteigende Konzentration von Cry1Ab im Gastrointestinaltrakt hinwiesen, ergaben die Resultate des Immunoblot-Verfahrens eine klare Degradation des Proteins im Magen-Darm-Traktes des Rindes. Es wurde nachgewiesen, dass die im ELISA erhaltenen positiven Signale auf Cry1Ab Proteinfragmente von etwa 17 und 34 kd zurückgehen. Diese offensichtliche Diskrepanz zwischen den beiden Proteinnachweisverfahren wurde anhand zweier unabhängiger Probensätzen verifiziert und lassen den Schluss zu, dass der im ELISA verwendete Antikörper mit Epitoptragenden Fragmenten des Cry1Ab-Proteins reagiert. Um Missinterpretation der mittels ELI- SA gewonnenen Daten zu vermeiden, sollten Proben, die mit dieser Technik positiv getestet wurden, anhand einer weiteren Proteinnachweismethode wie z.b. Immunoblotting verifiziert werden. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Cry1Ab Protein während der Verdauung im Magen-Darm-Trakt des Rindes abgebaut wird. Wissenschaftlich durchgeführte Fütterungsstudien mit GV Mais ergaben bisher keinen Nachweis von transgener DNA oder Novel- Protein in Fleisch oder Milch von Rindern. Einfluss einer Laktoferrin-reichen Kälbermilchfütterung auf die Morphologie und die Expression von inflammatorischen Markern im gastro-intestinalen Trakt Prgomet, C.; Schwarz, F. 4 ; Pfaffl, M.W.: Abstractband Milchkonferenz 2005 der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, , Kiel, S. 49 Short term effects on pro-inflammatory cytokine, lactoferrin, and CD14 mrna expression levels in bovine immuno-separated milk and blood cells treated by LPS Prgomet, C.; Sarikaya, H.; Bruckmaier, R.M.; Pfaffl, M.W.: Journal of Veterinary Medicine A 52 (2005) S Polymorphkerniger neutrophile Granulozyten (PMN) wandern als Teil der Entzündungsreaktion gezielt aus der peripheren Blutbahn in die Milch. Die Mobilisierung von PMN erfolgt über zellvermittelte Immunität mittels Zytokine oder Chemokine, synthetisiert vom Eutergewebe und somatischen Milchzellen (SC). Da die Milch kein geeignetes Medium für phagozytierende PMN Zellen darstellt, ist die Immunantwort im Blutsystem bedeutend stärker als die in der Milchdrüse. Die Entzündungsreaktion steht in Zusammenhang mit der Konzentration von SC und den produzierten Zytokinen. Dessen Ausmaß und Geschwindigkeit haben einen gravierenden Einfluss auf den Verlauf und den Ausgang von Infektionen. Für ein besseres Verständnis der Wechselwirkung zwischen Zytokinsynthese und Regulationsmechanismen der Immunantwort während einer E. coli Mastitis, wurden Wirt-Phatogen Interaktionen in einem Zellkulturmodell studiert. In einem ersten Ansatz wurde deshalb die Transkriptionsaktivität von Laktoferrin (LF), des Zelloberflächenantigens 14 (CD14) und diversen Zytokinen in Lipopolysaccharide (LPS) aktivierten bovinen Leukozyten (WBC), Monozyten, SC und Milchmakrophagen verglichen. Signifikante Zytokin mrna-zunahmen konnten in allen vier Zellkulturarten und Genen gemessen werden. In WBC und Monozyten konnte LPS eine höhere Genexpression mit längerer Persistenz auslösen als in entsprechenden Milchzellen. Dieser Unterschied kann der zentralen 4 Department für Tierwissenschaften, AG Tierernährung, Technische Universität München, Freising.

15 8 ZIEL Abteilung Physiologie Rolle von LF und CD14 bei Entzündungsprozessen zugeschrieben oder durch die Blut-Milch Zellmigration begründet werden. In WBC and Monozyten wurde eine 6- bis 15-fach höhere konstitutive Transkription des CD14-Rezeptorgens als in adäquaten Milchzellen gemessen. Unabhängig von einer LPS-Behandlung war die mrna Expression für LF in SC im Vergleich zu den anderen Zellkulturtypen über den gesamten Versuchszeitraum stark hochreguliert (14-fach bis 153-fach). Da die Milchzellen von Rindern mit subklinischer Mastitis isoliert wurden, unterstreichen diese Ergebnisse die schützende Rolle von LF im Euter während einer Infektion. Eine gesunde Kälberaufzucht ist die Basis für eine erfolgreiche und wirtschaftliche Nutzung bei der Kälber- und Rindermast, aber auch für eine leistungsorientierte Milchviehhaltung. Bedingt durch das zukünftige Verbot von Antibiotika bedarf es einer Neuorientierung zur Gesundheitsprophylaxe und Leistungsstabilisierung in der Kälberfütterung. Lactoferrin (LF) als Futterzusatzstoff und natürlicher Milchinhaltsstoff stellt eine Alternative mit darmstabilisierender Wirkung dar. LF ist ein eisenbindendes bioaktives Glycoprotein, das in zahlreichen in vitro- und in vivo-untersuchungen anti-mikrobielle, anti-virale, anti-mykotische und immunmodulierende Eigenschaften bewiesen hat. Ziel der Arbeit war es die Effekte des LF hinsichtlich der Expression von inflammatorischen Markern in Blut und im gastro-intestinalen Trakt, sowie auf die Morphologie im Dünn- und Dickdarm zu untersuchen. Eine Gruppe von 20 Kälbern erhielt den mit 0,18% TS LF versetzten Milchaustauscher, die zweite Gruppe diente als Kontrolle (n=20). Während des Versuchszeitraumes von 70 Tagen erfolgten wöchentliche Blutentnahmen. Es wurden 10 Versuchstiere geschlachtet und Gewebeproben aus Jejunum, Ileum, Caecum und Colon entnommen. Im Weiteren wurden ausgewählte mikrobielle Parameter in Chymus bestimmt und ein Differential- bzw. kleines Blutbild erstellt. Die Quantifizierung der mrna Expression der Zytokine TNFα, IL-1β, IL-6, IL-10 und diversen Wachstums- und Apoptosefaktoren erfolgte über eine quantitative one-step real-time RT-PCR. Veränderungen der Kryptentiefen, Darmzottenlängen und Flächen der Peyerschen Platten wurden histologisch mittels HE Färbung beurteilt. Nach oraler Administration von LF konnten signifikante Flächenzunahmen der Lymphfollikel im Ileum (p<0,05) sowie eine Abnahme der Darmzottenlängen im Jejunum gemessen werden (p<0,01). Die Verkürzung der Darmzotten steht vermutlich in Zusammenhang mit der gesteigerten Apoptoseaktivität im Jejunum. In den ersten 6 Lebenswochen konnte ein signifikanter mrna Anstieg der Zytokine IL1β, Il-8 und IL-10 gezeigt werden (p<0,05). Das kleine Blutbild zeigt eine signifikant erhöhte Leukozytenzahl in der LF-Gruppe (p<0,05). Vergrößerte Peyersche Plaques, ein Indiz für B-Zell Proliferation/Differenzierung und T-Zell Aktivierung, verstärkte mrna Expressionen von pro- und anti-inflammatorischen Faktoren sowie veränderte Leukozytenzahlen lassen auf eine Aktivierung des Immunsystems durch LF schließen. Die aeroben und die anaeroben Gesamtkeimzahlen im Chymus unterlagen starken Schwankungen, tendenziell konnten jedoch Keimzahlreduktionen in der LF-Gruppe beobachtet werden, die auf anti-mikrobielle Fähigkeiten von LF zurückzuführen sind.

16 ZIEL Abteilung Physiologie 9 Einfluss einer synbiotischen Fütterung mit Lactulose und Enterococcus faecium auf die Darmgesundheit bei Milchkälbern Fleige, S.; Preißinger, W. 5 ; Meyer, H.H.D.; Pfaffl, M.W.: Abstractband Milchkonferenz 2005 der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, , Kiel, S Lactulose in der Kälbermast Auswirkungen auf Futteraufnahme und Leistungsparameter Preißinger, W. 5 ; Pfaffl, M.W.; Obermaier, A. 5 ; Hitzlsperger, L. 5 : BOKU Tagung 2005, Wien, Österreich, Tagungsband im Druck Durch die Fütterung kann die Kompetenz des Immunsystems beeinflusst und somit auch die Pathogenese von Erkrankungen teils erheblich moduliert werden. Vor dem Hintergrund des Verbots antibiotischer leistungsfördernder Futterzusätze stellt die synbiotische Fütterung mit darmstabilisierender Wirkung eine besondere Herausforderung für die Forschung dar. Im Mittelpunkt unserer Arbeit stehen die synbiotischen Wirkungen von Lactulose und Enterococcus faecium und die vermittelte Immunmodulation in verschiedenen Darmabschnitten. Im Rahmen der durchgeführten Forschungsarbeit wurden 42 Fleckviehkälber in drei isokalorischen Fütterungsgruppen gehalten. Der Milchaustauscher (MAT) wurde mit unterschiedlichen Lactulose Konzentrationen angereichert: Kontrolle, 1% TS (LAC1) und 3% TS (LAC3) Lactulose. Die synbiotische Wirkung wurde durch die zusätzliche Gabe von 1 Mrd. KBE Enterococcus faecium pro kg MAT erreicht. Nach einem Versuchszeitraum von 19 Wochen wurden Gewebeproben aus dem Darm (Jejunum, Ileum, Caecum, Colon sowie mesenterialer Lymphknoten) entnommen und histologisch mittels HE-Färbung untersucht. Die Behandlung mit Lactulose führte zu signifikant morphologischen Veränderungen. Es zeigte sich ein Reduktion der Zottenlänge im Ileum der Gruppe LAC1 und LAC3 (p = 0.015). Im Weiteren kam es zu einer Verkleinerung der Lymphfollikel (p = 0.044) weiblicher Tiere im Ileum der LAC1 und LAC3 Gruppen. Bei der LAC1 Gruppe wurde die Kryptentiefe im Caecum signifikant (p = 0.016) verringert. Ein Erklärungsansatz dieser Ergebnisse könnte die Bildung von kurzkettigen Fettsäuren (z.b. Butyrat) beim Abbau von Lactulose durch probiotische Bakterien sein. Butyrat erhöht die Apoptose- und verringert die Proliferationsrate, was zu einer Verkürzung der Zotten und einer Verringerung der Kryptentiefe führen könnte. Der Frage inwieweit Lactulose und Enterococcus faecium sich auf die Immunmodulation und auf die Apoptose in verschiedenen Darmabschnitten auswirkt, soll in weiteren Untersuchungen nachgegangen werden. mrna Expressionsuntersuchungen der wichtigsten immunrelevanten und Apoptose regulierenden Faktoren sollen mittels real-time qrt-pcr quantifiziert werden und die histologischen Ergebnisse in ihrer Aussage stärken. 5 Institut für Tierernährung und Futterwirtschaft, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Poing.

17 10 ZIEL Abteilung Physiologie Effekte von EGCG und Katechin auf die mrna Expression pro-inflammatorischer Zytokine in weißen Blutzellen Effects of varied EGCG and (+)-catechin concentrations on pro-inflammatory cytokines mrna expression in ConA stimulated primary white blood cell cultures Sehm, J.; Polster, J. 6 ; Pfaffl, M.W.: Journal of Agricultural and Food Chemistry 53 (2005) S EGCG (Epigallocatechin-Gallate) und Catechin sind Flavanoide die als sehr gesund anerkannt werden und für ihre anti-kanzerogen Wirkungen bekannt sind. In Äpfeln, grünem Tee und in Rotwein finden sich hohe Konzentrationen dieser Polyphenole. In früheren wissenschaftlichen Studien wurden die Effekte der Flavanoide in erster Linie in stabilen Zellkulturlinien getestet aber bis dato noch nie in primären Zellkulturen. In dieser Studie haben wir die immunstimulierenden Effekte vom T-Zell Mitogen ConA auf Leukozyten, unter dem Einfluss unterschiedlicher physiologischer EGCG und Catechin Konzentrationen untersucht. Die Leukozyten wurden aus Rinderblut isoliert und mit RPMI Medium, FCS und Gentamycin kultiviert (1x10 6 cells/ml). Unterschiedliche Szenarien unter dem Einfluss verschiedener physiologischer Flavanoid Konzentrationen wurden getestet (0, 0.1, 1, 10, 30 und 100 µm). Die Leukozyten konnten nach eintägiger Behandlung geerntet und die total RNA isoliert werden. Die relativen Expressionslevel verschiedener Markerzytokine mrnas (TNFα, IL1β, IL6, Transkriptionsfaktor cfos, and Histon) konnten mittels real-time qrt-pcr im LightCycler quantifiziert werden. Die Expression wurde mit dem Referenzgen GAPDH normalisiert. Zusammenfassend kann man sagen, dass beide Flavanoide präventive Effekte in der Aktivierung relevanter Zytokine und Transkriptionsfaktoren zeigen. Höhere Flavanoid Konzentrationen hatten ausgeprägtere Effekte, wobei EGCG mehr expressions-suppressive Effekte aufzeigte. Einsatz der cdna-array-technologie zur Identifizierung Zink-sensitiver Gene in-vitro Effects of increased cellular zinc levels on gene and protein expression in HT-29 cells Kindermann B. 7 ; Döring, F. 8 ; Fuchs, D. 7 Pfaffl, M.W.; Daniel, H. 7 : BioMetals 18 (2005) S Das lebensnotwendige Spurenelement Zink wirkt als Cofaktor von mehr als 300 Enzymen und ist ein Stabilisator biologischer Membranen. Zink ist außerdem Bestandteil von Transkriptionsfaktoren. Es greift somit in die Regulation der Genexpression ein. Während in Modellorganismen wie z. B. Saccharomyces cerevisiae zahlreiche Zink-sensitive Gene identifiziert wurden, sind beim Säuger bisher nur wenige Gene als Zink-abhängig beschrieben worden. Möglicherweise sind die genutzten Methoden wie z. B. differential display zu unempfindlich, um umfangreiche Daten zur Zink-abhängigen Expression einzelner Gene zu erhalten. Wir haben deshalb geprüft, ob die cdna-array-technologie geeignet ist, Zink-abhängige Säugergene zu identifzieren. Als in-vitro Modellsystem dienten intestinale Epithelzellen (HT Department für Biowissenschaftliche Grundlagen, Fachgebiet Physikalische Biochemie, Technische Universität München, Freising. Lehrstuhl für Ernährungsphysiologie, Technische Universität München, Freising. Forschungsgruppe Molekulare Ernährung, Christian-Albrechts-Universität Kiel.

18 ZIEL Abteilung Physiologie 11 29), die für 72 Std. in einem Medium mit normaler (0.25 ppm) bzw. erhöhter (10 ppm) Zinkkonzentration kultiviert wurden. Die gewählten Bedingungen führten zur drastischen Veränderung der Expression eines bereits bekannten Zink-sensitiven Gens (Metallothionein-1). Zum Screening dienten cdna-arrays (Clontech), die mit radioaktiv-markierten cdnas aus den kultivierten Zellen (0.25 versus 10 ppm Zink) hybridisiert wurden. Die Arrays wurden mittels Phosphorimager ausgelesen und die Signale auf zwei Housekeeping-Gene (GAPDH, ß-Actin) bezogen. Die Auswertung zeigte, dass durch die erhöhte Zinkkonzentration ~1% der repräsentativen Säugergene (1176) in ihrer Expression verändert (> 1.6-fach) sind. Mittels Northern Blot-Analyse und real-time qrt-pcr konnte für ausgewählte Gene die Modulation der Expression verifiziert werden. Die identifizierten Gene codieren u. a. für ein Oberflächenantigen und Proteasomproteine. Das Genprodukt und die Funktion eines Gens (Hypothetical 40 kda Protein) sind bisher nicht bekannt. Das etablierte Reporterzellsystem und die cdna- Array-Technologie sind somit prinzipiell geeignet, Zink-abhängige Säugergene zu identifizieren. III. Reproduktionsbiologie Darstellung der Genexpression des Rinderendometriums während des östrischen Zyklus Nachweis von molekularen Pfaden, die an funktionellen Veränderungen beteiligt sind Gene expression profiling of bovine endometrium during the oestrous cycle: detection of molecular pathways involved in functional changes Bauersachs, S. 9 ; Ulbrich, S.E.; Gross, K. 9 ; Schmidt, S.E. 9 ; Meyer, H.H.D.; Einspanier, R. 2 ; Wenigerkind, H. 10 ; Vermehren, M. 11 ; Blum, H. 12 ; Sinowatz, F. 11 ; Wolf, E. 12 : Journal of Molecular Endocrinology 34 (2005) S Die Untersuchung des Transkriptoms ist geeignet, um neue, an der Regulation beteiligte Gene zu entdecken. Mit Hilfe von subtraktiven cdna-bibliotheken und Array-Hybridisierungen konnten 135 Markergene gefunden werden, die im Endometrium des Rindes während des Zyklus reguliert waren. Darüber hinaus wurden solche Gene beschrieben, deren Expression in verschiedenen Abschnitten des Uterus einen Gradienten beschrieben. Von den gefundenen bekannten Genen waren viele an der TGF-β Signalkaskade beteiligt. Diese und weitere Kandidatengene können anschließend Ausgangspunkt für weitere grundlegende Untersuchungen sein, um die komplexen Mechanismen der Regulation der embryo-maternalen Kommunikation genauer zu verstehen Lehrstuhl für Molekulare Tierzucht, Genzentrum der Ludwig-Maximilians-Universität München. Bavarian Research Centre for Biology of Reproduction, Oberschleissheim. Lehrstuhl für Tieranatomie, Histologie und Embryologie, Ludwig-Maximilians-Universität München. Laboratory for Functional Genome Analysis (LAFUGA), Genzentrum der Ludwig-Maximilians- Universität München.

19 12 ZIEL Abteilung Physiologie Regulation des endometrialen Fibroblastenwachstumsfaktors 7 (FGF-7) und seines Rezeptors FGFR2IIIb in Schweinen nach Substitution mit Sexualsteroiden, während des Zyklus und früher Trächtigkeit Regulation of endometrial fibroblast growth factor 7 (FGF-7) and its receptor FGFR2IIIb in gilts after sex steroid replacements, and during the estrous cycle and early gestation Wollenhaupt, K. 13 ; Welter, H.; Brussow, K.P. 13 ; Einspanier, R. 2 : Journal of Reproduction and Development 51 (2005) S Ziel dieser Studie war es, die Expression des Fibroblasten-Wachstumsfaktors FGF-7 und seines Rezeptors FGFR2IIIb am Tag 12 und 20 des Zyklus (physiologisch niedrige und hohe Plasma Östradiol- und Progesteronkonzentrationen) unter exogener Steroidsubstitution durch Estradiolbenzoat (EB) und Progesteron (P4) sowie am Tag 1 und 12 der Frühgravidität im porcinen Endometrium zu erfassen. Es konnte gezeigt werden, dass die mrna von FGF-7 und FGFR2IIIb unterschiedlich durch exogene Steroidsubstitution reguliert wird. Während FGF-7 durch P4 und eine bestimmte Menge EB aufreguliert wird, wird FGFR2IIIb durch EB inhibiert. Ligand- und Rezeptortranskript waren erhöht während hoher P4 Werte, also am Tag 12 des Zyklus und der Trächtigkeit. Das FGF-7 Protein wurde lokalisiert im endometrialen Epithel, in glatten Muskelzellen sowie im Endothel unterschiedlicher Blutgefäße und zeigte die stärkste Expression unter EB+P4 sowie am Tag 12 der Gravidität. Die Daten lassen vermuten, dass offensichtlich beide Steroide an der Regulation dieses Ligand-Rezeptor-Systems beteiligt sind und womöglich eine wichtige Rolle bei der Vorbereitung des Endometriums auf eine bevorstehende Implantation spielen. Ovar Funktion bei Wiederkäuern Ovarian function in ruminants Berisha, B.; Schams, D.: Domestic Animal Endocrinology 29 (2005) S In vivo Beweise für die erhöhte lokale Cortisolproduktion in preovulatorischen Follikeln beim Rind In vivo evidence that local cortisol production increases in the preovulatory follicle of the cow Acosta, T.J. 14 ; Tetsuka, M. 15 ; Matsui, M. 14 ; Shimizu, T. 14 ; Berisha, B.; Schams, D.; Miyamoto, A. 14 : The Journal of Reproduction and Development 51 (2005) S Luteolyse des Rindergelbkörpers ein komplexes Phänomen Berisha, B.; Meyer, H.H.D.; Schams, D.: Vortragstagung DGfZ und GfT am 21./22. September 2005, Humboldt-Universität Berlin, Proceedings B17 (2005) S. 1-4 Ziel der vorliegenden Arbeiten war es lokal im Ovar des Rindes produzierte regulatorische Faktoren über den gesamten Brunstzyklus und während induzierter Luteolyse zu charakterisieren, um so Prozesse wie Selektion und Dominanz des Follikels, Ovulation und Gelbkörper- Bildung und -Funktion, sowie die Luteolyse besser zu verstehen. Dazu wurden Corpora lutea Forschungsinstitut für die Biologie landwirtschaftlicher Nutztiere, Dummerstorf. Graduate School of Animal and Food Hygiene, Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine, Obihiro, Japan. Department of Agriculture and Life Science, Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine, Obihiro, Japan.

20 ZIEL Abteilung Physiologie 13 verschiedener Zyklusstadien (Tag 1-2, 3-4, 5-7, 8-12, und >18) sowie früh- und spätgravider Kühe gesammelt. Für Untersuchungen zur induzierten Luteolyse wurden Kühen am Zyklustag 8-12 Corpora lutea vor und 2, 4, 12, 48 und 64 h nach i.m. Applikation von 500 µg Cloprostenol (PGF2α Analogon) mittels transvaginaler Ovarektomie entnommen. Mit Hilfe der konventionellen Block-PCR, sowie der real-time RT-PCR wurde die mrna Expression der verschiedenen Faktoren bestimmt. Außerdem wurde die Protein Expression dieser Faktoren durch RIA, EIA, Western Blot und Immunhistochemie im Gewebe untersucht. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass lokal produzierte Wachstumsfaktoren, Zytokine und vasoactive Peptide wichtige regulierende Funktionen im Ovar des Rindes während des Follikelwachstums, der Gelbkörper-Anbildung, -Entwicklung und -Funktion haben. IV. ABC Transporter: Bedeutung in Human- und Tierphysiologie In den letzten Jahren erlangte die Identifikation und funktionelle Charakterisierung von ATP- Binding Cassette (ABC) Transportern eine herausragende Bedeutung. ABC Transporter spielen eine wichtige Rolle in diversen physiologischen Prozessen wie z.b. dem Transport von Sterolen, Phospholipiden, Gallensalzen und Peptiden, oder etwa dem Ausschleusen von Toxinen oder therapeutischen Wirkstoffen aus der Zelle. Mutationen, die eine beeinträchtigte oder fehlende Funktion dieser Proteinen zur Folge haben, können unter anderem zu humanen Erbrankheiten wie Zystische Fibrose (CFTR), Tangier-Krankheit oder erblich bedingte HDL- Defizienz (ABCA1), Stargardt-Erkrankung (ABCA4) oder Immundefizienzen (ABCB2, ABCB3) führen. Im Rahmen unserer Forschungsarbeiten mit ABC Transportern lag unser Schwerpunkt bisher im Bereich der humanen Erkrankungen. Die hier aufgebaute Kompetenz war die Basis für erste Arbeiten im Bereich Lebensmittel liefernder Tiere. Die Identifikation von ABC-Transportern im Rind und deren Expression in der Milchdrüse (Publikationen im Druck) eröffnen die Perspektive den Cholesterintransport auch hier zu verstehen. Beeinflussung von mrna Expression von Genen auf Lipidfluss und Matrixdegradation bezüglich arteriosklerotischen Erkrankungen mrna expression of genes involved in lipid efflux and matrix degradation in occlusive and ectatic atherosclerotic disease Soumian, S. 16 ; Gibbs, R. 17 ; Davies, A. 17 ; Albrecht, C.: Journal of Clinical Pathology 58 (2005) S ABCA1 ist unter anderem im zellulären Export von Cholesterin aus peripheren Zellen und dem sog. Reversen Cholesterin Transport involviert. Während bisherige Untersuchungen sich vorwiegend auf das Studium von Mutationen bezogen, die eine beeinträchtigte ABCA1 Funktion zur Folge haben, konzentrierten sich unsere Untersuchungen auf die Rolle von AB- CA1 in Erkrankungen des arteriosklerotischen Formenkreises. Hierbei untersuchten wir die mrna und Protein-Expresssionen von ABCA1, sowie Genen wie LXRα und PPARγ, die in MRC Clinical Sciences Centre, Faculty of Medicine, Imperial College Hammersmith Hospital, London, U.K. Department of Vascular Surgery, Charing Cross Hospital, London, U.K.

21 14 ZIEL Abteilung Physiologie der Regulierung von ABCA1 eine wichtige Rolle spielen. Ferner verglichen wir unterschiedliche arteriosklerotische Krankheitsbilder wie die okklusive und die ektatische Arteriosklerose und bestimmten weitere Faktoren wie COX2 und MMP9, die in der Instabilität von arteriosklerotischen Plaques eine wichtige Rolle spielen. In den Studien wurden Karotidarterienproben mit arteriosklerotischen Plaques von Patienten sowie Aneurysmengewebe von 16 Patienten eingesetzt. Als Kontrolle dienten makroskopisch nicht-arteriosklerotische mesenteriale Arterien von Koloektomie-Patienten. Nach RNA- und Proteinextraktion wurden von allen o. g. Genen mittels quantitativer PCR die mrna Konzentrationen sowie mittels Immunoblotting die ABCA1 Proteinexpression bestimmt. Die mrna Analysen ergaben eine signifikant erhöhte ABCA1 und LXRα Expression in arteriosklerotischen Plaques gegenüber Kontroll- und Aneurysmengeweben. Die PPARγ Expression war in beiden arteriosklerotischen Erkrankungen signifikant gesenkt, die MMP9 Expressionen hingegen deutlich erhöht. Die COX2 Konzentrationen waren erhöht in Aneurysmen-, dagegen erniedrigt in Plaquegewebe. In beiden Erkrankungsformen waren die ABCA1- und MMP9 mrna-expressionen positiv korreliert. In Plaques wurde eine positive Assoziation zwischen ABCA1 und LXRα gefunden. Trotz erhöhter mrna Expression war die ABCA1 Proteinkonzentration in Plaquegeweben signifikant reduziert. Diese Studien zeigen, dass sowohl das ABCA1 Gen wie auch das ABCA1 Protein in humanen Arterien nachweisbar sind. Trotz signifikanter Aufregulierung der ABCA1 mrna Expression, wahrscheinlich induziert über LXRα, ist die Expression von ABCA1 Protein in arteriosklerotischen Plaques signifikant erniedrigt. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die lokale Umgebung im Bereich des arteriosklerotischen Plaques zu einer differenzierten ABCA1 Expression beiträgt und die erniedrigten ABCA1 Proteinkonzentrationen einen wichtigen Faktor in der Entwicklung von arteriosklerotischen Läsionen darstellt. Weiterhin lassen unsere Studien darauf schließen, dass eine therapeutische Aufregulierung von PPARγ, die möglicherweise den Lipidefflux via ABCA1 erhöhen und über MMP9 die Matrixdegradation erniedrigen könnte, in arteriosklerotischen Erkrankungen von Nutzen sein könnte. Eine neue missense-mutation in ABCA1 resultiert in verändertem Proteintransport und erniedrigter Phosphatidylserin-Translokation in einer Patientin mit Scott Syndrom A novel missense mutation in ABCA1 results in altered protein trafficking and reduced phosphatidylserine translocation in a patient with Scott syndrome Albrecht, C.; McVey, J.H. 16 ; Elliott, J.I. 16 ; Sardini, A. 16 ; Kasza, I. 18 ; Mumford, A.D. 16 ; Naoumova, R.P. 16 ; Tuddenham, E.G.D. 16 ; Szabo, K. 18 ; Higgins, C.F. 16 : Blood 106 (2005) S Bei Scott Syndrom handelt es sich um eine seltene Blutungserkrankung, die dadurch charakterisiert ist, dass Phophatidylserin (PS), das in der Zellmembran lokalisiert ist, nach Stimulation nicht zur Zelloberfläche gelangen kann. Da ABCA1 in früheren Studien mit PS- 18 National Medical Center, Institute of Haematology and Immunology, Membrane Research Group of the Hungarian Academy of Sciences, Budapest, Ungarn.

22 ZIEL Abteilung Physiologie 15 Translokation in Verbindung gebracht wurde, untersuchten wir die Rolle dieses Proteins in der Pathophysiologie einer Patientin mit Scott Syndrom. Hierfür analysierten wir mittels quantitativer PCR die ABCA1 mrna Expression in frisch isolierten Leukozyten der Patientin und sequenzierten die komplette kodierende sowie proximale Promotor Region des AB- CA1 Gens. Wir fanden stark erniedrigte ABCA1 mrna Konzentrationen in Leukozyten der Patientin und entdeckten eine neue heterozygote missense-mutation in Position c.6064g>a, die den Aminoaustausch R1925Q zur Folge hat. Diese Aminosäuresubstitution wurde in keinem der nahen Familienangehörigen der Patientin gefunden. WAVE-Analysen zur Detektion von Polymorphismen ergaben, dass diese Mutation auch in einer Kontrollpopulation nicht vorkommt. Differentielle mrna Analysen an dem gesunden und dem mutierten Allel der Patientin ergaben, dass beide Allele in ihrer ABCA1 mrna Konzentration erniedrigt waren. Da für dieses Phänomen keine Mutation im ABCA1 Gen bzw. in der proximalen Promoterregion gefunden wurde, liegt die Vermutung nahe, dass in der Patientin noch eine weitere, bisher noch nicht identifizierte Mutation existiert. Diese Mutation betrifft voraussichtlich ein Gen, das in der Regulation von ABCA1 eine Rolle spielt. Um aufzuzeigen, dass die R1925Q Mutation eine kausale Rolle für den Phenotyp der Scott Syndrome Patientin spielt, klonierten wir wildtyp und mutierte ABCA1 cdna zusammen mit egfp in Expressionsvektoren und transfizierten die jeweiligen Konstrukte in HEK293 Zellen. Diese in vitro Expressionsstudien zeigten einen deutlich gestörten Transport des mutierten ABCA1 Konstruktes zur Plasmamembran. Um eine Beeinträchtigung des mutierten ABCA1 Proteins hinsichtlich seiner Funktion nachzuweisen, wurde mittels retroviraler Transduktionstechnik wildtyp ABCA1 in EBVtransformierte B-Lymohozyten der Scott Syndrom Patientin exprimiert. Die Überexpresssion von ABCA1 Protein stellte in den Lymphozyten der Patientin die Ca 2+ -abhängige PS- Translokation an die Zelloberfläche wieder her. Diese Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass die R1925Q Mutation zum Phänotyp der gestörten PS Translokation in der Scott Syndrom Patientin beiträgt. In Zusammenarbeit unserer Mitarbeiter und anderen Einrichtungen wurden folgende wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht: AdVEGF165 gene therapy a new delay procedure for flaps Holzbach, T. 19 ; Taskov, C. 19 ; Neshkova, I. 19 ; Holm, P.S. 20 ; Konerding, M.A. 21 ; Schams, D.; Gänsbacher, B. 20 ; Biemer, E. 16 ; Giunta, R.E. 16 : Handchirurgie, Mikrochirurgie Plastische Chirurgie 37 (2005) S Role of vascular endothelial growth factor in ovarian physiology - an overview Kaczmarek, M.M. 22 ; Schams, D.; Ziecik, A.J. 21 : Reproduction of Biology 5 (2005) S Abteilung für Plastische und Wiederherstellungschirurgie, Klinikum Rechts der Isar, Technische Universität München. Lehrstuhl für Experimentelle Onkologie und Therapieforschung, Technische Universität München. Institut für Anatomie, Johannes Gutenberg Universität, Mainz. Institute of Animal Reproduction and Food Research, Polish Academy of Sciences, Olsztyn, Polen.

23 16 ZIEL Abteilung Physiologie AdVEGF165 gene transfer increases survival in overdimensioned skin flap Giunta, R.E. 16 ; Holzbach, T. 19 ; Taskov, C. 19 ; Holm, P.S. 20 ; Konerding, M.A. 21 ; Schams, D.; Biemer, E. 16 ; Gänsbacher, B. 20 : The Journal of Gene Medicine 7 (2005) S Dissertationen, Diplom-, Master- und Bachelorarbeiten Dissertationen Bodo Lutz, Dr. rer. nat., Technische Universität München, : Experimentelle Untersuchungen zur Degradation von DNA und Cry1Ab Protein während der Futtermittelprozessierung und im tierischen Organismus sowie zur Verbreitung von keimfähigem transgenem Saatgut nach Magen-Darm-Passage Susanne E. Ulbrich, Dr. rer. nat. Technische Universität München, : Importance of steroid hormone receptors, nitric oxide synthesis and hyaluronan turnover for the control of oviduct function Diplom- und Masterarbeiten Livia Blank, Agrarwiss.: Expression von Membranproteinen im Rind und deren Bedeutung im bovinen Organismus Claudia Dummer, Agrarwiss.: Auswirkungen der Fütterung von gentechnisch verändertem Mais (Bt-176) auf das Immunsystem von Milchkühen Patrick Gürtler, Technische Biologie: Feeding genetically modified maize investigation of potential effects on ruminal bacteria Sandra Christiane Haas, Molekulare Biotechnologie: Influence of mammary epithelial cells on leukocyte chemotaxis in response to mastitis pathogens in vivo Stephanie Hauser, Dipl. Biol.: Konstruktion von adeno- und lentiviralen Vektoren zur Expression von sirnas gegen Hepatocyte Growth Factor (HGF) and HGF-Rezeptor zur Hemmung der durch Proteaseninhibitoren verursachten Induktion von HGF und Mikrometastasierung Manuela Locher, Agrarwiss.: Einfluss einer Tryptophan-Supplementierung auf die Plasmakonzentration von Tryptophan und Melatonin, sowie auf die Melatoninkonzentration in der Milch beim Rind Anja Pertl, Biologie: Polymorphismen im HIF-1 -Gen und deren Einfluss auf die Ausdauerleistungsfähigkeit Gregor Schlamberger, Agrarwiss: Zusammensetzung der Milchzellpolulationen in verschiedenen Gemelksfraktionen in Abhängigkeit vom Eutergesundheitsstatus

24 ZIEL Abteilung Physiologie 17 Vanessa Melanie Walf, Molekulare Biotechnologie: Effects of anabolic sex hormones on gene expression in bovine liver differential gene expression profiling via qrt-pcr Bachelorarbeiten Alexander Berger: Expression von Progesteron und seinem Rezeptor im Gelbkörper des Rindes während des Zyklus und der Frühgravidität Arne Christians: Einfluss anaboler Hormone auf die Genexpression im bovinen Muskel Thérèse Dau: Development of a flow-cytometric method for the quantification of milk cell populations based on specific cell surface antigens Jasmina Esterlechner: Establishment of a cholesterol efflux assay in cell culture Rainer W. Fürst: Expression of apoptotic and anti-apoptotic factors in bovine corpus luteum during oestrus cycle and gravidity Manuela Hackenberg: Effects of the oral appplication of synbiotics on the morphology of the bovine intestine Martina Klupp: Optimierung der Methoden zur Isolation von mrna, RNA und Plasmiden zur Erstellung einer cdna-bank aus bovinem Eutergewebe Johanna C. Panitz: Characterization of the promoter region of the bovine cholesterol transporter ABCA1, ABCG5 and ABCG8 Seminar Tierwissenschaft Endokrinologisch-molekularbiologisches Kolloquium Folgende Vorträge wurden von Gastreferenten übernommen: : Regulation of the VEGF action in the porcine endometrium Referentin: Dr. Monika Kaczmarek, Polish Academy of Sciences, Institute of Animal Reproduction and Food Research, Olsztyn, Polen Mode of action of secundary plant products in weaner piglets Referent: Dipl. Ing. Arthur Kroismayr, Department für Lebensmittelwissenschaft und -technologie, Universität für Bodenkultur, Wien, Österreich Cholesterol, ABCA1 and coronary heart disease Referent: Dr. Dipesh Patel, Imperial College London, U.K Insulin resistance in ruminants: a key issue for high-yielding dairy cows? Referent: Prof. Dr. Martin Kaske, Klinik für Rinder, Tierärztliche Hochschule Hannover

25 18 ZIEL Abteilung Physiologie Die systematische Analyse wachstumsrelevanter Gene in vivo Referent: PD Dr. Andreas Höflich, Lehrstuhl für Molekulare Tierzucht, Ludwig-Maximilians Universität München : Sportliche Leistungsfähigkeit und Genetik eine aktuelle Standortbestimmung Referent: Dr. Bernd Wolfarth, Leitender Oberarzt, Technische Universität München, Klinikum Rechts der Isar, Präventive und Rehabilitative Sportmedizin, München : Reproduction in the dromedary camel Referent: Prof. Dr. Ahmed S. Abdoon, Department of Animal Reproduction & Artificial Insemination, National Research Center, Giza, Ägypten Vorträge Albrecht, Chr.: Transgene Futtermittel Technische Universität München, Gemeinsames Seminar Tierwissenschaft, Freising- Weihenstephan, Defective expression and aberrant function of ABCA1 in a patient with Scott syndrome novel links between apoptosis, haemostasis and atherosclerosis 4th International Research Conference BioMedical Transporters 2005, OLMA Congress Center, St. Gallen, Schweiz, Alimentos transgénicos para el ganado Veterinärmedizinische Fakultät, Universidad San Sebastian, Concepcion, Chile, Alimentos transgénicos para el ganado Veterinärmedizinische Fakultät, Universidad San Sebastian, Puerto Montt, Chile, Berisha, B.: The expression of VEGF and its receptors in bovine follicle before LH surge, after LH surge and in early corpus luteum (CL) 38. Jahrestagung Physiologie und Pathologie der Fortpflanzung, Zürich, Schweiz, Quantification of gene expression by RT-PCR University of Prishtina, Faculty of Agriculture, Prishtina, Kosovo, Angiogenic factors and angiogenesis during corpus luteum formation University of Prishtina, Faculty of Medicine, Institute of Pathology, Prishtina, Kosovo, Bedeutung von auto/parakriner Regulation für das Follikelwachstum beim Rind Technische Universität München, Gemeinsames Seminar Tierwissenschaft, Freising- Weihenstephan,

26 ZIEL Abteilung Physiologie 19 Luteolyse des Rindergelbkörpers ein komplexes Phänomen `Arbeiten der Forschungsstätten für Tierproduktion` Vortragstagung der Deutschen Gesellschaft für Züchtungskunde e.v. und der Gesellschaft für Tierzuchtwissenschaft, Humbold- Universität zu Berlin, Bruckmaier, R.: Neue Erkenntnisse in der Biotechnologie der Milchabgabe 14. Milchrindtag 2005 in Mecklenburg-Vorpommern, Güstrow, Die kontinuierliche Milchejektion beim Rind: Bedeutung für Milchabgabe und Parameter der Eutergesundheit Gastvortrag am Forschungsinstitut für die Biologie landwirtschaftlicher Nutztiere, Dummerstorf, Störungen der Milchejektion und ihre Bedeutung beim Maschinenmelken Fortbildungsseminar Projektierung und Einsatz der Melktechnik der Staatlichen Führungsakademie für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Poing-Grub, 10. und Die kontinuierliche Milchejektion beim Melken der Kuh: Bedeutung für Milchabgabe und Eutergesundheitsparameter Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL), Mariensee, Zusammenhänge zwischen Stoffwechsellage und Immunantwort der Milchdrüse Fachtagung Aktuelle Fragen der Fütterungsberatung der Bayerischen Arbeitsgemeinschaft Tierernährung e.v., Freising-Weihenstephan, Oligosaccharide in der Milch Weihenstephaner Milchwirtschaftliche Herbsttagung, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, Fleige, S.: Determination of RNA quality and its influence on the quantitative real time PCR EMBO Practical Course on Quantification of gene expression by real-time qrt-pcr EMBL Heidelberg, Einfluss einer synbiotischen Fütterung auf die Darmgesundheit bei Milchmastkälbern Milchkonferenz 2005 Symposium on Milk and the Metabolic Syndrome der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, Gürtler, P.: Validierung geeigneter Nachweisverfahren für DNA in der Milch Milchkonferenz 2005 Symposium on Milk and the Metabolic Syndrome der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel,

27 20 ZIEL Abteilung Physiologie Kessel, S.: Bedeutung der Stoffwechsellage für die Immunantwort der Milchdrüse Milchkonferenz 2005 Symposium on Milk and the Metabolic Syndrome der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, Kollmann, M.: Anatomisch-physiologische Einflussfaktoren für das Auftreten von Incontinentia lactis Milchkonferenz 2005 Symposium on Milk and the Metabolic Syndrome der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, Meyer, H.H.D.: Mechanisms of Androgen Receptor Mediated Anabolic Effects: Selective alteration of gene expression by different AR ligands SARMs Conference, TAP Pharmaceutical Products Inc., Lake Forest, IL, USA, Zyklustermination, Graviditätserkennung und Graviditätserhaltung: Entwicklung funktioneller Komplexe der internen Brutpflege bei den größeren Mammalia Seminar an der Klinik für Rinder, Tierärztliche Hochschule Hannover, Intramammäre Immunabwehr unter dem Einfluss der Stoffwechselsituation bei der Hochleistungsmilchkuh Kolloquium zur Vorbereitung eines DFG-Schwerpunktprogrammes Ernährung, Stoffwechsel und Krankheitsanfälligkeit der Hochleistungskuh, Tierärztliche Hochschule Hannover, Modified gene expression after application of anabolic agents: Molecular mechanisms of anabolic activities International Atomic Energy, 3 rd Research Coordination Meeting on Veterinary Drug Residues, Natal, Brasilien, Experiences during transformation of research institutes in Eastern Berlin, after the political changes European Credit Transfer System (ECTS) Seminar, World University Service, Austrian Committee, University of Prishtina, Kosova, Curriculum development and ECTS at the Center of Live and Food Sciences in Weihenstephan European Credit Transfer System (ECTS) Seminar, World University Service, Austrian Committee, University of Prishtina, Kosova, Hormone - Vorkommen in Milch und ihre Bedeutung 37. Wissenschaftlicher Beirat MIV, Milchindustrie-Verband, Bonn, Pfaffl, M.W.: Quantification strategies in real-time RT-PCR qpcr Satellite Symposium, BioCity, Leipzig,

28 ZIEL Abteilung Physiologie 21 qpcr Session 6: Standardization / Reporting 3rd qpcr SYMPOSIUM LONDON, Royal National Hotel, London, U.K., Quantification strategies in real-time RT-PCR with special focus on total-rna integrity, relative expression & data normalisation using REST Australian National Maritime Museum, Darling Harbour, Sydney, Australien, Quantification of real-time PCR data using new REST software applications Institute of Molecular Biotechnology, University of Queensland, Brisbane, Australien, Quantification of gene expression by real-time qrt-pcr QUANTITATIVE GENOMICS WORKSHOP at the Discovery Science & Biotechnology, A conference for molecular bio-scientists, Rydges Melbourne, Australien, Neue Ansätze zur Genexpressionsmessung in der molekularen Endokrinologie und Parakrinie Wissenschaftliche Konferenz `Trends in Endokrinologie und Regulationsphysiologie` zu Ehren Herrn Prof. Dr. Drs. h.c. Heinrich Karg, Technische Universität München, Freising- Weihenstephan, Quantitative in real-time PCR Immunologisches Kolloquium, Institut für Immunologie, Universitätsklinikum Schleswig- Holstein, Kiel, Influence of RNA matrix effect on qrt-pcr results an overview 2 nd International qpcr Symposium & Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, Application of various new REST software versions: Relative Expression Software Tool 2 nd International qpcr Symposium & Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, Strategies for quantification of nucleic acids Institute of Molecular Genetics, Academy of Sciences of the Czech Republic, FEBS Course RT-qPCR, Prag, Tschechische Republik, Relative mrna quantification using real-time qrt-pcr: Recent advances and new perspectives BioTechnica 2005, Hannover, Prgomet, C.: Einfluss einer laktoferrin-reichen Kälbermilchfütterung auf die Morphologie und die Expression von inflammatorischen Markern im gastro-intestinalen Trakt Milchkonferenz 2005 Symposium on Milk and the Metabolic Syndrome der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel,

29 22 ZIEL Abteilung Physiologie Reith, P.: Die Immunantwort von primären Euterepithelzellkulturen auf die Mastitiserreger Escherichia coli, Staphylococcus aureus und Streptococcus uberis Milchkonferenz 2005 Symposium on Milk and the Metabolic Syndrome der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, Einfluss von Escherichia coli, Staphylokokkus aureus und Streptokokkus uberis auf Milchdrüseneithelzellen in vitro "Immunologisches Seminar", Institut für Physiologie, Physiologische Chemie und Tierernährung, Tierärztliche Fakultät, Ludwig-Maximilians-Universität München, Sarikaya, H.: Importance of the sampled milk fraction for the prediction of total quarter milk SCC 4th International IDF Mastitis Conference `Diagnosis of mastitis & indicators for milk quality`, Maastricht, Niederlande, Distribution of cell populations in the milk of dairy cows during fractionized milking 4th International IDF Mastitis Conference `Diagnosis of mastitis & indicators for milk quality`, Maastricht, Niederlande, Leukocyte populations and cytokine mrna expression in quarter milk fractions of dairy cows at different SCC level American Dairy Science Association (ADSA) Joint Meeting `Physiology & Endocrinology`, Cincinatti, USA, Schams, D.: Zur Bedeutung der Angiogenese für die Regulation der Ovarfunktion Wissenschaftliche Konferenz `Trends in Endokrinologie und Regulationsphysiologie` zu Ehren Herrn Prof. Dr. Drs. h.c. Heinrich Karg, Technische Universität München, Freising- Weihenstephan, Expression, localisation and possible action of endocrine and local regulators during development, function and involution in ruminants COST B20 `Mammary Gland Biology and Breast Cancer`, Frankfurt, Angiogenese bei Differenzierungsvorgängen im Rinderovar Tierbiochemisches Seminar, Freie Universität Berlin, Viturro, E.: Identification and potential role of ABC transporters in milk lipid homeostatis Milchkonferenz 2005 Symposium on Milk and the Metabolic Syndrome der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel,

30 ZIEL Abteilung Physiologie 23 Wiedemann, S.: Transgene Futtermittel in der Rinderhaltung Einfluss auf die Milchqualität? Der aktuelle Stand der Wissenschaft Milchkonferenz 2005 Symposium on Milk and the Metabolic Syndrome der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, Abbau von transgener DNA und Cry (crystalline) Proteine: Neue Resultate zu gentechnisch veränderten Futtermitteln Weihenstephaner Milchwirtschaftliche Herbsttagung, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, Transgene Futtermittel - Abbau von Fremd -DNA und rekombinantem Protein im Rind Deutsches Maiskomitee, Magdeburg, Abbau transgener DNA und rekombinanter Proteine im Säugetierorganismus 1. Workshop TUM/Ziel gemeinsam mit der MUVA Kempten, Tagungen des Lehrstuhls Zu Ehren des im September 2004 verstorben ehemaligen Institutsdirektors, Herrn Prof. Dr. Drs. h.c. Heinrich Karg, luden wir am 13. Mai 2005 zu einer Wissenschaftlichen Konferenz Trends in Endokrinologie und Regulationsphysiologie ein. Prof. Karg war ein großer Mentor für den wissenschaftlichen Nachwuchs die Referate demonstrierten dies eindrucksvoll. Zahlreiche Wissenschaftler aus dem In- und Ausland nahmen mit großem Interesse an der Tagung teil. The whole story of quantitative PCR from Tissue Preparation to BioInformatics 2nd qpcr Symposium & Application Workshop & Industrial Exhibition Der Lehrstuhl für Physiologie an der Technischen Universität München und das TATAA Biocenter in Schweden haben mit Unterstützung durch führende Biotechnologieunternehmen nun zum zweiten Mal die Initiative ergriffen weltweit agierende Wissenschaftler auf dem Feld der quantitativen PCR zusammenzubringen. Während den 5 Konferenztagen in Freising- Weihenstephan haben 350 Wissenschaftler aus 45 Nationen ihre Ideen ausgetauscht, Erfahrungen geteilt und die faszinierende Zukunft dieser innovativen Technik diskutiert. Die quantitative Polymerase-Ketten-Reaktion (qpcr) ist eine weiterentwickelte Technologie basierend auf der PCR, die 1993 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet wurde. Mit Hilfe der qpcr können Nukleinsäuren in komplexen Proben mit höchster Präzision und hervorragender Spezifität bestimmt werden. Diese außergewöhnliche Sensitivität erlaubt die Erfassung von nur einem einzigen DNA-Molekül, sodass diese Technik die Molekulare Diagnostik grundlegend verändert hat. Tests in klinischen Laboratorien, die früher Tage und Wochen benötigt haben und die Handhabung gefährlicher Chemikalien erforderten, können heutzutage in einer Stunde in vollständig automatisierten Systemen durchgeführt werden.

31 24 ZIEL Abteilung Physiologie Einzelne Präsentationen der Konferenz zeigten den Weg, wie in naher Zukunft mit weiterentwickelter Instrumentalisierung qpcr Tests in 15 Minuten durchgeführt werden können, von der Probennahme bis zum Ergebnis. Die Befunde liegen schon vor, während der Patient noch wartet. Ärzte werden die Möglichkeit haben, Tests während der Operation durchzuführen und auf der Basis des Testresultates über die Behandlung zu entscheiden. Die Messung der Genexpression mittels qrt-pcr eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die Biomedizin und Medikamentenentwicklung. Die Präsentationen auf der Konferenz zeigten, wie die mrna-expression von Schlüsselgenen in einzelnen Zellen erfasst werden können. Dies ermöglicht, entwicklungsbiologische Prozesse im Detail zu untersuchen und die Differenzierung von Stammzellen zu spezialisiertem Gewebe zu verstehen. Die Reaktion von Patienten auf Medikamente lassen sich über Markergene erfassen, die für den Gesundheitsstatus charakteristisch exprimiert werden. Dies eröffnet völlig neue Horizonte bei der individuellen Behandlung von Erkrankungen der Individualmedizin ( Exkursionen Exkursion zum Bayer. Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL), Oberschleißheim am Thema: Staatliche Lebensmittelkontrolle und Vorsorge Exkursion zur Besamungsstation Landshut am Veröffentlichungen 31 Experimentelle Originalarbeiten Acosta, T.J.; Tetsuka, M.; Matsui, M.; Shimizu, T.; Berisha, B.; Schams, D.; Miyamoto, A.: In vivo evidence that local cortisol production increases in the preovulatory follicle of the cow. In: Journal of Reproduction and Development 51 (2005) S Albrecht, C.; McVey, J.H.; Elliott, J.I.; Sardini, A.; Kasza, I.; Mumford, A.D.; Naoumova, R.P.; Tuddenham, E.G.; Szabo, K.; Higgins, C.F: A novel missense mutation in ABCA1 results in altered protein trafficking and reduced phosphatidylserine translocation in a patient with Scott syndrome. In: Blood 106 (2005) S Albrecht, C.; Soumian, S.; Playford, R.; Higgins, C.F.; Vyse, T.; Elliott, J.I.: Accelerated exposure of phosphatidylserine on lymphocyte populations from patients with systemic lupus erythematosus or rheumatoid arthritis. In: Thrombosis and Haemostasis 93 (2005) S Bauersachs, S.; Ulbrich, S.E.; Gross, K.; Schmidt, S.; Meyer, H.H.D.; Einspanier, R.; Wenigerkind, H.; Vermehren, M.; Blum, H.; Sinowatz, F.; Wolf, E.: Gene expression profiling of bovine endometrium during the oestrous cycle: detection of molecular pathways involved in functional changes. In: Journal of Molecular Endocrinology 34 (2005) S Baum, B.; Mohr, A.; Pfaffl, M.; Bauer, J.; Hewicker-Trautwein, M.: Morphological findings in lymphatic tissues of sheep following oral application of the immunosuppressive mycotoxin mycophenolic acid. In: Mycopathologia 160 (2005) S

32 ZIEL Abteilung Physiologie 25 Berisha, B.; Schams, D.: Ovarian function in ruminants. In: Domestic Animal Endocrinology 29 (2005) S Bruckmaier, R.M.: Gene expression of factors related to the immune reaction in response to intramammary Escherichia coli lipopolysaccharide challenge. In: Journal of Dairy Research 72 (2005) Special Issue S Bruckmaier, R.M.: Normal and disturbed milk ejection in dairy cows. In: Domestic Animal Endocrinology 29 (2005) S Bruckmaier, R.M.; Meyer, H.H.D.: Immunomediator and milk protein gene expression in mammary tissue during endotoxin-induced mastitis. In: Livestock Production Science 98 (2005) S Deichsel, K.; Hoppen, H.-O.; Bruckmaier, R.M.; Kolm, G.; Aurich, C.: Acute insulin-induced hypoglycaemia does not alter IGF-1 and LH release in cyclic mares. In: Reproduction in Domestic Animals 40 (2005) S Garcés R.; Boza J.L.; Acevedo, P.S.; Brandl, E.; Bruckmaier, R.M.; López, J.L.F.: Persistence index and description of first 100 days of the lactation curve of primiparous and multiparous Saanen goats maintained in confinement. In: Agricultura Técnica (Chile) 63 (2004) S Garcés, R.; Castillo, R.; Bruckmaier, R.M.; López, J.L.F.: Productive performance of Saanen goats: Relationship between milk yield, body condition, body weight and lactation number. In: Revista Argenitinia Producción Animal 24 (2004) S Giunta, R.E.; Holzbach, T.; Taskov, C.; Holm, P.S.; Konerding, M.A.; Schams, D.; Biemer, E.; Gänsbacher, B.: AdVEGF 165 gene transfer increases survival in overdimensioned skin flaps. In: The Journal of Gene Medicine 7 (2005) S Hartel, A.; Pertl, C.; Wierer, M.; Meyer, H.H.D.: Endocrine disrupting chemicals assaying androgenicity by quantitating the induced expression levels in two different prostate cell lines: human prostate carcinoma cells 22RV1 and normal primary porcine epithelial cells. In: Fresenius Environmental Bulletin (FEB) 13 (2004) S Holzbach, T.; Taskov, C.; Neshkova, I.; Holm, P.S.; Konerding, M.A.; Schams, D.; Gänsbacher, B.; Biemer, E.; Giunta, R.E.: AdVEGF165 gene therapy a new delay procedure for flaps. Handchir Mikrochir Plast Chir. 37 (2005) S Kaczmarek, M.M.; Schams, D.; Ziecik, A.J.: Role of vascular endothelial growth factor in ovarian physiology an overview. In: Reproductive Biology 5 (2005) S Kindermann, B.; Döring, F.; Fuchs, D.; Pfaffl, M.W.; Daniel, H.: Effects of increased cellular zinc levels on gene and protein expression in HAT-29 cells. In: BioMetals 18 (2005) S Klein, C.; Bauersachs, S.; Ulbrich, S.E.; Einspanier, R.; Meyer, H.H.D.; Schmidt, S.E.M.; Reichenbach, H.-D.; Vermehren, M.; Sinowatz, F.; Blum, H.; Wolf, E.: Monozygotic twin model reveals novel embryo-induced transcriptome changes of bovine endometrium in the pre-attachment period. In: Biology of Reproduction (2005) Lutz, B.; Wiedemann, S.; Einspanier, R.; Mayer, J.; Albrecht, C.: Degradation of Cry1Ab protein from genetically modified maize in the bovine gastrointestinal tract. In: Journal of Agricultural and Food Chemistry 53 (2005) S Machatschke, I.H.; Wallner, B.; Schams, D.; Dittami, J.: Social environment affects peripheral oxytocin and cortisol during stress responses in guinea-pigs. In: Ethology 110 (2004) S

33 26 ZIEL Abteilung Physiologie Prakash, B.S.; Sarkar, M.; Paul, V.; Mishra, D.P.; Mishra, A.; Meyer, H.H.D.: Postpartum endocrinology and prospects for fertility improvement in the lactating riverine buffalo (Bubalus bubalis) and yak (Poephagus grunniens L.). In: Livestock Production Science 98 (2005) S Prgomet, C.; Sarikaya, H.; Bruckmaier, R.M.; Pfaffl, M.W.: Short-term effects on proinflammatory cytokine, lactoferrin and CD14 mrna expression levels in bovine immunoseparated milk and blood cells treated by LPS. In: Journal of Veterinary Medicine A 52 (2005) S Sarikaya, H., Werner-Misof, C.; Atzkern, M., Bruckmaier, R.M.: Distribution of leucocyte populations, and milk composition, in milk fractions of healthy quarters in dairy cows. In: Journal of Dairy Research 72 (2005) S Sehm, J.; Polster, J.; Pfaffl, M.W.: Effects of varied EGCG and (+)-catechin concentrations on proinflammatory cytokines mrna expression in ConA-stimulated primary white blood cell cultures. In: Journal of Agricultural and Food Chemistry 53 (2005) S Soumian, S.; Gibbs, R.; Davies, A.; Albrecht, C.: mrna expression of genes involved in lipid efflux and matrix degradation in occlusive and ectatic atherosclerotic disease. In: Journal of Clinical Pathology 58 (2005) S Thomas, C.S.; Bruckmaier, R.M.; Östensson, K.; Svennersten-Saunja, K.: Effect of different milking routines on milking-releated release of the hormones oxytocin, prolactin and cortisol, and on milk yield and milking performance in Murrah buffaloes. In: Journal of Dairy Research 72 (2005) S Tichopad, A.; Polster, J.; Pecen, L.; Pfaffl, M.W.: Model of inhibition of Thermus aquaticus polymerase and Moloney murine leukemia virus reverse transcriptase by tea polyphenols (+)- catechin and (-)-epigallocatechin-3-gallate. In: Journal of Ethnopharmacology 99 (2005) S Weiss, D.; Bruckmaier, R.M.: Optimization of individual prestimulation in dairy cows. In: Journal of Dairy Science 88 (2005) S Weiss, D.; Moestl, E.; Bruckmaier, R.M.: Physiological and behavioural effects of changeover from conventional to automatic milking in dairy cows with and without previous experience. In: Vet. Med. Czech 50 (2005) S Welter, H.; Bollwein, H.; Weber, F.; Rohr, S.; Einspanier, R.: Expression of endothelial and inducible nitric oxide synthases is modulated in the endometrium of cycle and early pregnant mares. In: Reproduction, Fertility and Development 16 (2004) S Wollenhaupt, K.; Welter, H.; Brüssow, K.-P.; Einspanier, R.: Regulation of endometrial fibroblast growth factor 7 (FGF-7) and its receptor FGFR2IIIb in gilts after sex steroid replacements, and during the estrous cycle and early gestation. In: Journal of Reproduction and Development 51 (2005) S Mitteilungen für die Praxis Lutz, B.; Albrecht, C.; Meyer, H.H.D.: Transgene Futtermittel Einfluss auf die Milchqualität? In: dmz (Deutsche Molkerei Zeitung) 126 (2005) S Meyer, H.H.D.: Lipide der Milch: Biosynthese, Transport und Funktion. In: dmz (Deutsche Molkerei Zeitung) 126 (2005) S Wiedemann, S.; Albrecht, C.; Meyer, H.H.D.: Produktsicherheit bei Fleisch und Milch. In: Mais 32 (2005) S

34 ZIEL Abteilung Physiologie 27 1 Reviews, Buchkapitel Bustin, S.A.; Benes, V.; Nolan, T.; Pfaffl, M.W.: Quantitative real-time RT-PCR a perspective. In: Journal of Molecular Endocrinology 34 (2005) S Kongressbeiträge, Proceedings Berisha, B.; Meyer, H.H.D.; Schams, D.: Luteolyse des Rindergelbkörpers ein komplexes Phänomen. In: Kurzfassungen der Vortragstagung der Deutschen Gesellschaft für Züchtungskunde e.v. und der Gesellschaft für Tierzuchtwissenschaft, Humboldt-Universität zu Berlin, , (2005) No. B17, S. 1-4 Pfaffl, M.W.: qpcr nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TA- TAA Application Workshop The whole story of quantitative PCR from Tissue Preparation to BioInformatics Proceedingband, Physiologie, Technische Universität München, Freising- Weihenstephan, , (2005) S. 1-52, ISBN Abstracts und Sonstiges Bauersachs, S.; Ulbrich, S.E.; Gross, K.; Schmidt, S.; Wenigerkind, H.; Meyer, H.H.D.; Blum, H.; Wolf, E.: Temporal and spatial expression profile of the uterine milk protein a member of the serine protease inhibitor superfamily in the bovine endometrium. In: Proceedings of the 31. Annual Conference of the International Embryo Transfer Society, Copenhagen, Denmark, Reproduction, Fertility and Development, 17 (2005) Abstr. No. 211 Berisha, B.; Fürst, R.; Kliem, H.; Meyer, H.H.D.; Schams, D.: Expression of mrna for apoptotic and anti-apoptotic factors during oestrous cycle and pregnancy in bovine corpus lutuem. In: Proceedings of the 2 nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005), Abstr. No. P20, S. 28 Berisha, B., Miyamoto, A.; Schams, D.: The expression of angiopoietin-tie system members in CL during oestrous cycle and induced luteolysis in cow. In: Experimental and Clinical Endocrinology & Diabetes, Suppl. 1, 113 (2005) Abstr. No. 16 Berisha, B.; Neuvians, T.P.; Schams, D.: The expression of angiogenic factors (VEGF and angiopoietins) in corpus luteum during induced luteolysis in cow. In: Schweizer Archiv für Tierheilkunde 147 (2005) S Berisha, B.; Welter, H.; Meyer, H.H.D.; Schams, D.: The expression of VEGF and its receptors in bovine follicle before and after LH surge and in early corpus luteum. In: Schweizer Archiv für Tierheilkunde 147 (2005) S. 50 Farke, C.; Viturro, E.; Albrecht, C.: Expression of bovine ABC transporters potential role of ABCA1, ABSG5 and ABCG8 in cholesterol transport in the mammary gland. In: Proceedings of the 2 nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising- Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P25, S. 29 Fleige, S.; Preißinger, W.; Meyer, H.H.D.; Pfaffl, M.W.: Einfluss einer synbiotischen Fütterung mit Lactulose und Enterococcus faecium auf die Darmgesundheit bei Milchkälbern. In: Abstractband der Milchkonferenz 2005, , Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, (2005) S

35 28 ZIEL Abteilung Physiologie Gürtler, P.; Stelzl, T.; Albrecht, C.: Validierung geeigneter Nachweisverfahren für DNA in der Milch. In: Abstractband der Milchkonferenz 2005, , Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, (2005) S Gürtler, P.; Wiedemann, S.; Albrecht, C.; Feeding genetically modified Bt176maize no effects on selected ruminal bacteria. In: Proceedings of the 2 nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005), Abstr. No. P54, S. 37 Herman, M.; Reja, V.; Pfaffl, M.W.: REST 2005 a new standalone software for efficiencycorrected relative quantification. In: Proceedings of the 2nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005), Abstr. No. P45, S. 35 Kaczmarek, M.M.; Blitek, A.; Schams, D.; Ziecik, A.J.: Effect of LH, PGE 2 and TNFα on VEGF release by cultured porcine endometrial stromal cells on days of the estrous cycle. In: Proceedings of the 7. International Conference of Pig Reproduction, Kerkrade, The Netherlands, Abstr. No. 119 Kaczmarek, M.M.; Blitek, A.; Schams, D.; Ziecik, A.J.: IGF-I and relaxin stimulate VEGF secretion by porcine endometrial stromal cells in vitro. In: Proceedings of the 7. International Conference of Pig Reproduction, Kerkrade, Niederlande, Abstr. No. 118 Keßel, S.; Bruckmaier, R.B.: Bedeutung der Stoffwechsellage für die Immunantwort der Milchdrüse. In: Abstractband der Milchkonferenz 2005, , Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, (2005) S. 52 Kiossis, E.; Bruckmaier, R.M.; Riedl, J.: Milk yield and long-term udder health after partial teat amputation in cows. In: Abstractband 38. Jahrestagung Physiologie und Pathologie der Fortpflanzung, Schweizer Archiv für Tierheilkunde 147 (2005) S. 64 Kliem, H.; Kraetzl, W.D.; Schams, D.; Berisha, B.: mrna expression of apoptotic and antiapoptocic factors during PGF2 induced luteolysis in bovine corpus luteum. In: Proceedings of the 2nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising- Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P29, S. 30 Kollmann, M.; Rovai, M.; Bruckmaier, R.M.: Anatomisch-physiologische Einflussfaktoren für das Auftreten von Incontinentia lactis. In: Abstractband der Milchkonferenz 2005, , Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, (2005) S Kollmann, M.; Rovai, M.; Bruckmaier, R.M.: The relevance of cows leaking milk in German dairy farms. In: 2005 ADSA-ASAS-CSAS Joint Annual Meeting, Abstracts, Journal of Dairy Science Suppl. 1, 88 and Journal of Animal Science Suppl. 1, 83 (2005) Abstr. No. W181, S. 303 Macuhova, J.; Bruckmaier, R.M.: Efficiency of milk removal by automatic milking in a quarter level. In: Abstractband der Milchkonferenz 2005, , Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, (2005) S. 127 Miyamoto, A.; Kamada, D.; Matsui, M.; Shibanuma, T.; Yamamoto, D.; Shirasuna, K.; Schams, D.: The impact of VEGF antibody inhibition on bovine corpus luteum development during early luteal phase. In: Reproduction in Domestic Animals 40 (2005) Abstr. No. P215, S. 394 Pfaffl, M.W.; Fleige, S.: Influence of RNA matrix effect on qrt-pcr results an overview. In: Proceedings of the 2nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005) S. 11

36 ZIEL Abteilung Physiologie 29 Prgomet, C.; Sarikaya, H.; Bruckmaier, R.M.; Pfaffl, M.W.: Short-term effects on proinflammatory cytokine, lactoferrin and CD14 mrna expression levels in bovine immunoseparated milk and blood cells treated by LPS. In: Proceedings of the 2nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P24, S. 29 Prgomet, C.; Schwarz, F.; Pfaffl, M.W.: Einfluss einer Laktoferrin-reichen Kälbermilchfütterung auf die Morphologie und die Expression von inflammatorischen Markern im gastrointestinalen Trakt. In: Abstractband der Milchkonferenz 2005, , Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, (2005) S. 49 Reith, P.; Wellnitz, O.: Die Immunantwort von primären Euterepithelzellkulturen auf die Mastitiserreger Escheria coli, Staphylococcus aureus und Streptococcus uberis. In: Abstractband der Milchkonferenz 2005, , Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, (2005) S Reith, P.; Wellnitz, O.: Immunrelevant gene expression of primary bovine epithelial cells in response to different mastitis pathogens. In: Proceedings of the 2nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P22, S. 28 Rottmayer, R.; Ulbrich, S.E.; Koelle, S.; Prelle, K.; Meyer, H.H.D.; Sinowatz, F.; Wolf, E.; Hiendleder, S.: A novel suspension culture system for bovine oviduct epithelial cells. In: Proceedings of the 31. Annual Conference of the International Embryo Transfer Society, Copenhagen, Dänemark, Reproduction, Fertility and Development, 17 (2005) Abstr. No. 329 Rottmayer, R.; Ulbrich, S.E.; Koelle, S.; Sinowatz, F.; Einspanier, R.; Meyer, H.H.D.; Wolf, E.; Hiendleder, S.: Characterization of a novel suspension cell culture system for bovine oviduct epithelial cells. In: Proceedings of the 2 nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P23, S. 29 Rovai, M.; Kollmann, M.; Bruckmaier, R.M.: Leaking cows: Physiological and anatomical reasons. In: 2005 ADSA-ASAS-CSAS Joint Annual Meeting, Abstracts, Journal of Dairy Science Suppl. 1, 88 and Journal of Animal Science Suppl. 1, 83 (2005) Abstr. No. 200, S. 121 Sarikaya, H.; Bruckmaier, R.M.: Importance of the sampled milk fraction for the prediction of total quarter milk SCC. In: Mastitis in dairy production. Current knowledge and future solutions, Proc. 4 th IDF International Mastitis Conference Maastricht, Niederlande, , S , (Hogeveen H. ed.), Wageningen Academic Publishers, (2005) S. 872 Sarikaya, H.; Schlamberger, G.; Bruckmaier, R.M.: Distribution of cell populations in the milk of dairy cows during fractionized milking. In: Mastitis in dairy production. Current knowledge and future solutions, Proc. 4 th IDF International Mastitis Conference Maastricht, Niederlande, , S , (Hogeveen H. ed.), Wageningen Academic Publishers, (2005) S. 873 Sarikaya, H.; Schlamberger, G.; Bruckmaier, R.M.: Leukocyte populations and cytokine mrna expression in quarter milk fractions of dairy cows at different SCC levels. In: 2005 ADSA-ASAS-CSAS Joint Annual Meeting, Abstracts, Journal of Dairy Science Suppl. 1, 88 and Journal of Animal Science Suppl. 1, 83 (2005) Abstr. No. W158, S. 297 Schams, D.; Amselgruber, W.; Watanabe, S.; Shirasuna, K.; Miyamoto, A.; Berisha, B.; Possible role of endothelin system members in the bovine corpus luteum after induced luteal regression. In: Book of Abstracts 9 th International Conference on Endothelin, Park City, Utah, USA, , P-077

37 30 ZIEL Abteilung Physiologie Schams, D.; Welter, H.; Berisha, B.: The expression of MMP family members in bovine follicles before and after LH surge and in luteal tissue. In: Experimental and Clinical Endocrinology & Diabetes, Suppl. 1, 113 (2005) Abstr. No. 13 Schams, D.; Welter, H.; Berisha, B.: The expression of plasminogen activator (PA) family members in bovine follicles before and after LH surge and in luteal tissue. In: Schweizer Archiv für Tierheilkunde 147 (2005) S. 74 Steinberg, V.; Berisha, B.; Pfaffl, M.W.; Schams, D.: Expression and localisation of fibroblast growth factor (FGF) family members in porcine antral follicles. In: Proceedings of the 2nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P19, S. 27 Ulbrich, S.E.; Klein, C.; Bauersachs, S.; Einspanier, R.; Wolf, E.; Meyer, H.H.D.: Validation of a transcriptomics analysis using real-time qpcr: Deciphering embryo-maternal communication. In: Proceedings of the 2 nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P60, S. 39 Ulbrich, S.E.; Poschke, I.; Welter, H.; Meyer, H.H.D.; Schams, D.; Berisha, B.: Expression of nitric oxide synthases (NOS) in the bovine corpus luteum during the estrous cycle and after induced luteolysis. In: Schweizer Archiv für Tierheilkunde 147 (2005) S. 81 Ulbrich, S.E.; Rehfeld, S.; Rottmayer, R.; Hiendleder, S.; Wolf, E.; Meyer,.H.D.; Einsapnier, R.: Region specific abundance of inducible nitric oxide synthase (inos) in the bovine oviduct during the estrous cycle. In: Proceedings of the 31. Annual Conference of the International Embryo Transfer Society, Copenhagen, Dänemark, Reproduction, Fertility and Development, 17 (2005) Abstr. No. 234 Viturro, E.; Farke, C.; Albrecht, C.: Identification and potential role of ABC transporters in milk lipid homeostatis. In: Abstractband der Milchkonferenz 2005, , Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, (2005) S. 128 Walf, V.M.; Reiter, M.; Pfaffl, M.W.; Meyer, H.H.D.: Effects of anabolic sex hormones on gene expression in bovine liver differential gene expression profiling via a candidate gene approach qrt-pcr. In: Proceedings of the 2 nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P26, S. 29 Watanabe, S.; Shirasuna, K.; Matsui, M.; Yamamoto, D.; Berisha, B.; Schams, D.; Miyamoto, A.: Endothelin-1 may have a key role in structural luteolysis in addition to functional luteolysis in the cow. In: Proceedings of the 38 th Annual Meeting of the Society for the Study of Reproduction, Université Laval, Quebec, Kanada, , Biology of Reproduction, Special Issue (2005) S. 122, Abstr. No. M181 Watanabe, S.; Shirasuna, K.; Matsui, M.; Yamamoto, D.; Berisha, B.; Schams, D.; Miyamoto, A.: The effect of endothelin type A receptor antagonist on PGF2α-induced luteolysis in the cow. In: Reproduction in Domestic Animals 40 (2005) Abstr. No. P217, S. 394 Wiedemann, S.; Dummer, C.; Lutz, B.; Stelzl, T.; Albrecht, C.: No impact of feeding genetically modified maize on the immune system of cows. In: Proceedings of the 2 nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P56, S. 38 Wiedemann, S.; Lutz, B.; Albrecht, C.: In situ study on the time-dependent degradation of recombinant maize DNA in the bovine rumen. In: Proceedings of the 2 nd International qpcr Symposium, Industrial Exhibition, TATAA Application Workshop & qpcr Matrix Workshop, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan, , (2005) Abstr. No. P57, S. 38

38 ZIEL Abteilung Physiologie 31 Wiedemann, S.; Lutz, B.; Albrecht, C.: Transgene Futtermittel in der Rinderhaltung Einfluss auf die Milchqualität? Der aktuelle Stand der Wissenschaft. In: Abstractband der Milchkonferenz 2005, , Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft, Kiel, (2005) S. 66

39 Versuchsstation Veitshof Adresse Veitsmüllerweg 4 D Freising-Weihenstephan Personal Telefon: Telefax: Leitung: o. Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Heinrich H.D. Meyer Verwaltung: Dipl.-Ing.agr. (FH) Martin Schmölz Sekretariat: Rita Schwaiger Arbeiter: 3 Allgemeines: a) Bodennutzung Landw. Nutzfläche: 95,3 ha davon Ackerland: 51,5 ha davon Pachtfläche: 51,5 ha Grünland: 43,8 ha b) Viehbestand Bestand am und 55 Kühe 5 Kalbinnen 52 Jungrinder 16 Kälber 4 Ziegen Klauentiere ============ 40 Kaninchen Die durchschnittliche Jahresmilchleistung betrug im Kontrolljahr lt. LKV: 9159 kg Milch, 327,7 kg Eiweiß, 3,65 % Eiweiß, 406,0 kg Fett, 4,42 % Fett. Lehr- u. Forschungstätigkeit an der Versuchsstation Veitshof Lehre Im Rahmen der Vorlesungen und Praktika zur Reproduktionsbiologie und Regulationsphysiologie wurden praxisnahe Veranstaltungen durchgeführt. Die Teilnehmer wurden mit den anatomischen Verhältnissen des männlichen und weiblichen Genitaltraktes vertraut gemacht. Die Studierenden hatten die Möglichkeit, die Fertigkeit der rektalen Untersuchung zur Zyklusan-

40 Versuchsstation Veitshof 33 sprache zu erlernen. Weiterhin wurden verschieden Zyklus- und Trächtigkeitsstadien mittels Ultraschall am lebenden Tier demonstriert. Die Übung umfasste auch die Verhaltensbeobachtung. Bei praktischen Übungen zur Stressphysiologie des Rindes wurden Effekte auf physiologische Parameter gezeigt und die gewonnenen Proben wurden in Laborversuchen analysiert und bewertet. Weitere Praktika veranschaulichten den Studenten den Einfluss der Melktechnik auf das Melkverhalten sowie den Vergleich der gestörten zur normalen Milchejektion. Forschung Milchprogesterontest als Kontrollinstrument bei Forschungsprojekten und Behandlungen im Rahmen des Herdenmanagements Gewinnung von Antikörpern gegen Cry1Ab Protein, Clenbuterol, Salbutamol, Ractopamin und DES in Kaninchen zur Entwicklung von Enzymtests zur quantitativen Analyse Gewinnung von Plasma- und Milchproben zur Entwicklung von Enzymtests zur quantitativen Analyse des Cry1Ab Proteins in verschiedenen Medien Auswirkung von elastischen Bodenbelägen im Laufstall auf Verhalten und Tiergesundheit von Milchkühen Untersuchungen zum Einfluss der jahreszeitlichen Lichtlänge und des Serotonin-Melatonin- Systems auf die Milchabgabe beim Rind und Einfluss der Zufütterung von Tryptophan mit Erstellung von Profilen der Blutkonzentrationen dieser Hormone Untersuchung des Einflusses von UV- und Infrarotlicht vor und während des Melkens auf die Milchabgabe beim Rind Entwicklung eines Melkzeug-Prototyps zur Veränderung der Einfaltrichtung des Zitzengummis Zellpopulationszusammensetzung in verschiedenen Viertelgemelksfraktionen bei verschiedenen Gesamtzellzahlen Untersuchung des Einflusses des Melkvakuums auf die Milchabgabe mit und ohne Vorstimulation unter besonderer Berücksichtigung der Milchejektion während des gesamten Melkverlaufs Einfluss einer Vakuumabsenkung und Saugphasenverkürzung bei niedrigem Milchfluss auf Ocytocinfreisetzung und Milchabgabe Anatomisch-physiologische Untersuchungen zur Incontinentia lactis bei Kühen Chronische Ocytocinbehandlung bzw. einmalige LPS Behandlung und ihr Einfluss auf die Immunantwort der Milchdrüse Chronische Ocytocinbehandlung und ihr Einfluss auf die Ocytocin-, Prolaktin- und Steriodrezeptoren im Milchdrüsengewebe Erstellung von gewachsenen Standards zur Messung von Clenbuterol in Rinderhaar, Auge, Urin, Leber und Muskel

41 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Adresse Weihenstephaner Berg 1 D Freising-Weihenstephan Personal Telefon: Telefax: Internet: Institutsleitung: Univ.-Prof. Dr. oec. Hannes Weindlmaier Sekretariat: Brigitte Stable Mitarbeiter: Josef Betz, TA Dipl.-Ing. agr. Hendrik Buschendorf Dr. Alois Huber Dipl.-Kffr. Corina Jantke Dipl.-Ing. Matthias Kunert Dipl.-Ing. agr. Thomas Obersojer Dipl.-Kffr. Corinna Ruderer Dipl.-Ing. agr. Wilhelm Uffelmann Dipl.-Kffr. Marlen Wienert Forschung I. Forschungsprojekte zur Milch- und Molkereiwirtschaft Auswirkungen unterschiedlicher Preisrückgänge für Erzeugermilch auf die regionale Rohstoffbasis der Molkereiwirtschaft Deutschlands - Modellergebnisse Effects of different decreases in farmgateprices on the regional milk base of the dairy industry in Germany -. Results of model calculations Buschendorf, H. Ausgangssituation Die Molkereiwirtschaft Deutschlands steht derzeit in einem enormen Spannungsfeld zwischen den Milcherzeugern auf der einen und den Marktgegebenheiten für Milch- und Milchprodukte auf der anderen Seite. Diese Marktgegebenheiten kennzeichnet ein anhaltender Erlösverfall für Milch- und Milchprodukte. Für eigentlich notwendige Preiserhöhungen auf Grund gestiegener Kosten für Energie und Material in der Milchverarbeitung wird auch in nächster Zeit kaum Spielraum sein. Die Ursachen sind vielfältig und beginnen bei der Ungleichheit der

42 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 35 Marktpartner in Form eines enorm konzentrierten, internationalisierten und Preis orientierten Lebensmittelhandels und einer noch immer zersplitterten und von strukturellen Überschüssen geprägten Milch- und Molkereiwirtschaft, führen weiter zu einer sich zunehmend am Gefüge globaler und liberaler Wirtschaftspolitik orientierenden EU-Agrarpolitik und enden beim Konsumenten, dessen Kaufpräferenzen bei Milchprodukten vor allem Preis bestimmt sind. Für die Milcherzeuger in Deutschland hat dies unmittelbare Auswirkungen die Preise für Erzeugermilch sind seit Jahren rückläufig. Bereits heute sind die Erzeugermilchpreise kaum noch Kosten deckend und eine Änderung dieser Situation wird in naher Zukunft nicht erwartet. Vielmehr wird sich der Druck auf die Erzeugermilchpreise im Zuge der Veränderungen der Marktgegebenheiten und der agrarpolitischen Rahmenbedingungen weiter verschärfen und damit den Strukturwandel in der Milcherzeugung beschleunigen. 1 In diesem Zusammenhang ist es insbesondere für die Molkereiwirtschaft Deutschlands von Bedeutung, wie sich dieser Strukturwandel auf deren Rohstoffbasis auswirkt und damit möglicherweise selbst zu einem Treiber für den Strukturwandel der Molkereibetriebsstätten wird. Im Rahmen eines laufenden Forschungsprojektes zur Optimierung der Molkereibetriebsstättenstruktur wurden daher in Kooperation mit dem Institut für Betriebswirtschaft der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) Modellrechnungen durchgeführt, die Prognosen über die regionale Rohstoffbasis unter Berücksichtigung unterschiedlicher Szenarien des Preisrückgangs für Erzeugermilch für das Jahr 2013 ermöglichen. Datenbasis und Grundlagen des FAL Betriebsgruppenmodells FARMIS Der Strukturwandel in der Milcherzeugung lässt sich im Wesentlichen durch zwei Entwicklungen charakterisieren. Zum einem nimmt seit Jahren die Zahl der Kuhhalter ab und zum anderen ist die Milchleistung der Kühe stetig gestiegen, so dass heute weniger Landwirte mit weniger Kühen eine nahezu konstante Milchmenge produzieren. Während die Gesamtmilcherzeugung in Deutschland nahezu unverändert geblieben ist, haben sich regional sowohl Einschränkungen als auch Ausweitungen ergeben. Diese Entwicklung spiegelt sich in der Entwicklung der regionalen Milchdichte, ausgedrückt in t/qkm, in den einzelnen Landkreisen Deutschlands wider. In Abbildung 1 wird diese Entwicklung für die Jahre dargestellt. Deutlich zu sehen sind die Schwerpunktregionen der Milcherzeugung in Deutschland in der Karte an der dunkelgrauen Farbe erkennbar welche im zugrunde liegenden Zeitraum ein Wachstum in der Milchdichte aufweisen. Diese befinden sich in den Küstenregionen Norddeutschlands, in den Grenzgebieten zu den Beneluxstaaten, im südbayerischen Raum und im angrenzenden Ravensburger Land Baden-Württembergs. Demgegenüber ist die Milchdichte in einem breiten Streifen von Südost- über Mittel- und Ostdeutschland gering; die regionale Milchdichte ist in diesen Regionen von 1998 bis 2003 überwiegend zurückgegangen. Für die Projektion der zukünftigen Milcherzeugung Deutschlands stellen die in Abbildung 1 dargestellten Daten des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) die Ausgangsdatenbasis dar. 1 WEINDLMAIER (2005): Entwicklung der Erzeugermilchpreise: Welche Chancen bietet eine aktive Marktbeeinflussung? In: Deutsche Molkereizeitung, 126. Jg., Teil 1, H. 14, S , Teil 2, H. 15, S

43 36 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Kiel Lübeck Rostock Bremerhav en Hamburg Schwerin Bremen Berlin Veränderungen in t/qkm Hannov er Magdeburg <= -10 Paderborn Dortmund Düsseldorf Köln Siegen Bonn Aachen Frankf urt Kaiserslautern Kassel Würzburg Erf urt Nürnberg Leipzig Zwickau Dresden Cottbus Milchdichte 2003 in t/qkm < 25 < 50 < 75 < 100 < 125 < 150 < 200 < 360 Swietochlowice Ostrav a Zilina y Ki l Radom <= -5 <= -3 <= <= 5 Stuttgart Ingolstadt <= 10 Wi Freiburg München > 10 Quelle: Eigene Darstellung auf Basis der BMVEL Statistik 2004 Abb. 1: Entwicklung der Milchdichte auf Landkreisebene in Deutschland von Für die Projektion der zukünftigen regionalen Milcherzeugung in Deutschland wird das von der FAL entwickelte Betriebsgruppenmodell FARMIS angewendet. Dieses Modell basiert auf einem komparativ-statischen, mathematischen Programmierungsansatz und ist in der Lage, den deutschen Agrarsektor konsistent abzubilden. Für die Basisjahrkalibrierung wird der Ansatz der Positiven Quadratischen Programmierung (PQP) verwendet. Auf eine eingehende Erläuterung dieser Methode wird im Rahmen dieses Artikels verzichtet. 2 Die Datenbasis des Betriebsgruppenmodells für das Basisjahr 2003 ist das BMELV-Testbetriebsnetz mit dem gewichteten Durchschnitt der Jahresabschlüsse 2001/2002 und 2002/2003. Aus Konsistenzsowie Datenschutzgründen werden Betriebsgruppen verwendet, d.h. es kommt zu einer Zusammenfassung von einzelbetrieblichen Daten. Zur Ermittlung der regionalen Milchmengen wird eine externe Datenbasis herangezogen. Weiterhin fließen die Daten aus den Milchquotenbörsen zur Berechnung von Quotenpreisen für das Basisjahr 2003 ein. Ferner sind exogen geschätzte Aufgaberaten Milchvieh haltender Betriebe, differenziert nach Größenklassen, implementiert. Dadurch wird vereinfacht der Strukturwandel in der Milcherzeugung abgebildet. Des Weiteren ermöglicht das Modell die Realisierung unterschiedlicher Übertragungsgebiete für Milchquoten, in der vorliegenden Arbeit werden sowohl regionaler als auch nationa- 2 Weiterführende Literatur: Vgl. KLEINHANSS, W.; HÜTTEL, S. (2005): Auswirkungen der MTR-Beschlüsse im Milchbereich. In: Berichte über Landwirtschaft. BUNDESMINISTERIUM FÜR VERBRAUCHERSCHUTZ, ER- NÄHRUNG UND LANDWIRTSCHAFT (HRSG.), S. 532; OFFERMANN, F. et al. (2005): Assessing the 2003 CAP reform on German agriculture using the farm group model FARMIS. In: Proceedings Modelling agricultural policies: state of the art and new challenges, 89th EAAE Seminar, Parma (Italy) und die dort zitierte Literatur.

44 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 37 ler Quotenhandel unterstellt. In der Zieljahresprojektion (2013) werden Preise, Leistungen und Erträge (inklusive der Prämienzahlungen) fortgeschrieben und die Betriebsgruppen neu optimiert. Bildung der Rohstoffzentren Für die vorliegende Untersuchung werden die Daten einzelner Landkreise Deutschlands zu so genannten Rohstoffzentren zusammengefasst. Dies ermöglicht die Berücksichtigung der Anzahl möglicher Lieferbeziehungen zwischen Molkereistandorten und Rohstoffzentren ohne Einschränkung der Repräsentativität. Für die Bildung der Rohstoffzentren wurden zunächst vier Cluster gebildet und definiert, welche sich jeweils in der Milchdichte und deren Entwicklung in den Jahren von 1998 bis 2003 unterscheiden. Anschließend erfolgte innerhalb dieser Cluster eine Zusammenlegung einzelner Landkreise, die sowohl in der Milchdichte des Jahres 2003 als auch in der vergangenen Entwicklung derselben große Ähnlichkeiten aufwiesen. In Fällen, in denen sich Landkreise auf Grund zu großer Unterschiede nicht zusammenlegen ließen, die Repräsentativität aber durch die Anzahl der Testbetriebe gegeben war, wurden diese als eigenständige Rohstoffzentren aufgefasst. Tabelle 1 gibt Auskunft über die gebildeten Rohstoffzentren innerhalb der vier Cluster. Tab. 1: Gebildete Rohstoffzentren Deutschlands auf Basis des Jahres 2003 Cluster t/qkm "relativ unvorzüglich" Cluster t/qkm "Ungewiss" Cluster t/qkm "Wachstumspotential" Cluster 4 >150 t/qkm "relativ vorzüglich" Anzahl Rohstoffzentren Davon Einzel- LK Durchschnittl. Milchmenge in t Durchschnittl. Milchdichte in t/qkm Durchschnittl. Veränderung der Milchdichte in t/qkm Durchschnittl. Anzahl der BMELV Testbetriebe Quelle: Eigene Darstellung und Berechnung auf Basis BMVEL Statistik 2004 Modellergebnisse für das Jahr 2013 bei unterschiedlichem Rückgang der Erzeugermilchpreise Um eine möglichst große Bandbreite der potentiellen Entwicklungen zu zeigen bzw. um die von verschiedenen Experten prognostizierten Rückgänge der Milcherzeugerpreise abzudecken, wurden drei Szenarien des Milchpreisrückgangs gegenüber dem Basisjahr 2003 analysiert: -10 %, -20 % und -30 %. Des Weiteren wurde, differenziert nach der Möglichkeit des Quotenhandels, alternativ eine regionale (derzeit bestehende Regelung) und nationale Übertragbarkeit unterstellt. Für alle hier dargestellten Ergebnisse wurden Ausstiegsraten Milchvieh haltender Betriebe berücksichtigt.

45 38 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Bei den Szenarien mit nationalem Quotenhandel, bei denen ein Rückgang des durchschnittlichen Milchpreises um -10 % und -20 % unterstellt wird, wird die Gesamtquote Deutschlands unter der Berücksichtigung der Quotenaufstockung von 1,5 % im Jahr 2013 vollständig ausgeschöpft. Die Szenarien mit regionalem Quotenhandel zeigen, dass bereits bei einem Milchpreisrückgang um -20 % die Quote nicht mehr ausgeschöpft wird und die sektorale Milchmenge um ca. 0,3 % sinkt. Allerdings kommt es bereits bei -10 % Milchpreisrückgang regional zu Einschränkungen, aber auch zu Ausweitungen der Milcherzeugung, die je nach Quotenhandelsmöglichkeiten stärker oder schwächer ausfallen. Der Bremseffekt eines regional begrenzten Milchquotenhandels lässt sich eindeutig festmachen. Ein nationaler Quotenhandel hingegen fördert die Wanderung der Milchproduktion vom Süden, insbesondere aus Bayern, in die für die Milchproduktion relativ vorzüglichen Gebiete Norddeutschlands. Ein Milchpreisrückgang um 30 % würde bei 3,7 % Fett und 3,4 % Eiweiß im Jahr 2013 nur noch einen durchschnittlichen Milcherzeugerpreis von 21 ct/kg ergeben. War in den oben dargestellten Szenarien die Ausschöpfung der Milchquote Deutschlands trotz regionaler Änderungen im Milchaufkommen gewährleistet, kann dies bei -30 % Preisrückgang nicht mehr erwartet werden (vgl. Abb. 2). Zudem ergeben sich deutliche Unterschiede zwischen den Modellergebnissen bei regionalem und nationalem Quotenhandel. Bleiben die regionalen Milchquotenübertragungsgebiete bis 2013 bestehen und der durchschnittliche Milchpreis würde um -30 % fallen, dann resultiert aufgrund der Modellrechnungen ein Rückgang der Milcherzeugung in Deutschland um ca. 1,8 %. Bei nationalem Quotenhandel würde die Milcherzeugung nur um ca. 0,3 % eingeschränkt. In ausgewählten Regionen (eingekreist in Abb.) bedeutet das konkret: Das Rohstoffzentrum West-Niederbayern verzeichnet bei nationalem Quotenhandel, ausgehend von einer Gesamtmilchmenge von t im Jahr 2003, einen Rückgang im Jahr 2013 um ca t. Bayern insgesamt würde nach diesen Prognosen bei einem Milchpreisrückgang um -20 % etwa 210 Mio. kg Milch verlieren, bei -30 % sogar 270 Mio. kg. Eine gegenteilige Situation ergibt sich bei nationalem Quotenhandel im Rohstoffzentrum Zentral Schleswig-Holstein. Dort würde bei einem Milchpreisrückgang um -20 % die produzierte Milchmenge, ausgehend von etwa 1 Mrd. kg, um ca. 180 Mio. kg ansteigen, bei -30 % errechnet sich ein Produktionsanstieg um 160 Mio. kg. Insgesamt würde in Schleswig- Holstein bei einem Rückgang der Milchpreise um -20 % und freiem Quotenhandel die Milchmenge um ca. 340 Mio. kg, bei einem Rückgang um -30 % um etwa 300 Mio. kg zunehmen. Die neuen Bundesländer zeigen sowohl bei regionalem als auch nationalem Quotenhandel überwiegend Abnahmen in der regionalen Milcherzeugung, wenngleich in nicht so großem Umfang wie in Bayern. Eine Ausnahme bildet das südliche Sachsen, wo die Milcherzeugung ausgeweitet wird.

46 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 39 Kiel Kiel Rostock Rostock Lübeck Lübeck Hamburg Schwerin Hamburg Schwerin Hannover Berlin Hannov er Berlin Magdeburg Magdeburg Paderborn Cottbus Paderborn Cottbus Dortmund Düsseldorf Köln Siegen Bonn Aachen Kassel Erfurt Leipzig Zwickau Dresden Dortmund Düsseldorf Köln Siegen Bonn Aachen Kassel Erf urt Leipzig Zwickau Dresden Frankfurt Frankf urt Würzburg Würzburg Kaiserslautern Nürnberg Kaiserslautern Nürnberg Stuttgart Ingolstadt Stuttgart Ingolstadt München München Freiburg Freiburg Regionaler Quotenhandel Milchdichtecluster in t/qkm < > 150 Nationaler Quotenhandel Absolute Veränderungen der Milchdichte in t/qkm Abnahmen Zunahmen Bundeslandgrenzen 1 bis 7 > -20 < 14 > -15 < 21 Rohstoffzentren > -10 < 28-1 bis -5 < 35 Quelle: Eigene Darstellung auf Basis der FARMIS Modellergebnisse Abb. 2: Änderungen in der Milcherzeugung 2013 bei -30 % Milchpreis gegenüber 2003 Auswirkungen für die Molkereiwirtschaft Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere bei starken Rückgängen der Erzeugermilchpreise in einzelnen Regionen die Rohstoffbasis von Molkereibetriebsstätten deutliche Veränderungen erfährt, sowohl Ab- als auch Zunahmen. Wenn man die durchschnittliche Verarbeitungsmenge von Molkereibetrieben der Bundesländer Bayern mit 74,8 Mio. kg und Schleswig- Holstein mit 98,8 Mio. kg zu Grunde legt und diese in Zusammenhang mit den oben geschilderten Mengenveränderungen stellt, wird klar, dass sowohl Betriebsstilllegungen als auch Erweiterungen bzw. Neubauten in dieser Dekade erforderlich werden. 3 Die Quantifizierung dieses Betriebsstättenstrukturwandels ist Gegenstand des laufenden Forschungsprojektes und wird durch das eigens dafür entwickelte Strukturmodell LiOM durchgeführt. 3 Vgl. BMVEL Statistik (2005).

47 40 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Efficient Consumer Response zur Optimierung der Wertschöpfungskette Milch Umsetzungsstand und Hemmnisse in Deutschland Efficient Consumer Response as a strategy to optimise the supply chain of milk implementation ratio and restraints Obersojer, T. Ausgangssituation Die Wertschöpfungskette Milch birgt aktuell ein extrem hohes internes Konfliktpotenzial: Auf der einen Seite zeichnen sich die deutschen Verbraucher durch eine extreme Preisorientierung und eine hohe Bedarfsdeckung bei Discountern aus. Gleichzeitig steigt der Konzentrationsgrad im deutschen Lebensmittelhandel unaufhörlich, was unter anderem durch die Übernahme von Spar und Netto Schels durch die EDEKA im Frühjahr 2005 zum Ausdruck kommt. Auf der anderen Seite fordern die Milcherzeuger von den Molkereien, Maßnahmen zu ergreifen, um die politisch beschlossene Absenkung des Erzeugerpreisniveaus und die dadurch entstehende weitere Unterdeckung ihrer Produktionskosten abzumildern. In diesem durch starken Konkurrenzkampf zwischen den Kettengliedern gekennzeichneten Umfeld hat jedes Unternehmen geeignete Strategien zu entwickeln und umzusetzen, um sich in diesem verschärften Kosten-, Service- und Zeitwettbewerb zu behaupten. Die Potenziale zu Effizienzsteigerungen durch innerbetriebliche Kostensenkungen und höhere Produktivitäten sind weitgehend ausgeschöpft. Erhebliche Kosten entstehen aber auch durch Aktivitäten, die zwischen den Gliedern der Wertschöpfungskette erfolgen. Dabei ermöglichen innovative Informations- und Kommunikationstechnologien neue Möglichkeiten einer verstärkten und effizienteren Zusammenarbeit zwischen den Stufen von Wertschöpfungsketten. Durch eine Erweiterung des einzelbetrieblichen Unternehmensmanagements zu einem konsequenten Supply-Chain-Management werden deshalb zukünftig verstärkt ganze Wertschöpfungsketten gegeneinander konkurrieren, während die darin integrierten Einzelunternehmen relativ in den Hintergrund treten. Efficient Consumer Response als Konzept zur Verbesserung der Wertschöpfung Efficient Consumer Response (ECR) stellt die wichtigste Umsetzungsstrategie des Supply Chain Managements in der Ernährungswirtschaft dar. Die Managementberatungsgesellschaft Accenture hat im Jahr 2005 für die gesamte Wertschöpfungskette Milch bei einem konsequenten Einsatz des ECR-Konzeptes Umsatzsteigerungspotenziale von 7,0 % und Kostensenkungspotenziale von 10,5 % ermittelt. 4 Durch kollaborative, also Hersteller und Handel verbindende Prozesse und Aktivitäten, soll es möglich sein, schneller auf Veränderungen der Nachfrage zu reagieren. Ziel ist die Erhöhung des Kundenservices bei niedrigeren Kosten und eine gestärkte Wettbewerbsposition der beteiligten Unternehmen. Die zahlreichen Einzeltechniken des ECR-Ansatzes lassen sich, wie in Abbildung 3 dargestellt, in drei Bereiche einteilen: 5 Die Basistechniken ( Enablers ), wie die elektronische Erfassung von Warenflüssen mittels Scanning und Warenwirtschaftssystemen, die automatische Weitergabe von Daten 4 5 Vgl. ACCENTURE (2005): Efficient Consumer Respone (ECR): Operative Excellenz durch Innovation Umsetzungsstand von ECR in der deutschen Konsumgüterwirtschaft und Implikationen für die Akteure, interne unveröffentlichte Studie, Folie 17. Vgl. hierzu und dem Folgenden: Vgl. WEINDLMAIER, H. (2003): Die Wertschöpfungskette Milch Konzepte, Optimierungsmöglichkeiten und Konfliktfelder. In: Deutsche Milchwirtschaft, 54. Jg., Teil 1, H. 3, S , 110.

48 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 41 zwischen Kettengliedern (EDI) und die Nutzung standardisierter Datenpools (Sinfos) zur Hinterlegung einer Vielzahl von Produktkennzahlen bilden das Fundament des Konzeptes. Die Radiofrequenztechnologie (RFID) und die Prozesskostenrechung werden als so genannte neue Technologien bezeichnet. Darauf setzen zwei Säulen auf: Die erste bündelt Aspekte der Angebotsseite (Supply-Side) mit dem Ziel einer Optimierung der Waren- und Informationsflüsse entlang der gesamten Versorgungskette. Neben der Nutzung effizienter Transporteinheiten, soll der Warennachschub automatisiert und geglättet und letztlich durch eine effiziente operative Logistik in Just-in-Time Lieferungen über wenige Bestand los geführte Lager (Cross-Docking Center) abgewickelt werden. Efficient Consumer Response Angebotsseite Nachfrageseite Management der Versorgungskette Category Mangement Effiziente operative Logistik Effiziente Standards Effiziente Sortimente Effiziente Administration Effiziente Produkteinführung Effiziente Verkaufsförderung Supply- Side Demand- Side Basistechniken ( Enablers ) EAN EAN 128 Scanning / WWS Sinfos EDI CPFR RFID Prozesskostenrechnung Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an ZENTES, J.; SWOBBODA, B. (2001): Hersteller-Handels- Beziehungen aus markenpolitischer Sicht. In: F.-R. ESCH (Hrsg.): Moderne Markenführung, 3. Auflage, Wiesbaden: Gabler, S , 903 Abb. 3: Konzept des Efficient Consumer Response Die zweite Säule vereint im Konzept des Category Management Instrumente zur Bearbeitung der Nachfrageseite (Demand-Side). Durch eine engere Zusammenarbeit von Vertretern der Hersteller und des Handels sollen Markt- und Kundeninformationen ausgetauscht und gemeinsam genutzt werden, um den Einkaufs- und Konsumbedürfnissen der Verbraucher schneller und besser nachzukommen. Das zentrale Element von Category Management ist die Schaffung effizienter Sortimente, die auf die Kunden bestimmter Outlets zugeschnitten sind. Berücksichtigt werden dazu neben den spezifischen Verbraucherwünschen unter anderem Preise, Margen, Regaldrehzahlen und Verbundeffekte. Im nächsten Schritt müssen alle Werbe- und Verkaufsförderungsaktivitäten einer Kategorie mit den beteiligten Unternehmen abgestimmt werden. Durch die Vermeidung von Kannibalisierungseffekten und eine höhere Effizienz gemeinsamer Aktionen können deutlich Kosten eingespart werden. Trotz der hohen Sensibilität der Daten und der Gefahr eines Know-how Abflusses wird in Zukunft eine intensivere Zusammenarbeit bei der Entwicklung neuer Produkte und bei deren Einführung erfolgen müssen.

49 42 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Untersuchungsdesign Anliegen des vorliegenden Forschungsprojektes ist es, Implikationen für die Umsetzung von ECR-Instrumenten in der Molkereiwirtschaft abzuleiten, d.h. es sollen Empfehlungen gegeben werden, unter welchen Voraussetzungen ECR in der Molkereiwirtschaft zu implementieren ist und welcher Nutzen davon zu erwarten ist. Die Erfüllung der auf theoretischer Basis hergeleiteten Voraussetzungen für erfolgreiche ECR-Kooperationen sowie der aktuelle Umsetzungsstand einzelner ECR-Instrumente sollte durch aufeinander aufbauende Untersuchungseinheiten ermittelt werden. Explorative Expertengespräche mit Hersteller- und Handelsvertretern bildeten dabei die Grundlage einer schriftlichen Erhebung bei Molkereiunternehmen Deutschlands, Österreichs und der Schweiz. Neben den Voraussetzungen für eine erfolgreiche ECR-Implementierung und dem Umsetzungsstand von Einzelinstrumenten standen potentielle Hemmnisse für eine weitere Umsetzung im Vordergrund des Interesses. Zur Ergänzung der deduktiv konzipierten Empirie werden im weiteren Projektverlauf Fallstudien entwickelt, die die Umsetzung einzelner ECR-Instrumente darstellen und kritisch beurteilen. Branchenspezifika sollen dabei besondere Beachtung finden, um letztlich das theoretische ECR-Konzept besser an die Anforderungen der Molkereipraxis anzupassen. Ergebnisse der schriftlichen Erhebung bei Molkereien Im Rahmen der schriftlichen Erhebung zum Thema ECR in der Molkereiwirtschaft wurden 111 Molkereien in Deutschland (88), Österreich (15) und der Schweiz (8) angeschrieben. Der Rücklauf umfasst insgesamt 36 auswertbare Fragebögen. Dies entspricht ca. 32 % der kontaktierten Molkereien. Insgesamt wird durch die Stichprobe 67 % der deutschen Milchverarbeitung und 58 % des Branchenumsatzes repräsentiert. Etwa 25 % des österreichischen Molkereiumsatzes ist erfasst. Des Weiteren war ein kleineres Schweizer Unternehmen im Rücklauf enthalten. Von den befragten Molkereien werden durch den Einsatz von ECR für den nächsten Fünfjahreszeitraum Kostensenkungs- und Umsatzsteigerungspotenziale von durchschnittlich 2,7 % der Kosten und 2,5 % des Umsatzes angenommen. Um diese Potenziale durch eine erfolgreiche Umsetzung von ECR heben zu können, müssen jedoch zunächst einige zentrale Faktoren erfüllt sein. Neben informationstechnischen, personellen und organisatorischen Voraussetzungen sind eine klare Zielsetzung und ein gutes Beziehungsgefüge zwischen den Handelspartnern erfolgsentscheidend. Trotz der nicht unerheblichen Erwartungen an eine ECR- Implementierung wurden teils deutliche Defizite bei der Erfüllung dieser so genannten ECR- Erfolgsfaktoren festgestellt. Aus den Voruntersuchungen (Expertengespräche in Molkereien) zeichnete sich bereits ab, dass sehr große Unternehmen und Unternehmen mit einer überdurchschnittlichen Wertschöpfung (Diese werden im Folgenden als Vorreiter bezeichnet.) tendenziell stärker auf eine ECR-Umsetzung in ihrem Unternehmen vorbereitet sind als die übrigen (Diese werden entsprechend als Frühe Folger bezeichnet.). Diese Differenzierung der Molkereien wurde durch die schriftliche Erhebung bestätigt. Insgesamt kann festgehalten werden, dass einerseits die Vorreiter die ECR-Erfolgsfaktoren weit stärker erfüllen als die Frühen Folger. Ausnahmen sind dabei selbstverständlich gegeben. Andererseits wird über alle Molkereien hinweg großer Wert auf die (EDV-) technischen Grundlagen gelegt, während organisatorische Aspekte insbesondere bei Molkereien mit geringer Wertschöpfung fast unberücksichtigt bleiben. Es wäre jedoch besonders wichtig, zunächst klare Ziele zu definieren,

50 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 43 um dann für deren Umsetzung neben den technischen Anforderungen das Unternehmen auch organisatorisch darauf auszurichten und die dafür notwendigen Personalentscheidungen zu treffen. Diese Defizite hinsichtlich der ECR-Erfolgsfaktoren bilden das Bündel der internen ECR-Hemmfaktoren. Abbildung 4 fasst die Beurteilung ausgewählter ECR-Instrumente zusammen. Neben der aktuellen Bedeutung sollten die Befragten auch eine Einschätzung für die Zukunft abgeben: Selbst der Umsetzung grundlegender ECR-Bausteine aus dem Bereich der Basistechnologien wird nur eine eingeschränkte aktuelle Bedeutung und folglich partielle Umsetzung attestiert. Frage: Wie schätzen Sie die aktuelle und die zukünftige Bedeutung folgender für Ihre Molkerei ein? ECR-Basistechnologien Einsatz von EAN 128 Transportetiketten zur Sendungsverfolgung auf Palettenebene Artikelstammdatenaustausch über Sinfos (Stammdatenpool) Einsatz der EDI Nachricht ORDER (Bestellung) aktuell zukünftig Potential -2 = ganz 2 = sehr unbedeutend bedeutend -2-1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 Einsatz der EDI Nachricht INVOICE (Rechnung) Einsatz der EDI Nachricht DESADV (Lieferavis) Einsatz der EDI Nachricht RECADV (Wareneingangsmeldung) kooperativer Logistikaktivitäten Nutzung von Transportstandards für Palettenladehöhen (z.b. EUL 120, EUL 240) Gemeinsame Optimierung der Aufbau- und Ablauforganisation der Logistikkette Automatische Wiederbevorratung in Verantwortung des Herstellers (VMI) Automatische Wiederbevorratung in Verantwortung des Herstellers und des Handels (CMI) Cross Docking ohne filialgerechte Kommissionierung durch den Hersteller Cross Docking mit filialgerechter Kommissionierung durch den Hersteller -2-1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 kooperativer Logistikaktivitäten Prozesse zur gemeinsamen Optimierung der Sortimentszusammensetzung nach den Bedürfnissen der Verbraucher Einsatz des 8-stufigen Category Management Prozesses gemeinsames Testen von neuen Produktideen und Testprodukten mit dem Handel gemeinsame Entwicklung von Werbeplänen mit dem Handel unter Berücksichtigung aller Artikel der Kategorie Quelle: Eigene Erhebung -2-1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 Abb. 4: Umsetzungsstand von ECR-Instrumenten, Ergebnisse der schriftlichen Erhebung bei Molkereien Die zukünftige Bedeutung wird jedoch durchweg als höher eingestuft. Daraus ergibt sich die graue Fläche, die als Potenzial für die Zukunft bezeichnet wird. Den höchsten Wert erhielt der Einsatz von EAN 128 Transportetiketten auf Palettenebene, was sowohl auf Handelsdruck, als auch auf die Verordnung EU 178/2002 zur Rückverfolgung von Lebensmitteln zurückzuführen ist. Die Teilnahme am Sinfos-Stammdatenpool ist mit Sicherheit unzureichend. Wenn jedoch der Handel trotz Sinfos-Teilnahme der Hersteller immer noch konventionelle Produktpässe (Papier, Excel, ) von den Herstellern fordert, ist die Sinnhaftigkeit dieses Datenpools

51 44 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie tatsächlich zu hinterfragen. Der elektronische Datenaustausch wird bisher fast ausschließlich für die Nachrichten Rechnung (Invoice) und Bestellung (ORDER) genutzt. Lieferscheine (DESADV) und Wareneingangsmeldungen (RECADV) werden bisher kaum elektronisch versendet. Als Zwischenfazit kann festgehalten werden, dass nicht einmal die grundlegenden Basistechnologen, auf denen weitere Projekte aufsetzen können, umgesetzt sind. Das Potenzial für die Zukunft wird jedoch als deutlich höher bewertet. Letztlich können erst durch ihren vernetzten Einsatz Nutzeneffekte entstehen. Eine Optimierung der Logistikkette in Zusammenarbeit mit dem Handel hat in der Molkereiwirtschaft aktuell kaum Bedeutung. Dies wird aus der überwiegend negativen Beurteilung kooperativer Logistikaktivitäten deutlich. Ein gewisser Handlungsbedarf wird aus dem Abstand zur Einschätzung der zukünftigen Bedeutung jedoch ersichtlich. Standards bei Palettenladehöhen müssen stärker eingehalten werden. Dies steht jedoch in einem engen Zusammenhang mit einer Optimierung durch eine automatisierte Nachbestellung durch VMI oder CMI. Diese Verfahren werden jedoch aktuell noch relativ stark abgelehnt, weil die Hersteller eine weitere Kostenbelastung durch zusätzliche Arbeitsprozesse und Hardwareinvestitionen fürchten. Der Nutzen wird zudem überwiegend auf Handelsseite identifiziert. Cross Docking soll, falls es zur Anwendung kommt, im zweistufigen Verfahren (keine filialgerechte Kommissionierung durch den Hersteller) umgesetzt werden. Das einstufige Verfahren hat auch für die Zukunft nur eine sehr geringe Bedeutung. Diese Zurückhaltung bei der Umsetzung kooperativer Logistikaktivitäten begründet sich wohl aus dem lediglich geringen Handlungsspielraum, den der Handel den Herstellern überlässt. Eine kooperative Zusammenarbeit im Bereich des Marketings ist bisher ebenfalls kaum ausgeprägt, zumindest im Sinne des ECR-Konzeptes. Die Bereiche Efficient Product Introduction und Efficient Promotion werden als vorrangige Instrumente eingeschätzt. In Anbetracht hoher Flopraten und damit verbundener hoher finanzieller Einbußen auf beiden Seiten ist diese Einschätzung verständlich. Eigene Untersuchungen zeigen jedoch, dass in der aktuellen Praxis eine intensivere Zusammenarbeit erst nach Abschluss der Produktentwicklung praktiziert wird und meist die Höhe der Werbekostenzuschüsse entscheiden, ob ein Produkt gelistet wird und welche Aktionen erfolgen. Umsetzungshemmnisse für eine weitere ECR-Implementierung Molkerei interne Defizite, die eine rasche Umsetzung von ECR-Instrumenten behinder, wurden bereits durch die teils mangelnde Erfüllung der ECR-Erfolgsfaktoren angesprochen. Der zweite Defizitbereich ist, dass insbesondere die ECR-Vorreiter unter den Molkereien fehlendes Interesse oder eine mangelnde ECR-Bereitschaft vieler Handelspartner beklagen. Dies betrifft nicht nur die Discounter und die Großverbraucher, sondern auch die Vollsortimenter. Sie sind selbst noch nicht in der Lage, die geforderten Instrumente fehlerfrei umzusetzen. Schließlich bereitet fast allen befragten Molkereien die Machtausübung des Handels große Probleme. Optima der gesamten Kette werden zugunsten von Teiloptima des Handels geopfert. Dies betrifft sowohl Optimierungen auf der Basis von Altstrukturen wie vorhandene Lager als auch Modifikationen von Standards. Im Bereich des Category Managements lässt sich der Handel seine alleinige Sortimentshoheit kaum durch Hersteller streitig machen.

52 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 45 Zusammenfassung der Kernergebnisse Trotz hoher Erwartungen an Umsatz- und Kosteneffekte ist der Umsetzungsgrad von ECR in der Molkereiwirtschaft als gering zu bezeichnen. Neben externen Hemmfaktoren, die überwiegend aus der Machtstellung des Handels resultieren, ist die Ursache auch in einer fehlenden Erfüllung der so genannten ECR-Erfolgsfaktoren zu sehen. Diese Defizite spiegeln sich darin wider, dass lediglich einige wenige ECR-Basistechnologien, die auf einer integrierten und vernetzten EDV-Struktur aufsetzen, umgesetzt sind. Maßnahmen der gemeinsamen Planung und Optimierung der Logistik und der Sortimentsführung finden nur vereinzelt statt. Die technischen Voraussetzungen sind bisher am weitesten fortgeschritten. Sie sind mit Sicherheit hilfreich, eine verstärkte Vernetzung innerhalb von Wertschöpfungsketten zu realisieren. Ohne eine entsprechend vertrauensvolle Beziehung zu den Partnern und die organisatorische Verankerung der neuen Konzepte wird aber nur ein Bruchteil der Einzelansätze umzusetzen sein. Die bestehenden, intensiven Beziehungen zum Handel müssen durch mehr Kontinuität und einen Vertrauensvorschuss insbesondere von Seiten des Handels auf eine kooperationsfreundlichere Basis geführt werden. Diese Beziehungen ermöglichen dann auch eine verstärkte organisatorische Verknüpfung der beteiligten Unternehmen hin zu einer funktionsübergreifenden, prozessorientierten Leistungsabwicklung. Voraussetzung dafür ist, dass jedes Unternehmen zunächst strategische ECR-Ziele festlegt und in seine allgemeinen Unternehmensziele integriert. Andernfalls werden keine Wirkungen zu realisieren sein. Gleichzeitig müssen zur Erfüllung der gesteckten Ziele klare Verantwortlichkeiten geschaffen werden, um die aktuell bestehenden, organisatorischen Defizite zu kompensieren. Grundlagen des Risikomanagementsystems in Milch verarbeitenden Unternehmen und erste Ergebnisse hinsichtlich dessen Gestaltung Enterprise Risk Management for dairy companies: Fundamentals and intermediate results as to their specification Ruderer, C. Motivation und Zielsetzung des Forschungsprojektes In den vergangenen Jahren ist verstärkt die Tendenz zu verzeichnen, die Risiken einer Unternehmung in eine ganzheitliche Betrachtungsweise einzubinden und Risikomanagement als eine Managementdisziplin anzusehen. Der hohe Stellenwert des Risikomanagements erklärt sich vor allem durch das 1998 in Kraft getretene Gesetz zur Kontrolle und Transparenz im Unternehmensbereich (KonTraG), welches für alle (der Prüfungspflicht unterliegenden) Gesellschaftsformen verpflichtend die Implementierung eines Systems zur frühzeitigen Erkennung bestandsgefährdender Risiken sowie dessen Dokumentation fordert. Zudem ist ein strukturiertes RMS ein wichtiger Faktor bei der durch Basel II deutlich restriktiveren Kreditvergabe und kann die Kreditaussichten erhöhen bzw. die Kreditkonditionen verbessern. Angesichts der vorwiegend mittelständischen Prägung

53 46 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie der Molkereiwirtschaft sowie der dort vorherrschenden relativen Eigenkapitalschwäche 6 gewinnt dieser Sachverhalt zusätzliche Bedeutung. Einen weiteren Anlass für die Einrichtung eines RMSs in Molkereien gibt der Strukturwandel in der Molkereiwirtschaft. Vor dem Hintergrund der veränderten politisch-rechtlichen Rahmenbedingungen, der Globalisierung und marktbezogenen Herausforderungen 7 erscheinen Maßnahmen des Risikomanagements hilfreich und notwendig. In der Vergangenheit scheiterten Molkereien vor allem wegen des Versagens von Kontroll- bzw. Führungsinstanzen, ungünstiger Kostenstrukturen, fehlender Anpassungsfähigkeit an die Gegebenheiten des Marktes und falschem Management. Zu den Beispielen zählen Parmalat, die Südmilch/Sachsenmilch, die Privatmolkerei Lindenberg in Kassel, die Immergut Dauermilch GmbH in Stavenhagen und die zwischenzeitlich in Insolvenz gegangenen Molkereien De Lucia und Rhöngold Molkerei Fricke. Die Demonstrationen von Greenpeace vor einer der Betriebsstätten der Unternehmensgruppe Theo Müller GmbH & Co. KG sind nachteilig für das Image des gesamten Konzerns und zeigen das Risiko der Rufschädigung bzw. des Imageverlustes. Vor allem sollte es aber im ureigensten Interesse jeder Molkerei liegen, sich mittels eines RMSs Wettbewerbsvorteile auf einem in Auslese befindlichen Markt zu verschaffen. Die kritische Auseinandersetzung mit dem Unternehmen fördert frühzeitig unaufgedeckte Erfolgspotenziale und Schwächen in den Geschäftsabläufen zu Tage. Chancen können erkannt und wahrgenommen werden, wodurch eine qualitative Verbesserung der Unternehmensführung erzielt wird. 8 Sowohl der Wortlaut des KonTraG als auch seine Begründung lassen offen, wie die geforderten Risikoerkennungsmaßnahmen inhaltlich auszugestalten sind. Vor dem Hintergrund der in der Literatur existierenden Ansätze resultiert hieraus die Aufgabe, die Anforderungen an ein solches System unter Beachtung branchenspezifischer Aspekte wirtschaftlich festzulegen. Die als Komponenten eines RMSs identifizierten Elemente Frühwarnsystem, Internes Überwachungssystem und Controlling müssen mit Substanz erfüllt werden. 9 Die in der Ernährungsindustrie verbreiteten Qualitätsmanagementsysteme stellen sich als Teilmenge eines ganzheitlichen, integrierten RMSs dar. Der Schwerpunkt der Betrachtungen des Forschungsprojektes gilt jedoch nicht den technischen Fragen oder Prozessabläufen, sondern den finanzwirtschaftlichen Belangen einer Molkerei und konzentriert sich daher vor allem auf die Bereiche Beschaffung, Absatz, und Finanzen Der für das Jahr 2003 von der Bayern LB ermittelte durchschnittliche Eigenkapitalanteil betrug 22,2 % und streute zwischen 12,7 % und 36,4 %. Exemplarisch WEINDLMAIER, H. (2004): Künftige ökonomische Rahmenbedingungen der Milchwirtschaft Teil I. In: Deutsche Milchwirtschaft, 55. Jg., Heft 10, S. 378ff.; GERLACH, S./SPILLER, A./WOCKEN, C. (2006): Der Markt für Milch und Milcherzeugnisse. In: Agrarwirtschaft, Jg. 55, Heft 1, S BAYR, S. (2002): Risikomanagement in Molkereiunternehmen. In: Deutsche Milchwirtschaft, Jg. 53, Heft 19, S (825). WOLF, K./RUNZHEIMER, B. (2001): Risikomanagement und KonTraG, Wiesbaden: Gabler, S. 25ff.; LÜCK, W. (2001): Risikomanagementsystem und Überwachungssystem, München: Universitäts-Forum für Rechnungslegung, Steuern und Prüfung e.v., S. 14ff.; FÜSER, K./HEIDUSCH, M. (2002): Rating Einfach und schnell zur erstklassigen Positionierung Ihres Unternehmens, München: Rudolf Haufe, S. 215.

54 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 47 Risikomanagement und der Risikomanagement-Prozess Risikomanagement umfasst die Gesamtheit der systematischen Maßnahmen zur Identifikation, Bewertung, und Bewältigung/Steuerung jener Risiken, die ein Unternehmen bedrohen. Die Grundlage für Risikomanagement bildet der Risikomanagementprozess, wie er im Folgenden beschrieben und in Abbildung 5 dargestellt ist. Im Rahmen der Risikoanalyse gilt es, Risiken zu identifizieren und zu bewerten. Geeignete Instrumente für diese Phase des Prozesses sind Checklisten und Fragenkataloge, in denen die Risiken erfasst und beschrieben werden. Nach möglichst quantitativer Bewertung der Risiken mit Eintrittswahrscheinlichkeit und Schadensausmaß können die Risiken in einem Risikoinventar veranschaulicht werden. Die sich hieran anschließende Risikobewältigung sieht Maßnahmen vor, um die Risiken zu handhaben bzw. sie zu steuern. Die Ausgestaltung dieser Prozessphase hängt stark von der Einstellung und der Risikostrategie des Unternehmens ab. Risiken zu handhaben bedeutet, sie zu vermeiden, zu vermindern, zu überwälzen (versichern) oder bewusst in Kauf zu nehmen und selber zu tragen. 10 Die Risikoüberwachung beinhaltet die regelmäßige Kontrolle der Risiken und ist u.a. Aufgabe des Risikocontrollings. Optimalerweise können beim Durchlaufen des Risikomanagementprozesses in den verschiedenen Unternehmensbereichen Indikatoren und Schwellenwerte nominiert werden, die als Frühwarnsystem fungieren. Von hoher Bedeutung für die Praxis ist zudem die Risikopolitik im Sinne der Schaffung einer Risikokultur sowie der Definition von Zuständigkeiten durch die Geschäftsführung. Die Dokumentation der Risiken ist nicht nur Grundlage für die Prüfung durch den Wirtschaftsprüfer, sondern bildet auch die Basis des Risikomanagements im Unternehmen. Bei der Implementierung des RMSs sollte eine Integration in bestehende Strukturen erfolgen. Der tatsächliche Erfolg eines RMSs hängt maßgeblich von dessen Lebendigkeit ab, d.h. die aufgebauten Strukturen müssen stets dynamisiert und angepasst werden. Anregungen für die konzeptionelle Umsetzung des Risikomanagements bieten eine auf Kennzahlen gestützte Finanzanalyse, die um Risikoaspekte erweiterte Balanced Scorecard und Ampelsysteme. Sinnvoll ist sicherlich die Modifikation bzw. Erweiterung von Kennzahlen, die bereits erhoben werden. Im Laufe der weiteren Arbeit erfolgt eine Evaluierung der für Molkereien praktikablen Instrumente zur Durchführung des Risikomanagements. 10 Z.B. WOLF, K. (2003): Risikomanagement im Kontext der wertorientierten Unternehmensführung. Dissertation, Wiesbaden: Deutscher Universitätsverlag, S.60.

55 48 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Risiko Risikoidentifikation Risikobewertung analysieren Risiko vermeiden Risiko reduzieren Risiko überwälzen Risiko selbst tragen entscheiden Risikoanalyse Risikogestaltung Risikoüberwachung Kontrolle der Risikoentwicklung Kontrolle von Einsätzen und Eignung von Sicherheitsmaßnahmen kontrollieren Quelle: Eigene Darstellung nach GUTMANNSTHAL-KRIZANITS, H. (1994): Risikomanagement von Anlagenprojekten, Wiesbaden: Verlag Gabler, S. 282 Abb. 5: Der Risikomanagementprozess Systematisierung der Risiken Um den Überblick über die Risiken zu behalten, ist deren Systematisierung 11 sinnvoll, wobei die Anzahl und exakte Benennung von Risikoklassen weniger relevant ist als zu erkennen, dass Risikomanagement alle Unternehmensbereiche und Faktoren erfasst, die den Unternehmenswert beeinflussen oder die Unternehmensziele bedrohen können. Eine denkbare Einteilung der Risiken zeigt Tabelle 2. Die Zufallsrisiken sind schwer vorhersehbar. Zu ihnen gehören Brände/Verpuffungen, Natur- und Terrorgefahren sowie kriminelle Akte wie Diebstahl. Die finanziellen Risiken beinhalten das Zinsänderungs-, Zinsverlust- und Forderungsausfallrisiko, sowie Risiken durch Liquiditätsengpässe oder erhöhte Milchgeldauszahlungen. Operative Risiken umfassen hier die Bereiche IT-Risiken, Risiken aus den Geschäftsabläufen sowie Marktrisiken hinsichtlich Beschaffungs- und Absatzseite. Unter den Bereich Personal und Management werden Risiken subsumiert wie ungeklärte Nachfolgeregelung, mangelnde Akzeptanz des Managements in der Firma sowie fehlende Mitarbeitermotivation. Strategische Risiken wirken langfristig und umfassen defizitäre Forschung & Entwicklung, Imageschäden und mangelnde Marktanalysen über Verbrauchertrends. Die externen Risiken stellen quasi die Rahmenbedingungen für Molkereiunternehmen dar. Von Bedeutung sind speziell Beschlüsse der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) und der WTO -Verhandlungen sowie aktuell die Änderungen des Lebensmittel- und Steuerrechts. 11 Um kaum vermeidbare Überschneidungen zwischen den Risikoklassen vorzubeugen, sollte jede Molkerei für sich definieren, welche Risiken den jeweiligen Gruppen zugeteilt werden.

56 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 49 Tab. 2: Risikokategorien und Beispiele für Risiken und Chancen eines Milch verarbeitenden Unternehmens Risikokategorie Die Risikokategorie umfasst folgende potentielle Risiken bzw. Risiken, die verbunden sind mit Zufallsrisiken Finanzielle Risiken Operative Risiken Informationstechnologie Geschäftsabläufe Beschaffung Absatz Risiken aus dem Bereich Personal und Management Strategische Risiken Externe Risiken Brand/Verpuffung, Überschwemmung, Naturkatastrophen, Terroranschläge Rohstoffpreis, Zinssatz, Wechselkurs, Forderungsausfall, Kapitalverfügbarkeit, Liquidität (monatliche Milchgeldzahlungen!) Sicherheit Hochregallager, Kapazitätsbeschränkungen, Maschinenausfälle Höhere Milchpreisauszahlung, Wettbewerb um den Rohstoff Milch Auslistung, Kundenabhängigkeiten, Konzentration des Lebensmitteleinzelhandels Nachfolgeplanung, Akzeptanz des Managements in der Firma, qualifiziertes Personal, Mitarbeitermotivation, dolose Handlungen Imageschaden, Wettbewerb, Kundenpräferenzen, Forschung und Entwicklung Nationale und internationale Politik (insb. GAP, WTO), Gesetzesänderungen (insb. Lebensmittelrecht), technologischer Fortschritt, Steuern Quelle: Eigene Darstellung Erste Ergebnisse von Expertengesprächen In einem ersten Abschnitt empirischer Erhebungen wurden Expertengespräche mit Vertretern dreier Wirtschaftsbereiche geführt. Neben Molkereifachleuten wurden einerseits zur Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Basel II und Risikomanagement Gespräche mit Experten von Kreditinstituten geführt. Andererseits fanden zur Beschaffung von Informationen zur Gestaltung und zu technischen Abläufen des Risikomanagements Gespräche mit Experten aus dem Bereich Beratung/Wirtschaftsprüfung statt. Die Implikationen von Basel II, der zunehmend globale Wettbewerb und die Häufung von Unternehmensinsolvenzen in jüngster Zeit verursachen laut der Fachleute der Kreditinstitute Veränderungen in der Kreditpolitik, die spürbare Konsequenzen für das Gros der mittelständischen, oft stark fremdfinanzierten Molkereien haben. Künftig wird im Kreditvergabeprozess mittels Rating die Bonität der Unternehmen ermittelt und ein auf dem Risikopotential des Kreditnehmers basierendes, risikoadjustiertes Pricing vorgenommen. Das Ratingergebnis ergibt sich zu rund zwei Drittel aus quantitativen und zu rund einem Drittel aus qualitativen Kriterien. Zu den zahlreichen quantitativen Kennzahlen zählen z.b. Cash Flow Rate, Liquiditätskennzahlen, Betriebsergebnis, Investitions- und Eigenkapitalquote, Debitorenlaufzeit und Verschuldungsgrad. Qualitative Kriterien bewerten u.a. die Branche, das Marktumfeld, die Kundenbeziehungen und die Qualität des Managements. Sie berücksichtigen ebenso die Existenz eines Prüfungstestats sowie zu etwa 30 % die Existenz eines RMSs. Jedoch hat Risikomanagement auch indirekten Einfluss auf andere Ratingkriterien. Hinsichtlich der Finanzierung bei Molkereien, z.b. für Investitionen, sehen die Experten einerseits die diversen Möglichkeiten der Innenfinanzierung. Andererseits werden im Rahmen der Außenfinanzierung die Darlehens- bzw. Kreditmittel der Banken und die Verfügbarkeit

57 50 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie von Beteiligungskapitel, etwa durch die Ausgabe von Genussrechten, für praktikabel gehalten. Finanzquellen wie Private Equity oder Mezzanine Kapital kommen primär wegen des mittelständischen Branchencharakters nicht in Frage. Experten von Beratungsgesellschaften betonten den Einfluss des KonTraG auf die Prüfungstätigkeit und die Ausstellung eines Testats sowie darüber hinaus die Wichtigkeit der Dokumentation und die Bedeutung des Risikomanagements für die unternehmerische Wettbewerbsfähigkeit Milch verarbeitender Unternehmen. Die Gespräche mit Fachleuten aus der Beratung gaben wichtige Informationen für die Strukturierung und den Aufbau des zu entwickelnden RMSs. Aus entwickelten, teilweise sehr ausgefeilten Konzepten, wie z.b. einem Konzept der Risikotreiber, können wertvolle Schlüsse gezogen werden. Zur Gewinnung von Einblicken in die Ausgestaltung der in der Praxis vorhandenen RMSe wurden Gespräche mit Experten von Molkereien geführt. Es zeigte sich, dass RMSe in der Milch verarbeitenden Branche erst seit wenigen Jahren an Bedeutung gewinnen. Aktuell existieren jedoch noch große Unterschiede hinsichtlich der Existenz und Ausprägung der RMSe. Große Molkereien sind weiter fortgeschritten hinsichtlich der Umsetzung und intensiver mit der Materie beschäftigt. Kleine und mittlere Unternehmen haben eher Defizite bei der Dokumentation, Systematisierung und Formalisierung. Hier besteht die Tendenz, dem Risikomanagement eher intuitiv nachzugehen. Insgesamt haben wenige der Befragten bereits gezielte Strukturen für die Risikokommunikation geschaffen bzw. befassen sich dezidiert mit dem Aufbau einer unternehmensweiten Risikokultur. Zudem wird die Verantwortlichkeit zur Implementierung eines RMSs von Personengesellschaften teils mit dem Argument der fehlenden gesetzlichen Verpflichtung in Abrede gestellt. Die Argumentation muss jedoch fehlgehen, betrachtet man die weiteren Motivationsgründe sowie den Nutzen, der aus einem RMS resultieren kann. Doch wenngleich die Vorteile von Risikomanagementsystemen häufig noch ü- bersehen werden, erkennen immer mehr Molkereien die Notwendigkeit zu strukturiertem Risikomanagement. Wichtige Motive für die Etablierung eines RMSs zeigt Tabelle 3. Tab. 3: Wichtige Motive für die Etablierung eines RMSs in Molkereien Motive für die Etablierung eines RMSs aus Sicht von Molkereien* Gründe für die Implementierung eines RMSs Gesetz zur Kontrolle und Transparenz im Unternehmensbereich (KonTraG) Basel II / selektive Kreditvergabepolitik der Kreditinstitute Intensiver Wettbewerb und Strukturwandel in der Molkereiwirtschaft Gemeinsame Agrarpolitik der EU (GAP), insbes. Luxemburger Beschlüsse Nutzen eines RMSs für folgende Zwecke Unternehmensweite Steigerung des Bewusstseins für Risiken Erkennen von Chancenpotentialen** Sicherung des Fortbestandes der Molkerei Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit Steigerung / Absicherung des Unternehmenswertes * Nennungen in der Reihenfolge absteigender Bedeutung. ** "Wer seine Risiken nicht kennt, kann seine Chancen nicht nutzen." Quelle: Eigene Darstellung

58 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 51 Ausblick Um Risikomanagement zu modellieren, bedarf es laut der befragten Molkereiexperten eines eher einfach gehaltenen, dafür aber praktikablen RMSs, welches den Risikostatus des Unternehmens abbildet und bei der Ableitung von Vorschlägen zur Bewältigung der Risiken hilft. Die gängigste Methode ist sicherlich die Analyse der identifizierten Risiken mittels deren Eintrittswahrscheinlichkeit und Schadenshöhe. Sie sollte beim Aufbau eines RMS herangezogen werden. Bei Bedarf kann sie weiter statistisch oder methodisch ausgebaut bzw. modifiziert werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit zielt eine -Befragung darauf ab, eine Bewertung der Risiken durch Entscheidungsträger von Molkereien durchführen zu lassen, um die Bedeutung einzelner Risikoarten für Molkereien zu erfassen. Ausgehend von den bisherigen Erkenntnissen sowie den weiteren Ergebnissen wird im Fortgang der Arbeit ein Konzept für die Gestaltung eines Risikomanagementsystems in Milch verarbeitenden Unternehmen entwickelt. Strukturwandel und Unternehmenskonzentration in der Molkereiwirtschaft und ihre Auswirkungen auf die Milcherzeuger Structural change and concentration of dairy enterprises and their consequences for dairy farmers Weindlmaier, H. Einleitung In letzter Zeit häufen sich in der Fachpresse die Berichte über Aussagen von Verantwortlichen insbesondere der Milcherzeuger, in denen ein stärkerer Strukturwandel in der Molkereiwirtschaft gefordert wird. Es wird damit argumentiert, dass dies eine Voraussetzung dafür wäre, den Milcherzeugern einen höheren Milchpreis auszahlen zu können. In Berichten über erste Ergebnisse eines Gutachtens zum Strukturwandel in der genossenschaftlichen Molkereiwirtschaft, das vom Deutschen Raiffeisenverband bei der Unternehmensberatungsgesellschaft Booz, Allen, Hamilton in Auftrag gegeben wurde, wird von der Möglichkeit einer Erhöhung der Auszahlungspreise um bis zu drei Cent/kg gesprochen. 12 Im vorliegenden Beitrag wird vor diesem Hintergrund der Frage nachgegangen, welche potentiellen Vorteile, gegebenenfalls aber auch Nachteile, der erwartete weitere Strukturwandel der Molkereiwirtschaft für die Milcherzeuger voraussichtlich haben wird. Im Zusammenhang mit weiteren Konzentrationsvorhaben in der Molkereiwirtschaft sollen diese Auswirkungen offen diskutiert werden, um zu verhindern, dass von unrealistischen Erwartungen ausgegangen wird. Thesen zu den Konsequenzen des Strukturwandels in der Molkereiwirtschaft für die Milcherzeuger (1) Stärkere Konzentration in der Molkereiwirtschaft ist eine Voraussetzung für höhere Erzeugermilchpreise Bei der Beantwortung der Frage, ob eine stärkere Konzentration in der Molkereiwirtschaft tatsächlich die Möglichkeit für höhere Erzeugermilchpreise eröffnet, müssen zwei Aspekte berücksichtigt werden: 12 Vgl. O.V. (2005): Molkereigenossenschaften müssen Struktur bereinigen. In: Agra Europe, Nr. 44, S. 8-9; ACHLER, B. (2005): Molkereien: 600 Mio. Euro locker machen. In: Top agrar, Nr. 12/2005, S. R6-R7.

59 52 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Eine höhere Konzentration hat zum einen eindeutige Vorteile sowohl durch die Möglichkeit der Nutzung der Stückkostendegression in großen Betriebsstätten als auch durch Effizienzverbesserungen im Marketing. Diese Effekte werden im Wettbewerb - ein leistungsfähiges Management vorausgesetzt - mittelfristig durch einen höheren Milchauszahlungspreis zweifellos auch den Milcherzeugern zugute kommen. Insofern ist der Ruf nach stärkerer Konzentration aus Sicht der Milcherzeuger begründet und berechtigt. Allerdings sollte man dabei nicht dem häufig festzustellenden Fehlschluss unterliegen, dass dieser Effekt bereits unmittelbar nach einer Fusion eintritt. Kurzfristig können von Molkereizusammenschlüssen weder wesentliche Auswirkungen auf die Verwertung der Milch noch auf die Auszahlungsmöglichkeiten der Molkereien erwartet werden. Ganz im Gegenteil: Konsolidierungsvorgänge führen zunächst zu einem erheblichen Finanzierungsbedarf für die Stilllegung von Betriebsstätten, für Abfindungen von Personal und für die Umsetzung neuer Unternehmensstrategien, z.b. den Ausbau der Markenpolitik. Ein zweiter Aspekt, mit dem Preiserhöhungen begründet werden, ist die Aussage, die etwa wie folgt formuliert wird: Eine höhere Konzentration ist eine Voraussetzung dafür, um mit dem Lebensmittelhandel auf Augenhöhe verhandeln und damit höhere Milchproduktpreise durchsetzen zu können. Dieses Argument ist zwar nicht völlig von der Hand zu weisen. Zumindest bei den nur begrenzt über weite Strecken rentabel transportierbaren Frischprodukten sinken bei hoher Konzentration auf der Molkereiseite die Ausweichmöglichkeiten des Lebensmittelhandels. Eine potentielle Verbesserung der Verhandlungsposition ist die Folge. Allerdings ist der Konzentrationsgrad, bei dem dieser Effekt erwartet werden kann, noch lange nicht erreicht. Dazu kommt der Überschuss in der Größenordnung von % am EU- Milchmarkt. In dieser Situation echten Druck auf den Lebensmittelhandel ausüben zu können, erscheint keine realistische Option zu sein. (2) Die Etablierung großer Unternehmensgebilde führt zu einer Nivellierung der Erzeugermilchpreise Während bei einer durch viele kleine und mittelständische Unternehmen geprägten Molkereistruktur eine erhebliche Streubreite der Erzeugermilchpreise festgestellt werden kann, führen Konzentrationsvorgänge normalerweise dazu, dass es zu einer Angleichung der Erzeugermilchpreise im neuen, konzentrierten Unternehmen kommt. Dieser Prozess wird noch dadurch verstärkt, dass sich die großen Molkereien bei ihrer Milchpreisfestsetzung vor allem an anderen, großen Molkereien orientieren. Dies wird teilweise auch dadurch formalisiert, dass die Preise großer Referenzmolkereien als Basis für die eigene Milchpreisfestsetzung dienen. Ein solches Modell praktiziert z.b. die holländische Friesland Foods, die einen marktkonformen Auszahlungspreis unter Berücksichtigung von fünf großen Nachbarmolkereien aus den Niederlanden (Campina), Belgien (Belgomilk), Dänemark/Schweden (Arla Foods) und aus Deutschland (Humana Milchunion und Nordmilch) ermittelt. Aus Tabelle 4 geht hervor, dass in der Tat die nach der erfassten Milchmenge jeweils größten Molkereien in einer Region bzw. einem Land normalerweise einen Milchpreis bezahlen, der im mittleren Bereich der Region liegt.

60 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 53 Tab.4: Streuung der Erzeugermilchpreise in verschiedenen Regionen im Jahr 2004 Region / Land Minimaler Preis einer Molkerei in der Region Milchpreis in Ct/kg 1) Milchpreis der größten Molkerei in der Region Maximaler Preis einer Molkerei in der Region Schleswig-Holstein 27,5 29,0 29,3 Niedersachsen 27,8 28,1 29,6 Nordrhein-Westfalen 28,7 29,3 30,6 Rheinland/Pfalz + Hessen 28,3 31,1 32,2 Baden-Württemberg 29,4 29,9 31,4 Bayern 28,6 30,3 32,8 Neue Bundesländer 28,3 29,3 30,5 1) Milchpreis bei 4,2 % Fett und 3,4 % Eiweiß inkl. aller Zu- und Abschläge bei einer Liefermenge von 500 t (NBL bei 2000 t) laut ZMP-Milchpreisvergleich 2005 Im Prozess der Konzentration ist dementsprechend zu erwarten, dass es bei den Erzeugern Gewinner und Verlierer geben wird: Erzeuger von Molkereien, die bisher eine gute Verwertung hatten und einen überdurchschnittlichen Milchpreis bezahlten, werden Einbußen verzeichnen, wenn es zu Fusionen kommt. Erzeuger von Molkereien mit schlechter Verwertung und entsprechend niedrigem Milchpreis werden zu den Gewinnern zählen. Es stellt sich daher die Frage, ob es nicht sinnvoll und notwendig ist, bei Konzentrationsprozessen im Hinblick auf die Schnelligkeit der Milchpreisangleichung Übergangsregelungen festzulegen. (3) Betriebsstättenkonzentration führt zu höheren Milcherfassungskosten Wie sich zunehmende Betriebstättengröße tatsächlich auf die Erfassungskosten auswirkt, hängt von vielen Faktoren ab, beispielsweise von der Milchdichte, von der Verkehrsinfrastruktur und von den eingesetzten Fahrzeugen. Um eine Vorstellung von den möglichen Auswirkungen zu bekommen, wurden Modellrechnungen durchgeführt, bei denen von kostenoptimalen Verhältnissen bei der Milcherfassung ausgegangen wurde. 13 Die Ergebnisse dieser Modellrechnungen sind in Abbildung 6 für drei unterschiedliche Milchdichten dargestellt. Es zeigt sich, dass im Vergleich mit der gegenwärtigen Situation bei einer Verarbeitungsstätte mit etwa 1 Mrd. kg Milch zusätzliche Anfuhrkosten von etwa 0,2 Cent/kg anfallen, bei 7 Mrd. kg, das würde in etwa einer Molkerei in Bayern entsprechen, sind es je nach Milchdichte zwischen 0,6 und 0,9 Cent/kg. 13 Im Einzelnen handelt es sich dabei um eine Erfassung durch Fahrzeuge mit Anhänger rund um die Uhr, um das Vorhandensein einer optimierten Tourenplanung und um eine gute Verkehrsinfrastruktur. Darüber hinaus wurde unterstellt, dass sich die Kosten durch die Milchübernahme bei den Milcherzeugern durch die Betriebsstättenkonzentration nicht verändern würden. Dies hat zur Konsequenz, dass von einer Konzentration der Verarbeitung lediglich die Kosten der Anfahrt zu den Erfassungsgebieten und die Kosten vom Erfassungsgebiet zur Molkerei beeinflusst werden.

61 54 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Kosten der Anfahrt in ct/kg 0,9 0,8 0,7 0,6 Kosten bei 50 t/qkm Kosten bei 75 t/qkm Kosten bei 100 t/qkm 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Milchmenge in Mrd. kg Quelle: Eigene Berechnungen Abb. 6: Anfahrtskosten für Rohmilch in Abhängigkeit von der Milchdichte 14 Insgesamt ist die Erhöhung der Milcherfassungskosten daher durchaus moderat, sofern es nicht zu weiterhin explosionsartig ansteigenden Transportkosten kommt. Falls die Milcherfassungskosten voll auf die Erzeuger umgelegt werden, würde also eine starke Betriebsstättenkonzentration zu erhöhten Milcherfassungskosten in dieser Größenordnung führen. Allerdings würde dieser Anstieg durch die bereits erwähnten Kostendegressionseffekte in der Verarbeitung und Vermarktung - soweit diese tatsächlich an die Erzeuger weiter gegeben werden - ausgeglichen, wahrscheinlich sogar überkompensiert werden. (4) Starke Unternehmenskonzentration reduziert die Möglichkeiten des Molkereiwechsels für die Erzeuger Im Zusammenhang mit den steigenden Milcherfassungskosten in großen Molkereiunternehmen sinkt im Allgemeinen die Möglichkeit des Molkereiwechsels bei Unzufriedenheit mit dem eigenen Verarbeiter. Bei großen, geschlossenen Erfassungsgebieten wird es für einzelne Erzeuger nur in Ausnahmefällen möglich, einen Abnehmer von außerhalb des Erfassungsgebietes der bisher belieferten Molkerei zu finden. Normalerweise ist dies nur für sehr große Erzeuger, bei denen ganze Tankzüge gefüllt werden können, eine realistische Option. Das Machtgleichgewicht zwischen Milchlieferanten und Molkereien verändert sich dadurch eindeutig zugunsten großer Molkereien oder anders ausgedrückt, die Abhängigkeit der Milchlieferanten nimmt zu. 14 Eine Milchdichte von 50 t/qkm entspricht etwa jener in den neuen Bundesländern, eine Milchdichte von 75 t/qkm jener Deutschlands, eine solche von 100 t/qkm jener Bayerns.

62 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 55 (5) Konzentration verschlechtert die Geschäftsbeziehungsqualität zwischen Milcherzeugern und den Molkereien. Die engen persönlichen Beziehungen einer Dorfmolkerei, die bis Ende der 60er Jahre des letzten Jahrhunderts auch noch durch die staatlich verordneten Milcherfassungs- und Absatzgebiete gefördert wurden, gehören der Vergangenheit an. Diese Veränderung der Beziehungen ist nicht nur ein Phänomen der Privatmolkereien, sondern in mindestens so starkem Ausmaß auch eines der Genossenschaftsmolkereien. Vom viel beschworenen Genossenschaftsgeist kann häufig nicht mehr die Rede sein. Diese Problematik wird noch dadurch verstärkt, dass nach dem Genossenschaftsrecht die Milcherzeuger nicht an der Unternehmenswertsteigerung partizipieren. Diese generellen Aussagen werden untermauert durch eine Untersuchung von SPILLER et. al. 15 In einer Befragung von 209 primär zukunftsorientierten Milchviehhaltern in Nordwestdeutschland wurde deutlich, dass es um die Zufriedenheit, das Vertrauen und das Commitment der Landwirte hinsichtlich ihrer Molkerei nicht zum Besten steht. Deutlich wird auch, dass die großen Genossenschaftsmolkereien insgesamt schlechtere Bewertungen bekommen als kleinere Genossenschaftsmolkereien. Bei der statistischen Analyse der Ursachen für die schlechte Geschäftsbeziehungsqualität zwischen Milcherzeugern und den Molkereien wurde deutlich, dass dafür nicht der Milchauszahlungspreis der entscheidende Faktor ist. Eher sind es emotionale Kriterien wie die wahrgenommene Managementkompetenz, das Verständnis, das den landwirtschaftlichen Lieferanten entgegen gebracht wird und die Art der Lieferantenkommunikation. Die Folgen der schlechten Geschäftsbeziehungsqualität sind insbesondere eine hohe Wechselbereitschaft, falls Nachbarmolkereien einen hohen Milchpreis bezahlen sowie die Neigung zur Gegenmachtbildung. Die Entstehung und die Aktivitäten des Bundesverbandes deutscher Milchviehhalter (BDM) haben hierin eine Ursache. Ein zentraler Ansatzpunkt, dem zur Verbesserung der Geschäftsbeziehungsqualität gerade für große Molkereiunternehmen eine steigende Bedeutung zukommt, ist eine Optimierung der Erzeugerkommunikation. In einer laufenden Untersuchung wurden fast 800 Milchlieferanten von fünf über Deutschland verteilten Molkereien über die Einschätzung der Kommunikationsaktivitäten ihrer Molkerei befragt (vgl. Abb. 7). Die Ergebnisse machen deutlich, dass vor allem den regionalen Milcherzeugerversammlungen, den Vertreterversammlungen, der Teilnahme der Molkerei an Landwirtschaftsmessen und der Pressearbeit der Molkerei in landwirtschaftlichen Zeitungen ein hoher Wert beigemessen wird. Die Abweichung der beiden Kurven veranschaulicht, dass aus Sicht der Milcherzeuger zwischen dem derzeitigen Umfang der von ihrer Molkerei angebotenen Kommunikationsaktivitäten und den für wichtig eingeschätzten Aktivitäten durchaus merkliche Diskrepanzen bestehen. Von den Milcherzeugern wird beispielsweise gewünscht, Betriebsführungen für Milcherzeuger zu intensivieren sowie die Pressearbeit der Molkerei in landwirtschaftlichen Zeitungen zu verstärken. Durch eine Akzentuierung derartiger Aktivitäten sollte es möglich sein, den Milcherzeugern zeitnah Informationen über die Entwicklungen, die Planungen und die wirtschaftliche Performance ihrer Molkerei zu vermitteln. 15 Vgl. SPILLER, A.; WOCKEN, CH. (2006): Supplier Relationship Management. Konzept zur Verbesserung der Geschäftsbeziehung zwischen Milcherzeugern und Molkereien. In. Deutsche Milchwirtschaft, 57. Jg., Nr. 3, S

63 56 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Wichtigkeit und Umfang Regionale Milcherzeugerversammlungen Vertreterversammlungen Teilnahme der Molkerei an Landwirtschaftsmessen Mitgestalten von Hoftagen durch Molkerei Betriebsführungen für Milcherzeuger Prämierung der besten Milcherzeuger Shop für Milcherzeuger Pressearbeit in landwirtschaftlichen Zeitungen Internetauftritt der Molkerei für Milcherzeuger Hofschilder bei Milcherzeugern Wichtigkeit der Aktivitäten für die Milcherzeuger und Umfang der Aktivitäten in den Molkereien 1 = überhaupt nicht wichtig / überhaupt nicht angeboten 5 = sehr wichtig / in sehr hohem Umfang angeboten Wichtigkeit der Aktivitäten (Gemittelter Wert der Pilotmolkereien) Umfang der Aktivitäten (Gemittelter Wert der Pilotmolkereien) Handlungsbedarf für die Molkerei Quelle: WIENERT, M.; WEINDLMAIER, H. (2005): Integrierte Kommunikation in Milch verarbeitenden Unternehmen. Laufendes Forschungsprojekt an der Professur für BWL der Milch- und Ernährungsindustrie, TU-München in Freising-Weihenstephan Abb. 7: Beurteilung der Kommunikationsaktivitäten deutscher Molkereien durch die Milcherzeuger (6) Konzentration verstärkt die Notwendigkeit von Qualitätsmanagementsystemen in Milcherzeugerbetrieben Für große Molkereiunternehmen nimmt die Notwendigkeit zu, dass auch in den Milcherzeugerbetrieben formalisierte Qualitätsmanagementsysteme etabliert werden. Die negativen Folgen von Qualitätsmängeln erreichen bei großen Betrieben Dimensionen, die unbedingt präventiv vermieden werden müssen. Die unterschiedliche regionale Umsetzung von QM- Milch lässt sich u. a. durch das unterschiedliche Ausmaß der Molkereikonzentration in den verschiedenen Regionen erklären. Fazit Es ist davon auszugehen, dass der Strukturwandel in der Molkereiwirtschaft mit erheblicher Intensität fortschreiten wird. Zur Verbesserung der Wettbewerbsposition der deutschen Molkereiwirtschaft wird eine weitere Konsolidierung der Molkereistruktur für unbedingt notwendig gehalten. Diese Konsolidierungsprozesse werden erhebliche Rückwirkungen auf die Milcherzeuger haben, wobei diese als durchaus ambivalent eingestuft werden müssen: Sowohl positive als auch negative Konsequenzen stehen nebeneinander. Im Hinblick auf die Erzeugermilchpreise sind durch konzentrationsbedingte Effizienzgewinne tendenziell und mittelfristig positive Impulse zu erwarten. Um vor allem eine Verschlechterung der Geschäftsbeziehungsqualität zwischen Milchlieferanten und den Molkereien zu verhindern, sind dringend flankierende Maßnahmen, etwa eine Optimierung der Kommunikation zwischen den Milchlieferanten und den Molkereien notwendig.

64 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 57 Kommunikation zwischen Molkereien und deren Mitarbeitern: Zwischenergebnisse eines Forschungsprojektes zur integrierten Kommunikation in Milch verarbeitenden Unternehmen Communication between dairies and their employees: Intermediate results of a research project of integrated communication in dairy companies Wienert, M. Mitarbeiterkommunikation im Rahmen der integrierten Kommunikation Innerhalb des Ansatzes der integrierten Kommunikation wird der Zielgruppe Mitarbeiter eine hohe Bedeutung beigemessen, da es heute unumstritten ist, dass motivierte und leistungsfähige Mitarbeiter eine bedeutende Ressource ( Humankapital ) eines Unternehmens darstellen. Dabei umfasst die Mitarbeiterkommunikation alle Maßnahmen zur Botschaftsübermittlung zwischen Mitarbeitern auf den verschiedenen hierarchischen Ebenen des Unternehmens. Das Ziel der internen Kommunikation ist grundsätzlich die Information der Mitarbeiter. Darüber hinaus soll die Mitarbeiterkommunikation die Motivation der Mitarbeiter verbessern, eine Identifikation der Mitarbeiter mit dem Unternehmen und somit Akzeptanz der Mitarbeiter für unternehmerische Entscheidungen schaffen. Nicht zuletzt unterstützt die interne Kommunikation die Bindung der Mitarbeiter an das Unternehmen, damit ein langfristiger Beziehungsaufbau und Loyalität der Belegschaft zum Unternehmen möglich werden. Dadurch entsteht auch die Chance, dass die Mitarbeiter ihrerseits als Botschafter des eigenen Betriebes wirken und als Meinungsmultiplikatoren und Imageträger fungieren. Der Integrationsbedarf im Rahmen der internen Kommunikation bezieht sich einerseits auf horizontale Abstimmungsprozesse und andererseits auf vertikale Integrationsprozesse im Unternehmen. 16 Erstere erfordern v.a. die Abstimmung innerhalb und zwischen verschiedenen Abteilungen im Unternehmen, damit bspw. die Abteilung Forschung und Entwicklung (F&E) und die Marketingabteilung bei der Markteinführung eines neuen Produktes eng zusammenarbeiten können. Vertikale Kommunikationsprozesse dienen der Abstimmung zwischen den einzelnen Hierarchiestufen im Unternehmen. So muss geregelt werden, wie welche Informationen von der Unternehmensleitung an die Mitarbeiter weitergegeben werden (Top-down Kommunikation) und wie Informationen von den Mitarbeitern an die Führungsebene gelangen können (Bottom-up Kommunikation). Untersuchungsdesign zur Mitarbeiterkommunikation Im Rahmen eines Projektes 17 wurde mit fünf Pilotunternehmen (PU 1 PU 5) zusammengearbeitet. In diesen Molkereien wurden zum Thema Mitarbeiterkommunikation Experteninterviews mit Personal- und Kommunikationsverantwortlichen durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen dieser Leitfaden gestützten Interviews wurden im Rahmen einer quantitativen Vgl. BRUHN, M. (2003): Integrierte Unternehmens- und Markenkommunikation. Strategische Planung und operative Umsetzung. 3., überarb. u. erw. Aufl. Stuttgart: Schäffer-Poeschel, S. 12ff. Die allgemeine Vorstellung des Projektes sowie dessen theoretische und grundsätzlich methodische Vorgehensweise ist im Jahresbericht 2003 der milchwissenschaftlichen Forschungseinheiten am Wissenschaftszentrum Weihenstephan nachzulesen. Vgl. WIENERT, M. (2004): Integrierte Kommunikation: Ein Ansatz zur Verbesserung der Beziehung in der Wertschöpfungskette Milch. In: Jahresbericht 2003 über die Tätigkeit der milchwissenschaftlichen Forschungseinheiten am Wissenschaftszentrum Weihenstephan der Technischen Universität München in der Zeit vom 1. Januar 2003 bis 31. Dezember 2003, 46. Band 2003, Weihenstephan, S

65 58 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Analyse Mitarbeiter per schriftlichen Fragebogen zur Kommunikationssituation in den Pilotmolkereien befragt. Ziel war das Erkennen von möglichen Kommunikationsdefiziten zwischen dem Sender und den Empfängern der Kommunikation sowie die Ableitung von Ansatzpunkten für die Verbesserung der internen Kommunikation. Insgesamt wurden, verteilt auf vier Molkereiunternehmen 18, 1063 Fragebögen ausgewertet. Inhalte der Befragung waren neben den Kommunikationsmaßnahmen der internen Kommunikation das Informationsverhalten der Mitarbeiter, Informationsdefizite der Mitarbeiter sowie organisatorische Aspekte, wie bspw. die Organisationsstruktur oder die Aufstiegsmöglichkeiten in der Molkerei und sozialpsychologische Aspekte, wie z.b. der Kontakt zu Kollegen und die Anerkennung durch Vorgesetzte. Diese Aspekte wurden aufgenommen, da sie einerseits durch gezielte Kommunikation zu einer verbesserten Mitarbeitermotivation und Arbeitszufriedenheit führen, andererseits um ein Gesamtbild hinsichtlich der Kommunikation über die rein instrumentelle Ebene hinaus zu erhalten. Im Folgenden werden Ergebnisse zum Informationsverhalten und zum instrumentellen Einsatz in der internen Kommunikation vorgestellt. Untersuchungsergebnisse der Mitarbeiterkommunikation Wenn man die Kommunikationskanäle (Top-down) in den untersuchten Unternehmen betrachtet, zeichnet sich ein einheitliches Bild ab (vgl. Abb. 8). Grundsätzlich informieren sich die Mitarbeiter in den Pilotunternehmen über das Schwarze Brett und soweit vorhanden über spezielle Mitarbeitermedien, wie Mitarbeiterzeitungen oder Mitarbeiterzeitschriften. Auch den informellen Austausch im Kollegenkreis (In-Between Kommunikation) nutzen 80 % der Mitarbeiter. Die Internetseite der Molkerei oder regionale Zeitungen spielen nur eine untergeordnete Rolle. Für etwa 50 % der Mitarbeiter dient der Vorgesetzte als Informationsvermittler. Schwarzes Brett Austausch mit Mitarbeitern Mitarbeiterzeitung/-zeitschrift Gespräche mit dem Vorgesetzten Internetseite der Molkerei Regionale Zeitungen Mittelwert PU 1 (vereinzelt fehlende Werte) PU 2 (vereinzelt fehlende Werte) PU 3 PU Anteil in % Quelle: Eigene Darstellung Abb. 8: Kontakt- und Informationsmöglichkeiten der Mitarbeiter 18 Die quantitative Mitarbeiteranalyse wurde in vier der fünf Pilotmolkereien durchgeführt.

66 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 59 Grundsätzlich stellt das Schwarze Brett eine gute Möglichkeit dar, um über Neuigkeiten aus einem abgegrenzten Arbeitsbereich zu informieren. Informationen, die die gesamte Mitarbeiterschaft betreffen, wie bspw. aktuelle Entwicklungen in der Molkerei oder anstehende strategische Entscheidungen, sollten den Mitarbeitern über Kanäle weitergegeben werden, die für alle Mitarbeiter zugänglich sind (abteilungs- und werksübergreifend). Hier eignen sich insbesondere Kommunikationsträger wie Mitarbeiterzeitung oder Internet. Gerade bei den genannten Informationsinhalten empfinden die Mitarbeiter jedoch, dass große Defizite bestehen. So fühlen sich nahezu 60 % aller Mitarbeiter in den Pilotunternehmen zu wenig über aktuelle Entwicklungen in der Molkerei informiert. Über 40 % der Befragten reichen die Informationen zum eigenen Arbeitsbereich nicht aus. Daneben kann der hohe Grad an Informationsaustausch zwischen den Mitarbeitern das Problem des Entstehens von Gerüchten hervorrufen oder eine Falschweitergabe von Informationen forcieren. Daher ist es wichtig, gezielt Informationsdefizite auszuräumen. Zudem muss den Mitarbeitern auch die Möglichkeit gegeben werden, nicht nur Informationen zu empfangen, sondern diese auch zu senden. Hier bietet sich insbesondere das Gespräch mit dem Vorgesetzten an. Diese Gespräche sollten aber nicht nur bei kritischen Vorkommnissen durchgeführt werden, sondern regelmäßig, z.b. in Form eines Einzelgesprächs oder auch als Abteilungssitzung. Inwieweit die oben genannten Kommunikationskanäle sowie weitere kommunikative Maßnahmen in den Molkereien umgesetzt sind, stellt Abbildung 8 dar. Auf der linken Seite sind die einzelnen Kommunikationsaktivitäten, die die Pilotmolkereien anbieten, aufgezeigt. Diese sind nach ihrer durchschnittlichen Wichtigkeit für die Mitarbeiter über alle Unternehmen absteigend sortiert (linker Abbildungsteil). Der rechte Teil zeigt den derzeitigen Umfang in den einzelnen Pilotunternehmen. Dabei bedeutet 1 überhaupt nicht wichtig bis 5 sehr wichtig bzw. 1 wird überhaupt nicht angeboten bis 5 wird in sehr hohem Maße angeboten. Ähnlich dem Informationsverhalten der Mitarbeiter zeigt sich auch bei der Wichtigkeit der abgefragten Kommunikationsaktivitäten über die Pilotmolkereien hinweg ein sehr einheitliches Bild (vgl. Abb. 9). Den Mitarbeitern sind Aus- und Weiterbildungsmöglichkeiten am wichtigsten. Auch das Schwarze Brett und die Betriebsversammlungen werden als wichtig eingeschätzt. Gespräche mit dem Vorgesetzten und die Mitarbeiterzeitung liegen auf einem Level von 4 ( wichtig ) der möglichen 5 Bewertungspunkte ( sehr wichtig ). Vergleicht man die Wichtigkeit der Kommunikationsaktivitäten für die Mitarbeiter mit dem tatsächlichen Umfang in den Molkereien, so ist grundsätzlich der gewünschte Umfang noch nicht erreicht. Einen guten Zuspruch von den Mitarbeitern erhalten das Schwarze Brett und die Annerkennung bei bestimmten Jubiläen, wie bspw. die finanzielle Zuwendung bei einer bestimmten Betriebszugehörigkeitsdauer. Eine Diskrepanz zwischen der Wichtigkeit für die Mitarbeiter und der Umsetzung in den Molkereien besteht allerdings bei letztgenannten Informationsmaßnahmen (regelmäßige Einzelgespräche, Mitarbeiterzeitung) sowie bei den für die Mitarbeiter wichtigsten Aktivitäten der Aus- und Weiterbildungsmaßnahmen. Ein Tag der offenen Tür, Betriebsausflüge oder Sportgruppen der Molkerei sind weniger wichtige und weniger durchgeführte Maßnahmen.

67 60 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Aus- und Weiterbildungsmöglichkeiten Schwarzes Brett Betriebsversammlungen Kaufmöglichkeit verbilligter Produkte der Molkerei Anerkennung bei best. Jubiläen Regelmäßige Einzelgespräche mit dem direkten Vorgesetzten Mitarbeiterzeitung Wichtigkeit Umfang Betriebsfeste Newsletter mit aktuellen Neuigkeiten Intranet Tag der offenen Tür Betriebsausflüge Sportgruppen der Molkerei PU 1 PU 2 (vereinzelt fehlende Werte) PU 3 PU 5 Mittelwert 1 = überhaupt nicht wichtig / überhaupt nicht angeboten 5 = sehr wichtig / in sehr hohem Umfang angeboten Quelle: Eigene Darstellung Abb. 9: Gewünschte Kommunikationsaktivitäten der Mitarbeiter und Umsetzungsgrad in den Pilotunternehmen Prinzipiell sind den Mitarbeitern v.a. die Informationsmedien sehr wichtig. Für die Top-down Kommunikation sollte dabei ein gutes Zusammenspiel zwischen unternehmensweit angebotenen Informationsmedien und Medien, die abteilungs- oder betriebsstättenintern bereitgestellt werden, stattfinden. Betriebsversammlungen und der Austausch mit dem Vorgesetzten fördern die Dialogkommunikation zwischen Management und Belegschaft. Nicht zuletzt ist das Schwarze Brett dazu geeignet, die In-Between Kommunikation zu kanalisieren, indem bspw. für Mitarbeiter eigene Bereiche zum informellen Austausch auf dem Schwarzen Brett markiert sind (z. B. Suche/Finde Anzeigenbereiche). Auch können engagierte Mitarbeiter in den Kommunikationsprozess integriert werden, indem z.b. von Mitarbeitern geschriebene Artikel in Mitarbeitermedien publiziert werden. Daneben sollten Weiterbildungsmöglichkeiten über alle Hierarchiestufen hinweg für motivierte Mitarbeiter zugänglich sein. Allerdings muss hier zunächst das Bewusstsein bei den Mitarbeitern geschaffen werden, dass das Interesse an einer beruflichen Weiterentwicklung vom einzelnen Mitarbeiter selbst ausgehen muss. Unternehmen können dann lediglich aufgeschlossene Mitarbeiter durch geeignete Maßnahmen unterstützen. Zur Motivation kann man in den Unternehmensmedien über engagierte Mitarbeiter berichten, bspw. durch die Veröffentlichung besonderer Verdienste oder von Verbesserungsvorschlägen von Mitarbeitern für die Molkerei.

68 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 61 Fazit Grundsätzlich muss in der Unternehmensführung noch mehr Bewusstsein geschaffen werden, dass Mitarbeiter eine kommunikative Zielgruppe darstellen. Das stellt hohe Ansprüche an das Management aber auch an die jeweiligen Vorgesetzten in den Abteilungen oder Betriebsstätten. Grundsätzlich sollte die interne Kommunikation das strategische Unternehmensziel unterstützen und systematisiert werden, d.h. in einem Planungsprozess bestehend aus Analyse, Planung, Organisation, Durchführung und Kontrolle verankert sein. Dabei müssen eine klare schriftliche Zielfestlegung erfolgen und eindeutige Verantwortlichkeiten festgelegt werden, um die Mitarbeiterkommunikation nicht dem Zufall zu überlassen. Im Sinne der integrierten Kommunikation darf die interne Kommunikation nicht unabhängig von der Gesamtkommunikation der Molkerei betrachtet werden. Denn letztendlich sind es die Mitarbeiter, die das Unternehmen nach außen vertreten und im Kontakt zum Kunden stehen. II. Forschungsprojekte zur Fleischwirtschaft Ergebnisse zum Umweltmanagement in der bayerischen Fleischwirtschaft Results of a survey regarding environmental management in the Bavarian meat industry Jantke, C. Neben den Motiven der Ressourcenschonung und Verminderung von Emissionen 19 sprechen vor allem ökonomische Gründe für eine umweltorientierte Unternehmensführung. Die Verringerung von Abfallmengen sowie die Reduzierung des Ressourceneinsatzes bei gleicher Ausbringungsmenge haben direkte und indirekte Kosteneinsparungen zur Folge. Weitere wettbewerbsrelevante interne und externe Nutzenpotentiale sind in Tabelle 5 aufgeführt. Tab. 5: Nutzenpotentiale von Umweltmanagementsystemen Interne Nutzenpotentiale 1 Systematisierung bestehender Umweltmaßnahmen 2 Erhöhung der Mitarbeitermotivation 3 Risikovorsorge und Haftungsvermeidung 4 Erkennen von Kostensenkungspotentialen Externe Nutzenpotentiale 5 Verbessertes Image in der Öffentlichkeit, Nachbarschaft 6 Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit 7 Erleichterte Eigen- und Fremdkapitalbeschaffung 8 Vollzugserleichterungen durch staatliche Kontrollverringerung Quelle: DYLLICK, T. et al. (1996): SAQ-Leitfaden ISO OLTEN: Schweizerische Arbeitsgemeinschaft für Qualitätsförderung, S. 8; MÜLLER, M. et al. (2003): Standardisierungs- und Zertifizierungsansätze vor dem Hintergrund einer nachhaltigen Entwicklung. In: BAUMAST, A.; PAPE, J. (Hrsg.): Betriebliches Umweltmanagement: Theoretische Grundlagen, Praxisbeispiele. 2., aktualisierte und bearbeitete Aufl., Stuttgart: Eugen Ulmer, S. 44ff. 19 Vgl. PISCHON, A. (1999): Integrierte Managementsysteme für Qualität, Umweltschutz und Arbeitssicherheit. Berlin, et al.: Springer, S. 181.

69 62 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie In der Lebensmittelbranche sind zudem die Übergänge zwischen Umweltverantwortung, Qualitätssicherung und Verbraucherschutz fließend, was u.a. durch die Nähe zum Endverbraucher begründet sein mag. 20 Deshalb beteiligt sich die Ernährungswirtschaft seit 1995 überproportional stark am EG-Öko-Audit-Programm. Dies gilt jedoch nicht für die Teilbranche Fleischwirtschaft. Im Jahr 1999 waren in Deutschland nur 19 Unternehmen gemäß der EU-Öko- Audit-Verordnung registriert. 21 Eine ähnliche Situation zeigt sich in der bayerischen Fleischwirtschaft im Jahr Von den insgesamt 456 beim Bayerischen Industrie- und Handelskammertag (BIHK) gemeldeten Standorten, 22 die Schlachtung und/oder Fleischverarbeitung von Rindern und Schweinen betreiben, nehmen nur 13 Unternehmen am Umweltpakt Bayern teil. Drei Unternehmen davon sind nach EMAS, eines ist nach ISO zertifiziert, zwei Unternehmen haben am ÖkoProfit -Projekt ihrer Kommune teilgenommen. Methodische Vorgehensweise zur Erfassung der Daten Um ein schärferes Bild von den Bemühungen bayerischer Unternehmen der Fleischwirtschaft im Bereich Umweltmanagement zeichnen zu können, wurde im Rahmen eines Verbundforschungsprojektes zur Wertschöpfungskette Fleisch (vgl. dazu den Beitrag von HUBER, A. in diesem Jahresbericht) der aktuelle Stand untersucht. Die Erhebung der Daten zum Umweltmanagement, zu den Umweltzielen sowie umweltrelevanten Stoffströmen erfolgte durch eine schriftliche Befragung. Als Erhebungsinstrument diente ein voll strukturierter Fragebogen mit den drei Bereichen i) Beschreibung des Unternehmens, ii) Ökobilanz für die Jahre 2002 sowie 2003 und iii) umweltrelevante Zielsetzung des Unternehmens. Zum letztgenannten Bereich waren die Unternehmen aufgefordert, die bisherigen und zukünftigen Ziele und deren Stellenwert bezüglich der Umsetzung anzugeben. Auch wurde gefragt, ob die Unternehmen die gesetzten Ziele bisher erfüllt haben. Mit insgesamt 40 bayerischen Unternehmen der Fleischwirtschaft wurde telefonisch Kontakt aufgenommen. 25 dieser Betriebe erklärten sich zur Beantwortung der Fragen bereit; ihnen wurde der Fragebogen elektronisch und / oder per Fax zugesandt. Zehn Unternehmen sandten schließlich den Fragebogen ausgefüllt zurück. Davon beschäftigen sich sechs Betriebe mit Schlachtung, vier Unternehmen gehören zur Stufe der Fleischverarbeitung und aus diesen beiden Gruppen betreiben jeweils zwei Betriebe zusätzlich die Fleischzerlegung. Empirische Ergebnisse zum Umweltmanagement bayerischer Unternehmen der Fleischwirtschaft Die Ziele betrieblicher Maßnahmen zum Umweltschutz können sich im Bereich der Stoff- und Energieströme auf den effizienten Einsatz von Ressourcen also Ressourcenschonung sowie die Verminderung von Emissionen (Stoffe und Gase) beziehen. Sowohl Ziele auf der Input- als auch auf der Outputseite wurden abgefragt. Verfolgt ein Unternehmen ein Ziel, sollte es zusätzlich den Stellenwert 23 angeben, den es dieser Zielstellung beimisst Vgl. PAPE, J. (2003): Umweltleistungsbewertung in Unternehmen der Ernährungswirtschaft. Bergen / Dumme: Agrimedia, S Vgl. KEßELER, T. (2000): Prozesskettenübergreifende Produkt-Ökobilanz auf der Basis einzelbetrieblicher Umwelt-Informationen Beispiel Fleischwirtschaft. Bonn: ILB, S. 164ff. Vgl. BIHK (2005): Firmendatenbank der Bayerischen Industrie- und Handelskammern. Online im Internet: [Stand ]. Skala: 1 = unwichtig, 2 = eher unwichtig, 3 = eher wichtig, 4 = sehr wichtig

70 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 63 Auf der Inputseite wurden die Ressourcen Wasser, Strom, Heizgas, Heizöl, Diesel, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickstoff, Reinigungs- und Desinfektionsmittel, Papier / Pappe sowie Kunststoff aufgeführt. Während die Zielsetzung zum Ressourceneinsatz und der ausgewiesene Stellenwert zwischen den einzelnen Unternehmen stark variieren, kann festgehalten werden, dass die Verringerung des Einsatzes von Wasser, Strom, Heizgas sowie Reinigungs- und Desinfektionsmitteln in allen Unternehmen Ziel des Umweltmanagements ist. In sieben der zehn Unternehmen ist es gelungen, den Wasserverbrauch und den Einsatz an Reinigungs- und Desinfektionsmitteln zu senken. Auch zukünftig haben die Zielsetzungen Senkung des Wasserbedarfs und Reduktion des Reinigungs- und Desinfektionsmitteleinsatzes einen hohen Stellenwert für die befragten Unternehmen. Für ebenfalls sieben Unternehmen war die Zielsetzung, den Stromverbrauch zu senken, von hoher Relevanz. Zukünftig werden sich neun Unternehmen mit gleicher oder höherer Intensität diesem Ziel widmen. Für acht Unternehmen ist die Reduktion des Heizgasverbrauches ein relevantes Ziel, wobei nur die Hälfte dieser Unternehmen den sparsamen Umgang mit Heizgas als wichtige Größe betrachtet. Demgegenüber spielen Ziele zur Einsatzreduzierung der anderen angeführten Ressourcen vor allem bei Schlachtunternehmen keine bzw. eine untergeordnete Rolle (vgl. Abb. 10). Dies zeigt sich nicht nur am überwiegend niedrigen bisherigen und zukünftigen Stellenwert, der den Zielen beigemessen wird, sondern auch daran, dass diese überwiegend nicht erreicht wurden. 5 kein Ziel unwichtig eher unwichtig wichtig sehr wichtig Anzahl Nennungen bisher zukünftig bisher zukünftig bisher zukünftig bisher zukünftig bisher zukünftig bisher zukünftig bisher zukünftig Heizöl Diesel CO2 SO2 Stickstoff Papier / Pappe Kunststoff Ressource Quelle: Eigene Erhebung Abb. 10: Stellenwert von Zielen zur Reduktion des Ressourceneinsatzes Zum Output haben nur neun Unternehmen Ziele vermerkt, wobei die vier Fleischverarbeitungsunternehmen zu sämtlichen Emissionen Angaben machten. Wie schon beim Ressourceneinsatz gibt es auch hier Ziele, die vermehrt Gegenstand der Überlegungen zu Einsparungen sind. Dazu zählen laut dieser Befragung die Verminderung der Abwassermenge (neun Angaben) und die Reduktion des Papier- / Pappe- (acht), Kunststoff- und Restabfallaufkommens sowie die Reduktion des CO 2 -Ausstosses (je sieben). Jeweils sechs Unternehmen verfolgen das Ziel den Stickstoff- und den Schwefeldioxidausstoß zu senken, die Unternehmen messen beiden Zielen jedoch nur einen geringen Stellenwert bei.

71 64 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Das Ziel der Abwasserreduktion konnten sechs Unternehmen erfüllen, wobei dieses Ziel sehr unterschiedlich in seinem Stellenwert gesehen wird. Fünf Unternehmen sehen es aber vor allem zukünftig als Aufgabenbereich mit sehr hoher Priorität an. Der Stellenwert einer Restabfallreduktion variiert ebenfalls in der Bewertung. Vier Unternehmen haben sich das Ziel gesetzt, konnten allerdings keine Verminderung des Restabfallaufkommens erreichen. Zwei Unternehmen waren bei der Umsetzung erfolgreich. Der Stellenwert der Ziele Papier- / Pappeabfall und Kunststoffabfall reduzieren sowohl bisher als auch zukünftig liegt im mittleren Bereich. Bei diesen Zielsetzungen haben je vier Unternehmen keine Verminderung der Abfallmenge erreichen können, das Ziel wird jedoch mit gleichem Interesse weiter verfolgt. Den Kohlendioxidausstoß konnten drei Unternehmen vermindern, zwei haben das Ziel verfehlt und zwei Unternehmen machten zur Umsetzung keine Angabe. Die Umsetzung der gesetzten Ziele kann durch organisatorische Maßnahmen im Unternehmen unterstützt werden. Deswegen wurde das Vorhandensein verschiedener Komponenten, welche der erfolgreichen Durchführung von Umweltmanagementmaßnahmen dienlich sind, untersucht. In der Befragung sollten die Unternehmen angeben, ob ein Umweltmanagementsystem (UMS) betrieben wird und wenn ja, ob dieses zertifiziert ist. Darüber hinaus wurde gefragt, ob das Unternehmen Umweltleitlinien festgelegt hat, es einen Umweltbericht erstellt, seine Mitarbeiter zum Umweltschutz schult und ein Beauftragter für Umweltfragen ernannt ist. Vier von zehn bayerischen Unternehmen (2 Schlacht- / 2 Fleischverarbeitungsunternehmen) gaben an, ein UMS zu besitzen, ein Fleischverarbeitungsunternehmen plant die Einrichtung eines solchen (vgl. Abb. 11). Ein Fleischverarbeiter hat sein UMS nach ISO zertifizieren lassen. Zwei weitere sind Teilnehmer am Umweltpakt Bayern. Anzahl Nennungen vorhanden nicht vorhanden geplant Umweltmanage- Zertifikat Weiterbildung Umweltleitlinien Umweltbericht Umweltbeauftragter mentsystem Komponenten Quelle: Eigene Erhebung Abb. 11: Komponenten des Umweltmanagements in bayerischen Unternehmen

72 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 65 Die Auswertung der Antworten zu den vier weiteren Komponenten des Umweltmanagements zeigt, dass die Implementierung eines UMS nicht bedeutet, dass in den Unternehmen ein Verantwortlicher für Umweltfragen benannt ist, Schulungen durchgeführt werden, ein Umweltbericht erstellt wird oder Leitlinien fixiert sind. Ein Umweltbericht wird regelmäßig von sieben Unternehmen (davon zwei mit UMS) erstellt, immerhin fünf Unternehmen (davon eins mit UMS) haben Leitlinien zum Umweltmanagement fixiert, ein weiteres Unternehmen erstellte diese zum Zeitpunkt der Befragung. Weiterbildung und Schulung der Mitarbeiter zum Themenbereich Umweltmanagement wird von drei Unternehmen (davon eins mit UMS) durchgeführt, weitere drei haben diese Maßnahme geplant. Vier Unternehmen (davon eins mit UMS) haben einen Beauftragten für Umweltfragen ernannt. Die übermittelten Informationen zum Input- und Outputvolumen von Stoffen sind spärlich und lassen keine aussagekräftige Darstellung oder Vergleiche zwischen den Unternehmen zu. Anhand eigener Berechnungen auf Basis der wenigen Angaben zu den Stoffströmen in den Unternehmen wurden zudem Widersprüche zwischen den Angaben zur Zielerreichung und der tatsächlichen Entwicklungen der Ressourcenverbräuche festgestellt. Es liegt die Vermutung nahe, dass eine regelmäßige, gebündelte Aufstellung für die meisten der abgefragten Stoffströme nicht existiert. Dem widerspricht das Ergebnis, dass sieben Unternehmen einen Umweltbericht erstellen. Zusammenfassung Die Ergebnisse der Befragung der bayerischen Unternehmen zeigen ein negatives Bild vom Engagement der Betriebe bezüglich des Umweltmanagements. Umweltrelevante Ziele hat zwar die Mehrheit der Unternehmen, doch obwohl deren Stellenwert teilweise hoch bewertet wird, sind es eher einzelne Aktionen oder Investitionen, die zur Zielerreichung beitragen. Die organisatorischen Voraussetzungen, die zur Koordinierung von Maßnahmen bzw. kontinuierlichen Generierung von Vorschlägen und zur Realisierung von Einsparpotentialen notwendig sind, fehlen häufig in den Unternehmen. Verantwortliche, betriebsinterne Ansprechpartner sind ebenfalls nur selten benannt. Festzuhalten bleibt, dass den bayerischen Unternehmen aufgrund dieser Erhebung in der Mehrzahl kein offensives Umweltmanagement zu attestieren ist. Das Ergebnis, dass von den vier bayerischen Unternehmen mit einem UMS nur ein Unternehmen ein Zertifikat dafür erworben hat, untermauert das eingangs gezeigte Bild zum Stand des Umweltmanagements in der Fleischwirtschaft. Ursachen dafür sind wahrscheinlich der Aufwand an Zeit, Kosten und Personal für die Implementierung eines UMS und die Auditierungskosten. In Anbetracht einer häufig angespannten wirtschaftlichen Situation können bzw. wollen viele Unternehmen diesen Aufwand nicht auf sich nehmen. Damit die Unternehmen der Fleischwirtschaft Umweltmanagement als relevantes und auch wettbewerbswirksames Handlungsfeld wahrnehmen, ist eine offensivere Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen Ressourceneinsparung und Kostenoptimierung erforderlich. In Dänemark z.b. nutzen sowohl das die Fleischwirtschaft dominierende Unternehmen Danish Crown als auch der kleinere Konkurrent TiCan die Umweltberichte als Instrument der Öffentlichkeitsarbeit gegenüber den interessierten, umweltbewussten Kunden. In Bayern sollte den Unternehmen durch die Umweltbehörden zunächst Hilfestellung bei der Erstellung von Energie- und Stoffbilanzen sowie der Implementierung von Umweltmanagementsystemen angeboten werden. In einem zweiten Schritt könnte dann eine gesetzliche Verpflichtung zur Erstellung eines Umweltberichtes erwogen werden.

73 66 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Realisierungschancen höherer Anforderungen an die Kriterien Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit im Fleischverarbeitungssektor. Chances of implementation of superior requirements of the criteria product safety, quality and environmental-friendliness in the meat processing sector. Uffelmann, W. Ausgangssituation Verbraucherschutzorganisationen, Teile der (Verbraucherschutz-)Politik und andere Gruppierungen sprechen sich seit den Krisen auf dem Fleischmarkt und in der Fleischvermarktung gegen konventionelle Verfahren der Fleischgewinnung und Fleischverarbeitung aus und konfrontieren die Akteure der Fleischwirtschaft mit weit reichenden Forderungen nach einer Verbesserung der Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und der Umweltfreundlichkeit. Viele dieser Anspruchsgruppen fordern radikale Veränderungen, ohne sich mit den ökonomischen Konsequenzen für die Fleisch verarbeitenden Unternehmen auseinander zu setzen. In der Regel führen höhere Anforderungen zu höheren Erzeugungskosten. Sofern der Produktpreis die Produktionskosten des Anbieters nicht deckt, ist langfristig mit einem Ausscheiden aus dem Markt zu rechnen. Diese Konsequenzen lassen sich vermeiden, wenn es dem Anbieter gelingt, das Produkt aufgrund der aufwändigeren Produktionsmethode zu einem höheren Preis abzusetzen 24. Die erfolgreiche Umsetzung der Kriterien Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit stellt für viele Unternehmen der Fleischwirtschaft einen entscheidenden Weg zur Sicherung und zum Ausbau der Wettbewerbsfähigkeit dar. Der Erfolg hängt dabei maßgeblich davon ab, wie gut es dem Unternehmen gelingt, Produkte zu realisieren, die den Anforderungen der Kunden entsprechen. Neben den Produkteigenschaften und dem Produktpreis stellen die unternehmensseitigen Kosten eine wichtige und erfolgsrelevante Größe dar. Fleischgewinnung und -verarbeitung: Aktuelle Situation Die Kontamination von Fleisch mit bspw. unerwünschten Mikroorganismen und spezifiziertem Risikomaterial (SRM) erfolgt vorrangig bei der Fleischgewinnung. Die Mikroorganismen stammen aus dem Verdauungskanal und von der Haut der Schlachttiere. Hinzu kommen Kontaminationsmöglichkeiten durch den Schlachtplatz oder die Schlachteinrichtung sowie durch vom Schlachtkörper spritzende Partikel von spezifiziertem Risikomaterial. Nach Auffassung von Experten ergeben sich bei der Schlachtung von Schweinen folgende vier kritische Punkte: das Entbluten, das Brühen, das Entborsten und die Ausweidung. Bei der Schlachtung von Rindern sind die besonders kritischen Punkte das Entbluten, das Enthäuten, das Ausweiden und die Spaltung, bei der die Gefahr einer Kontamination mit SRM besteht. Eine hohe Bedeutung für die Qualität haben bei der Schlachtung vor allem die Verfahren der Betäubung. In der Rinderschlachtung sind für die Produktsicherheit vor allem die Verunreinigung und Kontamination der Schlachtkörper nach der Betäubung von hoher Relevanz. Auch die Produktsicherheit bei der Schweineschlachtung wird hauptsächlich durch Verfahrensmängel nach der Entblutung beeinträchtigt. 24 Vgl. HEIßENHUBER, A. et. al. (2002): Ökonomische Konsequenzen einer gesellschaftlich akzeptierten Tierhaltung. In: KTBL (Hrsg.): Neue Wege in der Tierhaltung. Heft 408, Darmstadt. S. 16.

74 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 67 In der Fleischverarbeitung sind die Gefahren hinsichtlich der Kriterien Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und der Umweltfreundlichkeit niedriger als in der Wertschöpfungsstufe Fleischgewinnung. Die höchste Gefahr für die Produktsicherheit und -qualität ergibt sich aus der Verarbeitung von Fleisch mit Belastung durch Campylobacter und Verderbniserregern. Die Sicherung der Produktqualität durch gezielte Auswahl der Rohstoffe ist eine entscheidende Maßnahme der Fleischverarbeitung. Die Auswirkungen der Verarbeitung von belasteten Rohstoffen werden als sehr hoch eingeschätzt. Fleischgewinnung und -verarbeitung: Soll-Konzeption aus der Sicht der Produktsicherheit, der Produktqualität und der Umweltfreundlichkeit Zur bestmöglichen Erfüllung der Kriterien Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit ist es neben der Sensibilisierung der Mitarbeiter notwendig, neue Technologien einzusetzen, die im Hinblick auf die Erfüllung der Kriterien vorteilhaft sind. Um die hygienischen Mängel zu reduzieren ist es weiterhin erforderlich, die Behandlung von Fleisch und Fleischwaren zu konzentrieren und das Produkt erst dem Transport und Umgebungswechsel auszusetzen, wenn es verkaufsfertig verpackt ist. Dazu sollten die Wertschöpfungsstufen Fleischgewinnung und Fleischverarbeitung in einem Fleischzentrum zusammengeführt werden (vgl. Abb. 12). Gegenwärtige Strukturen Schlachtung Zerlegung Verarbeitung POS Bedientheke SB-Theke - Schlachtkörper/ Schlachthälften Teilstücke grob zerlegt Teilstücke fein zerlegt Hackfleisch lose & SB Fleischwaren lose & SB Zukünftige Strukturen Fleischzentrum POS Bedientheke SB-Theke Schlachtkörper/ Schlachthälften Verarbeitungs- - fleisch Zahlreiche Schnittstellen bedingen Erhöhte hygienische und mikrobielle Risiken Teilstücke grob zerlegt Verarbeitungs- - fleisch Teilstücke fein zerlegt Hackfleisch lose & SB Fleischwaren lose & SB Minderung der hygienischen und mikrobiellen Risiken durch vertikale Integration und Zentralisierung Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an BRANSCHEID, W. (2004): Wandel auf allen Stufen. In: afz 9/2004, S. 1 Abb.12: Gegenwärtige und mögliche zukünftige Strukturen in der Wertschöpfungskette Fleisch in Deutschland

75 68 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Zur Verbesserung der Planung, Steuerung und Umsetzung von Zielen im Hinblick auf die Erfüllung der Kriterien und Maßnahmen zur Zielerreichung ist eine vertikale Integration der Wertschöpfungskette Fleisch notwendig. Dies erfordert eine Erweiterung des einzelbetrieblichen Unternehmensmanagements zu einem konsequenten Management von Wertschöpfungsketten. Auswirkungen höherer Anforderungen an die Kriterien Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit auf die Produktionskosten von Fleisch Die deutsche und insbesondere die bayerische Fleischwirtschaft ist durch relativ kleine Betriebe und eine schlechte Auslastung der Kapazitäten gekennzeichnet. Hohe Stückkosten sind die Folge dieser strukturellen Nachteile. Im Vergleich mit Dänemark und den Niederlanden sind die Kostennachteile der Fleischgewinnung aufgrund der schlechten Schlachthofstruktur in Verbindung mit schlechter Auslastung der Anlagen erheblich. Auch die Fleisch verarbeitende Industrie ist in Deutschland und insbesondere in Bayern mittelständisch geprägt und weist eine vergleichsweise geringere Konzentration auf als in Dänemark und in den Niederlanden. Deutliche Unterschiede im Hinblick auf die Höhe der Gesamtkosten bestehen aufgrund der Betriebsgröße auch in der Fleischverarbeitung. Neue Verfahren und Technologien, die existenziell zur Erreichung einer höheren Kriterienerfüllung sind, erfordern jedoch erhebliche Investitionen. Es besteht Konsens dahin gehend, dass diese nur dann erfolgreich implementiert werden können, wenn sie nicht zu spürbaren Kostensteigerungen führen. Die Mehrkosten können bei höherer Kriterienerfüllung nur dann begrenzt werden, wenn auf der Basis höherer Outputmengen bzw. größerer Betriebe Kostendegressionseffekte realisiert werden können. In Abb. 13 und Abb. 14 sind auf der Basis einer Aggregation der Kosten in ausgewählten Wertschöpfungsstufen die Gesamtkosten von Schweine- und Rindfleisch dargestellt. Dabei erfolgt eine Darstellung der Kostensituation für Standardverfahren und eine Zielsituation mit hoher Kriterienerfüllung. Vergleichsbasis ist jeweils eine Benchmark-Situation, die durch große Betriebe in Anlehnung an die Situation in Dänemark und den Niederlanden gekennzeichnet ist. Der Vergleich der Standardverfahren zeigt bei der Produktion von Schweinefleisch, dass durch Strukturwandel und Modernisierung die Kosten um bis zu 17 % gesenkt werden könnten. Bei einem hohen Kriterienerfüllungsgrad steigen die Kosten in allen Wertschöpfungsstufen an (Modell-Kosten). Die Benchmarksituation zeigt hier ebenfalls Kostensenkungspotenziale in Höhe von 15 % auf. Die bei der Verbraucheruntersuchung im Rahmen des Verbundforschungsprojektes eruierte (Mehr-) Zahlungsbereitschaft von bis zu 9,5 % für Fleisch aus sicherer, tiergerechter und umweltfreundlicher Produktion erlaubt es jedoch nicht, die zusätzlichen Kosten auf der Basis der Strukturen in Bayern zu decken. Zusätzliche Gewinne wären jedoch bei einem Übergang zu den in der Benchmarksituation unterstellten Strukturen und Auslastungen zu erzielen.

76 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 69 /kg 4,5 4,0 3,5 3,0 Standardverfahren -17 % Ziellücke* (Mehr-)Zahlungsbereitschaft (M) Tats. Verbraucherausgaben (T) hoher Grad der Kriterienerfüllung /kg 4,5-15% 4,0 3,5 M = T + 9,5 % 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Zielgewinn Verarbeitung Zerlegung Schlachtung Erfassung Landwirtschaft 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Ist-Kosten Bayern Benchmark Modell -Kosten Bayern tatsächliche Verbraucherausgaben 2004 für Schweinefleisch abzüglich der Kosten für Vermarktung, Logistik und Distribution. Zahlungsbereitschaft [Groß- und Endverbraucher] für Fleisch aus sicherer, tiergerechter und umweltfreundlicher Produktion. *) Ziellücke = Zahlungsbereitschaft (Verbraucherausgaben) abzüglich (Kosten [Landwirtschaft, Erfassung, Schlachtung, Zerlegung, Verarbeitung] + Zielgewinn). Quelle: Eigene Darstellung Benchmark 0,0 Abb.13: Vergleich der Kosten von Schweinefleisch zwischen Bayern und einer Benchmarksituation mit Standardverfahren und hohem Grad der Kriterienerfüllung Bei der Produktion von Rindfleisch zeigt sich, dass unter Nutzung von Standardverfahren durch größere Betriebe (Benchmark) die Kosten um bis zu 15 % gesenkt werden könnten. Abb. 14 zeigt jedoch, dass es beim Übergang zur Benchmarksituation nur möglich wäre, die Ziellücke zu schließen und eine Kostendeckung zu erreichen. Werden die Kriterien Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit in einem deutlich höheren Grad erfüllt, steigen auch hier die Kosten weiter an. Selbst bei einer (Mehr-)Zahlungsbereitschaft der Konsumenten wäre bei einer Beibehaltung der gegenwärtigen Strukturen keine Kostendeckung möglich und die Ziellücke würde weiter ansteigen.

77 70 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie /kg 8,0 Standardverfahren Ziellücke* hoher Grad der Kriterienerfüllung /kg 8,0 7,0 6,0-15 % (Mehr-)Zahlungsbereitschaft (M) Tats. Verbraucherausgaben (T) -16 % 7,0 6,0 5,0 M = T + 9,5 % 5,0 4,0 Zielgewinn 3,0 Verarbeitung 2,0 Zerlegung Schlachtung 1,0 Erfassung Landwirtschaft 0,0 Ist-Kosten Benchmark Modell-Kosten Bayern Bayern tatsächliche Verbraucherausgaben 2004 für Rindfleisch abzüglich der Kosten für Vermarktung, Logistik und Distribution. Zahlungsbereitschaft [Groß - und - Endverbraucher] für Fleisch aus sicherer, tiergerechter und umweltfreundlicher Produktion. *) Ziellücke = Zahlungsbereitschaft (Verbraucherausgaben) abzüglich (Kosten [Landwirtschaft, Erfassung, Schlachtung, Zerlegung, Verarbeitung] + Zielgewinn). Quelle: Eigene Darstellung Benchmark 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Abb. 14: Vergleich der Kosten von Rindfleisch zwischen Bayern und einer Benchmarksituation mit Standardverfahren und hohem Grad der Kriterienerfüllung Realisierungschancen höherer Anforderungen Es ist einerseits davon auszugehen, dass in Zukunft das Qualitätsbewusstsein des Verbrauchers gegenüber Fleisch und Fleischwaren weiter ansteigen wird. Andererseits zeigen Vermarktungszahlen, dass in Zukunft die Bedeutung von klassischen Absatzkanälen abnehmen und die SB-Vermarktung über den Einzelhandel und insbesondere über die Discounter zunehmen wird. Es ist daher dringend notwendig, zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit die hohen Produktionskosten für Fleisch und Fleischwaren zu reduzieren. Für die Fleischwirtschaft in Deutschland und insbesondere in Bayern resultiert daraus die unbedingte Notwendigkeit einer Strukturbereinigung und eines Abbaus der Überkapazitäten, um die hohen Stückkosten zu reduzieren. Von großer Bedeutung ist eine Verbesserung der Strukturen. Diese ist zugleich eine Voraussetzung dafür, im Interesse der Verbraucher eine höhere Erfüllung der Kriterien Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit in der Wertschöpfungskette Fleisch erreichen zu können. Denn neue Technologien und Verfahren können nur dann mit Erfolg eingesetzt werden, wenn sie nicht zu spürbaren Kostensteigerungen führen. Sofern mögliche Kostensenkungen realisiert werden, können bei der Produktion von Schweinefleisch beim derzeitigen Preisniveau auch bei der Umsetzung höherer Anforderungen zusätzliche Gewinne erzielt werden. Bei der Produktion von Rindfleisch

78 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 71 bestehen allerdings in keiner Konstellation Gewinnaussichten, solange das Preisniveau auf dem derzeit gegebenen niedrigen Niveau verbleibt. Politikempfehlungen auf der Basis der Ergebnisse des Verbundforschungsprojekts: Politikfolgenschätzung der Umgestaltung der Wertschöpfungskette Fleisch unter den Prämissen Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit Recommendation for politics based on results of the joint research project: Policy Assessment of long-term measures that shall show options for the meat value added chain focusing on product safety, quality assurance and environmental friendliness Weindlmaier, H.; Huber, A. Das 2003 begonnene Verbundforschungsprojekt zur Wertschöpfungskette Fleisch, das Auskunft darüber geben soll, ob und in welcher Weise den Kriterien Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit in der Fleischerzeugung und -verarbeitung künftig ein höherer Stellenwert eingeräumt werden kann, wurde Ende 2005 erfolgreich abgeschlossen. Drei Forschergruppen bearbeiteten unabhängig voneinander aber in enger Abstimmung die Bereiche Fleischverbrauch 25, Fleischerzeugung 26 sowie Schlachtung und Fleischverarbeitung 27. Ferner wurden Mindestanforderungen und Gestaltungsempfehlungen für Risiko- und Umweltmanagementsysteme formuliert. Die wesentlichen Ergebnisse dieser drei Gruppen wurden in einem vierten Teilprojekt zu einer Systemanalyse der Wertschöpfungskette Fleisch zusammengefasst und um Empfehlungen für die Politik in den Bereichen Verbraucherschutz und -aufklärung, Qualitätserhaltung von Fleisch und Fleischwaren sowie Umwelt- und Tiergerechtigkeit 28 in der Fleischerzeugung ergänzt. In der Verbrauchsanalyse wurde der Einfluss der Produktsicherheit sowie tiergerechter und umweltfreundlicher Erzeugung und Verarbeitung von Fleisch auf den Kaufentscheidungsprozess und die Zahlungsbereitschaft von Groß- und Endverbrauchern beim Kauf von Fleisch und Fleischwaren ermittelt. Das wichtigste Entscheidungskriterium für Endverbraucher ist das Empfinden, die Einkaufsquelle und die Produkte sind hygienisch einwandfrei. Unmittelbar kann der Käufer dies nur durch das Aussehen der Ware (Farbe und Frische) überprüfen. Es konnten zwei Käuferschichten unterschieden werden, die entweder die lose Ware in Metzgereien oder die vorverpackte Ware in den Selbstbedienungstheken der Supermärkte und Discounter als hygienischer einstufen. Selbst die Käufer an den Bedienungstheken für Fleisch und Fleischwaren in Supermärkten finden mehrheitlich das Angebot in Metzgereien hygienischer. Die Kunden haben nur geringes Vertrauen in das fachgerechte Verhalten des Personals im Lebensmitteleinzelhandel. Dennoch ist die Angst der Verbraucher, beim Verzehr von Fleisch oder Fleischwaren z.b. mit Salmonellen durch unsachgemäße Fleischverarbeitung Lehrstuhl für Wirtschaftlehre des Haushaltes Konsumforschung und Verbraucherpolitik: Prof. Dr. Georg Karg, Ph.D., Dr. Waltraud Kustermann und Dipl. oec. troph. Martine Ranft Lehrstuhl für Wirtschaftslehre des Landbaues: Prof. Dr. Dr. h.c. Alois Heißenhuber, Dr. Hubert Pahl und Dipl.-Ing. agr. Wolfgang Schönberger. Unterauftrag: Prof. Dr. Franz X. Roth, Professur für Tierernährung und Leistungsphysiologie Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie: Prof. Dr. Hannes Weindlmaier, Dipl.-Kffr. Corina Jantke und Dipl.-Ing. agr. Wilhelm Uffelmann. Unterauftrag: Prof. Dr. Wolfgang Branscheid, BFEL, Standort Kulmbach Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie: Prof. Dr. Hannes Weindlmaier und Dr. Alois Huber

79 72 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie infiziert zu werden, wesentlich geringer, als die Befürchtung, mit dem Verzehr von Fleisch auch unerwünschte Rückstände von Futtermitteln, Antibiotika, Wachstumsförderern oder gentechnisch veränderten Organismen aufzunehmen. Der Verbraucher fürchtet vor allem Risiken, über die er wenige Informationen besitzt und deren Folgen für ihn nicht abschätzbar sind. Bei ungestützter Befragung belegen die Regionalität und der Preis die Plätze zwei und drei in der Häufigkeit der Nennungen von wichtigen Einkaufskriterien. Beide Kriterien können während des Einkaufs anhand der Auszeichnung und durch Siegel oder Herkunftsbezeichnungen in die Kaufentscheidung einbezogen werden. Wird bei der Befragung eine Auswahl von Kaufentscheidungskriterien vorgegeben, werden von über 85 Prozent der Käufer und Käuferinnen die Kriterien tiergerechte Haltung und umweltfreundliche Erzeugung als wichtig bzw. sehr wichtig eingestuft und verdrängen damit die Regionalität und den Preis von den Plätzen zwei und drei. Für diese Kriterien gibt es bei konventionell erzeugtem Fleisch für den Kunden keinerlei Möglichkeit, den Grad der Erfüllung festzustellen. Dennoch werden die heutigen Produktionsmethoden von Fleisch von über 60 Prozent der Befragten als nicht tiergerecht und von über 40 Prozent als nicht umweltgerecht erzeugt empfunden. Die Kriterien tiergerechte Haltung, umweltfreundliche Erzeugung, Qualität und Produktsicherheit stellen miteinander verflochtenen Kundenanforderungen dar, deren Erfüllungsgrad insgesamt die vom Verbraucher erwünschte Qualität bestimmen. So gaben fast alle Befragten an, sich besser zu fühlen, wenn sie nachweislich tiergerecht und umweltfreundlich erzeugtes Fleisch kaufen. Da die beim Kauf unterstellte Qualität des Fleisches eine andere ist, als die von der Mehrheit der Verbraucher erwünschte Qualität 29, ist es auch nicht verwunderlich, dass viele Kunden aus dieser Unzufriedenheit heraus zu den Produkten mit den niedrigsten Preisen greifen. Die Kennzeichnung von Fleisch und Fleischwaren müsste aus Sicht der End- und Großverbraucher mehr Informationen über die Haltungsbedingungen der Tiere (z.b. keine Vollspaltenböden, keine Anbindehaltung, keine Massentierhaltung), über die Transportbedingungen (Transportwege und -zeiten, Ladedichten) und über die Schlachtverfahren (z.b. Elektrobetäubung, Warmfleischzerlegung) bieten. Qualitätssiegel im Sinne des Verbrauchers sollten Unterschiede in der Tierhaltung und der Umweltfreundlichkeit der Produktion kommunizieren. Die Verantwortung für Produktsicherheit, Tier- und Umweltschutz liegt nach Meinung von über 90 Prozent der Befragten vorwiegend beim Staat. Problematisch dabei ist, dass einerseits der Staat als Kontrollinstanz für viele Verbraucher nicht glaubwürdig ist und andererseits auch tiergerecht gebaute und hygienisch einwandfrei geführte Stallungen größerer Betriebe bei vielen Verbrauchern die Vorstellung einer Massentierhaltung hervorrufen. Mögliche Vorteile moderner Stallbauten für das Wohlbefinden der Tiere und den Schutz der Umwelt werden nicht erkannt. Im Teilprojekt Fleischerzeugung wurden die Auswirkungen von notwendigen oder erwünschten Veränderungen in der Haltung und Fütterung im Hinblick auf die Fleischqualität sowie den Tier- und Ressourcenschutz aufgezeigt. Konventionelle Haltungssysteme auf Spaltböden mit minimalem Raumangebot für die Tiere sind wirtschaftlich wesentlich vorteilhafter als Systeme mit Einstreu und großzügigerem Raumangebot. Ein Focus wurde daher auf 29 Teilprojekt 2: Analyse des Verbrauchs an Fleisch und Fleischwaren aus sicherer, tiergerechter und umweltfreundlicher Produktion, S. 129.

80 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 73 das Konfliktpotential der Haltungssysteme gelegt, das zwischen Verbesserungen in den Bereichen Qualität, Tiergerechtigkeit und Umweltfreundlichkeit einerseits und arbeitswirtschaftlichen und ökonomischen Aspekten andererseits besteht. In Bayern ist bei den derzeitigen Erlösen eine kostendeckende Bullenmast bei Erfüllung der gesetzlichen Mindestanforderungen nur in großen Betrieben möglich. Mehrkosten von 30 Cent je kg Schlachtgewicht für eine Erhöhung des Platzangebots und die Haltung mit Einstreu sowie weitere 16 Cent je kg Schlachtgewicht für die Minderung von Emissionen und Erhöhung der Futterhygiene würden einen erheblichen Anteil auch der großen bayerischen Rindermastbetriebe zur Aufgabe zwingen 30. Etwas anders ist die Situation in der Schweinemast, wo sich die wesentlich niedrigeren Mehrkosten für Verbesserungen der Tiergerechtigkeit und des Umweltschutzes durch eine Anhebung der Anzahl der durchschnittlichen Mastplätze auf europäisches Niveau nahezu kompensieren lassen. Insgesamt leidet die Rinder- und Schweinemast in Bayern unter einer erheblichen Strukturschwäche. Gewinne in der Mast werden nur von wenigen Betrieben erzielt. Ein Verzicht auf Spaltenböden und ein erhöhtes Platzangebot für die Tiere würde in den meisten Betrieben einen nicht finanzierbaren Investitionsaufwand erfordern. Die Politik steht bei der Ausgestaltung der nationalen Haltungsverordnungen vor einem Dilemma. Werden lediglich die europäischen Mindestanforderungen übernommen, entspricht die darauf basierende Haltung der Masttiere nicht den Erwartungen der Verbraucher. Die Käufer werden verstärkt nach den billigsten Angeboten suchen, da Unterschiede in Haltung und Fütterung beim Kauf nicht nachvollziehbar sind. Die Erzeuger geraten durch sinkende Erlöse verstärkt in Existenzprobleme und werden teilweise versuchen, auch zu Lasten der Tiergerechtigkeit und des Umweltschutzes, Kosten zu sparen. Stellt die nationale Haltungsverordnung aber wesentliche, über die Mindestanforderungen hinausgehende Anforderungen an die Tierhaltung, so muss sich die Politik den Vorwurf gefallen lassen, landwirtschaftliche Betriebe in den Ruin zu treiben. Vorschläge für eine optimale Gestaltung der Prozesse Schlachttiererfassung, Schlachtung, Zerlegung und Fleischverarbeitung wurden im Teilprojekt Schlachtung und Fleischverarbeitung erarbeitet und es wurden Ansatzpunkte zur Verbesserung des Risiko- und Umweltmanagements aufgezeigt. In einem eigenen Beitrag in diesem Jahresbericht werden Zusammenhänge zwischen den Verfahrenskosten, dem Grad der Automatisierung der einzelnen Verfahrensschritte und dem Ausmaß, in dem die Kriterien Produktsicherheit, Qualität und Umweltfreundlichkeit erfüllt werden, aufgezeigt und deren Realisierungschancen beurteilt. Ebenfalls in einem eigenen Beitrag werden die Ergebnisse der Untersuchungen zum Umweltmanagement in der bayerischen Fleischwirtschaft dargestellt. Um die Situation des Risikomanagements zu erfassen, wurden in bayerischen Unternehmen, im marktbeherrschenden, größten dänischen Unternehmen der Fleischwirtschaft und in ausgewählten niederländischen Unternehmen Leitfaden gestützte Experteninterviews durchgeführt. Sie führten zu dem Ergebnis, dass in Bayern im Gegensatz zu Dänemark und den Niederlanden kein systematisches, kontinuierliches und umfassendes Risikomanagement betrieben wird. Häufig ist in Bayern für alle Maßnahmen des Risikomanagements allein der Veteri- 30 Teilprojekt 3: Analyse und Bewertung von Veränderungen in der Fütterung und Haltung auf die Fleischerzeugung, S. 222.

81 74 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie när zuständig. In Dänemark und den Niederlanden erfolgt die Durchführung des Risikomanagements in Form von Kontrollen, gezielter Auswertung von Dokumentationen und der Risikokommunikation in enger Zusammenarbeit mit anderen Institutionen, während bayerische Unternehmen nur vereinzelt Unterstützung von Experten suchen. In der exemplarisch durchgeführten Risikoanalyse der Fleischgewinnung und -verarbeitung erhielten durch Fehlverhalten der Mitarbeiter verursachte Gefahren mit die höchsten Bewertungen 31. Basierend auf den Ergebnissen dieser Teilprojekte können folgende Politikempfehlungen zur Wiedergewinnung und Festigung des Verbrauchervertrauens in Fleisch und Fleischwaren, für Maßnahmen der Strukturförderung und für die Gestaltung der gesetzlichen Rahmenbedingungen abgeleitet werden: Mittels geeigneter Risikokommunikation sollte über das Ausmaß der potentiellen Schäden und die Eintrittswahrscheinlichkeit möglicher Gefahren kontinuierlich und für die Verbraucher transparent und sachlich informiert werden, um im Schadensfall als zuverlässige Informationsquelle wahrgenommen zu werden. Skandale in der Fleischindustrie sollten offen und zeitnah kommuniziert werden, um sich nicht später in einer Verteidigungsposition zu befinden. Qualitätssiegel sollten nur noch gefördert werden, wenn sie auch konkrete Unterschiede in der Tiergerechtigkeit und der Umweltfreundlichkeit zur konventionellen Produktion dokumentieren. Insbesondere für Großverbraucher ist es wichtig, die Prozessqualität der Fleischerzeugung selbst nachvollziehen und ihren Kunden durch geeignete Siegel oder Zertifikate vermitteln zu können. Eine sinnvolle Verbraucheraufklärung sollte auch darauf abzielen, grundlose Vorbehalte gegen größere Tierbestände abzubauen und andererseits verdeutlichen, dass nur Großbetriebe in erheblichem Umfang Maßnahmen zur Verbesserung der Produktsicherheit, Qualitätserhaltung, Tiergerechtigkeit und Umweltfreundlichkeit ergreifen können ohne dabei ihre Wettbewerbsfähigkeit zu verlieren. Das Vertrauen der Verbraucher in die Vorteile der Tierhaltung in großen Mastbetrieben kann aber nur hergestellt werden, wenn Großbetriebe ihrerseits strikte Umweltauflagen akzeptieren und den Tieren ausreichend Platz zur Verfügung stellen. Mit der Ausgestaltung der nationalen Haltungsverordnungen wird sich entscheiden, ob sich die neue Landwirtschaftspolitik Struktur bedingten, ökonomischen Zwängen der Fleischerzeugung beugt oder vermehrt die Interessen der Verbraucher berücksichtigt. Mit dem inzwischen auch von vielen Experten als unzureichend angesehenen minimalem Platzangebot der EU-Richtlinien kann das Vertrauen der Verbraucher in heimische Fleischproduktion nicht zurück gewonnen werden. Viele Verbraucher haben den Eindruck, die einzelnen Schritte der Erzeugung, Schlachttiererfassung, Schlachtung und Verarbeitung von Fleisch werden zu wenig kontrolliert. Eine Erhöhung der Kontrollhäufigkeit aber auch eine Anregung der Verarbeitungsbetriebe, die Eigenkontrollen zu erhöhen, kann das Vertrauen der Verbraucher stärken. Relativ hoch bewertet werden in allen Bereichen der Fleischwirtschaft von Mitarbeitern verursachte Gefahren. Deren Risikowert kann deutlich gemindert werden, wenn die Eintrittswahrscheinlichkeit von Fehlverhalten gesenkt wird. Dafür geeignete Maßnahmen sind 31 Teilprojekt 4: Analyse, Evaluierung und Gestaltung des Risiko- und Umweltmanagementsystems von Verfahren der Schlachttiererfassung, Schlachtung und Fleischverarbeitung unter den Prämissen Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit. S. 212.

82 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 75 neben der sorgfältigen Auswahl der Mitarbeiter vor allem vermehrte Schulungen zur Verbesserung der Sorgfalt und Aufklärung insbesondere im Bereich der Hygiene. Dies setzt voraus, dass die Mitarbeiter über längere Zeiträume im Unternehmen beschäftigt sind und über ausreichende Deutschkenntnisse verfügen. Da die über Discountbetriebe vermarkteten Anteile am Fleisch und an den Fleischwaren voraussichtlich weiter ansteigen werden, ist eine weitere Reduzierung der Produktionskosten unvermeidlich. Erreicht werden kann dies nur durch einen Abbau von Überkapazitäten und eine Strukturbereinigung der bayerischen Fleischwirtschaft in der Erzeugung und Verarbeitung. Da Fleisch und Fleischwaren erst dann transportiert werden sollten, wenn sie verkaufsfertig verpackt sind, kann hygienischen und mikrobiellen Risiken am besten begegnet werden, wenn die Fleischgewinnung und -verarbeitung in einem Fleischzentrum konzentriert ist. Nachdem sich in Bayern Standorte, die potentielle Kerne für derartige Fleischzentren werden könnten, bereits in Händen multinationaler Unternehmen befinden, kann davon ausgegangen werden, dass die bayerischen mittelständigen Unternehmen der Fleischgewinnung und -verarbeitung allenfalls noch mit Spezialitäten in Nischen ihre Plätze finden und behaupten können. Dissertationen und Diplomarbeiten Dissertationen Kunert, Matthias, Dr. oec.; Technische Universität München, : Ermittlung und Gestaltung relevanter Erfolgsfaktoren in Unternehmen der deutschen Brauindustrie. Langer, Tobias, Dr. oec.; Technische Universität München, : Benchmarking und Balanced Scorecard als integrierter Managementansatz zur Verbesserung der Prozessperformance - dargestellt am Beispiel der UHT-Produktion. Diplomarbeiten / Bachelor Thesis Dormann, K.: Der International Food Standard: Anforderungen, Implementierung und begleitende Erfolgskontrolle des Standards in einem Fleisch verarbeitenden Unternehmen. Grabinger, A.: Methodische Vorgehensweisen bei der Positionierung von Lebensmitteln in der Ernährungsindustrie. Hell, P.: Die Entwicklungen am Markt für Kinderlebensmittel und daraus folgende marketingpolitische Maßnahmen. Loibl, F.: Innovationscontrolling in der Ernährungsindustrie. Pempe, J.: Ansätze zur Imageverbesserung des deutschen Bieres mit Hilfe kommunikationspolitischer Maßnahmen. Reitschuster, C.: Wettbewerbsfähigkeit des regionalen Getränkefachgroßhandels Entwicklung, Struktur und Ansatzpunkte der Verbesserung. Zinth, P.: Functional Drinks: Entwicklungen und Chancen für kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) aus betriebswirtschaftlicher Sicht.

83 76 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Lehre, Vorträge Lehre Im Jahr 2005 wurden von Prof. Dr. H. Weindlmaier und Mitarbeitern folgende Lehrveranstaltungen am Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München abgehalten: Bezeichnung Wintersemester Sommersemester V Ü V Ü Studiengang Technologie und Biotechnologie der Lebensmittel (Diplom und Master) Produktions- und Absatzwirtschaft der Ernährungsindustrie 2 Grundlagen der Betriebswirtschaftslehre Milch verarbeitender Unternehmen 2 Marketingmanagement Milch verarbeitender Unternehmen 2 1 Studiengänge Technologie und Biotechnologie der Lebensmittel, Brauwesen und Getränketechnologie Innovationsmanagement in der Ernährungsindustrie 2 Qualitätsmanagement in der Ernährungswirtschaft I + II 0,5 1 Materialwirtschaft und Logistik 2 Seminar zur Betriebswirtschaftslehre 4 Master of Dairy Science Structure and Internationalisation of the Dairy Industry 2 Produktionsmanagement Milch verarbeitender Unternehmen 2 Kostentheorie und Management 2 Studiengang Agrarwissenschaft / Masterstudiengang Landnutzung / Agribusiness Ökonomik der Ernährungswirtschaft 3 1 Masterstudiengang Consumer Science Ernährungsökonomik 2 Vorträge Buschendorf, H.: Zur künftigen Wettbewerbsfähigkeit der Käsereiwirtschaft: Rahmenbedingungen, Entwicklungen und Vision Ahlemer Käseseminar des Landesverbandes der Milchwirtschaftler in Niedersachsen und Sachsen-Anhalt, September 2005, Göttingen. Huber, A.: Umbewertung der Korrekturwerte bei der Fett- und Eiweißbezahlung. Herbst-Mitgliederversammlung des Zentralverbandes der Milcherzeuger in Bayern, 27. Oktober 2005, Schweitenkirchen.

84 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 77 Jantke, C.: Ergebnisse der Befragungen zum Umweltmanagement und zur Risikobewertung in Fleisch verarbeitenden Unternehmen. Externer Workshop der Verbundforschungsprojekts Fleisch, 23. Februar 2005, Freising- Weihenstephan. Obersojer, T.: ECR als SCM-Strategie der Molkereiwirtschaft Konzeption und Umsetzung in Deutschland. Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft e.v., Milchkonferenz 2005, September 2005, Kiel. ECR in der Molkereiwirtschaft Umsetzungsstand und Hemmnisse in Deutschland. Jahrestagung der Akademischen Partnerschaft ECR Deutschland, 18. November 2005, Universität zu Köln. Ruderer, C.: Finanzwirtschaftliche Aspekte des Risikomanagements in Milch verarbeitenden Unternehmen. Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft e.v., Milchkonferenz 2005, September 2005, Kiel. Uffelmann, W.: Zwischenergebnisse des Cost Benchmarks ausgewählter Prozesse in der Wertschöpfungskette Fleisch. Externer Workshop des Verbundforschungsprojekts Fleisch, 23. Februar 2005, Freising- Weihenstephan. Im Spannungsfeld zwischen begrenzter Zahlungsbereitschaft und höheren Produktionskosten: Strategien für den Fleischverarbeitungssektor. Weihenstephaner Milchwirtschaftliche Herbsttagung, 13./14. Oktober 2005, Freising- Weihenstephan. Strategien zur wirtschaftlichen Umsetzung der Kriterien Produktsicherheit und Qualitätserhaltung im Fleischverarbeitungssektor. 45. Tagung der Gesellschaft für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften des Landbaues, 6. Oktober 2005, Göttingen. Weindlmaier, H.: Milchmärkte global national regional Chancen Risiken Visionen. Unterallgäuer Agrartag, 31. Januar 2005, Westerheim. Erfolgsfaktoren in der Molkereiwirtschaft: Theoretisches Modell und empirische Realität. Wissenschaftliches Kolloquium zur Verabschiedung von Prof. Dr. C.H. Hanf, 11. Februar 2005, Kiel. Erfolgsfaktoren in der Milch verarbeitenden Industrie. Branchentag Milch verarbeitende Industrie der Dresdner Bank, 21. Februar 2005, München.

85 78 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie The future economic framework of the dairy sector: What are the strategic options of dairy enterprises. Strategiegespräch mit Vertretern der Molkerei Vindija, Kroatien, 15. März 2005, Freising. Milchvermarktung im Blickfeld. Marktmacht auch für Milcherzeuger? Milchwirtschaftliche Podiumsveranstaltung des WLV, 07. April 2005, Bestwig-Velmede. Perspektiven der Entwicklung der Erzeugermilchpreise: Welche Chancen bietet eine aktive Marktbeeinflussung? Milcherzeuger-Ehrung der Allgäuer Alpenmilch GmbH, 14. April 2005, Kirchweidach. Vorteile, Problembereiche und Anpassungsnotwendigkeiten von Molkereigenossenschaften. Internationales Management Forum Milk 2005, April 2005, Ciechocinek, Polen. Zukunftsperspektiven der Milchwirtschaft. Milchfachgespräch mit dem Arbeitskreis für Landwirtschaft und Forsten der CSU-Landtagsfraktion, 12. Mai 2005, München. Functional Food: Ein Marktsegment der Zukunft? Vortragstagung des Bunds der Freunde der TU München, 15. Juli 2005, München. Zukunftsperspektiven und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Milch- und Molkereiwirtschaft. DKB Management School, 25. August 2005, Schloss Liebenberg. Entwicklungen und Perspektiven der Milch- und Molkereiwirtschaft: Global Deutschland Bayern. Danone Betriebsrätetagung, 20. September 2005, Haar. Strukturwandel und Unternehmenskonzentration in der Molkereiwirtschaft und ihre Auswirkungen auf die Milcherzeuger und die Beschäftigten im Verarbeitungsbereich. Konferenz der NGG / Nordmilch / Hans Böckler Stiftung zur Zukunft der Milchwirtschaft, Oktober 2005, Oberjosbach. Produkt-Marktstrategien als Ausgangspunkt für eine erfolgreiche Einführung von Produktinnovationen in der Molkereiwirtschaft. 13. Oranienburger Milchforum, 03. November 2005, Oranienburg. Entwicklung der Erzeugermilchpreise: Welche Chancen bietet eine aktive Marktbeeinflussung? Nordmilch-Unternehmerforum, 23. November 2005 in Rendsburg und 06. Dezember 2005 in Oldenburg. Wienert, M.: Ansatzpunkte für eine verbesserte Kommunikation zwischen Milch verarbeitenden Unternehmen und Milchlieferanten. XXXI. Arbeitstagung der Erzeugerberater, Landesverband Bayerischer und Sächsischer Molkereifachleute und Milchwirtschaftler e.v., September 2005, Haldenwang. Integrierte Kommunikation: Ein Weg zur Verbesserung der Kommunikationsleistung in Milch verarbeitenden Unternehmen.

86 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 79 Deutsche Gesellschaft für Milchwissenschaft e.v., Milchkonferenz 2005, September 2005, Kiel. Integrierte Kommunikation in der Molkereiwirtschaft: Ansatzpunkte für die Verbesserung der Kommunikationsaktivitäten. Weihenstephaner Milchwirtschaftliche Herbsttagung, Oktober 2005, Freising- Weihenstephan. Posterpräsentationen Wienert, M.; Weindlmaier, H.: Integrierte Kommunikation in Milch verarbeitenden Unternehmen. 45. Jahrestagung der Gesellschaft für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften des Landbaus (GEWISOLA) e.v., Oktober 2005 in Göttingen. [Stand: ]. Jantke, C., Weindlmaier, H.: Management operationaler Risiken in den Wertschöpfungsstufen Fleischgewinnung und Fleischverarbeitung. 45. Jahrestagung der Gesellschaft für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften des Landbaus e.v., Oktober 2005, Göttingen. [Stand: ] Die Posterpräsentation von Dipl.- Kauffrau C. Jantke und Prof. Dr. H. Weindlmaier wurde im Rahmen der Postersession bei der 45. Jahrestagung der Gesellschaft für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften des Landbaus e.v. am Oktober 2005 in Göttingen mit dem 1. Preis ausgezeichnet.

87 80 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Beratung, Seminare, Workshops, Medienarbeit Beratung / Wissenschaftliche Gutachten Als Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats Agrarpolitik, nachhaltige Landbewirtschaftung und Entwicklung ländlicher Räume des Bundesministeriums für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft wirkte Prof. Weindlmaier an der Erstellung von Gutachten zum Thema Zukunft der Nutztierhaltung, zum Thema Grundsatzpapier Ernährungspolitik sowie an einer Stellungnahme zu aktuellen Fragen der EU-Finanzen und des EU-Agrarhaushalts mit. Der Weihenstephaner Unternehmensvergleich für milchwirtschaftliche Unternehmen wurde auch im Jahr 2005 (Bezugsjahr 2004) mit einer Beteiligung von fünf deutschen Molkereiunternehmen durchgeführt. Insgesamt betreiben diese fünf Teilnehmer 14 Betriebsstätten und repräsentieren im Jahr 2004 eine Milchverarbeitung von etwa 1,8 Mrd. kg sowie einen Umsatz von 0,86 Mrd. Euro. Die Ergebnisse des Unternehmensvergleichs wurden den beteiligten Unternehmen zunächst in Form einer umfangreichen schriftlichen Auswertung zur Verfügung gestellt. Am 20. und wurden die Ergebnisse des Unternehmensvergleichs den Vertretern der beteiligten Unternehmen im Rahmen eines Workshops am Standort eines der beteiligten Unternehmen präsentiert. Im Anschluss an eine umfangreiche Diskussion der Ergebnisse erfolgte auf Einladung des Unternehmens eine gemeinsame Besichtigung des Betriebes. Zusätzlich wurden alle beteiligten Unternehmen von Herrn Prof. Weindlmaier und Herrn Betz besucht und es erfolgte eine ausführliche Diskussion der Ergebnisse mit den Unternehmensleitungen und den betroffenen Verantwortlichen. Der Umsatz der beteiligten Unternehmen je kg Rohstoffeinsatz schwankt zwischen 37 Cent/kg und 53 Cent/kg. Erhebliche Unterschiede von 8 Cent/kg Rohstoffeinsatz bis 21 Cent/kg Rohstoffeinsatz weisen auch die Verarbeitungs- und Vermarktungskosten für selbst erstellte Milchprodukte auf. Die Ergebnisse zeigen, dass im Jahr 2004 aufgrund der ungünstigen Erlössituation die Nettoverwertungen aller Unternehmen teilweise erheblich zurückgegangen sind. Obwohl auch die Auszahlungspreise der Vergleichsgruppe von durchschnittlich 29,16 Cent/kg (bei 3,7 % Fett und 3,4 % Eiweiß) auf 28,60 Cent/kg reduziert wurden, wurde dennoch in den meisten Unternehmen ein höherer Milchpreis ausgezahlt, als aufgrund der erzielten kalkulatorischen Nettoverwertung für die Eigenmilch gerechtfertigt gewesen wäre. Die Möglichkeit, Erträge für die Verbesserung der Wettbewerbsposition zu verwenden, war dadurch auch in diesem Jahr nur sehr begrenzt gegeben. Auch im Jahr 2005 wurde versucht, repräsentative Kosten für die Milchverarbeitung in Bayern als Basis für die Ermittlung des Bayerischen Erzeugerorientierungspreises (EOP) zu ermitteln. Zusätzlich zu den Daten aus dem Unternehmensvergleich wurden zu diesem Zweck für ausgewählte Produkte Kostenstellen- und Kostenträgerkosten verschiedener bayerischer Molkereien gesammelt und ausgewertet. Die auf Ende des Jahres 2005 hochgerechneten Kosten wurden der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Ernährungswirtschaft und Markt, im Dezember 2005 zur Verfügung gestellt. Es zeigte sich, dass gegenüber dem Jahr 2004 verschiedene Faktorpreise mehr oder weniger

88 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 81 stark anstiegen, dass diese Faktorpreissteigerungen jedoch teilweise durch Effizienzverbesserungen in den Betrieben kompensiert wurden. Dennoch resultierten Kostenerhöhungen von durchschnittlich 3,14 %, was zu einem weiteren Druck auf die Höhe des EOP führen wird. Zusätzlich zur Kostenermittlung für den EOP wurden im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Landwirtschaft und Forsten Modellrechnungen durchgeführt, in denen die Auswirkungen einer Umstellung des EOP bei einer Veränderung der Bewertung von Fett und Eiweiß, bei einem Wegfall des Grundpreises und bei Umstellung auf Ausweisung des EOP für 4,2 % Fett und 3,4 % Eiweiß untersucht wurden. Auf der Basis dieser Berechnungen wurde dem Staatsministerium sowie den bayerischen milchwirtschaftlichen Verbänden ein Vorschlag für die Neugestaltung der Berechnung des EOP unterbreitet. Workshop zur Wertschöpfungskette Fleisch Im Jahr 2005 wurde das vom Bayerischen Staatsministerium für Gesundheit, Ernährung und Verbraucherschutz finanzierte Verbundforschungsprojekt zur Wertschöpfungskette Fleisch unter den Prämissen Produktsicherheit, Qualitätserhaltung und Umweltfreundlichkeit (Homepage: fortgeführt. Dieses Projekt, an dem drei Lehrstühle/Professuren der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften am Standort Weihenstephan beteiligt sind, wird von der Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie koordiniert. Darüber hinaus werden das Teilprojekt 1 Systemanalyse der Wertschöpfungskette Fleisch und Teilprojekt 4 Schlachtung und Fleischverarbeitung von Mitarbeitern der Professur bearbeitet. Im Rahmen dieses Projektes fand am im Festsaal des Wissenschaftszentrums Weihenstephan ein Workshop für externe Kooperationspartner, Interessenten und Projektbeteiligte statt. Am Workshop nahmen insgesamt 30 Teilnehmer von Ministerien, Verbänden sowie aus der Wirtschaft teil. Auf der Basis der Vorträge kam es zu einer intensiven Diskussion, in der u. a. die Aspekte Diskrepanzen zwischen den Vorstellungen der Verbraucher und den tatsächlichen Fütterungs- und Haltungsbedingungen in der Mast, Alternativen für eine tiergerechte Fleischerzeugung, Status quo des Risiko- und Umweltmanagements in Schlachthöfen und Fleischverarbeitungsbetrieben Bayerns sowie Kosten in der Schlachttiererfassung, Schlachtung und Fleischverarbeitung im Fokus standen. Medienarbeit Am fand ein Fernsehinterview von Prof. Dr. H. Weindlmaier durch das Bayerische Fernsehen für die Sendung UNSER LAND zum Thema Wettbewerbsfähigkeit von Milchfett statt.

89 82 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Wissenschaftliche Zusammenarbeit mit Organisationen Weindlmaier, H. Mitglied im Fachbereichsrat und in der Fakultätsentwicklungskommission der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften der Technischen Universität München. Vorsitzender im Arbeitskreis Ökonomie der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft. Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat Agrarpolitik, nachhaltige Landbewirtschaftung und Entwicklung ländlicher Räume des Bundesministeriums für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft, Berlin. Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat des Milchindustrieverbandes in Bonn. Mitglied im Hauptausschuss Fachbereich Markt & Ernährung der Deutschen Landwirtschaftsgesellschaft (DLG). Herausgeber der Agrarwirtschaft, Zeitschrift für Betriebswirtschaft, Marktforschung und Agrarpolitik. Mitglied im Advisory Editorial Board of the Hungarian Dairy Journal. Gewählter Delegierter der Deutschen Gesellschaft für Qualität (DGQ), Frankfurt am Main. Besucher der Professur Herr Geschäftsführer Christian Falkenstein, Herr Liesche und Herr Heinzler vom Unternehmen Falkenstein Projektmanagement GmbH sowie Frau Geschäftsführerin Drk Vojnović, Frau Juraga, Herr Kozijan, Herr Stabi von der Molkerei Vindija in Kroatien Herr Geschäftsführer Rüdiger Fricke, Rhöngold Molkerei - Fricke GmbH & Co Frau Jessica Aschemann Universität Kassel, Ökologische Agrarwissenschaften Frau Maja Donceva und Goedhart Westers von Rabobank International, Utrecht: Experteninterview über die deutsche Molkereiwirtschaft Herr Josef Koch, dlz Agrarmagazin: Interview über aktuelle Probleme der deutschen Milch- und Molkereiwirtschaft.

90 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie 83 Veröffentlichungen Dustmann, H. (2005): Markterfolg mit Functional Food. Der schmale Grad auf dem Weg zum Top-Produkt. Frankfurt am Main: Deutscher Fachverlag. Heißenhuber, A.; Weindlmaier, H. (2005): Wie geht es mit dem Milchmarkt weiter? In: Agra-Europe, Jg. 56, Dokumentation 1-9. Langer, T. (2005): Benchmarking und Balanced Scorecard als integrierter Managementansatz zur Verbesserung der Prozessperformance - dargestellt am Beispiel der UHT-Milch- Produktion. Online im Internet: Servlet/mediaTUM_derivate_ /Langer_Tobias.pdf?hosts=local. Obersojer, T.; Weindlmaier, H.; Thorndike, A. (2005): ECR Gegenwärtige Chancen und Defizite in der Molkereiwirtschaft. In: Deutsche Milchwirtschaft, 56. Jg., Nr. 22, S Schmalen, C.; Kunert, M; Weindlmaier, H. (2005): Erfolgsfaktorenforschung: Theoretische Grundlagen, methodische Vorgehensweise und Anwendungserfahrungen in Projekten für die Ernährungsindustrie. 45. Tagung der Gesellschaft für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften des Landbaues. Online im Internet: 1be13dea20bce2d2fe660a78a26.pdf. Schmalen, C. (2005): Erfolgsfaktoren der Markteinführung von Produktinnovationen kleinund mittelständischer Unternehmen der Ernährungsindustrie. Hochschulschriften zur Betriebswirtschaftslehre; Band 148, München: Herbert Utz Verlag. Uffelmann, W. (2005): Vollweide lohnt nur auf Gunststandorten. In: dlz agrarmagazin, 56. Jg., Nr. 4, S Uffelmann, W., Weindlmaier H. (2005): Strategien zur wirtschaftlichen Umsetzung der Kriterien Produktsicherheit und Qualitätserhaltung im Fleischverarbeitungssektor. 45. Tagung der Gesellschaft für Wirtschafts- und Sozialwissenschaften des Landbaues. Online im Internet: Weindlmaier, H. (2005): Campina/Arla-Fusion: Höhere Milchpreiszusage ist gewagt. In: dlz agrarmagazin, 56. Jg., Nr. 1, S. 8. Weindlmaier, H.: Das BW agrar Interview mit Prof. Dr. Hannes Weindlmaier: Boykottwirkung. In: BW agrar Landwirtschaftliches Wochenblatt, 172. Jg., Nr. 6, S. 7. Weindlmaier, H. (2005): Boykott nicht zielführend Interview Bauernzeitung Nordschweiz, Bern und Freiburg, 49. Jg., Nr. 8, S. 5. Weindlmaier, H. (2005): 40 Cent/kg sind völlig unrealistisch. Interview. Bayerisches Landwirtschaftliches Wochenblatt, 195. Jg. H. 10, S Weindlmaier, H. (2005): Die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Molkereiwirtschaft. In: ZMP (Hrsg.): Märkte im Wandel. Sonderdruck zum 11. Milchforum in Berlin, S Weindlmaier, H. (2005): Ein Sektor im Wandel. In: AgrarWoche, Nr. 14, S Weindlmaier, H. (2005): Qualitätsmanagementsysteme in der Ernährungswirtschaft: Beweggründe, Entwicklungen und Perspektiven. In: Darnhofer, I.; Pöchtrager S.; Schmid, E. (Hrsg.): Jahrbuch der Österreichischen Gesellschaft für Agrarökonomie, Band 14, Wien: Facultas Verlags- und Buchhandel, S

91 84 Professur für Betriebswirtschaftslehre der Milch- und Ernährungsindustrie Weindlmaier, H. (2005): Fachthema Molkereiprodukte: Konsequentes Sowohl-als-auch. In: Lebensmittelzeitung, 57. Jg., Nr. 38, S Weindlmaier, H. (2005): Optimierte Erfassung spart Kosten. Interview. In dlz agrarmagazin, Jg. 56, Nr. 10, S. 8. Weindlmaier, H. (2005): Entwicklung der Erzeugermilchpreise: Welche Chancen bietet eine aktive Marktbeeinflussung. In: dmz Deutsche Molkereizeitung, 126. Jg., Teil I: Nr. 14, S ; Teil II: Nr. 15, S Weindlmaier, H.; Betz, J. (2005): Zur aktuellen Situation der Milcherfassung in Deutschland und Österreich im Jahr In: Deutsche Milchwirtschaft, 56. Jg., Teil 1 - Ausgangsbasis: Nr. 9, S ; Teil 2 Physische Milcherfassung: Nr. 10, S ; Teil 3 - Kosten: Nr. 11, S Wissenschaftlicher Beirat Agrarpolitik, nachhaltige Landbewirtschaftung und Entwicklung ländlicher Räume beim Bundesministerium für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft (2005): Gutachten zur Zukunft der Nutztierhaltung in Deutschland. In: Agra-Europe, 46. Jg., Nr. 13, Dokumentation Wissenschaftlicher Beirat Agrarpolitik, nachhaltige Landbewirtschaftung und Entwicklung ländlicher Räume beim Bundesministerium für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft (2005): Stellungnahme zu aktuellen Fragen der EU-Finanzen und des EU-Agrarhaushalts, Online im Internet: /000732EE10EB139090A66521C0A8D816.0.pdf (Stand ). Wissenschaftlicher Beirat Verbraucher- und Ernährungspolitik beim Bundesministerium für Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft (2005): Grundsatzpapier Ernährungspolitik. Online im Internet: /0001A0A3EC F66521C0A8D816.0.pdf (Stand ).

92 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Adresse: Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung Abteilung Mikrobiologie Weihenstephaner Berg 3 D Freising-Weihenstephan Telefon: Telefax: Internet: ziel-mikrobiologie@wzw.tum.de Personal Leitung: Sekretariat: Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Siegfried Scherer Maria Thole Gertrud Huith Einführung An der Abteilung Mikrobiologie des ZIEL (Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung) arbeiten wir in der Forschung am Schnittpunkt zwischen Lebensmittel und Ernährung. Einerseits werden Lebensmittel hinsichtlich ihrer mikrobiellen Flora untersucht, wobei Biodiversität und Identifikation von lebensmittelrelevanten Mikroorganismen im Mittelpunkt stehen. Andererseits liegt ein wesentlicher Schwerpunkt der Abteilung auf dem Studium von Krankheitserregern, welche durch Lebensmittel übertragen werden. Verschiedene Arbeitsgruppen befassen sich schwerpunktmäßig mit Listeria, Salmonella, Bacillus cereus und pathogenen Escherichia coli Stämmen sowie mit dem proteolytischen Abbau von Prionen durch Starterkulturen. Die Arbeiten an Krankheitserregern reichen von der Grundlagenforschung bis hin zu stark angewandten, lebensmitteltechnologisch relevanten Fragestellungen. In der Mehrzahl der Projekte werden gentechnische und molekularbiologische Techniken eingesetzt. Unsere praxisbezogenen Forschungsarbeiten werden vielfach in enger Kooperation mit der lebensmittelverarbeitenden Industrie durchgeführt.

93 86 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Ein wesentlicher Aufgabenbereich der Abteilung erstreckt sich auf Dienstleistungen, insbesondere mikrobielle Diagnostik aller Art für die Lebensmittelindustrie, verbunden mit einer intensiven Beratung bei mikrobiologisch verursachten Produktionsstörungen. Aus diesen Aktivitäten resultierte über die Jahre eine der grössten Mikroorganismensammlungen für lebensmittelrelevante Hefen, Bazillen, coryneforme Bakterien und Listerien (insgesamt etwa 9000 Isolate), welche die Grundlage für die Entwicklung der FTIR gestützten Identifizierung von Bakterien und Hefen bildet. Forschung Arbeitsgruppe: Identifizierung lebensmittelrelevanter Mikroorganismen Gruppenleiter: Herbert Seiler In den vergangenen Jahren wurde vielfach gezeigt, dass sich Mikroorganismen sehr gut mit FTIR-Spektroskopie identifizieren lassen. Die Auflösung reicht auf jeden Fall bis zum Gattungs- und Artniveau, partiell auch zum Subspeciesniveau. Häufig kann man sogar einzelne Stämme mit dieser Methode wiederfinden. Diese Identifizierungsmethode hat vielfältige Anwendung gefunden. Zum einen waren Populationsanalysen, beispielsweise von der Käseoberflächenflora relativ einfach durchführbar, zum anderen wurden Populationsdynamiken studiert. Man konnte bestimmen, ob eingesetzte Starterkulturen den Reifungsprozess permanent dominieren oder ob es zu einer Populationsverdrängung durch Wildstämme kommt. In der Abteilung Mikrobiologie bietet unsere Arbeitsgruppe seit Jahren einen Mikroorganismen- Identifizierungsservice für die Lebensmittelwirtschaft an. Diese Dienstleistung wird rege genutzt, insbesondere seit mit dieser spektroskopischen Methode die Analysen schnell, preiswert und präzise durchgeführt werden können. Ausgehend von einer Reinkultur werden Aerobier innerhalb von einem Tag, Anaerobier innerhalb von zwei Tagen identifiziert. In Zweifelsfällen wurden Bakterien einer 16S-rDNA- Sequenzierung unterworfen. Die Spektren dieser Stämme wurden dann mit der daraus resultierenden exakten Benennung in die Datenbanken integriert. Im Lauf der Jahre haben sich umfangreiche Spektrenbibliotheken entwickelt. Aufgrund der unterschiedlichen Kultivierungsbedingungen für die diversen Keimgruppen mussten mehrere separate Bibliotheken erstellt werden. Auch aus Gründen der besseren Handhabbarkeit wurden für die diversen lebensmittelrelevanten Gattungsgruppen und auch für physiologische Subgruppen separate Spektrensammlungen konzipiert. Mehrere Bibliotheken lassen sich aber auch zu einer zusammenfassen (Kultivierungsbedingung: 1 Tag Bebrütung bei 30 C auf TS-Agar). Auftragsidentifizierungen mittels FTIR-Spektroskopie Identification of microorganisms with FTIR spectroscopy by order Herbert Seiler und Mitarbeiter In 2005 wurden wieder außerordentlich viele Auftragsanalysen für kleine und mittelere Unternehmen (kmu) durchgeführt. Hierbei erfolgte die Identifizierung der Mikroorganismen fast ausnahmslos durch FTIR-Spektroskopie. In Zweifelsfällen wurde mit klassischen kulturellen

94 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 87 (Verwertungsmuster, Enzymtests etc.) oder mit modernen molekularbiologischen Methoden (16S-rDNA-Sequenzierung, RFLP, ARDRA, Multiplex PCR etc.) die Analyse ergänzt. Die Spektren dieser Stämme wurden in die Datenbanken integriert. Das führte zu einer deutlichen Erweiterung und Verbesserung der Spektrenbibliotheken, wobei mit dieser Vorgehensweise generell die korrekte Artbenennung gewährleistet war. Somit diente die Bearbeitung von Aufträgen direkt auch der kontinuierlichen Verbesserung unserer Produktentwicklung. Allmählich ergibt sich ein klares Bild, welche Keimarten in Lebensmitteln und im Lebensmittelumfeld von quantitativer Bedeutung sind und welche nur sporadisch vorkommen sowie welche Arten jeweils mit den diversen Schadensbildern korrelieren. Auch welche Arten im Routinelabor Irritationen verursachen, da sie z.b. auf Elektiv- oder Selektivmedien für den Zielkeim untypisch wachsen. Dem entsprechend wurden für diverse Species Datenblätter verfasst, die eine kurze Beschreibung hinsichtlich Systematik, hygienischer Gefährdung, technologischem Risiko, natürlichem Standort, Inaktivierbarkeit, Wachstumscharakteristika und der zell- und koloniemorphologischen Eigenschaften enthalten; partiell wurden Fotos der Zellund Kolonieform eingefügt. Die Datenblätter werden jeweils den Analysenberichten zum Informationstransfer beigefügt. Dieser Service ist eine wertvolle TUM-spezifische Ergänzung zur bloßen Übermittlung von Identifizierungsergebnissen. Zudem legen wir grundsätzlich die Ausdrucke der Hitlisten den Berichten bei; hieraus kann der Auftraggeber ersehen, welche anderen Formen mit der identifizierten Species Ähnlichkeiten aufweisen. Da in der Regel bei gleichartiger Schadensursache spezifische Artencluster auftreten, kann man hieraus deutlich bessere Schlüsse hinsichtlich möglicher technologischer Fehler und erforderlicher Korrekturen ziehen. Das Gefüge aus Ursache und mikrobiologischer Wirkung ist aufgrund der aufgedeckten Populationsstruktur häufig gut definierbar. Zudem ist mit Kenntnis des für den individuellen Schadensfall typischen Artenprofils das Qualitäts- und Hygienerisiko besser zu beurteilen. Das Maßnahmenpaket kann auf andere Schadensfälle mit ähnlichem Artenmuster extrapoliert werden. Störquellenanalysen werden dadurch standardisierbar und die Vorgehensweise könnte sogar als fixes Zertifizierungsprotokoll definiert werden. Die exakte Identifizierung eines Isolats ist aber ohne Zweifel für die explizite hygienische Bewertung und die zielgenaue Kontaminationsroutenanalyse unerlässlich. Erstmaliger Nachweis von Desulfosporosinus als Sojadrink-Verderber First isolation of Desulfosporosinus spec. from defective soya drink Herbert Seiler, Werner Back, Ingrid Bohak Ein Sojadrink in Tetra Brik-Verpackung hatte einen extrem starken Geruch nach faulen Einern und war auffällig grau. Der ph-wert war kaum verändert; die Packungen waren nicht bombiert. Im mikroskopischen Bild wurden sehr vereinzelt unbewegliche, mittellange, vibrioide Stäbchen gesehen. Der Schaden ließ sich nicht durch Überimpfen von Probenmaterial auf frische Packungen übertragen. Alle mikrobiologischen Ansätze auf aerobe, anaerobe, mesophile, thermophile, sulfatreduzierende und heterofermentative Mikroorganismen waren negativ. In Zusammenarbeit mit der Technologie für Brauerei I wurde ebenfalls erfolglos auf diverse anaerobe Getränkeschädlinge wie Megasphaera, Selenomonas, Propionibacterium, Bacteroides, Pediococcus oder Pectinatus gesucht; allerdings ließen sich die Zellen mit Acridinorange wie lebende Bakterien anfärben. Wir zentrifugierten schließlich eine größere Menge des Sojadrinks und erhielten im Zentrifugat viele der gekrümmten Stäbchen. Sehr verein-

95 88 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie zelt wurden rundovale Sporen in endständigen, geschwollenen Sporangien gesehen. Über ein Sterilfilter wurde weiter aufkonzentriert und Peptide und Salze entfernt. Das Filter wurde nach Homogenisierung einer 16S-rDNA-PCR und das Produkt einer Sequenzierung unterworfen. Bei einer Länge von 896 gut lesbaren Basen ergab sich eine Homologie von 96,6% zu Desulfosporosinus spec. und von 95,7% zur Art Desulfosporosinus auripigmenti. Das DNA-Extrakt war eindeutig dem Schadensverursacher zuzuordnen. Möglicherweise handelt es sich um eine neue Desulfosporosinus-Art; schließlich liegt 96,6% Homologie unterhalb der 97%-Ebene für eine tolerierbare Specieszuordnung. Das Vorliegen von Endosporen würde das Überleben dieser Kontaminanten trotz hoher thermischer Belastung bei der Sterilproduktherstellung erklären. Unklar ist die Quelle für die starke H 2 S-Bildung. Diese könnte bei den Sojainhaltsstoffen Cystein, Cystin, Methionin, Thiamin, Glutathion etc. liegen, möglich ist auch eine Kontamination mit x-so 2, x-so 3, x-so 4, Thiosulfat und anderen schwefelhaltigen Chemikalien durch Reinigungs- und Desinfektionsmittel. Interessant könnte auch die Frage der Entstehung der Anaerobiose sein. Es ist auch unklar, ob die Ursache eine ausgeprägte Untersterilisation war, ob die Keime den Kühler in einem hohen Temperatursegment exklusiv besiedelt hatten oder ob es aufgrund einer Fehlschaltung beim Standleitungssystem zu einer Vermischung mit kontaminiertem Material, beispielsweise dem Faulschlamm einer längere Zeit unbenutzten Leitung mit Produktfüllung gekommen war. Insgesamt gesehen sind bei dieser interessanten Thematik einige Fragen offen. Diese könnte man erst mit einer Kultivierung der Keime klären. Das Beispiel zeigt die Bedeutung sowohl der modernen, molekularbiologischen als auch der klassischen, kulturellen Methoden Abb. 1: Zentrifugat mit Desulfosporosinus spec. von einem Sojadrink mit Geruch nach faulen Eiern. Bestimmung des Sporulationsgrades von Bacillus cereus-stämmen mit FTIR- Spektroskopie Extent of sporulation of Bacillus cereus strains determined with FTIR spectroscopy Diana Heumann, Herbert Seiler, Mareike Wenning Bazillen zeigen sehr unterschiedliche Sporulationsgeschwindigkeiten. Stämme mit Produktion von emetischen Toxinen beispielsweise sporulieren deutlich schneller als andere. Die Frage des Sporulationsgrades spielt auch bei Fermentationen eine Rolle, da hierbei einerseits die

96 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 89 Sporengewinnung die Zielsetzung sein, andererseits bei der Enzymgewinnung die Sporulation unerwünscht wäre. Bekannt war, dass die Sporulation anhand des hierbei gebildeten Ca- Dipicolinats (Dipicolinsäure) mit FTIR-Spektroskopie indizierbar ist. Es stellte sich die Frage, wie gut man mit FTIR-Spektroskopie den Sporulationsgrad quantifizieren kann. Hierbei wählten wir zwei Versuchanordnungen. Zum einen wurde eine im Labor hergestellte reine Sporensuspension mit einer Suspension vegetativer Zellen definiert gemischt und vermessen. Zum anderen wurden Einstammkulturen während der Kultivierung fortlaufend beprobt und mittels Mikroskopie bzw. kulturell (erhitzt gegen unerhitzt) der Sporulationsgrad bestimmt. Die Daten dieser Referenzmessungen wurden mittels einer speziellen Software (Opus Quant) gegen die Spektren verrechnet. Es wurden spezifische Algorithmen für optimale Regressionsgeraden ermittelt. Der Sporulationsgrad lässt sich mit einer Genauigkeit von plus/minus ca. 10% mit FTIR- Spektroskopie bestimmen. Die Genauigkeit ist durch die Varianz der Referenzmethoden begrenzt. Generell ist eher der Gehalt an Dipicolinsäure als die Sporenmenge genau feststellbar. Man kann somit nicht sehr gut zwischen einer Kultur mit vielen Präsporen und einer mit wenigen gut ausgereiften Sporen unterscheiden. Dies gelingt aber ebenso wenig allein mit kulturellen Methoden. Somit wird eine Komplettierung der Daten aus Mikroskopie und dem Koloniezahlvergleich von erhitzter/unerhitzter Probe mit Daten der FTIR-Spektroskopie die besten Ergebnisse liefern. Abb. 2: Berechnung des Sporulationsgrades anhand der spektralen Veränderungen (Vorhersage, y-achse) aufgetragen gegen die angegebenen Sporulationsgrade jedes einzelnen Spektrums (Wahr, x-achse) mit der Software Quant-2. Markiert sind die beiden stärksten Ausreißer von der Eichgeraden.

97 90 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Entwicklung eines zuverlässigen und schnellen Identifizierungssystems für Listeria Spezies mittels auf künstlichen Neuronalen Netzwerken basierender FTIR- Spektroskopie Development of a reliable and fast identification system for Listeria species by Artificial Neural Network- Based FTIR spectroscopy Cecilia Rebuffo-Scheer, Jürgen Schmitt *, Mareike Wenning, Felix von Stetten **, Siegfried Scherer * Synthon GmbH, Heidelberg ** IMTEK, Freiburg Die Unterscheidung von Listerien auf Spezies Ebene ist eine wichtige Aufgabe in der Lebensmittelindustrie. Nur wenige zuverlässige Nachweismethoden sind bisher verfügbar, die jedoch kostenintensiv sind und sich auf eine Differenzierung von Listeria monocytogenes beschränken. Eine Anzahl von Studien haben die Fourier Transform Infrared- (FTIR) Spektroskopie für die Identifizierung von Bakterien verwendet. Die Extraktion spezies- spezifischer Merkmale aus dem komplexen Infrarotspektrum ist nur durch Anwendung von Korrelations- oder multivariaten-, statistischen Verfahren in Verbindung mit Clusteranalysen oder Künstlichen Neuronalen Netzen möglich. Wir verwenden die Künstliche Neuronale Netzwerk Analyse (KNN), hierbei handelt es sich um eine fortgeschrittene multivariate Datenverarbeitungsmethode, der Patternanalysis, um Listerien- Infrarotspektren auf Spezies Ebene zu identifizieren. Es wurde hierarchisches Klassifikationssystem etabliert, das auf der KNN Analyse für Listerien FTIR- Spektren basiert und aus einer vollständigen Referenzspektrenbibliothek besteht (Abb. 3a und 3b). Diese enthält Infrarotspektren von 243 Listerien Stämmen ( Listerien monocytogenes, L. innocua, L. ivanovii, L. seeligeri, und L. welshimeri) aus offiziellen Sammlungen bzw. gut charakterisierte Isolate aus Lebensmittel, Umwelt, Tier und Mensch. Parallel wurde ein univariates FTIR Identifizierungsmodell entwickelt, dass auf Spektrenbibliothek beruht. Heterogenität (a) Listeria Spezies (1. Ebene) L. innocua L. Ivanovii L. welshimeri (b) (2. Ebene) L. innocua L. ivanovii L. welshimeri (1. Ebene) L. monocytogenes L. seeligeri (2. Ebene) L. monocytogenes L. seeligeri Abb. 3: (a) Clusteranalysis der 243 Listerien Referenzestämme. Die zwei deutlich voneinander separierten Cluster dienen als Grundlage für die Etablierung des KNN- Klassifizierungsschemas (b).

98 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 91 Um das Potential dieser Modelle zu bewerten wurden 277 Isolate, verschiedener geografischer Herkunft, die nicht in der Datenbank vorhanden sind, gesammelt und anschließend für die unabhängige externe Validierung verwendet. Tabelle 1 zeigt, dass die univariate FTIR Analyse die korrekte Identifizierung von 85,2% aller Stämme und 93% der L. monocytogenes Stämme ermöglichte. Die auf den KNN basierende Analyse verbesserte die erfolgreiche Differenzierung auf bis zu 96% aller Listerien Spezies und eine korrekte Identifizierung von 99,2% für L. monocytogenes. Die Identifizierung des Testdatensatzes wurde ebenfalls mit dem standardisierten phänotypischen API- Listerien Test durchgeführt. Dieses System war in der Lage 88% der Isolate sowie 93% der L. monocytogenes Stämme zu identifizieren. Tab.1: Identifizierungserfolg der 277 nicht im Referenzdatensatz vorhanden Listerien Stämme mittels univariate FTIR, KNN und API Methode. Spezies Anzahl der Stämme Univariate FT-IR Analyse Korrekte Identifizierung % (Anzahl) KNN- Identifizierung Korrekte Identifizierung % (Anzahl) API- Listeria Korrekte Identifizierung % (Anzahl) L.innocua (55) 93.3 (56) 90.0 (54) L.ivanovii (20) 96.4 (27) 89.3 (25) L.monocytog (121) 99.2 (129) 93.1 (121) L.seeligeri (31) 93.8 (45) 75.0 (36) L.welshimeri (9) 81.8 (9) 72.7 (8) Total (236) 96.0 (266) 88.0 (244) Diese Ergebnisse demonstrieren die hohe Zuverlässigkeit und das große Potential der die KNN- basierenden FTIR- Spektrenanalyse zur Identifizierung der fünf zu untersuchenden Listerien Spezies. Beginnend von einer Reinkultur erlaubt diese Technik eine kosteneffiziente und schnelle Identifizierung von Listerien Spezies innerhalb von 25h und eignet sich zur routinemäßigen Anwendung in lebensmittelmikrobiologischen Labors. Arbeitsgruppe: Pathogenese und Toxinbildung von Bacillus cereus Gruppenleiterin: Monika Ehling-Schulz Das endosporenbildende Bakterium Bacillus cereus ist in der Milchindustrie und weiteren Zweigen der Lebensmittelindustrie eine ernstzunehmende Kontaminationsquelle. Da einige B. cereus Stämme Toxine produzieren, die gastrointestinale Erkrankungen hervorrufen, stellen diese bakteriellen Kontaminanten für den Konsumenten eine potentielle Gefahr dar. Das Toxizitätspotential der Stämme ist jedoch sehr unterschiedlich, so reicht das Spektrum von Stämmen, die als Probiotika Futtermitteln zugesetzt werden, bis zu stark toxischen Stämmen, die bereits für Todesfälle verantwortlich waren.

99 92 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Prinzipiell kann B. cereus zwei Formen von Lebensmittelvergiftungen hervorrufen: Emesis und Diarrhöe. Das hitzestabile emetische Toxin Cereulid löst Erbrechen aus, während hitzelabile Enterotoxine Diarrhöe zur Folge haben. In der Regel sind die Beschwerden nach einem Tag abgeklungen, aber es gibt auch schwere Fälle, die einer klinischen Behandlung bedürfen und in einzelnen Fällen auch den Tod zur Folge haben. Die genaue Erfassung von Daten bezüglich Lebensmittelvergiftungen, die durch B. cereus verursacht wurden, ist sehr schwierig, weil Verwechslungen mit anderen Lebensmittelpathogenen möglich sind. Der emetische Typ der Erkrankung weist die gleichen Inkubationszeiten und Symptome wie Staphylococcus aureus Intoxikationen auf, der diarrhöische Typ spiegelt die Symptome einer Clostridium perfringens Infektion wider. Erschwerend kommt hinzu, dass gerade starke Toxinproduzenten häufig einen B. cereus untypischen Phänotyp aufweisen und mit den herkömmlichen 35 LMBG Methoden nicht immer eindeutig identifiziert werden können. Zum Nachweis der Diarrhöe verursachenden Enterotoxine gibt es kommerziell erhältliche immunologische Assays und molekulare Nachweissysteme, wohingegen entsprechende Systeme zum schnellen und einfachen Nachweis von emetische B. cereus Stämme für Routinelabors nicht verfügbar sind. Ein molekularer Nachweis emetischer Stämme war bisher nicht möglich, da die molekulare Grundlage der Toxinproduktion unbekannt war. Kürzlich gelang es uns jedoch die Gene, die für die biochemische Synthese des emetischen Toxins verantwortlich sind, zu identifizieren. Diese genetische Information bildet die Grundlage für eine detaillierte Untersuchung der Toxinsynthese und ermöglichte es uns die ersten molekularen Assays zur Identifizierung von emetischen Toxinproduzenten zu entwickeln. Molekularer Assay zum Nachweis emetischer Bacillus cereus Stämme in Milch und Milchprodukten Molecular assay for detection of emetic Bacillus cereus strains in milk and dairy products Martina Fricker, Monika Ehling-Schulz Aufgrund seines ubiquitären Vorkommens und der Hitzeresistenz seiner Sporen ist Bacillus cereus in vielen rohen, teilverarbeiteten aber auch pasteurisierten Lebensmitteln nachweisbar. Toxinbildende Vertreter dieser Spezies sind häufig für lebensmittelbedingte Erkrankungen des Gastrointestinaltrakts verantwortlich. Da B. cereus Sporen nicht durch Pasteurisierungsverfahren oder einfache sanitäre Maßnahmen eliminiert werden können, ist es aus der Sicht des Verbraucherschutzes und der Lebensmittelsicherheit notwendig, gefährliche toxinbildende Stämme von nicht toxischen Vertretern der Spezies B. cereus zu unterscheiden. Für den molekularen Nachweis von Pathogenen in Lebensmitteln müssen geeignete Methoden entwickelt werden, um die DNA der Mikroorganismen zu isolieren. Der Erfolg der DNA Extraktion ist in hohem Maße von der angewandten Methode aber auch von der Matrix des Lebensmittels abhängig. Besonders Milch und Milchprodukte sind durch ihre fett- und proteinreiche Zusammensetzung ein Problemfall. Für den Nachweis von emetischen B. cereus Stämmen mittels PCR wurden verschiedene Methoden zur DNA Isolation getestet und auf ihre Anwendbarkeit im Bereich Milch und Milchprodukte untersucht. Magermilch, Reis und Milchreis wurden mit dem emetischen Referenzstammes F4810/72 gespikt und anschließend die DNA mit verschiedenen Methoden extrahiert. Neben einer sehr schnellen Aufkochmethode wurde eine Phenol-Chloroform Extraktion getestet. Als kommerziell erhältliche Kits wurden die Folgenden ausgewählt: Ein säulenbasierter Kit für die Isolation von DNA aus Le-

100 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 93 bensmitteln und ein auf DNA Fällung basierender Isolation Kit für grampositive Bakterien. Die mit den oben genannten Methoden extrahierte DNA wurde anschließend in einer Standard-PCR mit den von uns veröffentlichten Primern (Ehling-Schulz et al., 2004) verwendet und die Ergebnisse verglichen. Im Folgenden werden die Ergebnisse für die DNA Extraktion aus Magermilch dargestellt, die Extraktion aus Reis und Milchreis lieferte ähnliche Ergebnisse. Für die in Abb. 4 gezeigten Ergebnisse wurde die DNA direkt nach der Inokulation mit dem emetischen Referenzstamm aus der Magermilch extrahiert. Die DNA aus der Phenol- Chloroform Extraktion lieferte in der Standard PCR die besten Ergebnisse. Sogar die niedrigste Inokulationsstufe mit 10 0 kbe / ml Magermilch konnte nachgewiesen werden. Die beiden ausgewählten Kits hatten in der Standard PCR eine Nachweisgrenze von 10 6 kbe / ml, die Aufkochmethode hatte eine Nachweisgrenze > 10 6 kbe / ml Magermilch. Abb. 4: Standard PCR der verschiedenen DNA Extraktionen kurz nach dem Spiken der Lebensmittel. M: Marker, 1: nicht gespikte Magermilch, 2-5: Magermilch gespikt mit 10 0 / 10 2 / 10 4 / 10 6 kbe pro ml. Im Folgenden soll ein vollständiges Protokoll für die Anreicherung und die DNA Extraktion von emetischen B. cereus Stämmen aus Milch und Milchprodukten entwickelt und optimiert werden. Durch die Umstellung des Standard-PCR Assays auf Real-time PCR kann der Nachweis schneller und sensitiver durchgeführt werden. Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Sondervermögens der Milch- und Fettwirtschaft in Bayern (Bayerisches Staatsministerium für Landwirtschaft und Forsten) gefördert. Molekulare Grundlagen der emetischen Toxinproduktion in Bacillus cereus Molecular basis of emetic toxin production in Bacillus cereus Monika Ehling-Schulz, Monica Dommel, Harald Grallert, Martina Fricker, Siegfried Scherer Cereulid, das emetische Toxin von Bacillus cereus ist ein kleines zyklisches Depsipeptid, ([D- O-Leu-D-Ala-L-O-Val-L-Val] 3 ), das chemisch dem Antibiotikum Valinomycin sehr ähnlich ist. Die in dem Molekül auftretenden alternierenden Ester- und Peptidbindungen deuten auf eine biochemische Synthese mittels multimodularer Enzymkomplexe, sog. nicht-ribosomaler Peptidsynthetasen (NRPS), hin. Die einzelnen Module dieser in vivo Peptidfabriken erkennen und aktivieren jeweils spezifische Aminosäuren bzw. deren Derivate. Kürzlich gelang es uns mittels degenerativer PCR einen Teil der Cereulidsynthetase Gene (ces Gene) in einem emetischen B. cereus Stamm zu amplifizieren und mit Hilfe von Insertionsmutagenesestudien zu verifizieren (Ehling-Schulz et al., 2005). Anschließend wurde die Gesamtsequenz der ces

101 94 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Gene ermittelt und analysiert. Der 24 kb große Cereulidsynthetase Lokus umfasst 7 Gene. Neben den NRPS typischen Genen trägt der ces Lokus zwei zusätzliche Gene: Das eine, das im 5`-Bereich der ces Strukturgene lokalisiert ist, kodiert ein Protein mit hohen Homologien zu Hydrolasen (CesH). Das zweite Gen liegt im 3`-Bereich der ces Gene und kodiert einen ABC-Transporter (CesC/D). Die Rolle von CesH in der Cereulidsynthese ist noch ungeklärt, wohingegen CesC/D vermutlich für den Export des Toxins verantwortlich ist und somit einen Schutzmechanismus für den Organismus gegen sein eigenes Toxin darstellen könnte. Transkriptionsstudien mittels RT-PCR haben gezeigt, dass das gesamte Gencluster als ein großes polycystronisches Operon transkribiert wird. Die Gensequenzen der umliegenden Bereiche der ces Gene zeigen hohe Homologien zu dem Anthraxtoxin codierenden Plasmid pxo1 von B. anthracis. Mittels Pulsfeld-Gel-Elektrophorese (PFGE) und umfangreichen Hybridisierungsstudien konnte gezeigt werden, dass die Cereulidsynthetase Gene tatsächlich auf einem pxo1 ähnlichen Megaplasmid liegen. pxo1_23 pxo1_14 pxo1_11 pxo1_10 pxo1_09 pxo1_08 pxo1_07 pxo1_06 1 kb I II pxo1_12 & pxo1_13 (5 kb) I I pxo1 ORF 1 ORF 2 ORF X14 ORF X11 ORF X23 ORF X10 ORF X09 ORF X08 & X06 ces-operon (23kb) I II pbce4810 Abb. 5: Sequenzhomologie zwischen dem Toxinplasmid pbce4810 des emetischen Stamms B. cereus F4810/72 und dem Anthrax Toxinplasmid pxo1 von B. anthracis. Die umliegenden Sequenzbereiche der Cereulidesynthetase (ces) Gene zeigen hohe Ähnlichkeiten zu dem Virulenzplasmid pxo1 von B. anthracis, auf dem die Anthrax-Toxingene lokalisiert sind. Im Rahmen unserer Untersuchen zur molekularen Grundlage der emetischen Toxinproduktion konnten wir somit innerhalb der B. cereus Gruppe einen neuen, dritten Typ von Toxinplasmiden, neben den bereits bekannten Toxinplasmiden, identifizieren. Auf dem B. thuringiensis Plasmid pbtoxis sind die Gene insektizider Toxine und auf dem B. anthracis Plasmid pxo1 die Anthrax Toxingene lokalisiert. Die gefundenen Sequenzhomologien zwischen diesen drei Typen von Toxinplasmiden könnten ein Hinweis darauf sein, dass es ursprünglich ein gemeinsames Vorläufer-Plasmid gab, das im Laufe der Zeit verschiedene Virulenzfaktoren aufgenommen hat. Somit könnten sich verschiede Phänotypen herausgebildet haben, die verschieden Krankheiten hervorrufen können. Um jedoch diese Hypothese zu testen und zu einem besseren Verständnis der Populationsstruktur und Evolution der B. cereus Gruppe zu gelangen, sind umfangreiche Untersuchungen von Plasmiden der B. cereus Gruppe nötig.

102 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 95 Etablierung eines Fermentationssystems zur Untersuchung der emetischen Toxinbildung bei Bacillus cereus Fermentation of Bacillus cereus for analysis of the emetic toxin production Genia Lücking, Johann Winkler, Monika Ehling-Schulz In den letzten Jahren wurde zwar eine Vielzahl bakterieller NRPSs (nicht-ribosomaler Peptidsynthetasen) beschrieben und ihre Substratspezifitäten experimentell ermittelt, allerdings blieb die Regulation dieser Enzymkomplexe weitgehend ungeklärt. Erste Untersuchungen zur Genregulation der Cereulidsynthetase in starken und schwachen Toxinproduzenten deuten darauf hin, dass die Regulation der Toxinproduktion nur zum Teil auf der Transkriptionsebene stattfindet, es darüber hinaus aber noch weitere Regulationsebenen der Toxinsynthese gibt. Umfangreiche proteinbiochemische und molekularbiologische Untersuchungen werden daher noch nötig sein, um den genaue Mechanismus der Cereulidproduktion in vivo aufzuklären und das sehr unterschiedliche Toxizitätspotential verschiedener emetischer Stämme zu verstehen. Reproduzierbare Kultivierungsmethoden für Bacillus cereus sind eine wichtige Voraussetzung für die Durchführung solcher Untersuchungen. Die Batch-Fermentation ist ein System, das es ermöglicht Bakterienkulturen in großen Volumen unter definierten Bedingungen anzuzüchten. Neben Wachstumsfaktoren wie Temperatur oder Medienzusammensetzung können auch Parameter wie der Sauerstoffpartialdruck, ph-wert und Rührerdrehzahl kontinuierlich verfolgt und reguliert werden. Um die Regulation der Cereulidproduktion unter definierten Bedingungen untersuchen zu können, wurde ein Fermentationsystem für B. cereus etabliert. Zur Kultivierung von Bacillus cereus wurde ein Doppelmantel-Glasfermenter mit einem Arbeitsvolumen von 2 Litern verwendet. Über dessen Steuereinheit und der angeschlossenen MFCS-Software (Sartorius) werden alle Messdaten des Fermentationsprozesses erfasst und zur Auswertung dokumentiert. In einem ersten Schritt wurden verschieden Medien und deren Einfluß auf das Wachstum von emetischen B. cereus untersucht. Ein Zellkulturassay, basierend auf Hep2-Zellen, wurde eingesetzt, um die Toxinproduktion im Wachstumsverlauf von emetischen B. cereus zu untersuchen. Erste Daten zeigten, dass der Toxintiter eines emetischen B. cereus Stamms im Fermentationsverlauf ansteigt und in der späten log-phase sein Maximum erreicht. In weitere Untersuchungen soll geklärt werden, ob die Cereulidproduktion durch definierte Bedingungen wie z. B. Medienzusätze oder Sauerstoff reguliert werden kann und wie stark sich der Toxintiter verschiedener emetischer Stämme unterscheidet. Arbeitsgruppe: Funktionale Genomstudien an pathogenen Lebensmittelkeimen Gruppenleiter: Thilo M. Fuchs Ende 2005 lagen die DNA-Sequenzen von über 300 bakteriellen Genomen vor. Damit steht der Wissenschaft eine Fülle neuer Daten zur Verfügung, die in kürzester Zeit zu neuen Erkenntnissen über Mikroorganismen in Bezug auf Evolution, Umweltanpassung, horizontalen Gentransfer oder spezifische Pathogenitätsfaktoren geführt haben.

103 96 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Diese in den vergangenen Jahren durchgeführten Sequenzierungen haben ein überraschendes Ergebnis zu Tage befördert: je nach Organismus sind 35-52% der gefundenen Gene bis heute nur unzureichend charakterisiert oder sind vollständig unbekannt. Das bedeutet aber, dass eine ganze Reihe von zellulären Prozessen bei Bakterien bislang unentdeckt blieb. Im Folgenden werden mehrere Beispiele dafür vorgestellt, wie für einige dieser Gene eine vorläufige Funktionszuordnung durchgeführt werden kann, der dann in ausgewählten Einzelfällen eine detaillierte biologische Charakterisierung folgt. Identifizierung von strukturellen und metabolischen Targets in Listeria monocytogenes zum Auffinden antilisterieller und generell antibakterieller Substanzen Identification of structural and metabolic targets in Listeria monocytogenes for antilisterial and antibacterial substances Dieses Projekt wird im Rahmen des Kompetenz-Netzwerks PathoGenoMik vom BMBF unterstützt Kristina Schauer, Thilo M. Fuchs Bei der Gattung Listeria handelt es sich um Gram-positive, nicht sporenbildende, fakultativ anaerobe, stäbchenförmige Bakterien, die phylogenetisch eng mit den Gattungen Bacillus, Clostridium, Enterecoccus, Streptococcus und Staphylococcus verwandt ist. Vier der sechs bekannten Listeria-Arten sind harmlos, die beiden anderen, Listeria monocytogenes und Listeria ivanovii, können eitrige Entzündungen von Hirnhaut und Gehirn (Enzephalomeningitis) hervorrufen oder Totgeburten auslösen. Obwohl Listeria-Infektionen relativ selten vorkommen, sind die Bakterien vor allem in der Lebensmittelindustrie gefürchtet, weil sie sich in Obst, Gemüse, Fisch, vor allem aber in der Milch- und Fleischprodukten vermehren. Mit der verunreinigten Nahrung gelangen die Keime in den Darm und von dort aus in zahlreiche Organe des Körpers. Listeria monocytogenes, eine humanpathogene Listeria-Art, ist ein fakultativ intrazelluläres Bakterium und kann sich sowohl extrazellulär als auch intrazellulär in Wirtszellen vermehren. Als Wirtszellen können entweder professionell phagocytische Zellen wie Makrophagen, aber auch nicht professionell phagocytische Zellen wie z.b. Epithelzellen, Hepatocyten, Fibroplasten oder Endothelzellen fungieren. Die Fähigkeit, die Vakuolen zu verlassen und frei im Cytoplasma der Wirtszelle zu replizieren, unterscheidet L. monocytogenes jedoch von dem Großteil der intrazellulären Pathogene. Eine erfolgreiche intracytoplasmatische Lebensweise ist aber die Folge von einer Reihe besonderer Anpassungen des Pathogens, worüber nur wenig bekannt ist. Um Gene zu identifizieren, die für die intrazelluläre Lebensphase für L. monocytogenes von entscheidender Bedeutung sind, wurde mittels Insertionduplikationmutagenese (IDM) eine ca Einzelklone umfassende L. monocytogenes EGDe Insertion-Mutantenbank erstellt. IDM bietet eine Alternative zur bisher häufig angewandten Transposonmutagenese dar und basiert auf einem plsv101-vektor, dessen Replikationsfähigkeit in Gram-positiven Bakterien von der Temperatur abhängig ist und in den chromosomale Fragmente von L. monocytogenes kloniert wurden. Eine Erhöhung der Temperatur von permissiven 30 C auf nicht-permissive 42 C führt in L. monocytogenes zur Rekombination des klonierten Genfragments mit dem homologen Genbereich und Insertion des Vektors ins Bakteriumchromosom. Dadurch wird das entsprechende Gen von L. monocytogenes unterbrochen und liegt somit inaktiviert vor. Die

104 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 97 etablierten Mutagenese- und Screeningverfahren machen es möglich, zufällige Mutanten von L. monocytogenes zu generieren, diese im Zellkultursystem auf Defizienz in der intrazellulären Replikation zu screenen und anschließend den für den selektionierten Phänotyp verantwortlichen mutagenisierten Genlocus eindeutig zu bestimmen. Die L. monocytogenes EGDe Insertion-Mutantenbank wurde vor kurzem vollständig im Zellkultursystem auf Mutanten selektioniert, die zwar im Vollmedium wildtypisches Verhalten zeigen, intrazellulär in Caco2-Epithelzellen in ihrer Replikationsfähigkeit jedoch deutlich vermindert sind. Die anschließende Identifizierung der in den entsprechenden Insertionsmutanten inaktivierten Gene ergab erste Aufschlüsse über die Genfunktion und ihre Bedeutung für das intrazelluläre Überleben an (Abb. 6). Stoffwechsel von Nukleinsäuren 5% DNA- Rekombination und - Modifikation 12% Regulation 2% unbekannte Proteine 8% Gemischtes 20% Zelloberfläche 8% Metabolismus 17% Spezifische Pathways 15% Transport- und Bindproteine 14% Abb. 6: Klassifizierung der 25 in Caco-2 Zellen replikations-vermindert identifizierten L. monocytogenes EGD Insertionsmutanten. Die bisherigen Auswertungen der identifizierten Insertionsmutanten konnten zeigen, dass die inaktivierten Gene zum größten Teil für Transport- und Bindeproteine und für am allgemeinen Metabolismus oder spezifischen Stoffwechselwegen beteiligte Enzyme kodieren. Zu solchen alternativen Stoffwechselwegen gehört z.b. die Verwertung des im Cytosol durch den Abbau von Phospholipiden oder Triglyceriden freigesetzten Glycerins als alternative C- Quelle während des intrazellulären Wachstums. Die Enzyme Glycerinkinase und Glycerin-3- Phosphat-Dehydrogenase wandeln das freie Glycerin zum Dihydroxyacetonphosphat um und schleusen es dadurch in die Glykolyse ein. Außerdem bevorzugen die intrazellulär lebenden Listerien den Pentose-Phosphat-Zyklus zur Energiegewinnung und sind von der Synthese einiger Aminosäuren wie Tryptophan, Isoleucin, Leucin, Valin und Arginin abhängig. L. monocytogenes besitzt darüber hinaus Spezies-spezifische Transportsysteme, die offenbar für das intrazelluläre Überleben wichtig ist.

105 98 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Daraus lässt sich schließen, dass ein erfolgreiches Replizieren von L. monocytogenes im Cytosol auf die Fähigkeit des Pathogens, ihren Metabolismus an die Gegebenheit der Wirtszelle anzupassen, indem z.b. alternative Stoffwechselwege und Aufnahmesysteme für verschiedene Substrate entwickelt werden, zurückzuführen ist. Demnächst soll näher und gezielter auf die bereits identifizierten, spezifischen strukturellen und metabolischen Targets, die für wichtige Teilschritte im Verlauf der Infektionen durch L. monocytogenes von Bedeutung sind, eingegangen werden. Um sekundäre Effekte der Insetionsmutagenese, wie z.b. polare Effekte oder Bildung der anti-sense-rna, ausschließen zu können, sollen die identifizierten, virulenz-assoziierte Gene in L. monocytogenes deletiert und die vorhandenen Ergebnisse mit diesen Deletionsmutanten verifiziert bzw. durch Mausversuche abgerundet werden. Dieses Vorgehen zielt darauf ab, mögliche Angriffsorte für antimikrobielle Wirkstoffe zu finden. Insektizide Toxine in Yersinia enterocolitica Insecticidal toxins in Yersinia enterocolitica Geraldine Bresolin, Siegfried Scherer, Thilo M. Fuchs Zahlreiche humanpathogene Krankheitserreger sind nicht auf den Menschen als Wirt angewiesen, sondern überleben und vermehren sich in anderen ökologischen Nischen. Ausgehend von verschiedenen Reservoiren in der Umwelt können die Bakterien über eine Infektionskette, die oft Nutztiere und Lebensmittel umfasst, bis zum Menschen gelangen. Dies gilt auch für Yersinia enterocolitica, ein Keim, der im Erdboden und Oberflächenwasser, in verschiedenen Wild- und Haustieren wie auch in Lebensmitteln vorkommt, und europaweit für etwa 1% der akuten Enteritiden verantwortlich ist. Die Gattung Yersinia beinhaltet die drei humanpathogenen Spezies Yersinia pestis, den Erreger der Pest, sowie Yersinia pseudotuberculosis und Yersinia enterocolitica, zwei Keime, die gastrointestinale Erkrankungen in Säugetieren auslösen können. Über die Molekularbiologie der Vermehrung dieser drei Pathogene außerhalb des Menschen ist verhältnismäßig wenig bekannt. Gesichert ist, dass Y. pestis einen komplexen Lebenszyklus mit Nagetieren als Reservoir und deren Flöhe als Überträger aufweist und, ähnlich wie Y. pseudotuberculosis, den Nematoden Caenorhabditis elegans infizieren kann. Bei Y. enterocolitica hingegen war bislang weder etwas über eine Invertebraten-Assoziation, noch über die dafür erforderlichen genetischen Komponenten bekannt. In unserer Arbeitsgruppe wurde nun gezeigt, dass in manchen Y. enterocolitica-biovaren Homologe zu insektiziden Toxin-Komplexen (Tc) vorhanden sind. Es war uns möglich, das insektizide Potential von Y. enterocolitica aufzudecken, und dieses kausal auf die neu identifizierten Tc-Proteine zurückzuführen. Die Tc-Proteine, deren mögliche Anwendung in der Landwirtschaft als Alternative zum Bt- Toxin diskutiert wird, wurden erstmals aus dem Bakterium Photorhabdus luminescens isoliert. Dieses Bakterium lebt mit Nematoden in Symbiose, die Insekten infizieren können. Nachdem die Bakterien in das Hämocöl des Insekts freigesetzt worden sind, geben sie die Toxine ab, was letztendlich zum Tod des Insekts führt. Der Insektenkadaver dient dann sowohl den Nematoden wie auch den Bakterien als Nahrungsquelle. Die insektizide Aktivität zweier weiterer Bakterien, nämlich von Xenorhabdus nematophilus und Serratia entomophi-

106 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 99 la, beruht ebenfalls auf dem Vorhandensein tc-homologer Gene. Auch in Y. pestis und Y. pseudotuberculosis konnte mit Hilfe der bakteriellen Genom-Sequenzierung festgestellt werden, dass sie tc-homologe enthalten; eine mit diesen Genen in Zusammenhang stehende insektizide Aktivität konnte jedoch bislang weder bei Y. pestis noch bei Y. pseudotuberculosis nachgewiesen werden. tc -PAI Ye (19 kb) Phagen-ähnliche Gene Hypothetische Gene YE3797 YE3798 tcar1 tcar2 tcaa tcab1 tcab2 tcac tccc 11 tldd 1 kb Abb. 7: Genetische Anordnung der insektiziden Pathogenitätsinsel tc-pai Ye von Y. enterocolitica, hervorgehoben durch den grauen Hintergrund. Die Gene tcar1 und tcar2 kodieren für putative, LysR-ähnliche Regulatoren; tcaa, tcab1, tcab2, tcac und tccc kodieren für die Toxin-Elemente. Die Gene tcar2 bis ORF11 sind spezifisch für den Stamm Y. enterocolitica W22703 (Biovar 2), die Gene tcar1 (YE3797) sowie tldd (YE3798) sind homolog zum Genom des bereits sequenzierten Y. enterocolitica Stammes 8081v (Biovar 1B), in welchem jedoch keine vergleichbare PAI vorhanden ist. In Y. enterocolitica sind die tc-gene auf der so genannten tc-pai Ye, einer insektiziden Pathogenitätsinsel (PAI), angeordnet. Diese PAI beinhaltet neben den Toxin-Einheiten tcaa, tcab1, tcab2, tcac und tccc sechs weitere Gene (Abb. 7). Zwei dieser Gene kodieren für LysRähnliche Regulatoren, zwei für hypothetische Proteine, und zwei weitere weisen Homologien zu Phagen-ähnlichen Proteinen auf, nämlich einem Holin und einem Endolysin. Da die beiden letztgenannten Proteine dafür bekannt sind, dass sie an der Zerstörung bakterieller Zellwände mitwirken, wird spekuliert, dass sie an der Freisetzung der Toxine beteiligt sind. Ein herausragender Befund der tc-pai Ye ist die temperaturabhängige Expression der Toxin-Gene. So konnte gezeigt werden, dass Expressionsprofile einer tcaa::luxcdabe Mutante bei 37 C nicht, bei 15 C jedoch besonders stark induziert sind, was auf eine Aktivität der Toxine nicht im Menschen, sondern in der Umwelt bzw. in Invertebraten hindeutet. Bekräftigt wurden diese Daten durch einen biologischen Test, indem aus Y. enterocolitica Proteinextrakte gewonnen und an Larven des Tabakschwärmers Manduca sexta verfüttert wurden. Dabei wiesen ausschließlich die Proteinextrakte eine signifikante Letalität gegenüber Manduca sexta- Larven auf, die von Y. enterocolitica Zellen stammten, welche bei niedriger Temperatur (10 C) kultiviert worden waren. Mit diesen Resultaten ist erstmals ein stichhaltiger Hinweis auf Insekten als Reservoir von Y. enterocolitica gegeben worden. Diese und weitere Befunde könnten in Zukunft für die Entwicklung von Strategien zur präventiven Bekämpfung der Yersiniosen relevant sein, da sie neue Einblicke in den Lebenszyklus des Erregers ermöglichen.

107 100 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Arbeitsgruppe: Ökologie von pathogenen Bakterien aus Lebensmitteln Gruppenleiter: Klaus Neuhaus Die wenigsten krankheitserregende Bakterien sind strikt auf den Menschen angewiesen. In den meisten Fällen besteht ein Infektionszyklus, bei dem der Wirt Mensch lediglich eine Zwischen- oder gar Endstation darstellt. Beispielsweise besiedelt der Krankheitserreger Legionalla pneumophila Amöben, die wiederum im (Ab-)Wasser leben. Dadurch entzieht sich Legionella einem direkten Nachweis und findet dort eine geschützte Nische, von der aus er Menschen besiedeln und krankmachen kann. Ein anderes bekanntes Beispiel ist der Infektionszyklus des Pesterregers. Ausgehend von erkrankten Nagetieren nehmen Flöhe den Erreger mit einer Blutmahlzeit auf. Anschließend beißen die Flöhe neue Wirte, und so schließt sich der Kreislauf. Nagetiere sind also das Reservoir für diesen Erreger. In ungünstigen Situationen (verstorbene Wirte) beißen die Nagetier-Flöhe Menschen, die dann an Pest erkranken. Aber längst nicht bei allen pathogenen Bakterien sind die Infektionszyklen bzw. die Reservoirs so gut bekannt. Selbst bekannte Krankheitserreger aus Lebensmitteln haben noch unbekannte Reservoirs und der Infektionszyklus ist nur teilweise verstanden. Aus diesem Grunde befassen wir uns mit dem vergleichsweise wenig bearbeiteten Gebiet der Ökologie von Krankheitserregern und konzentrieren uns dabei auf die Keime, die durch Lebensmittel übertragen werden. Erst wenn solche ökologischen Fragen beantwortet sind, können wirksame Maßnahmen getroffen werden, um Krankheitserreger aus Lebensmitteln präventiv zu bekämpfen ( hurdle strategy ). Listeria monocytogenes ist ein vermutlich mehr oder weniger überall vorkommendes, mit Pflanzen assoziertes Bakterium. Erst in neuerer Zeit fand man auch hier freilebende Amöben in Wasser und Boden als ein Reservoir für diesen Erreger. Der Infektionszyklus ist besser bekannt: Beispielsweise wird L. monocytogenes mit Pflanzenmaterial in Silage eingetragen, wo sich der Erreger bei fehlerhafter Silierung vermehren kann. Mit der Silage werden Kühe gefüttert und diese dadurch infiziert. Schließlich kann, über Milch- und Fleischprodukte, der Mensch angesteckt werden und an einer Listeriose erkranken. Die enterohämorrhagischen Escherichia coli s (EHEC) verursachen blutigen Durchfall und z.t. Nierenversagen mit tödlichem Ausgang. Bei diesen Bakterien weiß man kaum etwas über die Ökologie, d.h. dem Vorkommen und der Lebensweise dieser Bakterien außerhalb eines Wirtes. Kühe können sich mit EHEC und verwandten Bakterien auf der Weide infizieren, ohne daß diese Tiere einem bisher bekannten Reservoir ausgesetzt waren. Wo lebt EHEC in der Umwelt und wie wird der Keim übertragen? Unsere Untersuchungen konzentrieren sich darauf, ob Amöben, Insekten oder andere Tiere ein unterschätztes Reservoir darstellen und desweiteren, welche Gene für das Überleben ausserhalb des Wirtes wichtig sind. lux-promotor Studien in pathogenen Escherichia coli (EHEC) lux-promoter studies in pathogenic E. coli (EHEC) Angelika Sell, Dorit Vogelsang, Klaus Neuhaus EHEC (Enterohämorrhagische Escherichia coli) sind Durchfallerreger, die vor allem in den Industrieländern in den letzten Jahren immer häufiger zu Erkrankungen führen. Vor allem

108 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 101 Kinder können bei einer Infektion das lebensgefährliche HUS (hämolytisch-uremisches Syndrom) entwickeln. Infektionen erfolgen über kontaminierte Nahrungsmittel, wobei immer häufiger pflanzliche Nahrung als Infektionsquelle ermittelt werden kann. Die wichtigsten Virulenzfaktoren sind die Shiga-Toxine I und II, die LEE (Locus of Enterocyte Effacement)- Pathogenitätsinsel und das EHEC-Hämolysin-Plasmid. EHEC leben normalerweise im Verdauungstrakt von Rindern und anderen Wiederkäuern, die meist symptomfrei sind. Weitgehend unklar ist jedoch, wie die Ansteckung mit EHEC unter verschiedenen Rinderpopulationen abläuft, da ein direkter Kontakt der Tiere untereinander nicht unbedingt erforderlich zu sein scheint. Es ist also wahrscheinlich, dass es einen Vektor oder eventuell sogar ein zweites Reservoir neben den Rindern in der Umwelt gibt. Gleichzeitig sind viele Gene, ca. 30%, des total sequenzierten EHECs in ihrer Funktion unbekannt. Um mehr über das Überleben von EHEC außerhalb eines Wirtes im Allgemeinen und über die Funktion von (unbekannten) Genen zu erfahren, werden eine ganze Anzahl der Steuerungseinheiten (Promoter) verschiedener EHEC-Gene vor eine lux-kassette (aus Photorhabdus luminescens) kloniert. Als Promoter werden dabei für einen ersten Überblick statisch 500bp upstream des jeweiligen Startcodons eines Genes definiert. Das Hauptinteresse gilt zur Zeit den bekannten und putativen Virulenz- und regulatorischen Genen. Die transgenen EHEC werden dann mit verschiedenen in der Umwelt vorkommenden Organismen in Kontakt gebracht und eine eventuelle Reaktion der jeweiligen promotorischen Region wird über die auftretende Biolumineszenz mit einem hochempfindlichen Plattenlesegerät (Victor 2 ) in 96-well Platten gemessen und miteinander verglichen. Bisher wurden erste Versuche mit Caenorhabditis elegans und mit Arabidopsis thaliana durchgeführt, ein Versuchsprotokoll mit Dictyostelium discoideum ist in der Entwicklung. Die Versuche mit Arabidopsis thaliana scheinen interessanterweise darauf hinzudeuten, dass bei einem Kontakt mit diesen Pflanzen unter anderem Virulenz-, und Flagellen-Gene, aber auch solche Gene die das Quorum Sensing betreffen, in EHEC hochreguliert werden Zugabe von C. elegans luminescence (rle) A1 A2 A4 B2.1 B5 B7 C1.1 C8 C14 H time (min) Abb. 8: Assay von EHEC Bakterien, die eine Konstruktion aus einem Promoter und den Lux-Genen tragen, nach Zugabe von C. elegans (Fadenwurm). Einige Gene werden offensichtlich hochreguliert.

109 102 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Gene, deren Expression beim Kontakt mit den verschiedenen getesteten Organismen signifikant hoch- oder herunterreguliert wird, sollen genauer untersucht bzw. charakterisiert werden. Bislang wurden die regulatorischen Regionen von 196 Genen im psl-1-plasmid in EHEC transformiert; 273 weitere Klonierungen sind gerade in Arbeit. Die Säureschockantwort und Anpassung an niedrige ph-werte von Listeria monocytogenes EGDe Acid shock response and adaptation to low ph of Listeria monocytogenes EGDe Peter Satorhelyi, Barbara Silakowski, Siegfried Scherer, Klaus Neuhaus In und während der Produktion von Schmierkäsen treten vor allem in den unreifen Grünkäsen niedrige ph-werte auf. Aus diesem Grund wurde die ph Stress-Antwort von Listeria mit Microarrays untersucht. Die Ergebnisse der ph-stress Untersuchungen lassen sich wie folgt darstellen: Niedriger ph ist für die Bakterien nicht nur eine Herausforderung im Sinne eine Säureanpassung (Hochregulation der klassischen Acid Tolerance Response (ATR) -Gene, z.b. gadabcde, proton antiporter), sondern auch zugleich ein Signal für den Eintritt in eine neue Nische. Dabei kann es sich um niedrige ph-werte im Boden handeln, durch bio-geologische Prozesse verursacht (z.b. bakterielle Säureproduktion aus Sulfiden), um den Magen eines Wirtes, um die Vakuole eines Makrophagen, um niedrigen ph-wert durch Fermentation (z.b. Silage) oder anderer natürlicher Säuren (z.b. Fruchtsäuren, Milchsäure) in einem Lebensmittel. Wie erwähnt wird die klassische ATR hochreguliert, daneben aber auch Gene, die jeweils in den genannten Umwelten eine wichtige Rolle spielen. So sind - um ein Beispiel zu nennen - Schwermetallentgiftungssysteme im Bodenbereich vorteilhaft, da bei niedrigen ph-werten diese Metalle i.d.r. mobilisiert werden. Diese Hochregulation von Schwermetalltransportern und - bindeproteinen konnten wir beobachten. Weiterhin wurden Virulenzgene (Internaline, PrfA, bsh, ua.) eingeschaltet, denn Listerien könnten sich ja in einem Wirtsmagen oder einem Makrophagen befinden. Abgeleitet aus den Daten werden wir ein Filtermodell der Genexpression vorschlagen, bei dem ein genereller Stress (hier ph) eine Antwort auslöst, die durch weitere sensierte Umwelteinflüsse modifiziert und angepasst wird. Arbeitsgruppe: Mikrobielle Ökologie von Starter- und Reifungskulturen Gruppenleiter: Siegfried Scherer Inhibitorische Aktivität eines Oberflächenkonsortiums von Rotschmierekäse gegen Listeria monocytogenes EGDe Inhibitory activity of a surface consortium of a red smear cheese against Listeria monocytogenes EGDe Meike Gabert, Siegfried Scherer, Klaus Neuhaus Die Kontrolle von Listeria monocytogenes während der Prozessierung von Lebensmitteln in der Industrie ist nach wie vor ein erhebliches Problem. Die Fähigkeit, sich unter Bedingungen zu vermehren und zu überleben, die für die Produktion oder Lagerung von Lebensmitteln

110 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 103 angewendet werden, ermöglicht es den Listerien, sich in vielen Bereichen der Lebensmittelindustrie zu etablieren und von dort ausgehend Menschen krank zu machen. Mit dem Ziel Lebensmittelprodukte zu finden, die ein natürliches anti-listerielles Potential aufweisen, wurden u.a. Rotschmierekäse entdeckt, deren Reifungskonsortien die Lebendzellzahl von Listeria monocytogenes drastisch, z.t. unter die Nachweisgrenze reduzieren können. Das komplexe Oberflächenkonsortium eines deutschen Rotschmierekäses der Firma A wurde untersucht, um den inhibitorischen Effekt auf das Wachstum von L. monocytogenes festzulegen. Experimente mit dem Überstand dieses Konsortiums zeigten, dass ein vermindertes Wachstum von L. monocytogenes EGDe aus der Ko-inkubation mit dem Überstand resultierte. Aufgrund dieser Erkenntnisse ergaben sich die folgenden Fragen: Basiert der antilisterielle Effekt auf einem synergistischen Effekt mehrerer Konsortienstämme oder auf der Aktivität eines einzelnen spezifischen Stamms? Welcher stofflichen Natur ist die antilisterielle Aktivität? Wie und warum wird das Wachstum von L. monocytogenes verändert? Das hier vorgestellte Projekt beschäftigt sich mit den folgenden zwei Frageschwerpunkten: Zum einen sollte die Quelle der anti-listeriellen Aktivität im Detail untersucht werden. Dafür wurden mittels soft-agar-assay Konsortien des Rotschmierekäses und davon isolierte Einzelstämme direkt als Zellsuspension oder als Überstand auf ihre anti-listerielle Aktivität getestet. Auf der anderen Seite soll anhand von cdna microarray Technologie gezeigt werden, dass die Stressantwort von L. monocytogenes EGDe auf die Koinkubation mit dem Konsortiumsüberstand einzigartig ist. Als Kontrollen werden Überstände von bekannten Bacteriocin- Produzenten sowie eine Nisin-Lösung eingesetzt, um anhand der verschiedenen Expressionsmuster Aufschluss über die Wirkungsweise des Konsortiumüberstandes zu erlangen. Der Vergleich der Expressionsmuster der unterschiedlich behandelten Listerien ermöglicht einen Einblick in die Wirkungsweise des anti-listeriellen Konsortiumüberstandes und eröffnet weitergehende Forschung für antibakterielle Targets. Untersuchung von Hefen aus Käsen auf ihre anti-listerielle Aktivität in einem Co- Kultivierungsassay Screening of cheese-borne yeasts for their anti-listerial activity using a co-cultivation assay Stefanie Goerges, Ulrike Aigner, Siegfried Scherer Bei der Produktion von Rotschmierekäse besteht auch heute noch die Gefahr einer Listerienkontamination. Anti-listerielle Substanzen von Rotschmierebakterien wurden bereits an unserem Institut untersucht und ihr Einsatz auf Modellkäsen ist durchaus erfolgreich. Allerdings ist das Wachstum der Reifungsbakterien auf der Käseoberfläche von einer ph-wert Erhöhung von ca. 5,0 auf ca. 6,0 abhängig, was eine Folge der Milchsäure-Metabolisierung der Hefen ist. Aus diesem Grund können die anti-listeriellen Substanzen, die von Rotschmierebakterien gebildet werden, erst nach einer gewissen Reifungszeit ihre Wirkung zeigen. Listerien sind jedoch in der Lage, in saurer Umgebung, wie sie zu Beginn der Käsereifung herrscht, zu überleben und bei ph-werten von ca. 5,0 zu wachsen. Während des frühen Stadiums der Käsereifung dominieren Hefen die Mikroflora, da sie sehr säuretolerant sind. Somit könnte durch Hefen mit anti-listeriellem Potential dem Listerienwachstum bereits ab dem Zeitpunkt der Kontamination, d.h. nach den ersten Schmierbehandlungen, entgegengewirkt werden. Bisher wurde jedoch nur ein geringer Aufwand in die Untersuchung von Hefen oder Schimmelpilzen auf ihre anti-listerielle Aktivität investiert.

111 104 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Vor diesem Hintergrund wurden an unserem Institut Methoden zur Untersuchung der antilisteriellen Eigenschaften von Hefen entwickelt. Es wurde eine Co-Kultivierungsmethode etabliert, bei der die anti-listerielle Aktivität von käseoriginären Hefen in direktem Kontakt mit dem besonders sensitiven L. monocytogenes Stamm WSLC 1364 auf festem Medium getestet wurde. Bei diesen Versuchen wurden 10 5 bis 10 6 Hefen pro cm 2 mit ca. 6 Listerienzellen pro cm 2 co-kultiviert, was einer realistischen Kontaminationsrate auf Rotschmierekäseoberflächen entspricht. Anhand von Abb. 9 wird deutlich, dass alle untersuchten Hefen zumindest ein geringes anti-listerielles Potential aufwiesen. Abb. 9: L. monocytogenes Zellzahlen (KbE/cm 2 ) 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E+00 keine Hefe D. hansenii 1 Y. lipolytica S. unisporus Cl. lusitaniae C. intermedia 1 D. hansenii 2 D. hansenii 3 C. anglica C. intermedia 2 C. intermedia 3 C. intermedia 4 K. marxianus C. intermedia 5 C. intermedia 6 keine Hefe Hemmung von L. monocytogenes WSLC 1364 in Co-Kultivierung mit Hefen, die von verschiedenen europäischen Rotschmierekäsen isoliert wurden. Die Zellzahlen sind angegeben als Mittelwerte von zwei oder vier unabhängig durchgeführten Experimenten mit Fehlerbalken. Gegenüber den Kontrollansätzen, in denen anstelle der Hefenzellen eine entsprechende Menge Ringerlösung mit den vorgesehenen Listerienzellen gemischt und ausplattiert wurde, zeigten sich Listerienreduktionen von 1 bis 5 Zehnerpotenzen (KbE/cm 2 ). Eine geringfügige Reduzierung der Listerienzellzahlen um eine Zehnerpotenz wird allerdings als unspezifische Hemmung, möglicherweise bedingt durch Nährstoffkonkurrenz, erachtet. Dies muss bei der Auswertung der Ergebnisse berücksichtigt werden, sodass in den Co-Kultivierungsversuchen letztendlich eine maximale Listerienreduktion von 4 Zehnerpotenzen (KbE/m 2 ) zu verzeichnen war. Die Hefen mit signifikanter anti-listerieller Aktivität gehörten den Spezies Candida anglica, Candida intermedia und Kluyveromyces marxianus an. Diese sind aussichtsreiche Kandidaten zur weiteren Charakterisierung des Hemmprinzips und für einen möglichen Einsatz als Schutzkultur. In Kürze wird ein Forschungsprojekt, gefördert durch den Forschungskreis der Ernährungsindustrie (FEI) bzw. durch den Arbeitskreis industrieller Forschungsvereinigungen (AiV), zu dieser Thematik an unserem Institut starten.

112 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 105 Arbeitsgruppe: Stabilität des BSE-Erregers in Lebensmitteln Gruppenleiterin: Simone Müller-Hellwig Proteolytischer Abbau von Prionen durch Reifungskulturen Degradation of PrP Sc by microbial proteases of ripening cultures Simone Müller-Hellwig; Martin H. Groschup, FLI, Insel Riems; Rohtraud Pichner, Manfred Gareis, BFEL, Kulmbach; Erwin Märtlbauer, LMU, Oberschleißheim; Siegfried Scherer; Martin J. Loessner, ETH, Zürich Prionenerkrankungen sind seit langem bekannte Erkrankungen des zentralen Nervensystems. Die transmissiblen spongiformen Enzephalopathien (TSE) kommen sowohl im Tierreich als auch beim Menschen vor. Die Krankheit zeichnet sich durch eine langsame Degenration des Zentralnervensystems aus, die unweigerlich zum Tode führt. Als erste menschliche Prionenerkrankung wurde die Creutzfeld-Jakob-Disease (CJD) 1920/21 von H.G. Creutzfeld und A.M. Jakob unabhängig voneinander beschrieben. Man unterscheidet die sporadische, familiäre und iatrogene CJD. Prionenerkrankungen haben eine sehr lange Inkubationszeit, das bedeutet, die Zeitspanne zwischen der stattgefundenen Übertragung einer Prionenerkrankung und ihrem Ausbruch kann mehrere Jahre bis Jahrzehnte dauern wurde erstmals eine neue Variante der klassichen CJD beschrieben (vcjd). Im Gegensatz zu CJD sind vor allem jüngere Menschen betroffen und es zeigte sich vom klassischen Bild der anderen CJD-Formen abweichende Krankheitsverläufe. Die Ursache der Krankheit ist nach dem derzeitigen Stand der Forschung in dem Verzehr von BSE-kontaminiertem Rindfleisch zu suchen. Daneben sind auch einige Tierarten von Prionenkrankheiten betroffen. Als wichtigste Vertreter sind hier die Traberkrankheit (Scrapie) bei Schafen und Ziegen sowie bovine spongiforme Encephalopathie (BSE) beim Rind zu nennen. Scrapie ist in Europa seit über 270 Jahren bekannt. Die Krankheit ist in Schafspopulationen vertikal und horizontal übertragbar, nach heutigem Kenntnisstand jedoch nicht auf den Menschen. Die beim Rind auftretende BSE wurde erstmals 1986 bei Rindern in Großbritannien festgestellt. Von 1988 bis zum Ende der neunziger Jahre kam es vor allem in Großbritannien zu einer BSE-Epidemie unter den dortigen Rindern. Von den englischen Inseln ausgehend gelangte die Krankheit durch Importe von Rindfleisch auf den europäischen Kontinent, wo sie seit 1989 in verschiedenen Ländern auftritt, jedoch in wesentlich geringerem Maße als in Großbritannien. Als Auslöser der Krankheit gilt das Prion (PrP) (proteinaceous infectious particle). Der Nobelpreisträger Stanley Prusiner postulierte 1989 das sogenannte Protein only - Modell, welches einen Erreger annimmt, der nur aus Protein besteht, aber keine Erbsubstanz trägt. Es handelt sich dabei um eine völlig neue Erregerart, die sich von Bakterien und den bis heute bekannten Viren unterscheidet. Prionen sind äußerst resistent gegen Hitze und Chemikalien. Das Erhitzen auf 100 C kann Prionen nicht inaktivieren und gebräuchlichen Desinfektionsmittel bewirken keine Inaktivierung des Krankheitserregers.

113 106 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Die Pathogenität des Erregers entsteht aus einem körpereigenen Protein PrP C durch eine Konformationsänderung während die Primärsequenz identisch bleibt. Das normale nicht pathogene Protein PrP C (c = zellulär) ist in vielen Geweben vorhanden, besonders hoch ist die Konzentration in den neuronalen Zellen des zentralen Nervensystems. Die pathogene Form des Proteins wird häufig in Anlehnung an die Scrapie des Schafes als PrP Sc bezeichnet. Das Ergebnis der Umfaltung ist ein um 43% höherer ß-sheet Anteil und eine Reduzierung der α- Helices um 30%, während die Disulfidbrücken erhalten bleiben. Es ist bekannt, dass im Gegensatz zum normalen zellulären PrP C, die pathogene Isoform gegenüber einem Verdau mit Proteinase K weitgehend resistent ist, es verbleibt ein etwa 30 kda großes Fragment PrP27-30, welches weiterhin infektiös ist. Im Hinblick auf die potentielle Infektiosität, die vom PrP Sc ausgeht, ist eine genauere Untersuchung der pathogenen Form absolut notwendig. Das Wissen um die Stabilität von PrP Sc in Lebensmitteln ist von zentraler Bedeutung für die Risikoabschätzung hinsichtlich der Lebensmittelsicherheit. Das Ziel des Projektes ist es, die Frage zu beantworten, ob lebensmittelrelevante Bakterien in der Lage sind, PrP Sc abzubauen, bzw. zu inaktivieren. Es wurde nach bakteriellen Proteasen gesucht, die bestenfalls das PrP Sc in Fragmente abbauen kann, von denen keine Infektiösität mehr ausgeht. Aus der zur Verfügung stehenden umfangreichen Mikroorganismensammlung der Abteilung Mikrobiologie wurden vor allem Reifungs- und Starterkulturen mit hoher proteolytischer Aktivität für das Screening ausgewählt. Insgesamt wurden 703 Bakterien auf ihre generelle proteolytische Aktivität untersucht. 192 Stämme zeigten eine hohe proteolytische Aktivität (Abb. 10) Brachybacterium Anzahl number der of Stämme strains Staphylococcus Arthrobacter Brachybacterium Bacillus 0 0,1-0,2 0,21-0,3 0,31-0,4 0,41-0,5 0,51-0,6 0,61-0,7 0,71-0,8 0,81-0,9 0,91-1,0 1,1-1,2 1,21-1,3 1,31-1,4 1,61-1,7 1,71-1,8 2,11-2,2 absorbance [520 nm] Absorption [520 nm] Die bakteriellen Überstände werden auf ihre proteolytische Aktivität getestet, indem die Umsetzung eines Markerproteins (Azocoll) gemessen wird. Die Absorption des Farbstoffs nimmt mit zunehmender proteolytischer Aktivität zu (X-Achse). Die Isolate, die zur Degradation des PrP SC führten, sind markiert (siehe Abb. 11). Abb. 10: Proteolytische Aktivität von Bakterien, die aus Käse und anderen Lebensmitteln isoliert wurden

114 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 107 Für die Degenerationsversuche wurde mit PrP Sc aus Scrapie-infizierten homogenisierten Hamsterhirnen (Stamm 263K) gearbeitet. Das Scrapie infizierte Hirnhomogenat wird mit dem aktivem bakteriellen Überstand inkubiert und der PrP Sc Abbau mittels Western-Blot Analyse überprüft (Abb. 11). Die Detektion des PrP Sc erfolgt mit einem kommerziell erhältlichen Anti- Prion Antikörper. Als Negativkontrolle wird hitzeinaktivierter bakterieller Überstand eingesetzt. A B C D E K K A Brachybacterium, B Staphyloccus, C Bacillus, D Arthrobacter, E Brachybacterium Die 192 bakteriellen Überstände, die im ersten Schritt als proteolytisch aktiv eingestuft wurden, werden für die PrPSC-Degenerationsversuche eingesetzt. Mindestens fünf bakterielle Überstände zeigen das Potential, PrP SC abzubauen. K Kontrolle Homogenat aus Scrapie-infizierten Hamsterhirnen wird mit Anzuchtmedium inkubiert. 1 Homogenat aus Scrapie-infizierten Hamsterhirnen wird mit bakteriellem Überstand des angegebenen Bakterienstammes für 24 h bei 30 C inkubiert. Anschließend folgte ein Verdauschritt mit Proteinase K. Das PrP SC wird mit dem monoklonalen Antikörper 3F4 detektiert. 2 Hitzeinaktivierter bakterieller Überstand wird mit dem Homogenat aus Scrapie-infizierten Hamsterhirnen inkubiert (Negativkontrolle). Abb. 11: Western Blot Analyse zur PrP SC -Degradation Fünf hochaktive bakterielle Überstände zeigen das Potential, in vitro PrP Sc zumindest teilweise abbauen zu können. Das Gesamtprojekt wird in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. E. Märtlbauer, LMU-München (Herstellung von monoklonalen Antikörpern und Entwicklung einer extrem sensitiven Nachweismethode von PrP Sc ), Prof. Dr. M. Gareis, BAFF-Kulmbach (Abbau von PrP Sc im Gastrointestinaltrakt von Tieren) und Dr. M. Groschup, Inst. für neue und neuartige Tierseuchenerreger, Insel Riems (Prüfung der Infektiösität) bearbeitet. Das Forschungsprojekt ist eingebunden in den Bayerische Forschungsverbund Prionen (FORPRION) und wird finanziert vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (Projekt 1205 TG 81 LMU 19a).

115 108 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Dissertationen, Diplom-, Master- und Bachelorarbeiten Dissertationen Satorhelyi, Peter: Microarray-analyse der ph-stressantwort von Listeria monocytogenes und Corynebacterium glutamicum. Jakob, Kinga: Growth and acid stress response of Corynebacterium glutamicum and other ripening bacterial species belonging to soft smear-ripened cheese. Goerges, Stefanie: Microbial consortia from smear-ripened cheese: Biodiversity, incidence of commercial starter microorganisms and anti-listerial activity of yeasts. Diplom- und Masterarbeiten Sedlmeier, Sebastian: Identifizierung von potentiell toxischen und lebensmittelverderbenden Stämmen der Bacillus cereus Gruppe mittels FT-IR Spektroskopie. Büchl, Nicole: Identifizierung von Milchsäurebakterien mit FT-IR Spektroskopie und künstlichen neuronalen Netzen. Sánchez Antequera, Yolanda: Evaluation of putative essential genes of Salmonella enterica sv. Typhimurium Velagic, Samir: Analyse funktional unbekannter Gene in Salmonella typhimurium. Waldherr, Florian: Biochemical characterisation of Listeria phage endolysins. Buntin, Kathrin: Heterologe Expression und Reinigung von Cereulide-Synthetase Genfragmenten von emetischen Bacillus cereus. Bachelorarbeiten Heumann, Diana: Bestimmung des Sporulationsgrades von Bacillus cereus Stämmen mittels FTIR-Spektroskopie. Borst, Nicole: Grobdifferenzierung aerober Bakterien anhand ihrer FTIR (Fourier- Transform Infrarot)-Spektren. Feldmann, Radmilla: Physiologische Untersuchungen der Expression der a-amylase und des 1,4-a-glucan branching -Enzyms von Yersinia enterocolitica bei niedrigen Temperaturen. Rümenapp, Christine: Charakterisierung der PrPSC - abbauenden Proteasen aus Brachybacterium tyrofermentans und Serratia proteamaculans. Otto, Hannes: Untersuchung der ces Gen Expression in emetischem Bacillus cereus mittels quantitativer real-time PCR.

116 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 109 Vorträge und Poster 1. Wissenschaftliche Vorträge Bresolin, G.: Low temperature-induced insecticidal activity of Yersinia enterocolitica Munich Environmental Microbiology Meeting, GSF Neuherberg/München, Ehling-Schulz, M.: Analysis of the population structure of food poisoning Bacillus cereus 7th Symposia of Food Microbiology, Seeon, Bacillus cereus als Krankheitserreger in Milchprodukten und anderen Lebensmitteln Weihenstephaner Milchwirtschaftliche Herbsttagung, Freising, Toxin-bildende Bacillus cereus: PCR Nachweissysteme 1. Workshop TUM/ZIEL muva kempten 2005, Kempten, Genetic basis of cereulide synthesis in emetic Bacillus cereus Bacillus - ACT Santa Fe, New Mexico, USA, Fricker, M.: Detection of Food Pathogens using the Smart Cycler II 2 nd International qpcr Symposium 2005, Freising, Nachweis emetischer Bacillus cereus Stämme in Milchprodukten mit Real-Time PCR Milchkonferenz 2005, Kiel, Fuchs, T.M.: Long-term response of Yersinia enterocolitica to low temperature Max-v. Pettenkofer-Institut, München, Temperatur-induzierte Expression insektizider Toxine von Yersinia enterocolitica Institut für Mikrobiologie der Bundeswehr, München, Goerges, S.: Listerienhemmung auf Rotschmierekäse 6. Wangener Fachtagung, Wangen, Anti-listerielle Aktivität von Hefen aus Rotschmierekäsen Milchkonferenz 2005, Kiel, Neuhaus, K.: EHEC and the environment Monitoring of relevant genes by lux-fusions 7. VAAM Fachsymposium Lebensmittelmikrobiologie, Seeon, Genexpression von EHEC (pathogene E. coli) in der Umwelt und in Lebensmitteln Weihenstephaner Milchwirtschaftliche Herbsttagung, Freising,

117 110 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie EHEC environmental stress due to other organisms monitoring of relevant genes by luxfusions VAAM Jahrestagung, Göttingen, Scherer, S.: Faszination Mikroorganismen Verleihung Cofresco-Inov., Freising-Weihenstephan, Was macht Mikroorganismen pathogen? Wissenschaftliches Seminar, Landesuntersuchungsamt für das Gesundheitswesen Südbayern, Oberschleißheim, Computergestützte Identifizierung von Mikroorganismen aus der Lebensmittelproduktion Verleihung Otto v. Guericke-Preis, FEI-Tagung, Karlsruhe, Bedeutung der FT-IR basierten Identifikation von Mikroorganismen im Betriebslabor für Hygienemonitoring und Qualitätssicherung Technologie-Seminar, Weihenstephan, Freising, Wenning, M.: Identifizierung von Milchsäurebakterien mit FTIR-Spektroskopie und künstlichen neuronalen Netzwerken Milchkonferenz 2005, Kiel, Posterpräsentationen Bresolin G.; Neuhaus K.; Scherer S.; Fuchs T.M.: Identification of Yersinia enterocolitica genes induced by environmental temperature Munich Environmental Microbiology Meeting, GSF Neuherberg/München, Bresolin G.; Scherer S.; Neuhaus K.; Fuchs T.M.: Identification of cold-acclimation genes in Yersinia enterocolitica using a luxcdabe reporter system Munich Environmental Microbiology Meeting, GSF Neuherberg/München, Bresolin G.; Morgan J.A.W.; Scherer S.; Fuchs T.M.: Insecticidal activity of Yersinia enterocolitica 2 nd European Conference on Prokaryotic Genomes PROKAGEN 2005, Göttingen, Dommel M.; Fricker M.; Dietrich R.; Scherer S.; Ehling-Schulz M.: Genetic basis of cereulide synthesis in emetic Bacillus cereus VAAM Jahrestagung, Göttingen,

118 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie 111 Fricker M.; Renner R.; Reissbrodt R.; Ehling-Schulz, M.: Comparison of different selective plating media for the detection of Bacillus cereus VAAM 7. Symposia of Food Microbiology, Seeon, Fricker M.; Scherer S.; Ehling-Schulz, M.: Population structure of the Bacillus cereus group members Munich Environmental Microbiology Meeting 2005, München, Goerges S.; Aigner U.; Silakowski B.; Scherer S.: Anti-listerial Activity of Food-Borne Yeast VAAM 7. Symposia of Food Microbiology, Seeon, Müller-Hellwig S.; Scherbel C.; Pichner R.; Gareis M.; Märtlbauer E.; Groschup M.; Loessner M.J.; Scherer S.: Stability of the BSE agent in foodstuff. Evidence for degradation of PrPsc by microbial proteases Tagung Prions2005, Düsseldorf, Schauer K.; Przybilla K.; Goebel W.; Fuchs T.: Identification of structural and metabolic targets in Listeria monocytogenes for antilisterial and antibacterial substances 2 nd European Conference on Prokaryotic Genomes- PROKAGEN 2005, Göttingen, Veröffentlichungen Ehling-Schulz M.; Vukov N.; Schulz A.; Shaheen R.; Andersson M.; Märtlbauer E.; Scherer S.: Identification and partial characterization of the nonribosomal peptide synthetase gene responsible for cereulide production in emetic Bacillus cereus. In: Appl. Environ. Microbiol. 71 (2005), S Ehling-Schulz M.; Svensson B.; Guinebretiere M-H.; Lindbäck T.; Andersson M.; Schulz A.; Fricker M.; Christiansson A.; Granum P.E.; Märtlbauer E.; Nguyen-The C.; Salkinoja-Salonen M.; Scherer S.: Emetic Toxin Formation of Bacillus cereus is Restricted to a Single Evolutionary Lineage of Closely Related Strains. In: Microbiology 151 (2005), S Ehling-Schulz M.; Fricker M.; Grallert H.; Rieck P.; Wagner M.; Scherer S.: Cereulide synthetase gene cluster from emetic Bacillus cereus: Structure and location on a mega virulence plasmid related to Bacillus anthracis toxin plasmid pxo1. In: BMC Microbiology, in press. Fuchs T.M.: Reduzierte Genome und das Konzept eines minimalen Gensets. In: GenomXpress 01 (2005), S Fuchs T.M.; Klumpp J.; Przybilla K.: Insertion-duplication mutagenesis (IDM) of Salmonella enterica and related species using a novel thermosensitive vector. In: Plasmid 55 (2005), S

119 112 ZIEL - Abteilung Mikrobiologie Mayr R.; Busse H.-J.; Worliczek H.L.; Ehling-Schulz M.; Scherer S.: Ornithinibacillus gen. nov., with the two species, Ornithinibacillus bavariensis sp. nov. and Ornithinibacillus californiensis sp. nov. In: Int. J. Syst. Evol. Microbiol., in press. Middendorf B.; Stübs D.; Guiso N.; Deppisch H.; Gross R.; Fuchs T.M.: Phg, a novel member of the autotransporter family present in Bordetella species. In: Microbiological Research 160 (2005), S Neuhaus K.; Scherer S.: Life at low temperature. In: M. Dworkin et al., eds., The Prokaryotes: An Evolving Electronic Resource for the Microbiological Community (2005) 3 rd edition, release 4.0, Springer-Verlag, New York Shaheen R.; Andersson M.A.; Apetroaie C.; Schulz A.; Ehling-Schulz M.; Ollilainen V.M.; Salkinoja-Salonen M.S.: Potential of selected infant food formulas for production of Bacillus cereus emetic toxin, cereulide. In: Int. J. Food Microbiol., in press. Stübs D.; Fuchs T.M.; Schneider B.; Bosserhoff A.; Gross R.: Identification and regulation of cold inducible factors of Bordetella bronchiseptica. In: Microbiology 151 (2005), S

120 ZIEL Arbeitsgruppe Rohmilchqualität Adresse ZIEL, Abt. Mikrobiologie AG Rohmilchqualität Weihenstephaner Berg 3 D Freising-Weihenstephan Telefon: Telefax: J.Buchberger@lrz.tum.de Personal Leitung der AG: Dipl.-Landw. Dr. Johann Buchberger Mitarbeiterin: Christine Biechl Forschung Ergebnisse Käsereitauglichkeit der Milch von Pinzgauer- und Fleckvieh-Kühen Cheese making ability of milk of Pinzgau and Simmental cows Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Miller, M.; Uth, M.; Edenhauser, T. 1 ; Mitterwallner, I. 1 ; Rehrl, F. 2 ; Willeke, H.: - In: dmz Lebensmittelindustrie und Milchwirtschaft 126 (2005), Nr. 18, S In 138 Mischmilchproben von Pinzgauer-Kühen bzw. in 74 Proben von Betrieben mit Fleckvieh wurden 30 verschiedene technologische und chemisch-physikalische Parameter ermittelt, wobei die Anzahl der Proben/Parameter zwischen 33 und 134 variierte. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Die Gerinnungszeit der Milch der beiden Rassen war gleich. Die Festigkeit der Labgallerte der Milch der Fleckvieh-Kühe war leicht höher allerdings signifikant als die der Milch der Pinzgauer-Kühe. 2. Die Mischmilch der Pinzgauer-Kühe weist im Vergleich zur Milch der Fleckvieh- Kühe einen hoch signifikant niedrigeren β-lactoglobulin-a-gehalt und Gesamt-β- Lactoglobulinanteil sowie einen wesentlich höheren β-lactoglobulin-b-anteil am Molkeneiweißgehalt auf. 1 2 Rinderzuchtverband Maishofen/Österreich Landwirtschaftsamt Laufen/Traunstein

121 114 ZIEL Arbeitsgruppe Rohmilchqualität Das Forschungsvorhaben wurde von der Vereinigung zur Förderung der Milchwissenschaftlichen Forschung an der Technischen Universität München in Freising-Weihenstephan e.v. gefördert. Einfluss der Varianten β-casein B und α s1 -Casein C auf die Käsereitauglichkeit der Milch Influence of genetic variant β-casein B und α s1 -casein C on cheese making ability of milk Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Uth, M.; Miller, M. Dieses Forschungsvorhaben wurde im Berichtszeitraum fortgeführt, wobei noch weitere 90 Proben von Pinzgauer-Kühen in die Untersuchungen mit einbezogen wurden. Im Herbst 2005 wurden die Untersuchungen abgeschlossen; mit der statistischen Auswertung des Datenmaterials wurde begonnen. Das Vorhaben wurde von der Vereinigung zur Förderung der Milchwissenschaftlichen Forschung an der Technischen Universität München in Freising-Weihenstephan e. V. gefördert. Milk protein genotypes and milk production of Estonian Native Breed Kübarsepp, I. 3 ; Henno,M. 3 ; Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Kalamees, K. 3 : - In: Proc. of the 11 th Baltic Animal Breeding and Genetics Conference, Palanga, Lithuania, th May 2005, p In 621 Milchproben von 121 Kühen des autochtonen Estnischen Landviehs wurde der Einfluss der Genotypen der Milchproteine auf die Parameter Milch-, Fett- und Eiweißmenge sowie Fett-, Eiweiß- und Zellgehalt untersucht. Die Proben wurden im Zeitraum März bis November 2004 in 14- täglichem Abstand in sieben landwirtschaftlichen Milcherzeugerbetrieben genommen. Das statistische Programm berücksichtigte die Faktoren Alter der Kuh, Laktationsmonat, Betrieb, α s1 -, β- und κ- Casein-Genotyp sowie β-lactoglobulin-genotyp. Der häufigste Genotyp war α s1 -Casein (Cn) BB, β- Cn A 2 A 2, κ- Cn AB und β-lactoglobulin BB. Die Untersuchungen zeigten keinen signifikanten Einfluss der verschiedenen Milchproteingenotypen auf die untersuchten Milchleistungsmerkmale. Allelfrequenzen der Milchproteine bei Fleckvieh, Braunvieh und Schwarzbunten in Bayern im Zeitraum 1974 bis 2005 Allelic frequencies of milk proteins in Bavarian Simmental (Fleckvieh), Brown Swiss (Braun-Vieh) and Holstein Friesian in the years Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Putz, M. 4 ; Grießhammer, G. 4 ; Korndörfer, R. 5 ; Krause, I. 6 : - In: dmz Lebensmittelindustrie und Milchwirtschaft 126 (2005) Nr.24, S Am ehemaligen Institut für Chemie und Physik des FML - jetzt ZIEL, AG Rohmilchqualität - wurden in den zurückliegenden 30 Jahren im Rahmen verschiedener Forschungsvorhaben Institute of Animal Science, Estonian Agricultural University, Tartu, Estonia Bayerisches Staatsministerium für Landwirtschaft und Forsten, München Landeskuratorium der Erzeugerringe für Tierische Veredelung in Bayern e.v., München ZIEL, AG Proteinanalytik

122 ZIEL Arbeitsgruppe Rohmilchqualität 115 auch immer wieder die Allelfrequenzen der Milchproteine bei den wichtigeren bayerischen Rinderrassen Fleckvieh, Braunvieh und Schwarzbunt ermittelt. Wie bei den meisten Milchviehrassen wurde auch bei diesen drei Rassen vor allem auf die Merkmale Milch-, Fett- und Eiweißmenge, wenn auch in unterschiedlicher Gewichtung, selektiert. Es wurde daher untersucht, ob sich durch dieses Selektionsgeschehen die Frequenzen der für die Käsereitauglichkeit der Milch günstigen Milchproteinallele β- Casein (Cn) B, κ- Cn B und β- Lactoglobulin (Lg) B im Zeitraum 1974 bis 2005 verändert haben. Die Untersuchungen haben Folgendes ergeben: 1. Das Allel β- Cn B, das ohnehin nur beim Braunvieh in nennenswerter Häufigkeit vorkommt, zeigt abnehmende Tendenz. 2. Die Häufigkeit des Allels κ- Cn B nahm beim Fleckvieh bis 1991 kontinuierlich ab; für den Zeitraum zeigt sich wieder eine zunehmende Tendenz. Dies trifft auch für die Rassen Braunvieh und Schwarzbunt zu. 3. Beim Fleckvieh lässt sich für das Allel β- Lactoglobulin B seit 1974 eine ständige Abnahme feststellen. 4. Insgesamt betrachtet scheinen bereits in niedriger Häufigkeit vorkommende Allele, wie α s1 -Cn C, β- Cn C und β-lg D, noch seltener geworden zu sein. Allelfrequenzen der Milchproteine beim Pinzgauer-Rind im Zeitraum von 1986 bis 2005 Allelic frequencies of milk proteins in Pinzgau Cattle in the years Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Krause, I.; Sperrer, I.: - In: Arche Nova 2005, Nr. 4, S Seit 1986 wurden beim Pinzgauer-Rind in Bayern und seit 1991 in Österreich wiederholt Untersuchungen zum Vorkommen und zu den Frequenzen der verschiedenen Allele der Milchproteine durchgeführt, wobei die Ergebnisse aus Bayern von Kühen aus den Landkreisen Berchtesgaden und Traunstein stammten. Die Ermittlung der Milchproteinallele erfolgte in Weihenstephan. Die Untersuchungen sollten folgende zwei Fragen klären: - wie haben sich die Allelfrequenzen in den letzten Jahren entwickelt? - bestehen Unterschiede zwischen den Pinzgauer-Populationen in Österreich bzw. in Bayern? Folgendes kann festgestellt werden: 1. In Österreich sind die Allelfrequenzen über den Zeitraum relativ stabil geblieben. 2. In Bayern haben sich die Frequenzen bei einzelnen Allelen, wie α s1 - Casein (Cn) B bzw. C, β- Cn B und κ- Cn B verändert; seit 1995 zeigen sich praktisch keine Veränderungen mehr. 3. Für Österreich liegt nach 1997 keine weitere Untersuchung vor. Vergleicht man jedoch die Allelfrequenzen aus dem Jahr 1997 in Österreich mit den Werten aus dem Jahr 2005 in Bayern, so zeigen sich zwischen beiden Populationen so gut wie keine Unterschiede mehr.

123 116 ZIEL Arbeitsgruppe Rohmilchqualität Gefrierpunkt der Rohmilch: Einfluss der Rasse und Korrelationen Freezing point of bulk milk: Influence of breed and correlations Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Miller, M.; Uth, M.; Willeke, H.: - In: dmz Lebensmittelindustrie und Milchwirtschaft 126 (2005) Nr. 3, S Im Rahmen der Ermittlung der Qualität der Rohmilch wird auch deren Gefrierpunkt festgestellt; über den Einfluss der Rasse auf den Gefrierpunkt der Milch liegen in der Literatur insgesamt wenige Untersuchungen vor. Für den Gefrierpunkt der Milch von Braunvieh und Gelbvieh in Bayern gibt es überhaupt keine Untersuchungen; ebenso gibt es in der Literatur kaum umfangreiche Arbeiten zu Korrelationen zwischen den Gerinnungseigenschaften bzw. den verschiedenen Casein- und Molkenproteinfraktionen oder dem Caseinmicellendurchmesser und dem Gefrierpunkt. Die Untersuchungen wurden in zwei verschiedenen Versuchen durchgeführt. In Versuch 1 wurden Mischmilchproben von 83 Fleckvieh-, 82 Braunvieh- und 82 Schwarzbuntbetrieben in Südbayern analysiert; in Nordbayern waren Mischmilchproben von je 58 Fleckvieh-, Gelbvieh- und Schwarzbuntbetrieben in die Auswertungen mit ein-einbezogen. In Südbayern wurden für die Rassen Fleckvieh, Braunvieh und Schwarzbunt Gefrierpunktswerte von , und ermittelt, wobei die Differenzen zwischen dem Gefrierpunkt der Milch der Schwarzbunt-Kühe und dem Gefrierpunkt der Milch der beiden anderen Rassen signifikant waren. In Nordbayern wurden mittlere Gefrierpunkte von , und für die Milch der Rassen Fleckvieh, Gelbvieh und Schwarzbunt berechnet. Die Differenzen waren hier nicht signifikant verschieden. Was die Korrelationen betrifft, so wurden insgesamt 28 verschiedene Berechnungen durchgeführt. Die Korrelationen zwischen den Parametern A R -, A 10 - und A 20 -Wert, Eiweiß-, Nichtcasein-, Casein-, Lactose-, Trockenmasse- bzw. fettfreier Trockenmasse-Gehalt und dem Gefrierpunkt der Milch waren signifikant negativ, während der ph-wert und der Caseinmicellendurchmesser signifikant positiv zum Gefrierpunkt korreliert waren. Das Forschungsvorhaben wurde vom Bayerischen Staatsministerium für Landwirtschaft und Forsten gefördert Untersuchungen zur Zusammensetzung und zu den Gerinnungseigenschaften von Ziegenmilch in Bayern Investigations on the composition and on coagulating properties of goat s milk Buchberger, J.; Mark, P. 7 ; Bätz, B. 7 ; Biechl, Ch. Dieses Forschungsvorhaben wurde im April 2005 begonnen und im September 2005 abgeschlossen; auf Grund der relativ geringen wirtschaftlichen Bedeutung spielt Ziegenmilch in wissenschaftlichen Arbeiten in Deutschland kaum eine Rolle. In Zusammenarbeit mit dem Lehr-, Versuchs- und Fachzentrum für Milchanalytik in Triesdorf wurden in insgesamt 50 Ziegenmilchproben sowie in 20 Mischmilchproben von Betrieben mit Fleckvieh-Kühen (zum Vergleich) folgende Parameter ermittelt: Gerinnungseigenschaften, ph-wert, Gefrierpunkt, GN-, NCN- und NPN-Gehalt (nach dem Kjeldahl-Verfahren), Fett-, Eiweiß- und Lactosegehalt (nach dem Infrarot-Verfahren) sowie Zellgehalt. 7 Lehr-, Versuchs- und Fachzentrum für Milchanalytik

124 ZIEL Arbeitsgruppe Rohmilchqualität 117 Neben der Frage, welche grundsätzlichen Unterschiede in den chemisch-physikalischtechnologischen Eigenschaften der beiden Milcharten bestehen, soll auch geprüft werden, welche Beziehungen bei Ziegenmilch zwischen verschiedenen Parametern bestehen und wie weit die berechneten Koeffizienten denen von Kuhmilch entsprechen. Vorträge Aktuelle Fragen zur Milchqualität. Vertreterversammlung des Milcherzeugerringes Landshut e. V., Rottersdorf (Lks. Dingolfing- Landau), Genotypen der Milchproteine eine Möglichkeit zur Überwachung der MLP. ebenda Fragen und Antworten zur Thematik Freie Fettsäuren der Milch. Vorstandssitzung des Milchwirtschaftlichen Vereins Baden-Württemberg e.v., Kirchheim/ Teck, Die Käsereitauglichkeit der Milch: Einfluss der Rasse. Fachliche Besprechung des Landesverbandes Bayerischer Rinderzüchter e.v., Grub, Käsereitauglichkeit der Milch: Einfluss der Rasse. Seminar Tierische Erzeugung, Fachhochschule Weihenstephan, Abteilung Triesdorf, Triesdorf, Aktuelle Fragen der Milchqualität. ebenda Gefrierpunkt der Roh- und der Konsummilch: Informationen für Labormeister. Seminar im Rahmen der Fortbildung zum Milchwirtschaftlichen Labormeister des Lehr-, Versuchs- und Fachzentrums für Milchanalytik, Triesdorf, Welche Unterschiede gibt es in der Milchzusammensetzung von ökologisch bzw. von konventionell erzeugter Milch? ebenda Aktuelle Fragen zur Rohmilchqualität. Tagung der Landfrauen des Landkreises Ebersberg, Grafing (Lks. Ebersberg), Mittelwert, t-test, Varianzanalyse, Korrelations- und Regressionsanalyse. Fortbildungstagung des Milchprüfringes Baden-Württemberg e.v., Kirchheim/Teck, Wiederholbarkeit, Vergleichbarkeit, Anmerkungen zum Ringversuch. ebenda Aktuelle Fragen zur Rohmilchuntersuchung. ebenda

125 118 ZIEL Arbeitsgruppe Rohmilchqualität Einfluss der Rasse auf die Gerinnungseigenschaften und die Caseinzahl. Ausschusssitzung der Landesvereinigung der Bayerischen Milchwirtschaft, München, Zur Käsereitauglichkeit der Milch des Murnau-Werdenfelser-Rindes. Ausschusssitzung des Zuchtverbandes für das Murnau-Werdenfelser Rind, Eschenlohe (Lks. Garmisch-Partenkirchen), Beratung Auftragsuntersuchungen zur Bestimmung der genetischen Varianten der Milchproteine im Rahmen der sog. Bestandsnachprüfung (Auftraggeber: Landeskuratorium der Erzeugerringe für Tierische Veredelung in Bayern e.v., München) Wissenschaftliche Zusammenarbeit mit Organisationen Mitglied im Ausschuss der Prüf- und Besamungsstation München-Grub e.v. Veröffentlichungen Buchberger, J.; Biechl, Ch.: Vergleich der Milchleistung und Milchqualität aus ökologischer bzw. konventioneller Erzeugung. - In: Arche Nova (2005) Nr. 2, S Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Krause, I.: Allelfrequenzen der Milchproteine beim Pinzgauer- Rind im Zeitraum von 1986 bis In: Arche Nova (2005) Nr.4, S Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Miller, M.; Uth, M.; Mitterwallner, I.; Edenhauser, T.; Rehrl, F.; Willeke, H.: Käsereitauglichkeit der Milch von Pinzgauer- und Fleckvieh-Kühen. - In: dmz Lebensmittelindustrie und Milchwirtschaft 126 (2005) Nr. 18, S Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Miller, M.; Uth, M.; Mitterwallner, I.; Edenhauser, T.; Rehrl, F.; Willeke, H.: Käsereitauglichkeit der Milch von Pinzgauer- und Fleckvieh-Kühen. - In: PinzgauerAktuell, ARGE Pinzgauer Rinderzuchtverbände, Nr.198/199 (2005) (2), S Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Miller, M.; Uth, M.; Willeke, H.: Gefrierpunkt der Rohmilch: Einfluss der Rasse und Korrelationen. - In: dmz Lebensmittelindustrie und Milchwirtschaft 126 (2005) Nr. 3, S Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Miller, M.; Uth, M.; Willeke, H.: Käsereitauglichkeit der Rohmilch von Deutschem Fleckvieh im Vergleich zur Rohmilch von Deutschem Braunvieh und Deutschen Schwarzbunten. - In: Pfaffenhofener Fleckviehzüchter, Mitteilungen aus dem Haus der Tierzucht Pfaffenhofen (Ilm), Ausgabe 44 (2005), S Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Miller, M.; Uth, M.; Willeke, H.: Käsereitauglichkeit der Milch von Gelbvieh im Vergleich zur Milch von Fleckvieh und Schwarzbunten. - In: Arche Nova (2005) Nr.1, S Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Miller, M.; Uth, M.; Willeke, H.: Käsereitauglichkeit der Milch von Fleckvieh, Braunvieh und Holsteins. - In: Fleckviehwelt, Mitteilungen der Prüfund Besamungsstation München-Grub e.v., Ausgabe Nr. 107 (2005), Heft 1, S Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Miller, M.; Uth, M.; Willeke, H.: Mehr oder weniger Käse? - In: Rinderzucht Fleckvieh 12 (2005) Nr. 2, S. 54.

126 ZIEL Arbeitsgruppe Rohmilchqualität 119 Buchberger, J.; Krause, I.; Biechl, Ch.; Sperrer, I.: Vorkommen und Bedeutung der genetischen Varianten der Milchproteine für die Käsereitauglichkeit beim bayerischen Jersey- Rind. - In: Jerseyblatt, Bekanntmachungsorgan des Verbandes Deutscher Jerseyzüchter (VDJ), Nr. 32 (2005), S Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Putz, M.; Grießhammer, G.; Korndörfer, R.; Krause, I.: Allelfrequenzen der Milchproteine bei Fleckvieh, Braunvieh und Schwarzbunten in Bayern im Zeitraum 1974 bis In: dmz Lebensmittelindustrie und Milchwirtschaft 126 (2005), Nr. 24, S Kübarsepp, I.; Henno, M.; Buchberger, J.; Biechl, Ch.; Kalamees, K.: Milk protein genotypes and milk production of Estonian Native Breed.-In: Proc. of the 11 th Baltic Animal Breeding and Genetics Conference, Palanga, Lithuania, th May (2005), p

127 ZIEL Arbeitsgruppe Proteinanalytik Adresse Hochfeldweg 1 D Freising-Weihenstephan Personal Forschung Telefon: 08161/ Telefax: 08161/ Leb.-Chem. Ingolf Krause Elisabeth Hofmair Irmgard Sperrer In der Arbeitsgruppe Proteinanalytik werden folgende Themen schwerpunktmäßig bearbeitet: - Spezielle kompositorische Analytik von milchproteinhaltigen Lebensmitteln zur Charakterisierung der Authentizität, Qualität und biofunktionellen Eigenschaften. - Untersuchungen zur Antigenität und zum allergenen Potenzial von hitze- und hochdruckbehandelten Milchproteinen. - Untersuchungen zum Vorkommen von bioaktiven Peptiden in fermentierten Milcherzeugnissen sowie zu deren Aktivierung und Abbau durch gastrointestinalen Verdau Ergebnisse Efficient Analysis of Egg Yolk Proteins and Their Thermal Sensitivity Using Sodium Dodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis under Reducing and Nonreducing Conditions Guilmineau, F.; Krause, I.; Kulozik, U. 1 J. Agric. Food Chem. (2005) 53: The multiple functional properties of egg yolk are mostly influenced by its complex protein composition. The high lipid content of egg yolk as well as the low solubility of delipidated egg yolk lipoproteins make analysis by conventional chromatographic or electrophoretic techniques a difficult task. This work describes a method to profile egg yolk proteins after delipidation with acetone using sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis on 1 In Zusammenarbeit mit der Abteilung für Lebensmitteltechnologie, ZIEL

128 ZIEL Arbeitsgruppe Proteinanalytik 121 precast 8-18% T polyacrylamide gradient gels. Twenty bands were obtained for the whole egg yolk profile with molecular weights ranging between 5 and 221 kda. The bands were identified based on their molecular weight and by comparison with isolated egg yolk subfractions. The dissociation behavior under reducing and nonreducing conditions provided additionally helpful information for identification and characterization of the yolk proteins. The method presented is very well suited for assaying the thermal sensitivity of whole yolk and its components and thus for the characterization of heat treatment processes. Comparison of capillary electrophoresis and isoelectric focusing for analysis of casein/caseinate addition in processed cheeses Miralles, B.; Krause, I.; Ramos 2, M.; Amigo, L. Int. Dairy J. (submitted, accepted) Capillary electrophoresis and immobilized ph gradient isoelectric focusing were applied to the determination of added isoelectric casein, rennet casein and sodium caseinate to processed cheeses of known composition containing different dairy products. Both methods allowed the determination of these protein ingredients by analysing the intact κ-cn. The comparison of the quantitative determination by both techniques permitted to demonstrate that they presented similar recoveries for isoelectric casein but for sodium caseinate a considerably better recovery was obtained by using the isoelectric focusing method (85.6 versus 47.2%). However, CE showed higher precision. CE was applied to the determination of the addition of rennet casein by the use of a calibration curve calculated by plotting the peak area ratio β- CN A/ para-κ-cn in the electropherograms versus the content of rennet casein of known composition cheeses from the same manufacture batch. This approach permitted to obtain recoveries of added rennet casein between 94 and 102%. Beratung, Tagungen, Exkursionen Beratung Krause, I.: Auftragsuntersuchungen zur Bestimmung der Proteinzusammensetzung und denaturierung in Milch und Milcherzeugnissen, zum Nachweis von Kuhmilch in Schaf-, Ziegen- und Büffelmilchkäse; Bestimmung der freien Aminosäuren bzw. der Aminosäurezusammensetzung nach chemischer und enzymatischer Hydrolyse sowie Nachweis von bioaktiven Peptiden in Lebensmitteln. Beurteilung der Antigenität / Allergenität von Milchproteinhydrolysaten und hypoallergenen Nahrungen durch elektrophoretische, immunologische und chromatographische Untersuchungen. 2 In Zusammenarbeit mit dem Instituto de Fermentaciones Industriales (CSIC) Juan de la Cierva 3, Madrid, Spain

129 122 ZIEL Arbeitsgruppe Proteinanalytik Diplom-, Master- und Bachelorarbeiten Bachelorarbeiten Hiller, Julia: Identifizierung der Peptidepitope von beta-lactoglobulin gegenüber IgY- Antikörpern aus dem Dotter von Hühnereiern. Stangl, Doris: Zum Vorkommen von bioaktiven Peptiden in Blauschimmelkäse.

130 ZIEL - Abteilung Technologie Lehrstuhl für Lebensmittelverfahrenstechnik und Molkereitechnologie Adresse Weihenstephaner Berg 1 D Freising-Weihenstephan Personal Telefon: und Telefax: Internet: Leitung: Univ. Prof. Dr.-Ing. Ulrich Kulozik Sekretariat: Sabine Becker Birgit Weber (bis ) Mitarbeiter: Hans-Willi Bäurle (bis ) Dipl.-Ing. (FH) Martin Bönisch Annette Brümmer-Rolf (ab ) Dipl. LM-Ing. Selda Bulca Dipl.-Ing. Katharina Daimer Rosemarie Eberhard Christian Ederer, Werkstattleiter Dipl.-Ing. Patrick Engelhard (bis ) Dr.-Ing. Petra Först Franz Fraunhofer Dipl.-Ing. MSc. Fabien Guilmineau (bis ) Dipl.-Ing. (FH) Mirco Gschwander Dipl.-Ing. (FH) Marina Hahn (bis ) Dipl.-Ing. Thomas Heidebach (ab ) Brigitte Härter Dipl.-Ing. Bettina Higl Marianne Holzmann Dipl.-Ing. (FH) Manfred Huß Dipl.-Ing. (Univ.) Sebastian Karasch (ab ) Dipl. oec. troph. Veronika Kaufmann (ab ) Anne Keller (ab ) Dipl.-Ing. Markus Kreuß (ab ) Mag.-Ing. Malgorzata Kuropatwa Dr.-Ing. Sabine Lauber Maria Muranyi Dipl.-Ing. (FH) Kathrin Nickel (ab ) Dipl. LM-Ing. (Univ.) Alexander Piry (ab ) Dipl.-Ing. Wolfgang Ranfft (extern, seit )

131 124 ZIEL Abteilung Technologie LM.-Chem. Sonja Röck Chalat Santivarangkna (MSc) Dipl.-Ing. (FH) MSc. Eva Schmitt ( ) Erich Schneider Dipl.-Ing. (FH) Silke Schulz (ab ) Dipl.-Ing. agr. Felix Sedlmeyer Dipl.-Ing. (FH) Susanne Steinle (bis ) Dipl.oec.troph. Corinna Thomä Dipl.oec.troph. Michaela Tilgner Dipl.-Ing. Alexander Tolkach Günther Unterbuchberger Dipl.-Ing. Qin Wang Karin Zielonka-Richter Adressen: Gäste: Naiyawit Chalermnon, Rajamangala Institute of Technology, Huntra Campus, Autthaya, Thailand, ( ) Dr. Yoav Livney, Technical Department of Biotechnology and Food Engineering, Technion, Haifa, Israel, ( ) Mark Fenelon, Moorepark, Teagasc, Ireland, ( ) Prof. Dr. Attila Yetismeyen, Universität Ankara, Türkei, ( ) Dr. Egor Sergeevich Gromov, Institute of Food Science and Technology, Kemerovo, Russland, (ab ) Vorwort Es ist erfreulich, wieder über ein sehr erfolg- und ertragreiches Forschungsjahr berichten zu können. Die erste Doktorandengeneration strebt mit Elan dem Abschluss ihrer Arbeit entgegen, Dr.-Ing. Patrick Engelhard hat es bereits geschafft und ist dabei, seine Ergebnisse aus einer industriellen Funktion heraus in die Praxis zu übertragen. Dies hat zu einer neuen Generation am Packstoffentkeimungsverfahren geführt und zwar mit dem Ergebnis, dass die daraus hervorgegangenen industriellen Anlagen im Rahmen der Anuga Food Tec-Messe mit dem European Food Tec Award in Gold ausgezeichnet werden. Auch andere Arbeiten des Lehrstuhls wurden mit Preisen ausgezeichnet, wie weiter unten näher ausgeführt ist. Neben früheren Auszeichnungen von Gerlinde Unterhaslberger und Qin Wang wurden also bisher insgesamt 5 Arbeiten von verschiedenen Gremien bzw. Jurys als herausragend bewertet. Dies ist als Erfolg auch für die Betreuer und Mitarbeiter dieser Arbeiten anzusehen, denn Spitzenergebnisse ergeben sich meistens aus einem kreativen und kooperativen Zusammenwirken kompetenter Individuen. Die Technische Universität München fördert neue Forschungs- und Studieneinrichtungen gemäß dem Ziel, sich immer als besonders innovativ und zukunftsorientiert zu beweisen. Dieses Bestreben hat auch im Rahmen der Lebensmitteltechnologie zu neuen Ansätzen und Erfolgen geführt. Der Attraktivitätstrend des Studienganges Technologie und Biotechnolgie ist seit Jahren steil nach oben gerichtet. Etwa 140 Diplom- bzw. Bachelor- und Masterstudenten haben zum Wintersemester 2005/2006 ihr Studium in Weihenstephan aufgenommen. Vor dem

132 ZIEL Abteilung Technologie 125 Hintergrund der Entwicklung im Bereich der Molekularen Biotechnologie wurde in unserer Studienfakultät der Plan entwickelt, die Methoden der modernern Biologie mit denen der Lebensmitteltechnologie zu verknüpfen und nach dem erfolgreichen und in der Praxis sehr angesehenen Konzept der natur- bzw. ingenieurwissenschaftlich geprägten Lebensmitteltechnologie eine neue Studienrichtung Biopharmazeutische Technologie als Ingenieurstudiengang auf den Weg zu bringen. Die Planungen dazu befinden sich in der Endphase. Am Lehrstuhl bzw. der Abteilung Technologie des ZIEL wurden neue Forschungsprojekte begonnen, die im Laufe des Jahres von den entsprechenden Forschungsmittelgebern genehmigt wurden. So haben nach einer gewissen, haushaltsbedingten Verzögerung seitens des Bundes die Vorhaben zu Protein-Protein-Wechselwirkungen sowie zu einer neuen Homogenisiertechnik zum 1. Februar 2005 begonnen. Erste Ergebnisse befinden sich bereits in diesem Bericht. Bereits angekündigt wurde uns der offizielle Startpunkt bzw. Finanzierungsbeginn zu einem Vorhaben im Bereich der Optimierung und Entwicklung neuer Verfahren in der Membrantrenntechnik. Mit dem baldigen Beginn eines ebenfalls bereits genehmigten Vorhabens zur enzymatischen Vernetzung von Proteinen rechnen wir in Kürze. Weitere Forschungsvorhaben befinden sich in der Antragsphase. Dazu erforderliche Vorarbeiten und die jeweiligen Konzeptentwicklungen laufen bereits. Konkret sind dies die Vorhaben im Bereich der Mikro- bzw. Nanoverkapselung von bioaktiven Wirkstoffen oder probiotischen Mikroorganismen sowie im Bereich der Haltbarkeitsverlängerung von Milch durch neue thermische bzw. membrantechnische Verfahren. Der Stand der Projekte dazu ist in diesem Bericht ebenfalls bereits ausgeführt. Die Arbeiten und Themen am Lehrstuhl und der Abteilung Technologie des ZIEL genießen erfreulicherweise eine hohe Attraktivität bei den Studenten. Fast 30 Diplom- bzw. Masterarbeiten belegen ebenso wie die Nachfrage nach unseren Absolventen aus der Praxis, belegen, dass für das Berufsfeld relevante Themen bearbeitet werden. Die bestehenden Forschungskooperationen wurden weiter ausgebaut. Darüber hinaus ergeben sich über die International Dairy Federation (IDF), in der Prof. Kulozik als Chairman des Standing Committee of Dairy Science and Technology fungiert, ein stetigen Zuwachs an Kontakten und Beziehungen weltweit. Wie im letzten Jahr möchte ich mich im Namen aller Beteiligten wieder für die Unterstützung unserer Bemühungen durch den Verband der ehemaligen Weihenstephaner Milchwirtschafter bei der Pflege der Verbindungen zu den Absolventen in der beruflichen Praxis sowie für die finanzielle Unterstützung der von uns organisierten Exkursionsreisen zu Unternehmen und Betrieben bedanken. Nicht weniger möchte ich der Vereinigung zur Förderung der milchwissenschaftlichen Forschung der TU München in Freising-Weihenstephan e.v. für die Förderung unserer Forschungstätigkeit bzw. bei dem Ausbau unserer Infrastuktur bedanken. Ohne diese Unterstützung wäre die Arbeit in Zeiten stetig knapper werdender staatlicher Mittel nicht mehr denk- bzw. leistbar. Nicht zuletzt danke ich allen Mitarbeitern, die mit höchstem Engagement und hoher Kreativität an ihren Projekten bzw. Funktionen arbeiten und stets bereits sind, über das Normalmaß erheblich hinauszugehen. Auszeichnungen 2005 Dipl.-Ing. (Univ.) Mirjam Kreppold erhielt für Ihre Arbeit zum Thema Functional properties of dried biopolymer mixtures, die in Kooperation mit der Universidad Católica de Chile

133 126 ZIEL Abteilung Technologie durchgeführt wurde, den Preis für hervorragende Diplomarbeiten der Ingenieurwissenschaften an bayerischen Hochschulen, verliehen am 7. September 2005 durch Staatsminister Dr. Thomas Goppel, Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft Forschung und Kunst. Der Vortrag von Dipl.-Ing. (FH) Martin Bönisch und Dipl.-Ing. (Univ.) Alexander Tolkach: Presence and Inactivation of an Indigenous Transglutaminase Inhibitor in Milk., vorgetragen von Martin Bönisch wurde anlässlich des IDF Symposium on Indigenous Milk Enzymes in Cork, Ireland vom April 2005 als bester Kongressbeitrag ausgezeichnet. Dipl.-Ing. (Univ.) Thomas Heidebach wurde mit dem Nachwuchs-Förderpreis für die beste Diplomarbeit aus dem Bereich Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelwissenschaft deutschsprachiger Hochschulen am 18. November 2005 durch die Gesellschaft Deutscher Lebensmitteltechnologen (GDL) in München ausgezeichnet. Forschung Arbeitsgruppe Bioprozesstechnik/Aseptik Leitung: Dr.-Ing. Petra Först Vakuumtrocknung von probiotischen Bakterien Einfluss von Prozessparametern und Schutzstoffen auf die Überlebensrate Vacuum Drying of probiotic bacteria Influence of process parameters and protective agents on survival Petra Först Probiotische mikrobielle Kulturen im Lebensmittelbereich werden vermehrt eingesetzt, um den gesundheitlichen Nutzen der Produkte zu erhöhen. Neben dem Einsatz in Milchprodukten finden sich die probiotischen Bakterien auch häufig in trockenen Lebensmitteln. Da die Dehydrierung der Kulturen mit einem mehr oder weniger starken Vitalitätsverlust verbunden ist, ist eine schonende Trocknung von großer Bedeutung. Deshalb hat sich für die Trocknung von Mikroorganismen die Gefriertrocknung durchgesetzt, die aber energie- und zeitaufwändig und deshalb teuer ist. Eine Alternative zur Gefriertrocknung stellt die Vakuumtrocknung dar. Im Vergleich zu anderen thermischen Trocknungsverfahren wie z.b. Sprühtrocknung ist sie schonender und weniger kostenintensiv als die Gefriertrocknung. Dennoch stellt der Wasserentzug immer einen enormen Stress für die lebenden Kulturen dar. Deshalb werden vor der Trocknung gezielt Schutzstoffe eingesetzt, die den Trocknungsstress reduzieren sollen. Neben dem Einsatz von Schutzstoffen zur Erhöhung der Vitalität nach der Trocknung kann auch eine Optimierung der Trocknungsbedingungen zu einer Verbesserung der Vitalität nach der Trocknung führen. Ziel dieser Arbeit war, den Einfluss der Trocknungsgeschwindigkeit sowie von Schutzstoffen auf die Vitalität von probiotischen Kulturen nach der Vakuumtrocknung zu untersuchen. Als probiotische Testkultur diente Lactobacillus paracasei ssp. paracasei F19 (Fa. Medipharm, Schweden). Die Kultur wurde 10 h bei 37 C auf MRS-Medium bis zum Anfang der stationären Phase kultiviert. Die optische Dichte nach dem Animpfen betrug 0,3 und am Ende der Fermentation ca. 5,5 bis 6. Nach der Fermentation wurden die Zellen bei 4000g zentrifugiert

134 ZIEL Abteilung Technologie 127 und mit Phosphatpuffer gewaschen, um Medienreste zu entfernen. Als Schutzstoffe wurden der Zellsuspension nach dem Waschen Sorbit und Lactose zugesetzt. Eine Probe ohne Schutzstoffzugabe diente als Blindprobe. Die Einstellung der Schutzstoffkonzentration erfolgte bezogen auf die Biotrockenmasse. Die Schutzstoffkonzentration wurde, wenn nicht anders bezeichnet, auf 10 % eingestellt. Die Vakuumtrocknung wurde in einem Batch Vakuumtrockner (VO 400, Fa. Memmert, Schwabach) bei einem Enddruck von 100 mbar durchgeführt. Die Trocknungstemperatur betrug entweder 40 C oder 50 C. Die Einstellung der Trocknungsrate erfolgte über die Änderung des Oberflächen-/Vo-lumen-Verhältnisses. Für eine langsame Trocknungsrate wurde die Trocknung von 1 ml Zellsuspension in Vials durchgeführt. Für eine schnelle Trocknung wurde 0,1 ml Zellsuspension in 5 Tropfen auf einem Aluplättchen aufgetropft. Am Ende der Trocknung wurde der jeweilige Restwassergehalt gravimetrisch bestimmt. Effekt von Schutzstoffen Die Überlebensraten für die langsame Trocknung sind für eine Trocknungstemperatur von 50 C in Bild 1 dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Schutzstoff erst ab einer Trocknungsdauer von 2 h (entspricht ca. dem Ende des ersten Trocknungsabschnitts; Restwassergehalt ca. 35 %) einen Einfluss hat. Lactose führt zu einem negativen Effekt auf die Überlebensrate im Vergleich zur Blindprobe. Sorbit hingegen hat einen stabilisierenden Einfluss, insbesondere am Ende der Trocknung, wo der Unterschied zwischen der Blindprobe und der Probe mit Sorbit mehr als 4 Zehnerpotenzen beträgt. 1.0E E+01 Überlebensrate / % 1.0E E E E E E-05 Blind Lactose Sorbit Zeit / h Abb. 1: Abhängigkeit der Überlebensrate von der Trocknungszeit nach Zusatz verschiedener Schutzstoffe Es ist zu vermuten, dass der destabilisierende Einfluss der Lactose dadurch zu erklären ist, dass Lactose im Verlauf der Trocknung auskristallisiert und die Kristalle zu einer Schädigung der Zellen führt. Lactose besitzt eine wesentlich niedrigere Löslichkeitsgrenze als Sorbit und kristallisiert im Gleichgewicht für eine Trocknungstemperatur von 50 C und Druck bereits nach 2 h Trocknungszeit aus, für 40 C zwischen 5 und 10 h, wenn angenommen wird, dass die Löslichkeitsgrenze unter reduziertem Druck (100 mbar) ähnlich ist wie unter Normal-

135 128 ZIEL Abteilung Technologie druck. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der destabilisierenden Wirkung von Lactose zu den jeweiligen Trocknungszeiten und bei der jeweiligen Trocknungstemperatur. Für Sorbit wird hingegen die Löslichkeitsgrenze für die eingesetzte Anfangskonzentration während der gesamten Trocknung nicht überschritten. Einfluss der Trocknungsrate Neben der Schutzstoffwirkung bei einer langsamen Trocknung wurde untersucht, ob eine schnelle Trocknung zu einer höheren Überlebensrate führt und ob der Effekt von Schutzstoffen von der Trocknungsrate abhängig ist. Dazu wurde die Zell-Schutzstoff-Mischung in Form von 20 µl-tropfen auf Aluplättchen aufgetragen und ebenfalls bei 50 C und 100 mbar getrocknet. Der End-Restwassergehalt von 7 % wurde hier bereits nach 5 min Trocknungszeit (Druckhaltezeit) erreicht. Wie sich zeigt, führt eine hohe Trocknungsrate bei einer Trocknung ohne Schutzstoff zu wesentlich höheren Überlebensraten als eine langsame Trocknung. Die Überlebensraten liegen hier in der Größenordnung zwischen 10 und 100 % und befinden sich somit in einem ähnlich hohen Bereich wie bei der Gefriertrocknung. In Bild 2 ist der Verlauf der Überlebensrate für die schnelle und die langsame Trocknung, sowohl ohne Schutzstoff als auch mit Sorbit als Schutzstoff, in Abhängigkeit vom Restwassergehalt dargestellt. Der Schutzstoffzusatz bewirkt nur eine geringe Verbesserung der Überlebensrate. Dieser Effekt lässt sich aber durch einen höheren Restwassergehalt am Ende der Trocknung erklären. 1.E+02 1.E+01 Überlebensrate / % 1.E+00 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 schnelle Trocknung Blind langsame Trocknung Sorbit (10%) Blind Sorbit (10%) Sorbit (25%) 1.E Restwassergehalt / % 5.0 Abb. 2: Abhängigkeit der Überlebensrate vom Restwassergehalt für eine schnelle (gefüllte Symbole) und eine langsame Trocknung (ungefüllte Symbole) ohne Schutzstoff und mit Sorbit als Schutzstoff Im Vergleich zur langsamen Trocknung stabilisiert sich die Überlebensrate bei der schnellen Trocknung auf einem hohen Niveau. Die sehr starke Abnahme der Überlebensrate bei der langsamen Trocknung ohne Schutzstoff ist vermutlich auf die thermische Inaktivierung der Kultur zurückzuführen, bedingt durch hohe Trocknungstemperaturen und lange Trocknungszeiten.

136 ZIEL Abteilung Technologie 129 Die Ergebnisse zeigen, dass die Schutzstoffwirkung umso größer ist, je ungünstiger die Trocknungsbedingungen sind. Ungünstige Trocknungsbedingungen liegen bei hohen Trocknungstemperaturen und langen Trocknungszeiten vor. Im Gegensatz dazu bietet der Schutzstoff bei optimalen Trocknungsbedingungen keinen zusätzlichen Effekt. In weiteren Untersuchungen soll geklärt werden, ob neben der Überlebensrate auch die Lagerstabilität der Kulturen von der Trocknungsrate abhängt. Inaktivieren von Mikroorganismen auf festen Oberflächen mittels Atmosphären aus feuchter Luft/Wasserstoffperoxid und IR-Behandlung Inactivation of mircoorganism on solid surfaces in atmospheres of humid air/hydrogen peroxid and by Infrared-treatment Patrick Engelhard (Kurzfassung der Dissertation) Die Inaktivierung von bakteriellen Sporen auf Packstoffoberflächen ist eine Voraussetzung für die aseptische Produktion ohne Kühllagerung haltbarer, ph-neutraler Lebensmittel. Aus der Vielzahl von Verfahren zur Abtötung von Mikroorganismen hat sich dabei in der Praxis der industriellen Lebensmittelherstellung der Einsatz von Wasserstoffperoxid als das am meisten eingesetzte Entkeimungsagens etabliert. Unter den verschiedenen Möglichkeiten, Wasserstoffperoxid zur Inaktivierung von Mikroorganismen auf festen Oberflächen einzusetzen, hat in jüngerer Zeit der Anteil von Entkeimungsverfahren, die gasförmiges H 2 O 2 verwenden, zugenommen. Obwohl dieses Verfahren bereits in der Packmittelentkeimung eingesetzt wird, fehlen bisher Kenntnisse zur Inaktivierungskinetik und den Reaktionseinflüssen. Ziel der Arbeit war, grundlegende Erkenntnisse zur Inaktivierung von Mikroorganismen mittels wasserstoffperoxidhaltiger Heißluft zu erarbeiten. Hierzu wurde zunächst ein Messverfahren entwickelt, um die Konzentration an aktivem Wasserstoffperoxiddampf in der Heißluft bestimmen zu können. Hiermit wurde anschließend die Erzeugung von wasserstoffperoxidhaltiger Heißluft untersucht. Anhand der Sporen von Bacillus atrophaeus (DSM 675), die als extrem resistent gegenüber trockener Hitze und Wasserstoffperoxid bekannt sind, wurde der Einfluss der Methodik zum Aufbringen der künstlichen Verkeimung sowie der Prozessgrößen auf den Verlauf der Inaktivierung bei diesem Entkeimungsverfahren untersucht. Abschließend wurde anhand eines Kombinationsverfahrens aus Wasserstoffperoxid und IR-Bestrahlung die Leistungsfähigkeit von dampfförmigem Wasserstoffperoxid zur Abtötung von Mikroorganismen unter Beweis gestellt. Die Experimente zur Messung und Erzeugung von wasserstoffperoxidhaltiger Heißluft sowie zur Inaktivierung von Mikroorganismen mit diesem Gas erfolgten in einer eigens dafür konstruierten Versuchsanlage. In einer Probenkammer werden die mit den Sporen künstlich verkeimten Probenträgern aus 0,1 mm dicken Aluminiumplättchen dem Entkeimungsagens exponiert. Hierzu wird durch einen Wärmetauscher Heißluft erzeugt, der Wasserstoffperoxidund Wasserdampf zudosiert werden kann. Das Verdampfen der Wasserstoffperoxidlösung wurde dabei an zwei verschiedenen Verdampfern, einem Rohrwendel- und einem Flash- Verdampfer, untersucht. Um die Gaszusammensetzung exakt charakterisieren zu können, wird eine Massenbilanz an der Mischstrecke der Anlage erstellt. Da Wasserstoffperoxid bei hohen Temperaturen in der Gasphase ein instabiles Molekül ist, muss die tatsächlich vorhandene Konzentration an H 2 O 2 -Molekülen im Gas gemessen werden. Hierzu wird mit einem

137 130 ZIEL Abteilung Technologie Gasprobennehmer ein bestimmtes Volumen durch eine Kolonne aus mit bidestilliertem Wasser gefüllten Waschflaschen geführt. Das abgeschiedene Wasserstoffperoxid wird anschließend jodometrisch bestimmt. Zur Inaktivierung von Sporen mittels Infrarot-Bestrahlung stand ein Pilot-Karussellfüller zur Verfügung, der mit einem IR-Strahler mit einem Strahlungsmaximum von 1,3 µm ausgerüstet war. Die Inaktivierungsergebnisse wurden formalkinetisch ausgewertet. Beim Erzeugen von wasserstoffperoxidhaltiger Heißluft hat vor allem der Prozessschritt des Verdampfens der Wasserstoffperoxidlösung einen bedeutenden Einfluss auf den Zerfall der Wasserstoffperoxidmoleküle. Es konnten Verluste an aktivem Wasserstoffperoxid zwischen % ermittelt werden. Aus den Ergebnissen konnte geschlossen werden, dass vor allem eine lange Verweilzeit des Wasserstoffperoxids bei hohen Temperaturen im Verdampfer einen schnellen Abbau zur Folge hat. Aus diesem Grund ist das Konzept des Rohrwendelverdampfers mit langer Kapillare für das Verdampfen von Wasserstoffperoxidlösungen nicht geeignet. Das Verdampfen muss möglichst schnell erfolgen, wie es bei einem Flash- Verdampfer realisiert ist. Die Wasserstoffperoxidlösung trifft bei dieser Verdampferbauart auf eine heiße Oberfläche und verdampft schlagartig. Um stationäre Verhältnisse im Verdampfer zu erzeugen, muss die Heizflächentemperatur im Verdampfer höher als die Siedetemperatur von reinem Wasserstoffperoxid von 150 C liegen. Der Einfluss des künstlichen Kontaminierens der Probenträger auf den Inaktivierungsverlauf wurde untersucht, indem unterschiedlich konzentrierte wässrige Sporensuspensionen auf den Testoberflächen entweder in Form von Tropfen aufgetragen oder mit Hilfe einer Zweistoffdüse aufgesprüht wurden. Es zeigte sich, dass die Sporen umso schneller mit wasserstoffperoxidhaltiger Heißluft zu inaktivieren sind, je besser sie auf der zu behandelnden Oberfläche verteilt sind. Mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Aufnahmen konnte gezeigt werden, dass es beim Auftropfen der Suspension zur Ausbildung von Sporenklumpen kommt. Die Wasserstoffperoxidmoleküle können mit den Sporen, welche sich im äußeren Bereich der Klumpen befinden, schnell reagieren und diese inaktivieren. Die Sporen im Inneren der Klumpen sind vor den Angriffen des Entkeimungsagens geschützt und können die Behandlung überleben. Bei der späteren Lebendkeimzahlbestimmung werden die Sporenagglomerate während der Ablösung mittels Ultraschallbehandlung zerstört und die überlebenden Sporen aus dem Inneren des Klumpens werden detektiert. Bei Auftragung des Inaktivierungsverlaufes kann dies als ein so genanntes Tailing (= konkaver Verlauf der Abtötungskurve) festgestellt werden. Wird anstelle von Wasser Ethanol als Suspensionsmedium eingesetzt, können die Sporen beim Aufsprühen auf Grund der niedrigen Oberflächenspannung noch gleichmäßiger verteilt werden, und ein Tailing ist nicht mehr nachweisbar. Eine subletale Schädigung der Sporen durch Ethanol konnte nicht festgestellt werden. Die Einflussgrößen auf die Inaktivierung von Sporen mittels wasserstoffperoxidhaltiger Heißluft wurden zuerst einzeln untersucht und anschließend gemeinsam betrachtet. Ein Erhöhen des Wassergehalts der wasserstoffperoxidhaltigen Heißluft (x H2O = 5-76 g/kg) hat eine reduzierte Absterbegeschwindigkeit zur Folge. Dabei wurde wie bei rein thermischen Entkeimungsverfahren die relative Luftfeuchtigkeit als die maßgebliche Größe erkannt. Bei Wassergehalten über 76 g/kg in der Heißluft wurde in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur eine Kondensation des Entkeimungsagens beobachtet. Dadurch ist die Reaktion des Wasserstoffperoxids mit den Sporen beeinträchtigt. Im Vergleich zur thermischen Inaktivierung

138 ZIEL Abteilung Technologie 131 von Sporen mit trockener Heißluft wird durch Zusatz geringer Mengen an Wasserstoffperoxiddampf (x H2O2 = 0,01-0,03 g/kg) die Abtötung der Sporen deutlich beschleunigt. Mit steigendem Wasserstoffperoxidgehalt (x H2O2 = 0,03-1,9 g/kg) in der Heißluft verläuft im Allgemeinen das Absterben der Sporen schneller. Ein Erhöhen der Behandlungstemperatur im Bereich von C beschleunigt die Abtötungsreaktion ebenso. Wie bei einer rein thermischen Inaktivierung hat die Oberflächentemperatur einen maßgeblichen Einfluss auf die Inaktivierung. Zwischen dem Wasserstoffperoxidgehalt und der Temperatur des Gases konnte ein synergistischer Effekt bei ansteigenden Werten festgestellt werden. Die für den praktischen Einsatz des Verfahrens relevanten Ergebnisse wurden in Form von Linien gleichen Effekts zur Inaktivierung von log N=5 der eingesetzten Sporen zusammengefasst. Bei einer Behandlungstemperatur von 150 C, einem Wassergehalt x H2O =5 g/kg und einem Wasserstoffperoxidgehalt von x H2O2 = 0,2 g/kg kann beispielsweise der genannte Entkeimungseffekt innerhalb von 1 s erreicht werden. Niedrigere Behandlungstemperaturen, wie sie z. B. bei einigen Kunststoffen nötig sind, können meist durch einen höheren Zusatz an Wasserstoffperoxid kompensiert werden. Durch Bestrahlung von temperaturbeständigen Packmitteln wie siegelfähigen Deckelplatinen aus Aluminium mittels IR-Strahlung mit einem Wellenlängenmaximum von 1,3 µm ist es möglich, diese innerhalb von 1,8 s auf etwa 220 C zu erwärmen und somit log N=5 der Sporen von Bacillus atrophaeus abzutöten. Diese Behandlungsbedingungen sind für viele a- septische Abfüllanlagen ausreichend. Von aseptischen Abfüllanlagen werden jedoch häufig eine höhere Entkeimungsleistung bzw. noch kürzere Behandlungszeiten zum Erreichen eines gewünschten Inaktivierungseffektes gefordert. Durch ein der IR-Behandlung vorhergehendes Aufsprühen geringer Mengen (0,008-0,02 ml/platine) an verdünnten Wasserstoffperoxidlösungen (3,8-10 %) ist es möglich, die Behandlungszeit zum Erzielen des gleichen Effekts auf 1,1 s zu reduzieren, wobei auf dem Packstoff nur noch Temperaturen von etwa 150 C notwendig sind. Die in dieser Arbeit dargestellten Ergebnisse liefern einen wichtigen Beitrag, bestehende Entkeimungsverfahren in der Praxis der aseptischen Lebensmittelherstellung zu optimieren. Die erarbeiteten Daten können von Anlagenherstellern sowie von Abfüllbetrieben gleichermaßen genutzt werden, um eine neue Generation von Abfüll- und Verpackungsmaschinen zuverlässig zu realisieren und damit verbunden Entkeimungsprozesse effektiver zu gestalten und folglich wirtschaftlicher zu produzieren. Ermittlung des physikalischen Zustands von gefriergetrockneten Zell-Laktose-Suspensionen zur Verbesserung der Trocknungs- und Lagerbedingungen von Lactobacillus paracasei ssp. paracasei Determination of the physical state of freeze dried cell-lactose-suspensions for the improvement of drying and storage conditions of Lactobacillus paracasei ssp. paracasei Bettina Higl, Petra Först Bei Lebensmitteln mit einer zusätzlichen gesundheitsfördernden Wirksamkeit spielen fermentierte Produkte eine herausragende Rolle. Die metabolische und probiotische Funktionalität dieser Keime hängt unter anderem jedoch stark von der Produktionsstrategie ab. Um eine hohe Lagerstabilität zu erreichen, werden die Produkte unter anderem durch Gefriertrocknung

139 132 ZIEL Abteilung Technologie konserviert. Der Wasserentzug führt allerdings zu einer Beeinträchtigung der Keimvitalität. Um die Keime vor trocknungsbedingter Schädigung zu schützen und während der anschließenden Lagerung zu stabilisieren, werden dem Trocknungsmedium oft Schutzstoffe zugesetzt (z. B. Polyole, Zucker, Aminosäuren). Die Stabilität von Produkten mit niedrigem Feuchtegehalt ist auf eine eingeschränkte molekulare Mobilität zurückzuführen, die stark vom Wassergehalt und von der Temperatur abhängt. Es wird angenommen, dass amorphe Substanzen und darin eingebettete Komponenten unterhalb der Glasübergangstemperatur am stabilsten sind. Der stabilisierende Effekt von Zuckern im Glaszustand auf dehydrierte Membranen und Liposomen wurde bereits ausführlich dokumentiert und ein theoretisches Modell dafür entwickelt. Dieses Modell existiert bisher jedoch nur für einfache Systeme, nicht für weitaus komplexere Mikroorganismen. Zur Kontrolle des physikalischen Zustands während der Trocknung und Lagerung werden Zustandsdiagramme benötigt, welche die Abhängigkeit der Glasübergangstemperatur vom Restwassergehalt darstellen. Ziel ist, diese Zustandsdiagramme dann zur Auswahl der Prozessbedingungen während der Trocknung und Lagerung heranziehen zu können. Während der Trocknung können somit Temperaturen und Drücke bereits bei höheren Restwassergehalten kontrolliert erhöht werden, solange sich das zu trocknende Gut im Glaszustand befindet. Durch den früheren Anstieg der Temperatur verläuft der Trocknungsprozess schneller und kann somit ökonomischer gestaltet werden. Hinsichtlich der Lagerstabilität dient das Zustandsdiagramm als Entscheidungskriterium zur Auswahl der Lagerbedingungen. Zur Erstellung von Zustandsdiagrammen von getrockneten Zellen in einer Laktose- Phosphatpufferlösung wurden die thermischen Eigenschaften des Präparates in verschiedenen Trocknungsstadien mittels modulierter Differential Scanning Calorimetry (MDSC) untersucht und die Glasübergangstemperatur in Abhängigkeit vom Restwassergehalt ermittelt. Um zu ermittlen, ob die Zellen einen Einfluss auf die Glasübergangstemperatur ausüben, wurde auch ein Zustandsdiagramm für getrocknete Laktose in Phosphatpuffer ohne Zellen erstellt. Abb. 3 zeigt die thermischen Eigenschaften von getrockneten Zellen des Keimes Lactobacillus paracasei ssp. paracasei mit einer Laktosekonzentration von 25 %, bezogen auf die Biotrockenmasse. Die Suspension wurde bei einem Druck von 0,37 mbar (Produkttemperatur -30 C, entsprechend Wasserdampftafel) und bei einer Stellflächentemperatur von +10 C für 2,25 h auf eine Restfeuchte von 19,7 % getrocknet.

140 ZIEL Abteilung Technologie 133 Glasübergang Abb. 3: Gesamtwärmestrom (Heat Flow) und reversibler Wärmestrom (Reversing Heat Flow) in Abhängigkeit von der Temperatur für Lactobacillus paracasei ssp. paracasei mit Laktose In Abbildung 3 ist im reversiblen Teil des Wärmestroms (reversing heat flow) ein Glasübergang bei -1,14 C (halbe Höhe des Phasenübergangs) zu erkennen. Der endotherme Vorgang, der sich im Gesamtwärmestrom in einem Temperaturbereich von 20 C -120 C abzeichnet, ist in der Literatur für getrocknete Lebensmittel bereits dokumentiert. Dieser endotherme Phasenübergang kann auf thermische Denaturierungsprozesse, Verdampfung von Wasser, Umlagerung von Wasserstoffbrückenbindungen bei Polysacchariden und Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Wasser zurückgeführt werden. Abb. 4: Glasübergangstemperatur einer getrockneten Laktose-Phosphatpuffer-Lösung ohne ( ) und mit ( ) Lactobacillus paracasei ssp. paracasei in Abhängigkeit vom Restwassergehalt sowie die Produkttemperatur ( ) während der Trocknung; ( ) Werte für reines Wasser und reine Laktose

141 134 ZIEL Abteilung Technologie Abb. 4 zeigt die gemessenen Glasübergangstemperaturen von getrockneten Zell-Laktose- Suspensionen sowie von einer Lösung von Laktose in Phosphatpuffer für verschiedene Restwassergehalte. Überdies sind auch die Glasübergangstemperaturen von reinem Wasser (-150 C) sowie für reine Laktose (100 C) gekennzeichnet. Zusätzlich zur Glasübergangstemperatur ist in Abbildung 4 der Temperaturverlauf der Proben während der Trocknung dargestellt. Wie zu erkennen, entspricht der Bereich der Glasübergangstemperatur der reinen Laktose tendenziell dem Bereich der Zellen, die mit Laktose als Schutzstoff versetzt wurden. Somit kann ein Einfluss der Zellen auf den Glasübergang der Laktose mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden. Die Produkttemperatur bei hohen Wassergehalten entspricht der Sublimationstemperatur von reinem Wasser. Im Bereich niedriger Restwassergehalte steigt die Temperatur auf +10 C (Stellflächentemperatur) an. Ab einem Restwassergehalt unter 25% befindet sich das Kulturenpräparat in einem physikalischen Zustand unterhalb der Glasübergangstemperatur. Im Rahmen zukünftiger Forschungen soll quantifiziert werden, inwieweit Trocknungs- und Lagerbedingungen für unterschiedliche physikalische Zustände der Kulturpräparate einen Effekt auf die Zellschädigung haben. Prozessoptimierung zur Herstellung von ESL-Milch unter Berücksichtigung von thermischen und Membranverfahren Optimisation of the processing solutions for ESL-milk considering thermal treatments and membrane techniques Veronika Kaufmann Länger haltbare Frischmilch (Extended Shelf Life; ESL) wird aus qualitativ hochwertiger Rohmilch durch geeignete Prozessführung und eine weitgehend rekontaminationsfreie Abfüllung und Verpackung hergestellt. Als Herstellvarianten für ESL-Milch stehen dabei thermische und membrantrenntechnische Verfahren bzw. deren kombinierter Einsatz zur Auswahl. Die unterschiedlichen ESL-Technologien fanden bislang allerdings ohne ausreichende Kenntnis zum Einfluss verfahrenstechnischer Optionen auf die Produkteigenschaften und - veränderungen während der Herstellung und Lagerung Anwendung. Deshalb ist ein Projekt mit der Zielsetzung geplant, optimierte Herstellverfahren für ESL-Milch mit vorhersagbaren Eigenschaften und Haltbarkeiten zu entwickeln. Ausgehend von den bisherigen Verfahrensweisen soll durch gezielte Variation von Prozessart, -führung und -bedingungen eruiert werden, welche Faktoren die Haltbarkeit von ESL-Milch tatsächlich limitieren. Die Methoden zur analytischen Erfassung relevanter Produktveränderungen (mikrobiologischer, enzymatischer, chemisch-physikalischer und sensorischer Art) werden in laufenden Vorarbeiten derzeit implementiert. Damit soll es einerseits ermöglicht werden, geeignete Indikatorsubstanzen zum Nachweis bzw. zur Optimierung von Prozessbedingungen abzuleiten und zum anderen die Prozess- und Produktvariablen miteinander zu korrelieren. Teil des geplanten Projektes zur technologisch-verfahrenstechnischen und Produktoptimierung von ESL-Milch ist beispielsweise die Untersuchung des Einflusses der Prozessvarianten. Insbesondere soll mittels unterschiedlicher Verfahrensoptionen (vgl. Abb. 5) das Zusammenspiel von thermischen und Filtrationsverfahren eingehend untersucht werden.

142 ZIEL Abteilung Technologie 135 Abb. 5: Herstelloptionen für ESL-Milch (HE: Hocherhitzung; KZE: Kurzzeiterhitzung; MF: Mikrofiltration; THER: Thermisieren) Mechanism of inactivation of Lactobacillus helveticus during vacuum drying Interaktivierungsmechanismus von Lactobacullus helveticus während der Vakuumtrocknung Chalat Santivarangnka, Petra Först Although vacuum drying seems to be a promising method for the preservation of starter cultures, it has not been developed commercially yet because of the low viable rate of the dried cultures. In order to improve the viability of starter cultures, it is important to understand the physiological response of cells to drying processes. Some authors have studied sites of inactivation in bacteria during drying to understand mechanisms of cell death (Lievense et al. 1994). However, there is only little information about the inactivation mechanisms of lactic acid bacteria during this drying process. There is, in particular, no information available on L. helveticus, which is commonly used as a starter culture in fermented dairy products such as Swiss-type cheeses and in a functional milk based drink with antihypertensive properties. We therefore assess the mechanism of inactivation of L. helveticus during vacuum drying. The survival, membrane integrity, and metabolic activity during drying were measured by DNA fluorescent dyes, tetrazolium dye, and viable plate counts. Cell envelope damage was imaged in its native state by AFM (atomic force microscopy). Changes of cell components were also observed in situ by FT-IR (Fourier transformation infrared) spectroscopy. It can be seen from Fig. 6 that cell viability decreased with drying time. The greatest drop was found between 12 and 18 h. The relative loss of cell integrity was lower than that of metabolic activity and viability, respectively. Cell injury due to the loss of cell integrity was not found during the first hour. However, the decrease in cell integrity and cell metabolic activity was similar in the later drying times. Although cell inactivation was correlated to the loss of metabolic activity at 0, 1, and 12 h, for drying times beyond 12 h, loss of metabolic activity was unlikely to be a primary cause. This can be attributed to the fact that metabolic activity remained at a higher level during these times compared to the cell viability.

143 136 ZIEL Abteilung Technologie Intact cells/ Active cells/ Viable cells (%) Fig. 6: Drying time (h) Membrane integrity ( ), metabolic activity ( ), and survival ( ) of Lact. helveticus drying at 43 o C, 100 mbar for 24 h. The results of membrane integrity and metabolic activity, and survival are based on data from at least duplicate, and triplicate experiments respectively. Standard deviations are indicated by the vertical bars. In order to prove whether cell envelope damage was responsible for the decrease in survival, AFM images were taken after different drying time. With this technique, cells envelope can be observed in their native state and without destructive preparation. Fig. 7a and 7b show a smooth surface structure of the cells before drying. The surface remained relatively smooth after drying for 1 h, and no obvious damage was seen (Fig. 7c, d). In the samples of both cells before drying and cells dried for 1 h, some cells showed lightly abraded surface. Clear damage to the cell surface appeared in cells dried for 12 h. Cracks on the cell surface or lysis were found in some cells (Fig. 7e, f). Fig. 7: AFM images of Lact. helveticus cells before drying (a, b) and during drying at 43 o C, 100 mbar for 1 h (c, d) and 12 h (e, f). Lateral scales are 5 µm (left) and 2.5 µm (right).

144 ZIEL Abteilung Technologie 137 Furthermore FTIR was used to monitor whether other cell components were also damaged from vacuum drying. FTIR has recently emerged as a novel technique and is useful for investigating the structural alteration that occur with intact cells. FTIR spectra of cells reflect their chemical composition, and some of absorption bands then can be assigned to cell components. Bands between regions , , and cm -1 can be attributed to membrane fatty acid, proteins, and carbohydrates in cell envelope respectively. From FTIR spectra we found only prominent changes in cell envelope after vacuum drying. Fig. 8 depicts the second derivative spectra of the region between cm h Absorbance Units 18 h 12 h 1 h 0 h Before drying Wavenumber (cm -1 ) Fig. 8: Normalized secondary derivative FT-IR spectra of the polysaccharide region ( cm -1 ) of Lact. helveticus during different drying times. The spectra are shown offset for clarity. This region attributes to the carbohydrates present within the cell envelope. The prominent changes in band shape were found at bands 1220 cm -1 and 1100 cm -1, where these small bands disappeared after 12 h of drying. Although changes in shape of the bands at 1085, 1060, and 1035 cm -1 could not clearly be seen, obvious differences in band intensities were found between the spectra of cells before drying and those of cells dried for 12, 18, and 24 h. In conclusion, the results from fluorescent dyes, AFM images, and FT-IR measurements showed that cell envelope of L. helveticus was damaged during vacuum drying. In our previous study, the water activity of cells before and after drying for 1 h is not different, and the water content of cells drying from 12 to 18 h decreases from about of 0.5 to 0.3 g H 2 O (g dry weight) -1. Therefore, it is likely that cell envelope damage during drying occurs only when cells lose free water, and the damage is most pronounced at a critical range of water content. Based upon this insight into the inactivation mechanism behind vacuum drying, we are now investigating on the effect of a dehydration protectant on these sensitive cell components. Stabilization of the cell components may lead to an improvement of viability of starter culture during this drying process. Literatur: LIEVENSE, L.C. and van t RIET, K. (1994): Convective drying of bacteria II.: Factors influencing survival. In Advances in Biochemical Engineering. ed. Fiechter, A; pp Heidelberg: Springer-Verlag.

145 138 ZIEL Abteilung Technologie Arbeitsgruppe Proteintechnologie/Membrantrenntechnik Leitung: Dr.-Ing. Sabine Lauber / Dipl.-Ing. Alexander Tolkach Verbesserung der enzymatischen Quervernetzung von mizellarem Casein mit Transglutaminase durch Zusatz von Glutathion Improvement of Enzymatic Cross-linking of Casein Micelles with Transglutaminase by Glutathione Addition Martin Bönisch, Andreas Linsenmeier, David Schneider, Kerstin Weitl Das Enzym Transglutaminase (TG) katalysiert die Ausbildung von kovalenten Quervernetzungen zwischen Proteinen welche inter- und intramolekular gebildet werden können. Diese Quervernetzungen beeinflussen die Funktionalität der Proteine und somit die Struktur und Textur von vielen Lebensmitteln. Unter den Milchproteinen weisen besonders die Caseine eine hohe Reaktivität gegenüber TG auf, welche auf deren gut zugängliche molekulare Struktur zurückzuführen ist. Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Reaktivität der TG in unerhitzter Milch dennoch sehr gering ist und eine Vorerhitzung der Milch notwendig ist, um einen in Milch befindlichen TG-Inhibitor zu inaktivieren. Die Vorerhitzung der Milch als Mittel zur Verbesserung der TG-Reaktivität ist jedoch nicht immer anwendbar, da eine Erhitzung der Milch beispielsweise deren Labfähigkeit einschränkt. Aus diesem Grund wird nach neuen Wegen gesucht, die TG-Reaktion in unerhitzter Milch zu verbessern. Eine Möglichkeit stellt der Einsatz von lebensmittelrelevanten Substanzen mit reduzierenden Eigenschaften dar. Ein Durchbruch in diesem Bereich wurde von Miwa, Kumazawa, Nakagoshi, und Sakaguchi (2002) erzielt. Die Autoren fanden heraus, dass eine Zugabe von TG in Kombination mit geringen Mengen an Glutathion (GSH), einem Isotripeptid (aus Glutamin, Cystein und Glycin), auch ohne vorherige Erhitzung der Milch zu einer deutlich gesteigerten Proteinquervernetzung führt. Bisher ist jedoch wenig bekannt zum Einfluss von GSH auf Milchproteine und im Besonderen auf Caseinmizellen. Aus der Arbeit von Miwa et al. (2002) bleibt unklar, ob GSH die Vernetzbarkeit der Caseinmizelle durch strukturelle Modifikationen (z.b. Spaltung von Disulphidbindungen) oder durch Interaktionen mit dem TG-Inhibitor verbessert. Aus diesem Grund war das Ziel der vorliegenden Arbeit, den Effekt von GSH auf die enzymatische Quervernetzung von mizellarem Casein in Abwesenheit von Molkenproteinen zu untersuchen. Das mizellare Casein wurde durch Abtrennung der Molkenproteine aus Magermilch mittels Membrantrenntechnik gewonnen. Anschließend wurde das mizellare Casein in nativem Milchserum suspendiert, um die natürlichen Milieubedingungen zu erhalten, wie sie in unerhitzter Milch vorliegen. Der Grad der Proteinquervernetzung wurde mittels Gelpermeationschromatographie bestimmt. Ein möglicher struktureller Einfluss von GSH auf die Caseinmizelle wurde durch Partikelgrößenmessung (Photonenkorrelation) und Bestimmung der Serumproteinkonzentration untersucht. GSH wurde direkt als Reinsubstanz mit der TG zum Substrat zugegeben. In Abbildung 9 ist der Polymerisationsgrad von mizellarem Casein nach Inkubation mit TG und GSH in Abhängigkeit von der GSH-Konzentration darstellt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine gleichzeitige Zugabe von TG und GSH (0,0-0,6 mm) zu einer deutlich gesteigerten Proteinquervernetzung führt. Eine Messung der Partikelgröße der Caseinmizellen zeigt keinen Einfluss des GSH. Eine Bestimmung der Serumproteinkonzentration bestätigt, dass durch den

146 ZIEL Abteilung Technologie 139 GSH-Zusatz keine Dissoziation bzw. Disaggregation von Caseinfraktionen aus der Mizelle in das umgebende Serum hervorgerufen wird. Es ist daher anzunehmen, dass der GSH-Effekt weniger durch eine strukturelle Veränderung der Caseinmizelle als vielmehr durch eine Interaktion von GSH mit dem TG-Inhibitor im Milchserum bewirkt wird. Weiterführende Experimente sind jedoch nötig, um diese Hypothese zu bestätigen. Generell lässt sich ableiten, dass ein Einsatz von TG in Kombination mit GSH eine enzymatische Quervernetzung von Milchund Milchprodukten ohne einen zusätzlichen Erhitzungsschritt vor der Inkubation ermöglicht, was eine Anwendung in der Käsereitechnologie als praktikabel erscheinen lässt. Abb. 9: Polymerisationsgrad von mizellarem Casein (3 %, w/w) in Milchserum in Abhängigkeit von der GSH-Konzentration Literatur: MIWA, N., KUMAZAWA, Y., NAKAGOSHI, H., & SAKAGUCHI, S. (2002): Method for modifying raw material milk and dairy product prepared by using the modified raw material milk. Europäisches Patent A2. Untersuchungen zur Voluminosität von UHT-erhitzten Caseinmicellen Investigation of the voluminosity of UHT-heated casein micelle dispersions Selda Bulca Wie in früheren Arbeiten zur Hitzesensitivität gezeigt wurde, reagiert die Caseinmicelle entgegen ursprünglichen Annahmen sehr sensibel auf thermische Bedingungen im UHT-Bereich. So zeigte sich, dass die native Micellenstruktur durch Dissoziation, d.h. durch Freisetzung von Caseinmonomeren, aber auch durch intrazelluläre Polymerisationsreaktionen sowie eine starke veränderte Labgelfähigkeit auf eine komplexe Weise reagiert. Weiterführend wurde untersucht, ob sich eine thermische Behandlung auf das Volumen der Caseinmicelle auswirkt, um mittels eines weiteren chemisch-physikalischen Kriteriums das veränderte technologische Verhalten der Caseinmicellen zu erklären. Die Voluminosität von kugeligen Partikeln lässt sich über Messung der Partikelgrößenabhängigen der relativen Viskosität, mit Hilfe der Einstein-Beziehung ermitteln. η rel

147 140 ZIEL Abteilung Technologie. η rel = 1 + 2,5 φ Gl. 1 Darin ist der φ Volumenanteil der Partikeln. Der Faktor 2,5 drückt aus, dass ein Vielfaches des Volumens der äußeren Phase von der Gegenwart von kolloidalen Partikeln beeinflusst wird. Zur Ermittlung von wird mit Hilfe eines Kapillarviskosimeters über Gleichung 2 berechnet: η rel ν = K. t Gl. 2 t ist die Zeit, die ein bestimmtes Probevolumen benötigt, um die Kapillare zu passieren. K ist eine geräte- bzw. kapillaren abhängige Konstante. Die dynamische relative Viskosität er-. hält man aus der Beziehung η = ν ρ Gl. 3 Trägt man η rel rel in Abhängigkeit von der Proteinkonzentration auf, so erhält man die Voluminosität als die Steigung der Geraden.. A Lösung η rel φ = V C ρ Gl. 4 η rel. = 1+ 2,5 V C ρ Gl. 5. A Lösung Abbildung 10 zeigt die relative Viskosität einer erhitzten Caseinlösung (140 C/100 s) in Abhängigkeit von der Proteinkonzentration. 0,12 0,1 η rel -1 0,08 0,06 0,04 0,02 y = 0,113x - 0,0004 R 2 = 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Proteinkonzentration [%] Abb. 10: Relative Viskosität der erhitzten Caseinlösung (140 C/100s ) in Abhängigkeit von der Proteinkonzentration Abbildung 11 zeigt die Voluminosität der Caseinmicelle in Abhängigkeit von den υ / t Bedingungen, die auf die Micelle eingewirkt haben. Wie zu erkennen, steigt die Voluminosität im Vergleich zur nativen Micelle an. Das Ausmaß des Ausstiegs ist umso größer, je länger die Erhitzungszeit und je höher die Temperatur waren.

148 ZIEL Abteilung Technologie 141 Voluminosität [ml/g] 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 R 2 = 0, C R 2 = 0, C R 2 = 0, C R 2 = 0, C Nicht erhitzt 3, Erhitzungszeit [s ] Abb. 11: Die Veränderung der Voluminosität in Abhängigkeit der Hitzebehandlung in molkenproteinfreier Caseindispersionen -6,5 lnk [Voluminositätsveränderung] -7,0 7,5 8,0-8,5-9,0 E A = 166,74 kj kj / mol / mol Ln k 0 = 41,74 R 2 = 0,9937-9,5 2,4 2,42 2,44 2,46 2,48 2,5 2,52 2,54 2,56 1/T.10-3 [K -1 ] Abb. 12: Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten für die Voluminositätsveränderung nach Arrhenius für den Temperaturbereich von C Über die Arrhenius-Beziehung wurde die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion ermittelt, die zur irreversiblen Erhöhung der Voluminosität führt. Aus der Auftragung lässt sich die Aktivierungsenergie der Reaktion berechnen. Dies ergab einen Wert von 166 kj/mol, was in der Größenordnung einer chemischen Reaktion liegt. Aus dieser Untersuchung ergibt sich ein weiterer Beleg für die Hitzesensitivität der Caseinmicelle im Hocherhitzungs- bzw. UHT- Bereich. Dies kann im Kontext mit bereits verfügbaren Daten zum Einfluss thermischbedingter Reaktionen auf die Caseinmicelle dazu genutzt werden, um technologisch relevante Veränderungen wie Labgelfähigkeit oder Gelbildungsverhalten ursächlich zu deuten bzw. zu erklären. Im Vergleich zu früheren Erkenntnissen aus den Jahren , die sich aus Arbeiten mit Milch ergaben, gelten die hier dargestellten Ergebnisse für die native Caseinmicelle, dem zuvor die überaus hitzesensitiven Molkenproteine entzogen wurden. Eine Überlagerung von Effekten aus den verschiedenen Fraktionen ist also ausgeschlossen. Dank: Dieses Projekt wurde aus Mitteln der industriellen Gemeinschaftsforschung (Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit BMWA/AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie e. V. (FEI) gefördert. AiF-Projekt Nr N

149 142 ZIEL Abteilung Technologie Mikroverkapselung mittels enzymatisch bedingter Gelbildung von Milchproteinen Microencapsulation by means of enzymaticaly induced milk protein gelation Thomas Heidebach, Petra Först Bei der Mikroverkapselung handelt es sich um einen Prozess zum Einschluss fester, flüssiger oder gasförmiger Kernmaterialien in Kapseln oder Matrices, bei dem individuelle, in der Regel sphäroide Partikel mit einem Durchmesser zwischen 1 und 2000 µm gebildet werden. Neben der klassischen single core Kapsel (Beispiel A der Abb. 13), bei der ein homogener Kern von einer kontinuierlichen Hülle umgeben ist, kommen im Lebensmittelbereich häufig auch die so genannten multi-core Kapseln (Beispiel B der Abb. 13) zur Anwendung. Hierbei ist das Kernmaterial in einer Matrix aus Hüllmaterial dispergiert. In der Lebensmittelindustrie dient die Mikroverkapselung in erster Linie dazu, die Biofunktionalität des Kernmaterials durch den Schutz der Umhüllung im Produkt aufrecht zu erhalten. Hüllmaterial Kernmaterial Hüllmaterial A B Abb. 13: Struktur zwei verschiedener Mikrokapseltypen Forschungsergebnisse der letzten Jahre zeigen, dass sich Milchproteine aufgrund ihrer technofunktionellen Eigenschaften hervorragend als Hüllmaterialien für die Mikroverkapselung eignen. Jedoch mangelt es bisher an technologischen Möglichkeiten mittels derer die notwendige, irreversible Ausbildung einer Proteinhüllmatrix ohne den Einsatz drastischer Maßnahmen, wie z.b. Erhitzung oder die Verwendung toxischer cross-linker wie Glutharaldehyd oder Formaldehyd erreicht werden kann. Deshalb befindet sich derzeit ein Arbeitsgebiet im Aufbau, in dessen Rahmen neuartige Ansätze zur Herstellung von Mikrokapseln untersucht werden sollen. Das Ziel ist, ausgehend von der Grundlage bereits etablierter Forschungsschwerpunkte am Lehrstuhl, z.b. aus dem Bereich der Emulsionstechnologie sowie der enzymatischen Proteinquervernetzung, neuartige Herstellungsprozesse zu entwickeln, wobei auf einen Einsatz von gesundheitsschädlichen Stoffen bzw. eine Erhitzung verzichtet und werden soll. Als Resultat sollen die lebensmitteltechnologisch relevanten Anwendungsmöglichkeiten für Mikrokapseln aus Milchproteinen deutlich ausgeweitet werden. Ein Lösungsansatz liegt in der enzymatisch induzierten Ausbildung irreversibler Milchproteingele, z.b. durch das Enzym Transglutaminase (TGase). Die TGase katalysiert eine Knüpfung inter- und intramolekularer Isopeptidbindungen zwischen den Aminosäuren Glutamin und Lysin, wodurch ein feinmaschiges Proteinnetzwerk gebildet wird. Als Modell- Kernmaterial dienen probiotische Keime, die zunächst in einer hochprozentigen wässrigen Na-Caseinat Lösung (12,5 17,5 %) dispergiert werden. Die Dispersion wird anschließend in Pflanzenöl emulgiert. Durch die Zugabe der TGase werden die Tröpfchen der dispersen Phase

150 ZIEL Abteilung Technologie 143 in wasserunlösliche Gelkügelchen umgewandelt, wobei die Mikroorganismen in der Gelmatrix eingeschlossen sind. Anschließend werden die Mikrokapseln durch Zentrifugation und Filtration aus der Ölphase abgetrennt und getrocknet. Der Herstellungsprozess soll hinsichtlich Reproduzierbarkeit, Ausbeute und Produkteigenschaften optimiert werden. Wichtige physikalische Parameter zur Bewertung der gewonnenen Mikrokapseln sind hierbei: Partikelgrößenverteilung Äußere Beschaffenheit Wasserlöslichkeit Kernbeladung Des Weiteren soll anhand der Überlebensraten verkapselter Mikroorganismen überprüft werden, inwieweit die Kapselmatrix eine Schutzfunktion gegenüber verschiedenen Stresssituationen während der Trocknung (Gefriertrocknung, Vakuumtrocknung) Dispersion in saurem Milieu (simulierter Verdauungssaft) bietet, und in welchem Umfang eine Mikroverkapselung im Vergleich zu unverkapseltem Material zu höheren Lebendkeimzahlen führt. Die Ergebnisse sollen zeigen, ob es möglich ist, probiotische Keime mittels Milchproteinen effektiv zu verkapseln. Insbesondere für eine Anreicherung von Milchprodukten mit Mikrokapseln kann so eine sinnvolle Alternative zu den bereits etablierten Mikrokapseln aus milchfremden Biopolymeren geschaffen werden. Untersuchung von Filtrationseigenschaften einer oszillierenden Mikrofiltrations- Membrananlage zur Fraktionierung von Molkenproteinen Investigation of filtration properties of an oscillating membrane plant for the fractionation of whey proteins Alexander Piry, Mirco Gschwander Membranverfahren bieten die Möglichkeit, Substanzen aus komplexen Stoffgemischen aufgrund ihrer nominalen Größe produktschonend anzureichern oder zu trennen, wobei sich gleichzeitig große Stoffumsätze erzielen lassen. Adsorptionsvorgänge in den Membranporen sowie Deckschichtbildung minimieren jedoch den Stoffdurchsatz und können das Trennergebnis auch qualitativ verändern. Die Deckschichtbildung wird beeinflusst von den Membraneigenschaften (Hydrophobizität und Oberflächenladung des Membranwerkstoffes), den Substrateigenschaften (Viskosität, Inhaltsstoffe, ph, Ionenkonzentration, Zeta-Potenzial) sowie von den Prozessbedingungen (Strömungsgeschwindigkeit, Wandschubspannung, Transmembrandruck, Temperatur). Im Rahmen der hier vorgestellten Arbeiten soll ein neueres Verfahren bei der Fraktionierung von Molkenproteinen untersucht werden, welches mit oszillierenden Membranen arbeitet (Abb. 14). Dabei wird im Unterschied zur konventionellen Crossflow-Technologie der Aufbau einer Deckschicht durch eine Relativbewegung der Membran zum Substrat minimiert. Bei diesem Verfahren sind Überströmungsgeschwindigkeit und Transmembrandruck entkoppelt.

151 144 ZIEL Abteilung Technologie Abb. 14: Aufbau und Medienführung im Filtermodul (PallSep TM Vibrating Membrane Filter) Das verwendete Modul besteht aus 10 Membranen (Werkstoff Polytetraflourethylen) mit jeweils 0,4 m 2 Filterfläche und einer Trenngrenze von 0,45 µm. Bei den Versuchen wurden Transmembrandruck sowie die Stärke der Oszillationsbewegung variiert, um aggregiertes α-laktalbumin von nativem β-laktoglobulin zu trennen. Zur Aggregation des α-laktalbumins wurde die Lösung mit Zitronensäure auf ph 4 eingestellt und danach für 30 Minuten auf 56 C erhitzt. Die Filtrationsversuche wurden bei Transmembrandrücken von 300, 450, 600 und 800 mbar für jeweils 45 Minuten durchgeführt. Dabei wurden Auslenkungen der ozillierend schwingenden Membran von 3 mm (Minimalwert), 4,5 und 7 mm verwendet. Der kritische Flux ist daran zu erkennen, dass eine weitere Druckerhöhung zu keinem Anstieg der Permeatmenge mehr führt. Diese Druckerhöhung bewirkt hier eine Kompression der Deckschicht und dadurch eine verstärkte Retention der permeierenden Substanzen. In Abb. 15 ist der Quotient der β-laktoglobulin-gehalte von Permeat- zu Retentatproben bei den verschiedenen Druckstufen und Auslenkungen dargestellt. Bei dem Versuch mit 3 mm Auslenkung lässt sich ab 450 mbar (kritischer Flux) eine deutliche Retention des Molkenproteins erkennen. Bei 4,5 und 7 mm Auslenkung ist eine stärkere Retention von β-laktoglobulin erst ab einem Transmembrandruck von 600 mbar erkennbar. Eine besonders deutliche Zunahme der Retention zeigt sich nach Überschreiten des kritischen Fluxes, also bei 600 mbar Transmembrandruck und 3 mm Auslenkung bzw. bei 800 mbar und 4,5 mm Auslenkung. Die oszillierende Membranfiltration zeichnet sich bei diesen Versuchen im Vergleich zur konventionellen Crossflow-Filtration mit keramischen Membranen durch eine sehr geringe Retention von β-laktoglobulin aus. Damit bietet dieses System die Möglichkeit, in Molke aggregiertes α-laktalbumin von nativem β-laktoglobulin mit hoher Reinheit (99 %) zu trennen. Weiterführende Untersuchungen für die Fraktionierung unterschiedlicher Proteine sind geplant.

152 ZIEL Abteilung Technologie mm Auslenkung 4,5 mm Auslenkung 7 mm Auslenkung 80 Permeation ß-Laktoglobulin [%] nahezu keine Retention 45 Minuten Filtrationszeit hohe Retention bei 3 mm Auslenkung beginnende Retention auch bei 4,5 und 7 mm Auslenkung starke Retention bei 4,5 und 7 mm Auslenkung mbar 450 mbar 600 mbar 800 mbar Abb. 15: Permeation von β-laktoglobulin in Abhängigkeit von der Filtrationszeit und des Transmembrandrucks bei verschiedenen Auslenkungen der oszillierenden Membran. Prozessoptimierung der Gewinnung von Caseinomakropeptid mittels Membrantrennverfahren Process optimisation to obtain Caseinomacropeptide by means of membrane technique Corinna Thomä, Justyna Majchrzak Neben technologischen Zielen werden ernährungsphysiologische Effekte bei der Gestaltung von Lebensmitteln immer wichtiger. Mittels Membrantrennverfahren ist es möglich, einzelne Fraktionen beim Gestalten von Lebensmitteln in gewünschter Weise an- oder abzureichern und innovative Konzepte für die ernährungsphysiologische Funktionalität von Milchprodukten darzustellen. Caseinomakropeptid (CMP) zählt zu den ernährungsphysiologisch interessanten Inhaltsstoffen aus Milch, der aufgrund seines chemisch-molekularen Aufbaus neben einer hohen physiologischen Wirksamkeit ein viel versprechendes technologischfunktionelles Potenzial besitzt. Um die technologischen wie biologisch interessanten Eigenschaften von CMP beim Produktdesign aktiv ausnutzen zu können, ist es von Interesse, das CMP in nativer Form und hoher Reinheit zu gewinnen. Zur Gewinnung von CMP liefert die Membrantrenntechnik eine neue Technologieplattform, mit der das CMP in nativem Zustand fraktioniert werden kann. Ausgehend von einem Casein-MF-Retentat und anschließender, chymosinkatalysierter enzymatischen Hydrolyse sollte ein Verfahren zur Anreicherung von CMP in 'nativem' Zustand mittels Mikrofiltration (MF) und Ultrafiltration (UF) im Diafiltrationsmodus entwickelt werden. Dabei wurden die transmembrane Druckdifferenz p TM und die Wandschubspannung τ W variiert, um zu untersuchen, wie eine möglichst vollständige Permeation von CMP bei der MF bzw. Retention bei der UF, eine hohe Permeationsleistung sowie eine maximale Reinheit und Ausbeute erzielt werden können. Dabei dient die MF der Abtrennung der Caseinkoagulatbruchstücke, die bei der Labgelbehandlung in das Serum übergegangen sind. Sie bestimmt

153 146 ZIEL Abteilung Technologie maßgeblich den Reinheitsgrad der gewonnenen CMP-Fraktion. Darüber hinaus ist der Reinheitsgrad abhängig von der Reinheit des als Rohstoff dienenden Casein-MF-Retentats, in Bezug auf den Anteil an Molkenproteinen. Die MF-Diafiltration der CMP-haltigen Molke wurde mit einer nominalen Trenngrenze von 0,1 µm und bei einer konstanten Temperatur von 55 C durchgeführt. Dabei wurde ptm in einem Bereich von 0,15 bis 0,6 bar und τw von 40 bis 110 Pa variiert. Bild 16a zeigt den Flux in Abhängigkeit von der Wandschubspannung und der transmembranen Druckdifferenz. Mit zunehmender Druckdifferenz steigt der Flux konstant an. Bei höheren transmembranen Druckdifferenzen erreicht der Flux bei hohen Wandschubspannungen die höchsten Werte. Bei niedrigen transmembranen Druckdifferenzen dagegen steigt der Flux mit abnehmender Wandschubspannung an. Dieses Verhalten erklärt sich damit, dass bei höheren Wandschubspannungen vorwiegend kleine Partikel die Ablagerungsschicht bilden, was eine dichtere Deckschicht zur Folge hat. Es ist jedoch anzumerken, dass bei hohen Druckdifferenzen der Flux nicht lange aufrechterhalten werden kann und schnell abnimmt. Dagegen bleibt der Flux bei niedrigen Druckdifferenzen über die gesamte Diafiltrationsdauer konstant. (b) R² = 0, , , , τ W [Pa] 0,2 20 0,1 p TM 0 [b a 50 r] 0,5 R² = 0, ,1 0, , , τw [ Pa] 0, ,6 [ba r] 250 n [%] CMP- Permeatio 45 Flux [l/hm ²] 400 p TM (a) Abb. 16: Flux (a) und permeation (b) bei der MF-Diafiltration von CMP-haltiger Molke in Abhängigkeit der transmembraner Druckdifferenz ptm und der Wandschubspannung τw Die Permeation von CMP erzielt die höchsten Werte bei niedrigen transmembranen Druckdifferenzen sowie niedrigen Wandschubspannungen (Bild 16b). Bei hohen Druckdifferenzen ist der Flux hoch, wodurch die Deckschicht stark komprimiert wird. Bei geringen Wandschubspannungen werden nicht ausschließlich kleinere Partikel angereichert. Die Deckschicht weist daher einen geringeren Deckschichtwiderstand auf. Bei sehr kleinen Wandschubspannungen ist zu erkennen, dass die Permeation wieder abnimmt. Dieses Verhalten ist darauf zurückzuführen, dass bei sehr niedrigen Wandschubspannungen die Partikel nicht ausreichend von der Membran abgetragen werden können und sich eine Deckschicht aufbaut, welche die Permeation von CMP behindert. In Bild 17 ist die CMP-Ausbeute über die Wandschubspannung und die transmembrane Druckdifferenz dargestellt. Danach können die höchsten Ausbeuten an CMP (> 80 %) bei ptm von 0,15 bar und τw von 80 Pa gewonnen werden.

154 ZIEL Abteilung Technologie R² = 0,999 CMP-Ausbeute [%] τ W [Pa] ,6 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 p TM [bar] Abb. 17: CMP-Ausbeute bei der MF-Diafiltration von CMP-haltiger Molke in Abhängigkeit der transmembraner Druckdifferenz p TM und der Wandschubspannung τ W Die gewonnenen Ergebnisse eröffnen neue Wege zur prozesstechnischen Steuerung der CMP- Gewinnung und somit zum Einsatz von CMP als nutritives Ingredienz mit gezielter Ausnutzung des funktionell-technologischen Potenzials zur Entwicklung innovativer Produkte. Dank: Dieses Projekt wird aus Mitteln der industriellen Gemeinschaftsforschung (Bundesministerium für Wirtschaft/AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.v. (FEI) gefördert (Projekt Nr. AiF-FV N). Arbeitsgruppe Rheologie und Mikrostruktur Leitung: Dipl.-Ing. Katharina Daimer / Dipl.-Ing. Sebastian Karasch Impact of a thermal treatment on the physico-chemical and emulsifying properties of egg yolk Fabien Guilmineau The effect of EY protein thermal denaturation on their emulsifying properties and on the properties of the emulsion formed is not well understood, particularly in situations where the denaturation degree is high. The objectives of this work are as follows: To establish and apply a methodology allowing an accurate study of EY proteins thermal denaturation kinetics. To study the impact of thermal denaturation of EY beyond current pasteurisation conditions on its physico-chemical and emulsifying properties. This work was carried out for the completion of a PhD thesis. The present article presents a summary of the methodology used as well as the main results of this study.

155 148 ZIEL Abteilung Technologie Analysis of EY proteins by SDS-PAGE The widely used SDS-PAGE technique was adapted to allow an accurate semi-quantitative measurement of the proteins present in EY. This method encompasses a delipidation of the proteins prior to analysis which greatly improved the resolution of the protein separation compared to formerly published work. The total electrophoretic profile of EY consisted of 20 protein bands with molecular weights (MW) ranging between 5 and 221 kda. The bands were identified based on their MW and by comparison with isolated EY subfractions. The profile obtained as well as the identification of the protein bands is presented on Fig. 18. MW Relative Identification (kda) volume (%) apovitellenin Via c γ-livetin + apovitellenin VI a apovitellenin Va a apovitellin b apovitellenin Vb c apovitellenin Va a apovitellin b α-livetin II apovitellenin IV a apovitellenin IIIa a phosvitin α-livetin I / apovitellenin III a apovitellin 7 b β-livetin II β-livetin I apovitellin 8 b apovitellenin IIa c apovitellenin II a apovitellenin I a apolipoprotein CII d a LDL apoproteins named after Burley and Sleigh (1980) b HDL apoproteins named after Kurizaki et al. (1981) c LDL apoproteins named by the authors, after Burley and Sleigh (1980) d LDL apoproteins named after Bengtsson et al. (1977) Fig. 18: SDS-PAGE profile of delipidated egg yolk proteins in non-reducing conditions, and summary table of the main characteristics of the proteins analysed with this technique (namely MW, relative volume, and identification) Image analysis techniques allowed to define the volume of each band in the profile, which was shown to be linearly correlated to the amount of protein present in the band. Semi quantitative analysis of the various proteins present in EY could therefore be carried out using this technique. Impact of a thermal treatment on the properties of egg yolk proteins This part of the study aimed at characterising the changes taking place in EY dispersions upon heating, looking at a broad range of heating conditions, extending well beyond current pasteurisation practices. The impact of the EY concentration, the kinetics of protein denaturation, and the impact of the environmental conditions were looked at. Changes upon heating were characterised in terms of the solubility of EY proteins, the size of protein aggregates forming, and the rheological properties of the dispersions.

156 ZIEL Abteilung Technologie 149 It was shown that the heat treatment of an egg yolk dispersion leads to the formation of insoluble protein aggregates which size increases with increasing degree of denaturation regardless of the protein concentration. The thermal aggregation of EY proteins lead to an increased consistency of the dispersion, and to the formation of an elastic gel at sufficient protein concentration. Decreasing the protein concentration of the EY dispersion prior to heating allowed to obtain a slower but more complete protein denaturation. In the light of these results, it was decided to characterise the denaturation kinetics of egg yolk proteins in a dilute dispersion with 11.4% dry matter. This allows to reach high degrees of denaturation, while avoiding practical problems due to the formation of an elastic gel. The kinetics of protein denaturation was determined between 69 and 77 C using the integral method. The determination of the degree of denaturation was based on the fact that thermally denatured proteins are insoluble, and can therefore be easily separated by centrifugation. The decrease of total protein solubility was best described as a reaction of order n = 2.1 (Fig. 19). This fractional order reflects the fact that EY contains many proteins so that a large number of reactions take place simultaneously during heating. This complex reaction has a high activation energy Ea (Ea = kj mol-1) which reflects its very strong dependency on the temperature of heating C 73 C 0.80 (C t /C 0 ) -1.1 [-] Heating time [s] 69 C Egg yolk diluted in NaCl 1% Dry matter: C DM = 11.4% (w/w) Protein: C P = 3.2% (w/w) ph 6.5 ; n = DD = 1 - (C t /C 0 ) [-] Fig. 19: Graphical representation of the denaturation of egg yolk proteins as a reaction of order n = 2.1 when heated in egg yolk dispersed in a 1% NaCl solution at temperatures between 69 C and 77 C (total dry matter CDM = 11.4% (w/w) The proteins remaining soluble in the dispersion after heating were quantified and identified by SDS-PAGE, in order to obtain data on the relative heat sensitivity of various EY proteins. It was shown that both γ livetin bands (i.e. MW of 33 kda and 36 kda) observed by SDS- PAGE are stable at least until 10 min at 77 C. They represent about 16% of all EY proteins. For all the other egg yolk proteins, which did denature in the conditions used in the present work, it is remarkable that their denaturation kinetics are fairly similar. This is probably a reflection of the fact that heat sensitive egg yolk proteins tend to interact upon thermal denaturation and form heterogeneous aggregates.

157 150 ZIEL Abteilung Technologie Impact of a thermal treatment on the emulsifying properties of egg yolk solutions This part of the study looks at understanding the impact of thermal denaturation of EY on its functionality in model food emulsions. Two model systems with very different dispersed phase volume fractions φ were studied. The first one had a φ of about 0.8, and is representative of a spoonable salad dressing, typically mayonnaise. The second one has a lower φ of about 0.3, and is representative of poorable salad dressings and sauces. The difference of φ is associated with differences of internal structure which translates into differences of rheological properties and stability. The approach taken in this work allows to cover the wide range of behaviours met in commercial applications of EY-stabilised food emulsions. It was shown that the use of heat denatured proteins for the preparation of mayonnaise lead to a reduction of the oil droplet size in the emulsion. Furthermore, it was demonstrated that increased colloidal interactions between oil droplets lead to an increase of the viscosity and time dependant structure of the emulsion, which extends beyond the impact of the oil droplet size reduction. Hydrophobic attractions between proteins adsorbed at the O/W interface of neighbouring droplets are believed to be responsible for this specific change of rheological behaviour. This work also shows that the adsorption of denatured EY protein aggregates reduces the impact of the environmental conditions on the emulsifying properties of EY. This is attributed to the changes taking place in the interfacial film, and which lead to an increased domination of steric repulsions as the main stabilisation mechanism, thereby reducing the effect of electrostatic forces. The levelling of the rheological properties and the improved dispersibility of the oil droplets when surrounded by aggregated EY proteins is thought to present a practical advantage in products which have to be shaken just before use (salad dressings). A set of publications came out of this research providing more details. Please see the list at the end of the research report section. Einfluss der Milieubedingungen und einer enzymatischen Behandlung auf die emulgierenden Eigenschaften von Eigelbkomponenten: Betrachtung von Plasma und Granula Influence of environmental conditions and enzymatic treatment on emulsifying properties of plasma and granules from egg yolk Katharina Daimer Eigelb wird in einer Vielzahl von Nahrungsmittelemulsionen, wie Saucen, Dressings und Mayonnaise eingesetzt und muss daher in den unterschiedlichsten Milieubedingungen eine optimale Funktionalität zeigen. Zur Steigerung der Emulgieraktivität wird Eigelb heute mitunter mittels des Enzyms Phospholipase (PLA 2 ) behandelt, wodurch der Acylrest im Triglycerid von Lecithin in Position 2 abgespalten wird. Zunächst wurde davon ausgegangen, dass die Proteine des Eigelbs von der PLA 2 -Behandlung nicht beeinflusst werden. Bei eigenen Arbeiten hat sich jedoch herausgestellt, dass durch die enzymatische Modifizierung die Löslichkeit der Proteine des Eigelbs steigt. Granula sind eine komplexe Protein-Lipid-Struktur und im natürlichen Milieu des Eigelbs unlöslich. Durch eine Erhöhung der Ionenstärke (> 0,17 M), des ph (> 6,5) oder, entgegen der bisherigen Annahmen, durch die enzymatische Modifizierung mittels PLA 2 können die Granula zur Dissoziation gebracht werden. Die enzymatische Modifizierung erhöht bei einer Ionenstärke von 0,52 M NaCl die Löslichkeit ab ph 5 zusätzlich (Abb. 20).

158 ZIEL Abteilung Technologie 151 Proteinlöslichkeit [%] Granula mit Enzym Granula ohne Enzym [NaCl] = 0,52 M ph - Werte Abb. 20: Proteinlöslichkeit von Granula ohne Vorbehandlung oder nach einer enzymatischen Modifizierung in Abhängigkeit vom ph-wert Der Einfluss der veränderten Löslichkeit auf die Emulgiereigenschaften der Granula wurde anhand von Modell-Emulsionen (30 % Sonnenblumenöl, 20 mg/ml Protein, 200 bar einstufig) untersucht und mit Emulsionen verglichen, in denen Plasma als Emulgator eingesetzt wurde. Die Emulsionen wurden bei zwei Ionenstärken (0,15 M und 0,52 M) und zwei ph Werten untersucht. Dabei entspricht ph 6,5 dem natürlichen ph des Eigelbs und ph 4 soll ein Feinkostprodukt (Salatdressings) repräsentieren. Die Emulsionen werden anhand der Fetttröpfchengröße, der Grenzflächenproteinkonzentration und der Flokkulierung, die im Folgenden genauer betrachtet werden soll, charakterisiert. Der Flokkulierungsfaktor berechnet sich aus Gl 1. F = d d 50,3 50,3 ( SDS ) ( + SDS ) Gl 1 Durch das Verdünnen mit SDS können die einzelnen Tröpfchen gemessen werden, wogegen ohne SDS die Tröpfchen aggregiert bleiben. Ein Faktor von 1 bedeutet keine Flokkulierung. Je höher der Faktor, desto stärker ist die Aggregation der Fetttröpfchen. Der mittlere volumenbezogene Fetttröpfchendurchmesser zeigt bei Emulsionen aus Plasma keinen Einfluss der Milieubedingungen oder der Modifizierung (d 50,3 = 1,75 ± 0,05 µm). Der d 50,3 bei Emulsionen aus Granula liegt mit einer Ausnahme zwischen 2 und 2,5 µm. Bei ph 4 (0,15 M NaCl) ergibt sich für Emulsionen mit nicht modifizierten Granula ein d 50,3 = 4,2 µm. Dies zeigt, dass die unlöslichen Aggregate eine schlechtere Emulgierkapazität aufweisen, als modifiziertes Granula oder Granula bei höherer Ionenstärke. Durch den Einsatz von PLA 2 kann durch die höhere Löslichkeit und die entstandenen Lyso-Phospholipide ein kleinerer Fetttröpfchendurchmesser erzielt werden. Der Flokkulierungsfaktor zeigt, dass die Tröpfchenaggregation durch die enzymatische Modifizierung verringert wird (Abb. 21).

159 152 ZIEL Abteilung Technologie Flokkulierungsfaktor [-] ohne Enzym mit Enzym ph 6,5-0,15 M NaCl 0 Granula Plasma Abb. 21: Flokkulierungsfaktor der Emulsionen aus Granula oder Plasma ohne Vorbehandlung oder nach enzymatischer Modifizierung bei ph 6,5 und 0,15 M NaCl (natürliches Milieu des Eigelbs) Bei den Emulsionen aus Granula mit Enzym lässt sich diese Beobachtung auf die verbesserte Löslichkeit der Proteine zurückführen. Da die Löslichkeit des Plasmas jedoch unabhängig von den Milieubedingungen und dem Einsatz des Enzyms stets 100 % beträgt, kommt hier ein weiterer Effekt der Hydrolyse mit PLA 2 zum Tragen, der den entstandenen Lyso-Phospholipiden zugeschrieben werden kann. Diese tragen ebenfalls zur Verbesserung der Emulsionsstabilität bei. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Aggregation der Öltröpfchen bei ph 6,5 und 0,52 M NaCl stets gleich bleibend niedrig ist (Flokkulierungsfaktor 1,5). Durch eine geringe Erhöhung der Ionenstärke können die Charakteristika einer Emulsion folglich ebenso wirkungsvoll beeinflusst werden. Die positiven Eigenschaften von veränderten Milieubedingungen, hin zu einer höheren Löslichkeit können genutzt werden, um unter Umständen eine enzymatische Behandlung zu ersetzen oder zu umgehen. Weiterhin können z.b. durch die Anreicherung von Eigelbkomponenten (Granula bzw. Plasmaproteine) neue Produktstrukturen entstehen, bei denen die positiven Eigenschaften genutzt werden. Dank: Dieses Projekt wird aus Mitteln der industriellen Gemeinschaftsforschung (Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie - BMWi/AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.v. (FEI) gefördert. AiF-Projekt Nr N. Homogenisierung von Milch und Sahne mittels neuartiger Lochblendentechnik Homogenisation of milk and cream with novel orifices valves technique Sebastian Karasch In der Bundesrepublik werden jährlich ca. 3 Mio. t fermentierte Milchprodukte und Desserts auf Milchbasis hergestellt. Praktisch alle diese Produkte werden mittels Hochdruckhomogenisatoren zur Verhinderung der Aufrahmung und Verbesserung der Textur homogenisiert.

160 ZIEL Abteilung Technologie 153 Weiterhin werden sämtliche Kaffeesahneprodukte sowie nahezu die gesamte Palette an Trinkmilch hochdruckhomogenisiert. Bei Kaffeesahne ist zur Erreichung der besonders hohen Ansprüche bezüglich Lager-, Hitze- und Kaffeestabilität sogar eine zweifache Homogenisierung notwendig, die mit hohen Energiekosten verbunden ist. Zum Homogenisieren von Milch und Sahne mittels Hochdruckhomogenisatoren werden in der Regel in Reihe geschaltete Flachventile eingesetzt. Ziel dieser Arbeit ist es, in einem kooperativen Projekt mit der Universität Karlsruhe und der Universität Hohenheim die Lochblendentechnik als ein neuartiges Homogenisierverfahren bezüglich ihrer Effektivität und der Auswirkungen auf Milchprodukte zu untersuchen. Aufgrund der besonderen Wirksamkeit der ausgeprägten, dreidimensionalen Dehnströmung wird neben einem deutlichen Kosteneinsparpotential von der Blendentechnik erwartet, dass sich für Sauermilchprodukte aufgrund engerer Fetttröpfchengrößenverteilungen viskosere Säuregelstrukturen ergeben sowie durch die Homogenisierung von Milch- und Molkenproteinkonzentraten, bei der die klassische Hochdruckhomogenisation viskositätsbedingt limitiert ist, neue Produktstrukturen bei Frischkäse ermöglicht werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei unterschiedliche Lochblenden bezüglich ihrer Homogenisierwirkung mit einem konventionellen, zweistufig betriebenen Hochdruckhomogenisator mit Flachventilen und Prallring verglichen. Aus Abb. 22 sind die geometrischen Details der verschiedenen Blenden ersichtlich. A B 1,0 / o / 0, o / 60,0 2,0 o / 60,0 2,0 C 30 0,6 o / 60,0 2,0 0,2 1,0 Abb. 1: Homogenisierblenden mit unterschiedlichen Geometrien A Blende 2 x 0,5 B Blende 4 x 0,3 C Blende 0,2 x 0,6 Abb. 22: Homogenisierblenden mit unterschiedlichen Geometrien Die untersuchte Produktpalette umfasst pasteurisierte Vollmilch mit 3,5 % Fett sowie pasteurisierte Sahne mit 10 %, 20 % und 30 % Fett. Zur Homogenisierung wurde ein Gesamtdruck von 100 bar und eine Thoma-Zahl (Th) von 0,2 eingestellt. Die Homogenisiertemperatur lag bei allen Versuchen bei 65 C. Die Versuchsreihen zeigen, dass das Flachventil im zweistufigen Betrieb kleinere d 50,3 -Werte liefert als die Homogenisierblenden. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass bei der Blendentechnik keine tatsächliche zweite Homogenisierstufe wie beim klassischen Hochdruckhomogenisator realisiert werden konnte, sondern lediglich mit einem Nadelventil ein Gegendruck hinter der Blende aufgebaut wurde. Eine zweistufige Blendentechnik, die deutlich kleinere Fetttröpfchendurchmesser erwarten lässt, befindet sich in Planung. Betrachtet man jedoch den

161 154 ZIEL Abteilung Technologie d 90,3 der Fetttröpfchengrößenverteilungen, so ist zu erkennen, dass die Blenden 4 x 0,3 und 0,2 x 0,6 bessere Homogenisierergebnisse liefern als der zweistufig betriebene Hochdruckhomogenisator mit Flachventil. Als effektivste Blende erwies sich sowohl bezüglich des d 50,3 als auch des d 90,3 die Blende 0,2 x 0,6. In Abb. 23 sind die Fetttröpfchendurchmesser d 50,3 und d 90,3 in Abhängigkeit des Fettgehaltes der Produkte aufgetragen. 1,1 1,9 d 50,3 [µm] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Blende 2 x 0,5 Blende 4 x 0,3 A Flachventil 0, Fettgehalt [%] Blende 0,2 x 0,6 p 1 = 100 bar Th = 0,2 ϑ = 65 C d 90,3 [µm] 1,8 1,7 1,6 1,5 Blende 2 x 0,5 B Flachventil Blende 0,2 x 0,6 0, Fettgehalt [%] Blende 4 x 0,3 p 1 = 100 bar Th = 0,2 ϑ = 65 C Abb. 23: Fetttröpfchendurchmesser d 50,3 (A) und d 90,3 (B) als Funktion des Fettgehaltes von Milch bzw. Sahne Ein weiteres Kriterium für die qualitative Beurteilung einer Homogenisierung stellt die Breite der erzeugten Fetttröpfchengrößenverteilung dar. Diese kann durch den so genannten Spanwert charakterisiert werden: Span = (d 90,3 - d 10,3 ) / d 50,3. Aus Abb. 24 ist zu erkennen, dass die Blenden engere Verteilungen erzeugen als der zweistufige Hochdruckhomogenisator mit Flachventil, insbesondere bei geringen Fettgehalten. Auch hier ist mit der Realisierung einer zweistufigen Blendentechnik von einer Verbesserung des Homogenisierergebnisses auszugehen. 2,6 2,4 2,2 Blende 0,2 x 0,6 Flachventil p 1 = 100 bar Th = 0,2 ϑ = 65 C Spanwert [-] 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 Blende 2 x 0,5 Blende 4 x 0,3 0, Fettgehalt [%] Abb. 24: Spanwert als Funktion des Fettgehaltes von Milch bzw. Sahne Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass mit der neuartigen Blendentechnik im einstufigen Betrieb (mit Gegendruck) Homogenisierergebnisse bei Milch und Sahne erzielt werden können, die bezüglich d 90,3 und Verteilungsbreite dem klassischen zweistufigen Hochdruckhomogenisator mit Flachventil überlegen sind. Dies kann auf eine ausgeprägte Tröpfchenverformung in der dreidimensionalen Dehnströmung vor den Blendenöffnungen und auf eine effektive Tröpfchenzerkleinerung bzw. -stabilisierung hinter der Blende zurückgeführt werden.

162 ZIEL Abteilung Technologie 155 Mit der Realisierung eines zweistufigen Blendensystems sollten sich die Vorteile der Blendentechnik ausbauen lassen und sich zudem auf die erreichbare absolute Partikelgröße erstrecken. Ferner ist der Nachweis zu führen, dass tatsächlich niedrigere Energieeinsätze realisiert werden können. Dank: Dieses Projekt wird aus den Mitteln der industriellen Gemeinschaftsforschung (Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit/AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.v. (FEI) gefördert. Projekt-Nr.: AiF-FV N. Protein-Protein-Wechselwirkungen: Gelbildungseigenschaften von fermentierten Mischproteinsystemen aus Casein und Molkenproteinen. Protein-protein-interactions: Gelling properties of fermented protein mixtures from casein and whey proteins. Malgorzata Kuropatwa Thermisch induzierte Interaktionen zur Ausbildung stabiler Gelstrukturen zwischen Molkenproteinen und Casein sind stark milieuabhängig. Dabei spielen Lactose- und Calciumgehalt, Ionenstärke, ph-wert sowie Temperatur und Proteinkonzentration eine entscheidende Rolle. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Strukturbildungsvermögen der Casein- Molkenproteingemische zu untersuchen und nach Möglichkeit bisher nicht genutzte Synergien zu ermitteln. Für die Versuche wurde Molkenproteinisolat (WPI whey protein isolat) (BIPRO, Firma Davisco) und sprühgetrocknete Caseinmicellen mit Synthetisches Milchultrafiltrat auf Proteinkonzentrationen von 6% und 10 % verdünnt. SMUF-Puffer stellt eine Salzmischung mit ph 6,8 und 170 mm Ionenstärke dar, was so die Milieubedingungen der Milch nachahmt. Das Molkenproteinisolat wurde mit dem Casein in verschiedenen Verhältnissen gemischt (2:1, 1:1, 1:2). Die Proteinlösungen wurden bei Temperaturen von 80 C bis 95 C im Wasserbad und von 100 C bis 120 C im Ölbad für 900 s und 1800 s erhitzt. Die Proben wurden dann durch Starterkulturzugabe (YO-MIX TM, Firma Danisco) für 8 h bei 42 C, fermentativ behandelt, danach mittels Oszillations- und Kriechmessungen am Rheometer (AR 1000) sowie Texturmessungen am Textur Analyser (TXT-2i, Firma SMS) vermessen. Während der Oszillationsmessungen wurden mit variierter Frequenz (Frequenz Sweep) im linear viskoelastischen Bereich das Speichermodul (G ) und das Verlustmodul (G ) bestimmt. G ist ein Maß für das elastische und G für das viskose Verhalten der Probe. Mittels Texturmessung wurde in Penetrationstests die maximale Kraft (= Festigkeit) bestimmt, die beim erstmaligen Eindringen in die Probe benötigt wird. Für die Kriechversuche wurden die Proben in 5 mm dicke Scheiben geschnitten und mittels eines Messkörpers mit rauer Oberfläche auf der Rheometerplatte untersucht. Bei Kriechversuchen wird das viskoelastische Verhalten während zweier Spannungssprünge ermittelt. Der Versuch besteht also aus einer Kriechphase, in der die Probe mit definierter Spannung belastet wird und einer Kriecherholungsphase, in der die Spannung aufgehoben wird. Die Entlastung bewirkt eine Rückdeformation, die ein Maß für den elastischen Anteil des viskoelastischen Verhaltens ist.

163 156 ZIEL Abteilung Technologie Exemplarische Ergebnisse werden für Gemische mit einem Proteingehalt von 6 % im Verhältnis 2:1 und 1:2 (Casein : WPI) im Bild 25 und 26 dargestellt G` [kpa] Festigkeit [mn] Temperatur [ C] Temperatur [ C] 1 : 2 / 1800 s Regressionslinie 1 : 2 2 : 1 / 1800 s Regressionslinie 2 : 1 1 : 2 / 1800 s Regresionslinie 1 : 2 2 : 1 / 1800 s Regressionslinie 2 : 1 Abb. 25/26: G (Oszillationsmessung) und Festigkeit (Texturmessung) von Casein-WPI- Gemische Bild 25 zeigt die Elastizität (G`) der Proteingemischgele in Abhängigkeit von der Temperatur. Wie zu erkennen ist, ändert sich G mit steigendem Molkenproteinanteil stärker als beim Anstieg der Temperaturbelastung. Bild 26 zeigt die Steigerung der Festigkeit für die Mischgele mit höherem Molkenproteinanteil (1:2) und gleichzeitig eine größere Temperaturabhängigkeit der Ergebnisse als bei den Proben mit höherem Casein-Anteil. Bei den 2:1 Proben lassen sich keine erheblichen Unterschiede hinsichtlich Temperatureinflusses im Bereich C feststellen, was mit einer geringen Neigung zur thermisch induzierten Gelbildung von Proben mit Caseinüberschuss erklärt werden kann. Deformation [-] Rückdeformation [%] : 2 / 80 C / 1800 s 2 : 1 / 80 C / 1800 s Zeit [s] : 2 / 1800 s 2 : 1 / 1800 s Temperatur [ C] Abb. 27/28: Kriechkurvenverlauf (links) und Rückdeformation [%] (rechts) der Casein- WPI-Gele mit 6 % Protein (Casein : WPI wie 1:2, 2:1)

164 ZIEL Abteilung Technologie 157 Bild 27 stellt die geringere Deformationsfähigkeit bei Casein-WPI-Gelen mit höherem Molkenprotein-Anteil dar. Auch anhand des Bildes 28 lässt sich die höhere Rückdeformation dieser Gemischgele erkennen. Die Kriechkurven bestätigen die viskosere Struktur und deswegen geringere Rückdeformation der 2:1 (Casein : WPI) Gele. Diese Kriechmethode wurde neu für gemischte Proteinsysteme neu etabliert und liefert neben Oszillationsmessungen zusätzliche Aussagen zu den Geleigenschaften. Im Weiteren soll das Strukturbildungsvermögen der Proteingemische mit Einzelproteinsystemen verglichen werden, um die Protein-Protein Wechselwirkungen rheologisch quantifizieren zu können. Hierzu sollen auch kinetische Untersuchungen zur thermisch induzierten Denaturierung durchgeführt werden. Dank: Dieses Projekt wird aus Mitteln der industriellen Gemeinschaftsforschung (Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie - BMWi/AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.v. (FEI) gefördert. AiF-Projekt Nr N. Einfluss von Drucktemperatur und Druckniveau auf Partikelgröße und Viskosität von Casein- und Molkenprotein-Carrageenan-Systemen Influence of temperature and height of pressure treatment on particle size and viscosity of casein- and whey protein-carrageenan-solutions Sabine Lauber, Felix Sedlmeyer, Katharina Daimer Proteine und Hydrokolloide reagieren aufgrund ihres molekularen Aufbaus, ihrer Konformation und ihrer quartären Struktur unterschiedlich auf Druck und Temperatur, wodurch sich in vielen Fällen, abhängig von der Intensität der Behandlung, die funktionellen Eigenschaften beeinflussen lassen. Wie sich in Vorversuchen zeigte, werden Strukturen, die über nichtkovalente Bindungen stabilisiert bzw. vernetzt sind, maßgeblich durch die Druckentspannungsphase beeinflusst. Dagegen stellen die Druckhöhe und -haltezeit die entscheidenden Einflussfaktoren bei denjenigen Strukturen dar, bei denen druckinduziert durch Thioldisulfidaustausch S-S-Bindungen in und zwischen den Strukturelementen geschaffen werden. Davon ausgehend wurde folgende Arbeitshypothese formuliert: für Milchproteinfraktionen und Hydrokolloide, die hauptsächlich durch nicht-kovalente Bindungen stabilisiert sind, besitzt nicht die Haltezeit bei einem bestimmten Druck, sondern die Entspannungsphase einen maßgeblichen Einfluss auf die sich ausbildenden Mikro- und Makrostrukturen (Gel). Entsprechend sollten die Druckbehandlungsbedingungen in ihrer Auswirkung auf die Strukturausbildung in Milchprotein- und Hydrokolloidsystemen im Detail untersucht werden. Neben der Druckabbaugeschwindigkeit soll als zusätzliche Variable die Temperatur untersucht werden, da diese einen Einfluss auf die Geschwindigkeit von chemischen Reaktionen wie Auffaltung von Proteinen oder Ausbilden von Disulfidbrücken hat. Der Prozessparameter Temperatur ist deshalb interessant, weil mit steigender Temperatur alle nicht-kovalenten Bindungen außer den hydrophoben Wechselwirkungen geschwächt werden, so dass die Überlagerung von Druck und Temperatur synergistische, aber auch antagonistische Effekte erwarten lässt. Dies hat zur Folge, dass das Temperaturniveau bei dem die Druckbehandlung durchgeführt wird neben Haltezeit, Druckniveau und Milieubedingungen als ein weiterer wichtiger Einflussparameter angesehen werden muss.

165 158 ZIEL Abteilung Technologie Zur Untersuchung des Einflusses des Temperaturniveaus auf ein Casein-Carrageenan- Mischsystems (5 % Casein, 5 % Carrageenan (κ:ι- Verhältnis = 0,6)) wurde nach der Druckbehandlung (600 MPa/ 30 min) mit unterschiedlichen Druckabbauraten (20, 200 und 600 MPa/min) die Partikelgröße mittels Coulter N4 plus bestimmt Partikelgröße [nm] Abbaurate [MPa/min] Temperatur [ C] Abb. 29: Partikelgröße eines Casein-Carrageenan-Mischsystems (5 % Casein, 5 % Carrageenan) in Abhängigkeit von der Temperatur nach der Druckbehandlung (600 MPa/ 30 min) bei verschiedenen Druckabbauraten Wie aus Abb. 29 hervorgeht, scheint die Partikelgröße bei einer Drucktemperatur von 10 C unabhängig von der Druckabbaurate zu sein. Bei allen untersuchten Druckabbauraten ergab sich eine Partikelgröße von 240 nm. Bei Drucktemperaturen über 10 C und Druckabbauraten von bis zu 300 MPa/min steigt die Partikelgröße bis zu 280 nm an. Bei höheren Druckabbauraten, gleichbedeutend mit einer schnelleren Entspannung nach der Druckbehandlung, sinkt die Partikelgröße. Diese Ergebnisse lassen sich wie folgt erklären: Bei einer Temperatur von 10 C liegt Carrageenan in Form einer Helix vor und benötigt daher Partner zum Ladungsaustausch. Unter Hochdruck zerfallen die Caseinmicellen in kleinere Einheiten, welche sich an die Carrageenanhelices anlagern und daher bei Druckentspannung, unabhängig von der Geschwindigkeit des Druckabbaus, nicht mehr zu ihrer ursprünglichen Größe zusammenlagern können. In einem Casein-Carrageenan-Mischsystem und einer Temperatur von 50 C hingegen liegt Carrageenan in Coil-Form vor und besitzt eine große Hydrathülle. Bei einer langsamen Druckentspannung findet zum Teil ein Ladungsausgleich mit wieder gebildeten kleinen Micellen, welche an Sulfatgruppen des Carrageenancoils gebunden werden, statt und daher zu einen größeren Partikeldurchmesser führen. Von diesen behandelten Casein-Carrageenan- Mischsystemen wurde neben der Partikelgröße auch die Viskosität bei einer Scherrate von 500 s -1 mittels TA Instruments AR 1000 N nach der Druckbehandlung bei einer Messtemperatur von 10 C bestimmt (Abb. 30).

166 ZIEL Abteilung Technologie 159 Viskosität bei 500 s-1 [Pa*s] 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 Messtemperatur: 10 C 10 C 15 C 50 C Druckabbaurate [MPa/min] Abb. 30: Viskosität [Pas] eines Casein-Carrageenan-Mischsystems (5 % Casein, 5 % Carrageenan) in Abhängigkeit von der Drucktemperatur und -abbaurate während der Druckbehandlung (600 MPa/ 30 min) Bei einer Druckbehandlung bei 10 C nimmt die Viskosität des Casein-Carrageenan- Mischsystems mit steigender Druckabbaurate, d.h. schneller Entspannung, von 0,009 Pas bei einer Druckabbaurate von 20 MPa/min auf 0,012 Pas bei 600 MPa/min zu. Ein vergleichbarer Viskositätsanstieg ist bei 15 C mit steigender Druckabbaurate zu beobachten. Dies bedeutet, dass bei niedrigen Drucktemperaturen ein deutlicher Einfluss der Druckentspannungsgeschwindigkeit auf die Viskosität gegeben ist. Der Anstieg der Viskosität bei niedrigen Drucktemperaturen kann auf den Ladungsausgleich zwischen Carrageenan und kleinen Caseinmicellen zurückgeführt werden. Durch diesen Ladungsausgleich mit mehreren Caseinpartikeln werden in der Helixform des Carrageenans mehr Knickpunkte ermöglicht, welche ihrerseits zu einem besseren Netzwerk führen, welches einen Viskositätsanstieg bewirkt. Bei einer Drucktemperatur von 50 C hingegen liegt das Carrageenan in Coil-Form vor und weist damit eine andere Hydrathülle auf. Es induziert eine Phasentrennung der Caseinpartikel bzw. Caseinsubmicellen. Beim Übergang von der Coil- in die Helixform nach der Druckbehandlung bzw. bei der damit einhergehenden Temperaturerniedrigung ist nun der Wechselwirkungsmechanismus aufgrund der Sedimentation des Caseins beeinträchtigt und es kommt zu keiner unterstützenden Verknüpfung des Carrageenanhelicesnetzwerks durch Caseincluster. Dies erklärt die niedrige und gleich bleibende Viskosität (0,005 Pas) über der Druckentspannungsgeschwindigkeit bei einer Drucktemperatur von 50 C. Neben der Entspannungsgeschwindigkeit und Temperatur wurde auch das Druckniveau als Prozessvariable untersucht. Letztere hat einen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Denaturierung von Molkenproteinen in Protein-Hydrokolloid-Systemen und damit auf die Strukturierung. Hierzu wurden Molkenproteinisolat-Carrageenan-Mischsysteme (1 % Molkenprotein, 0,05 bzw. 0,1 % Carrageenan) bei einer Druckhöhe von 400 und 600 MPa und einer Temperatur von 30 C behandelt.

167 160 ZIEL Abteilung Technologie Partikelgröße d50,3 [µm] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 unbenhandelt (Viskosität) 400 MPa 600 MPa 400 MPa (Partikelgröße) 600 MPa 0,01 0,05 0,1 0,2 Carrageenan [g/100g] 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000 Abb. 31: Viskosität [Pas] und Partikelgröße [nm] eines Molkenprotein-Carrageenan- Mischsystems (1 % Molkenprotein) in Abhängigkeit von der Carrageenankonzentration und der Druckhöhe (400 bzw. 600 MPa/ 30 min/ 30 C) Für die Viskosität des Molkenprotein-Carrageenan-Mischsystems konnte bei einer Druckbehandlung bei 400 MPa ein Anstieg bei einer Erhöhung der Carrageenankonzentration von 0,05 auf 0,1 g/100 g festgestellt werden. Ein ähnlicher Viskositätsanstieg bei Verdopplung der Carrageenankonzentration konnte bei der unbehandelten Mischlösung beobachtet werden. Bei einer Druckbehandlung von 600 MPa konnte dagegen kein signifikanter Anstieg der Viskosität in Folge einer Carrageenanerhöhung nachgewiesen werden. Während der Druckbehandlung bei 400 MPa werden durch die erzielte Teildenaturierung der Molkenproteine Ladungspartner für die Sulphatgruppen des Carrageenans geschaffen. Diese erhöhten Wechselwirkungen zwischen Protein und Hydrokolloid führen zu einem Anstieg der Viskosität. Bei einer nahezu vollständigen Denaturierung der Molkenproteine bei einer Druckhöhe von 600 MPa nehmen diese Wechselwirkungen zwischen den beiden Reaktionspartnern ab mit der Folge einer geringeren Viskosität, die auch nicht durch eine Erhöhung der Carrageenankonzentration beeinflusst werden kann. Für beide Druckhöhen konnte ein deutlicher und vergleichbarer Anstieg der Partikelgröße durch Erhöhung der Carrageenankonzentration gemessen werden, wobei bei einer Druckbehandlung mit 600 MPa größere Partikel entstehen, als bei 400 MPa. Dieses Ergebnis kann ebenfalls mit dem Ausmaß der Molkenproteindenaturierung erklärt werden, da bei höherem Denaturierungsgrad größere Molkenproteinpartikel entstehen. Mit Hilfe dieser Ergebnisse konnten Grundlagen zum Gewinnen von Protein-Hydrokolloid- Systemen mit neuartigen Mikrostrukturen gelegt werden. Weitere Arbeiten sollen sich mit Ansätzen zum Erzeugen von Partikeln im Größenbereich von 1 bis 10 µm anschließen. Dies bezieht sich auf die Möglichkeit des Erzeugens von Mischgelen, die anschließend mit Hilfe von Schereinrichtungen in den genannten Größenbereich zerkleinert werden. Dank: Dieses Projekt wurde aus Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen der Forschergruppe Einfluss von Hochdruck auf molekulare und zelluläre Systeme in Lebensmitteln gefördert. DFG-Projekt Nr. FOR 358/2-1, FOR 385/2-2 Forschergruppe Einfluss von Hochdruck auf molekulare und zelluläre Systeme in Lebensmitteln gefördert. DFG- Projekt Nr. FOR 358/2-1, FOR 385/2-2 Scheibare Viskosität bei 500 s-1 bei 10 C

168 ZIEL Abteilung Technologie 161 Untersuchung der Strukturbildungsreaktionen in milchproteinbasierenden Gelen Investigation of structure formation reactions in protein based food systems Sonja Röck, Katharina Daimer, Marta Glanda Produkte wie Frisch- oder Schmelzkäse entstehen auf der Basis von wissenschaftlich nicht vollständig durchdrungenen Strukturbildungsreaktionen. Neben Wasser bestehen diese Lebensmittel hauptsächlich aus Proteinen und Fetten sowie aus anderen Zusatzstoffen (Schmelzsalze, Milchproteinpulvern, Hydrokolloiden). Hauptgerüstbausteine sind die Proteine, die für die Ausbildung eines Netzwerkes in der kontinuierlichen Phase verantwortlich gemacht werden. Vermutlich spielt auch der Emulsionsstatus bei der Strukturbildung eine Rolle. Ob Fett jedoch als eine Art Füllstoff in die Struktur eingebaut wird oder auch in Wechselwirkung mit der Matrix steht, konnte bislang noch nicht geklärt werden. Um diese Strukturbildungsreaktionen weiter aufzuklären, wurde zunächst eine Messmethode entwickelt, mit der es nun möglich ist, den Verlauf der scheinbaren Viskosität als Maß für die Strukturbildung online am Rotationsrheometer während der Herstellung zu verfolgen. Dabei ergibt sich ein charakteristischer stufenförmiger Verlauf, der in 4 Phasen gegliedert werden kann (Anlaufphase 1. Anstiegsphase Plateauphase 2. Anstiegsphase). Die Prozessvariablen, Temperatur, Zeit sowie Grad der mechanischen Beanspruchung und die Produktzusammensetzung (Proteingehaltund art, thermische Vorbehandlung der Proteine, Fettgehalt u. -art, Vorbehandlung des Fettes, ph-wert, synthetische Emulgatoren) wurden variiert, um herauszufinden, wie der stufenförmige Strukturbildungsverlauf durch die oben genannten Variablen beeinflusst wird. Entlang dieses stufenförmigen Viskositätsverlaufes wurden Proben entnommen und Dünnschnitte lichtmikroskopisch untersucht. Es zeigte sich, dass der Fettkugeldurchmesser mit zunehmender Prozesszeit abnimmt. Daraus folgt, dass es im Laufe des Prozesses zu einer Änderung des Emulsionsstatus kommt. Es lag daher nahe, die Auswirkungen einer gezielten Vorhomogenisierung der Fettphase auf die Strukturbildung zu untersuchen. Dazu wurde die Fettphase (in diesem Falle Rahm) mit Hilfe eines Hochdruckhomogenisators mit unterschiedlichen Druckstufen (0 bar, 50 bar, 100/20 bar, 150/30 bar, 200/40 bar und 250/50 bar) behandelt, um somit die Reaktion mit unterschiedlichen Fettkugelgrößen starten zu können. Dabei ergab sich, dass mit zunehmendem Homogenisierdruck der Fettkugeldurchmesser abnimmt. Je nach Homogenisierdruck liegt der Fettkugeldurchmesser zwischen 3,7 µm und 1,0 µm. Dieser Rahm mit unterschiedlicher Fettkugelgröße wurde in das zu untersuchende System eingesetzt und die Strukturbildung hinsichtlich ihres Verlaufes verfolgt. Der Einfluss des mittleren Fettkugeldurchmessers des Rahmes auf den Strukturbildungsverlaufes ist in der Abbildung 32 dargestellt.

169 162 ZIEL Abteilung Technologie scheinbare Viskosität [Pa.s] ,1 µm 1,0 µm 1,2 µm 1,5 µm 2,7 µm 3,7 µm Temperatur: 85 C Scherrate: 100/s Prozesszeit [min] Abb. 32: Verlauf der scheinbaren Viskosität über der Prozesszeit in Abhängigkeit vom mittlerem Fettkugeldurchmessers d 50,3 [µm] Anhand von Abbildung 32 lässt sich erkennen, dass mit abnehmendem Fettkugeldurchmesser des Rahmes die Strukturbildung schneller erfolgt. Die Anlaufphase ist kürzer und die Viskosität ist höher, je kleiner der mittlere Fettkugeldurchmesser ist. Auch die 1. Anstiegsphase erfolgt schneller mit geringerem Fettkugeldurchmesser und die Höhe der Plateauphase nimmt zu. Tatsächlich kommt es mit abnehmendem Fettkugeldurchmesser, der durch die Vorbehandlung des Rahmes mittels Hochdruckhomogenisieren erreicht wird, zu einer Beschleunigung der Strukturbildung. Weiter wurde die Rolle der Proteine für die Strukturbildung näher charakterisiert. Dazu wurde der Einfluss des Proteingehaltes zwischen 10 und 17 % auf die Strukturbildungsreaktion untersucht. Um den Einfluss der Trockenmasse auszuschließen, wurde die Trockenmasse mit Lactose ausgeglichen. Der Einfluss des Proteingehaltes auf den Strukturbildungsverlauf ist in der Abb. 33 gezeigt. scheinbare Viskosität [Pa.s] Temperatur: 85 C Scherrate: 200/s Trockenmasse: ca. 44 % 17% Protein 15% Protein 12% Protein 13% Protein 10% Protein Prozesszeit [min] Abb. 33: Verlauf der scheinbaren Viskosität in Abhängigkeit vom Proteingehalt

170 ZIEL Abteilung Technologie 163 Mit zunehmendem Proteingehalt erfolgt die Strukturbildung schneller. Erst ab einem Proteingehalt von 12 bzw. 13 % wird eine Strukturbildung sichtbar. Mit weiter zunehmendem Proteingehalt erfolgt die Strukturbildung schneller. Daraus folgt, dass der Proteingehalt bei gleichbleibender Trockenmasse für die Strukturbildung von großer Bedeutung ist. Mit Hilfe von e- lektronenmikroskopischen Aufnahmen konnte bestätigt werden, dass es im Laufe der Strukturbildungsreaktion zu einer Ausbildung eines Proteinnetzwerkes in der kontinuierlichen Phase kommt. Darüber hinaus ist die Untersuchung von weiteren Einflussfaktoren, wie ph-wert und Temperatur, durch bildgebende Analytik sowie die Charakterisierung und Quantifizierung der im Schmelzkäse vorliegenden Bindungsarten mit Hilfe der Bindungsanalyse geplant. Insgesamt sollte sich aus dieser Arbeit ein klares Bild hinsichtlich der Mechanismen komplexer Strukturbildungsvorgänge in Milchprodukten ableiten lassen. Einfluss kombinierter Prozessschritte auf die thermodynamische Kompatibilität von Biopolymeren am Beispiel von Milchprotein und Carrageenan Influence of combinations of process steps on the thermodynamic compatibility of biopolymers on the example of milk proteins and carrageenan Felix Sedlmeyer Hydrokolloide werden verschiedenen Milchprodukten zur Verlängerung der physikalischen Stabilität eingesetzt. So kann beispielsweise die Viskosität der kontinuierlichen Phase durch Biopolymere soweit erhöht werden, dass eine Sedimentation von im Produkt vorhandenen Partikeln stark verlangsamt wird. Damit sind Partikel während der Lagerung fixiert, das Produkt bleibt aber ab einer bestimmten Schubspannung (z.b. beim Trinken) fließfähig. Der Einsatz von Hydrokolloiden bedeutet jedoch auch, dass Wassermoleküle zum Aufbau der Hydrathüllen benötigt werden und diese daher in Konkurrenz zu Proteinen treten. Abhängig von der Zusammensetzung des Mischsystems kann es dabei zu unerwarteten Wechselwirkungen kommen. Beispiele aus der Praxis zeigen, dass minore Komponenten wie Ionen sowie die spezifischen Prozessbedingungen einen großen Einfluss auf die Kompatibilität der Biopolymermischungen haben können. Für eine systematische Untersuchung zum Einfluss verschiedener Prozessparameter auf das Verhalten zweier Biopolymere in Mischsystemen wurden Carrageenan und Milchprotein ausgewählt. Ziele der hier vorgestellten Versuchsreihen leiten sich daher aus zwei Fragestellungen ab: 1.) Lassen sich die rheologischen Eigenschaften durch Steuerung der Proteinclustergröße bzw. durch die Carrageenankonzentration beeinflussen? 2.) Wie werden die rheologischen Eigenschaften durch Scherkräfte beeinflusst? Das Mischsystem besteht aus 3,4 % Protein und einem Carrageenangehalt von 0,02 bis 0,04 %. Diese Zusammensetzung befindet sich im Grenzbereich der Kompatibilität beider Biopolymere, so dass sich Prozesseinflüsse auf eine Destabilisierung bzw. Mikrophasentrennung auswirken können und gut studiert werden können.

171 164 ZIEL Abteilung Technologie 138 schwaches, aber durchgehendes Gelnetzwerk UHT Erhitzungstemperatur [ C] ,020 0,025 0,030 0,035 0, (schwaches Gel) Phasen- 60 winkel (fließend) Carrageenankonzentration [%] Abb. 34: Einfluss von UHT-Erhitzung und Carrageenankonzentration auf die Ausbildung einer stabilisierenden durchgehenden Netzwerkstruktur im Biopolymermischsystem Bild 34 zeigt den Einfluss von Carrageenankonzentration und der UHT-Erhitzungstemperatur auf das Entstehen einer durchgehenden Netzwerkstruktur. Die wird in einer oszillierenden rheologischen Messung durch einen Phasenwinkel größer als 45 angezeigt. Höhere Werte weisen Systeme mit Carrageenankonzentrationen von 0,020 bis 0,025 % auf. Hier zeigt sich eine starke Temperaturabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften. Das prozessabhängige Zusammenspiel der beiden Biopolymere tritt bei Carrageenankonzentrationen oberhalb von 0,035 % immer mehr in den Hintergrund, das Mischsystem ist nun mehr vollständig von Carrageenannetzwerksträngen durchsetzt. Auch das Carrageen-Protein- Mischsystem wird von mechanischer Scherung beeinflusst, wie weiterführend gezeigt werden konnte. Insgesamt lässt sich schlussfolgern: 1.) Eine vollständige Hydratisierung des Carrageenans induziert eine Clusterbildung der Milchproteine. Die Größe der Cluster hängt von den Erhitzungsbedingungen ab. 2.) Die Größe der Cluster hängt zudem von den Scherkräften im Prozess ab. Dabei kann eine moderate Durchmischung vorteilhaft sein, sofern sie zu einer gleichmäßigen Verteilung führt, bevor eine schwache Netzwerkstruktur ausgebildet wird. 3.) Die Kompatibilität der Biopolymere hängt daher von thermodynamisch induzierter Proteinclusterbildung und spezifisch von der prozessabhängigen Modifizierung der Biopolymere ab. 4.) Eine optimale Stabilität zeigt ein System in der Nähe der Kompatibilitätsgrenze. Hier besitzt es eine höchstmöglichste mechanische Stabilität, wird aber noch nicht von einem Biopolymer mit der Folge der Phasentrennung dominiert. 5.) Die Kenntnis von Prozesseinflüssen auf die Kompatibilität von Biopolymeren ist unabdingbar, um Systeme mit vorhersagbarer bzw. nicht zufälliger Stabilität zu erhalten. Dieser Punkt ist der Kern der hier dargestellten Untersuchungen. Weitere Details sind publiziert (siehe Publikationsliste im Anhang).

172 ZIEL Abteilung Technologie 165 Untersuchungen zum Einfluss von Prozessparametern auf die Stabilisierung von gesäuerten Milchgetränken mit hochveresterten Pektin Research on the influence of process parameters on the stabilisation of acidified milk drinks with high methoxyl pectin Felix Sedlmeyer, Juan-Pablo Campos Gesäuerte Milchmischgetränke weisen einen reduzierten Proteingehalt auf und werden daher oft mit Hydrokolloiden, insbesondere Pektin, hergestellt, um die Zielstruktureigenschaften zu erhalten. In vorausgegangenen Untersuchungen wurde bereits der Einfluss des Homogenisationsdrucks im Bereich von 200 bis 800 bar auf gesäuerte Milchsysteme verschiedener Zusammensetzung vorgestellt. Bei pektinstabilisierten gesäuerten Milchgetränken beruht eine erfolgreiche Stabilisierung auf dem Zusammenspiel der Pektin-Milchprotein-Interaktion. Die Grundlage für die Ausbildung einer Netzwerkstruktur sind Wechselwirkungen zwischen proteingebundenem Pektin und freiem Pektin über ladungsbedingte bzw. hydrophobe Interaktionen. Ein Netzwerk kann umso stabiler ausgebildet werden, je größer die Gesamtoberfläche der Proteinpartikel ist, da dann auch die Anzahl der proteingebundenen Pektinmoleküle bzw. entsprechend die Anzahl der Verknüpfungspunkte im Netzwerk steigt. Über den Prozessparameter Homogenisierdruck besteht grundsätzlich eine Möglichkeit, die Stabilität des Milchmischsystems zu beeinflussen. Unklar ist aber, wie sich die Erhitzungsbedingungen auf das Zusammenspiel der Protein-Pektin-Wechselwirkungen auswirken. Ziel dieser Untersuchung ist daher den Einfluss einer Variation der Erhitzungstemperatur auf das Biopolymermischsystem zu erarbeiten. Eine Temperaturabhängigkeit ist möglicherweise dadurch gegeben, dass der ph-wert sich in Abhängigkeit der Temperatur verändert. So verändern sich die Oberflächenladungen beider Biopolymere mit dem Ergebnis, dass die elektrostatischen Wechselwirkungen soweit verändert werden, dass eventuell keine erfolgreiche Stabilisierung des Systems mehr erreicht wird Temperatur ( C ) Homogenisierungsdruck ( bar ) Abb. 35: Einfluss von Homogenisierungsdruck und Erhitzungstemperatur auf die Größe instabilisierender Proteincluster im gesäuerten Milchprotein-Pektin System (Die Linien gleichen Effektes beziehen sich auf den Partikeldurchmesser d 90,3 ).

173 166 ZIEL Abteilung Technologie Bild 35 zeigt, dass beide Prozessparameter, Homogenisationsdruck wie auch die Temperatur im nachfolgenden Erhitzungsschritt einen großen Einfluss auf die Wirkung bzw. Eigenschaften des Stabilisierungsystems haben. So nimmt der d 90,3 mit steigendem Homogenisationsdruck ab, wenn die Temperatur im nachfolgenden Erhitzungsschritt im Pasteurisationsbereich liegt. Durch die Proteinpartikelgrößenverteilung wird sowohl das Verhältnis von Pektin zur Proteingesamtoberfläche bestimmt als auch die Anzahl der Verknüpfungspunkte. Die eigentliche Wechselwirkung zwischen beiden Biopolymeren wird jedoch erst im nachfolgenden Erhitzungsschritt initiiert. Durch rheologische Messungen konnte gezeigt werden, dass die Stabilität der schwachen Netzwerkstruktur mit zunehmender Temperatur abnimmt. Dies legt eine Abnahme der Anzahl von Berührungspunkten zwischen den Pektin-Proteinpartikeln nahe. Steigen die Temperaturen im Erhitzungsschritt weiter bis in den UHT-Bereich, so kommt es zu einer massiven, relativ schnellen Entmischung des Systems. Deutet sich bei einer Erhitzung auf 120 C nur bei einem relativ niedrigen Verhältnis von Pektin zu Proteingesamtoberfläche (d.h. Homogenisation bei 800 bar) eine Tendenz zu verstärkter Aggregation von Proteinpartikeln an, so kommt es bei einer Erhitzung auf 140 C zu einem deutlichen Anstieg der Proteinclustergröße mit steigendem Homogenisationsdruck. Das bedeutet, dass das System eine steigende Proteinpartikelgesamtoberfläche immer schlechter stabilisieren kann und daher eine entsprechende Aggregation zu Proteinclustern stattfindet. Da die Pektinmenge nun immer weniger zu einer vollständigen Bedeckung der Proteinpartikel ausreicht, werden zwei o- der mehr Proteinpartikel an dasselbe Pektinmakromolekül adsorbiert ( bridging ). Für einen optimalen Aufbau der Netzwerkstruktur benötigt man Proteinpartikel, welche aufgrund ihrer Oberflächenladungsverhältnisse in Wechselwirkung mit den hydrophilen Bereichen des Pektinmakromoleküls treten können. Entsprechend ordnen sich dann nicht adsorbierte, hydrophobe Bereiche des Pektinmakromoleküls möglichst weit entfernt von diesen Bereichen an. Um ihre Oberfläche zu minimieren, treten sie untereinander in hydrophobe Wechselwirkungen. Entsprechend steigt die Stabilität der Struktur gegenüber angelegten Schubspannungen, da eine größere Anzahl von Verknüpfungspunkten aufgrund hydrophober Wechselwirkungen überwunden werden muss. Lagern sich dagegen die Proteinpartikel selbst aneinander, wie es nach Erhitzung auf 140 C beobachtet wird, fehlt die Möglichkeit zum Aufbau eines durchgängen Netzwerks. Dies ist jedoch notwendige Voraussetzung, damit durch die Kombination von elektrostatisch eingebundenen Proteinpartikeln und hydrophoben Pektin-Pektin bzw. Pektin-Kohlenhydrat- Wechselwirkungen das gesamte Volumen homogenen stabilisiert werden kann. Schaumeigenschaften von Caseinomakropeptid in Wechselwirkung mit Molkenproteinen Influence of Caseinomacropeptide and its interactions with whey proteins on foaming properties Nadja Siegert, Corinna Thomä Caseinomakropeptid (CMP) zählt zu den bioaktiven Peptiden aus Milch. Neben den ernährungsphysiologischen Eigenschaften verspricht der chemisch-molekulare Aufbau ein hohes

174 ZIEL Abteilung Technologie 167 technologisch-funktionelles Potential. CMP ist amphoter, was gute Emulgier- und Schaumeigenschaften verspricht. Die bereits gewonnenen Erkenntnisse zum Schaumbildungsvermögen und zur Schaumstabilität von CMP im Vergleich zu Eiklar und WPI wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit durch eine systematische Untersuchung der Schaumbildungseigenschaften ergänzt. Die Schaumbildung und Stabilität wird in entscheidendem Maße von den Eigenschaften der kontinuierlichen Phase und der chemisch-physikalischen Struktur der grenzflächenaktiven Substanzen bestimmt. Hierbei spielen die Konzentration der Proteine und die Milieubedingungen eine entscheidende Rolle, da sie Funktionalität der grenzflächenaktiven Substanzen modifizieren und die Interaktionen innerhalb der kontinuierlichen Phase beeinflussen. Daher wurde der Einfluss der Proteinkonzentration, des ph-wertes sowie eine Erhöhung der Ionenstärke und Viskosität der Lösung untersucht. Als Referenzsubstanz wurde ein kommerzielles Molkenproteinisolat (WPI) verwendet. Durch den hohen Anteil von CMP am Gesamtproteingehalt von 25 % in Süßmolke ist es insbesondere von Interesse, inwieweit CMP die Funktionalität von Molkenproteinprodukten beeinflusst bzw. inwieweit Wechselwirkungen zwischen CMP und Molkenproteinen für die Strukturbildung ausgenutzt werden können. Dies wurde anhand von Proteinmischschäumen mit WPI untersucht. Zur Herstellung der Schäume wurden jeweils 250 ml einer 5 %igen Proteinlösung aufgeschlagen (Thermomix bei 1000 U/min für 90 s bei 5 C). Die Schäume wurden direkt nach dem Aufschlagen anhand des Overruns als Maß für das Schaumbildevermögen sowie der Festigkeit und der Drainage (t = 30 min) als Größen für die Schaumstabilität charakterisiert. Bis zu einer CMP-Konzentration von 10 % nahm die Schaumstabilität zu, jedoch nicht die Schaumbildung. Bereits bei einer Konzentration von 5 % CMP lag eine sehr gute Schaumbildung bei ausreichend guter Schaumstabilität vor. Diese Ergebnisse zeigen, dass bei hoher Konzentration an grenzflächenaktivem Material mehrschichtige Grenzflächenfilme gebildet werden, die gegenüber Koaleszenz resistent sind. Der Drainage wirkt entgegen, dass sich Interaktionen zwischen den Proteinmolekülen intensivieren und das Wasserbindevermögen innerhalb der Schaumlamellen steigt, wodurch die Grenzflächenviskosität erhöht wird. Für die Untersuchungen zum Einfluss der Milieubedingungen auf die Schaumeigenschaften von CMP ist in Bild 36 exemplarisch der Overrun von CMP- und WPI-Schäumen in Abhängigkeit des ph- Wertes dargestellt Overrun / % CMP WPI ph-wert / - Abb. 36: Overrun von CMP- und WPI-Schäumen in Abhängigkeit vom ph-wert

175 168 ZIEL Abteilung Technologie Während die Schaumeigenschaften von WPI von den Milieubedingungen beeinflusst werden konnte bei CMP kein Einfluss festgestellt werden. Hauptverantwortlich für die Konstanz der Schaumeigenschaften von CMP ist die negative Nettoladung über einen breiten ph-bereich. Am stärksten ist diese im basischen Bereich ausgeprägt, wodurch sich über die dadurch verstärkten Abstoßungskräfte zwischen den Molekülen eine Erhöhung der Schaumstabilität beobachten lässt. Die Schaumeigenschaften von Zwei-Komponenten-Systemen aus CMP und WPI wurden bei den Konzentrationsverhältnissen WPI:CMP von 4:1, 2:1, 1:1 und 1:2 bezogen auf 5 % Gesamtproteingehalt untersucht. Das Verhältnis von 4:1 entspricht dabei dem Verhältnis von CMP zu Molkenproteinen in Süßmolke. Es ergab sich mit steigendem CMP-Anteil ein erhöhter Overrun (Bild 37 a). Für die Drainage und Festigkeit (Bild 37 b) wurden die besten Ergebnisse bei einem Verhältnis von WPI:CMP von 1:1 erzielt. Die synergistischen Effekte zwischen CMP und WPI können durch eine rasche Absenkung der Oberflächenspannung, ein erhöhtes Wasserbindevermögen und eine erhöhte negative Ladung durch CMP sowie die Schaumstärke und Stabilisierung der Grenzflächen durch die Grenzflächendenaturierung der Molkenproteine erklärt werden Overrun/ % Eiweiß C CMP /C total Prot. / - Drainage/ % Drainage Foam rigidity C CMP /C total Pro. / Foam rigidity / mn Abb. 37: Schaumeigenschaften (a) Overrun und (b) Drainage und Schaumstärke von Zwei- Komponenten-Systemen aus CMP und WPI in Abhängigkeit des CMP-Gehaltes am Gesamtprotein Die erarbeitete Technologiebasis erlaubt es, das biologische Potential von CMP als originärem Milchinhaltstoff sowie seine technologischen Eigenschaften gleichzeitig auszunutzen und damit physiologisch aktive und sensorisch optimierte Produkte herzustellen. Dank: Dieses Projekt wird aus Mitteln der industriellen Gemeinschaftsforschung (Bundesministerium für Wirtschaft/AiF) über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.v. (FEI) gefördert (Projekt Nr. AiF-FV N).

176 ZIEL Abteilung Technologie 169 Funktionalität von Eiklar nach definierter Vorerhitzung bei variierenden Milieubedingungen hinsichtlich der Verschäumungseigenschaften Functionality of egg white preheated under various compositional factors regarding foaming properties Michaela Tilgner, Stefan Brütting Eiklar stellt aufgrund seiner großen Anzahl an Proteinfraktionen mit unterschiedlichen physiko-chemischen Eigenschaften ein sehr komplexes System dar. Aus dieser Komplexität ergibt sich ein bemerkenswert hohes Funktionalitätspotenzial, welches sich unter anderem im Verschäumungsvermögen widerspiegelt. Fundierte Erkenntnisse über den Zusammenhang einer Vorerhitzung und der Funktionalität einzelner Eiklarproteine, speziell auch bei variierendem ph-wert oder bei Zugabe von Zuckern, liegen bisher nicht vor. Ziel dieser Arbeit war es deshalb, Veränderungen hinsichtlich der Ausbildung und Stabilisierung von geschäumten Strukturen bei Variation der Erhitzungs- und Milieubedingungen zu erfassen. Eier der Hühnerrasse Leghorn Brown (TU Versuchsstation Thalhausen) wurden manuell getrennt, das Eiklar auf einem Magnetrührer homogenisiert und durch Verdünnung mit einer 0,09 M NaCl-Lösung auf eine Proteinkonzentrationen von 5 % (5 % EWP = egg white protein) eingestellt. Nach Zusatz von 10 % Galactose (Gal) bzw. ph-einstellung wurden je 260 ml dieser Eiklarlösung in einem Laborschabewärmetauscher bei 64 C für Heißhaltezeiten von 60, 120, 240, 300 und 600 s erhitzt. Je 250 ml dieser Proben wurden verschäumt und dann hinsichtlich des Schaumbildungsvermögens (Gaseintrag Overrun ) und des stabilisierungsvermögens ( Drainage innerhalb t= 30 min) analysiert. Im Folgenden werden die Ergebnisse bezüglich des Overruns und der Drainage aufgezeigt und diskutiert, wobei die relative Veränderung gegenüber der vorerhitzten Probe ohne Zusätze dargestellt ist (Abb. 38 und Abb. 39). 300 Relative Veränderung Overrun [%] (bezogen auf 5 % EWP Probe ohne Zusätze) % Eiklarprotein; Aufgeschäumt nach Vorerhitzung bei 64 C und Heißhaltezeit t 5 % EWP, ohne Zusätze 5 % EWP, 10 % Gal 5 % EWP, ph 5 5 % EWP, ph % Gal Heißhaltezeit t - Vorerhitzung [s] Abb. 38: Relative Veränderung des Overruns nach Vorerhitzung von 5 % EWP unter Variation der Milieubedingungen In Abbildung 38 ist für die unerhitzten und ph eingestellten Proben ein deutlicher Anstieg des Overruns zu erkennen, wobei in dem System mit ph 5 in Gegenwart von Galactose die höchsten Werte erzielt wurden. Eine Galactosezugabe ohne ph-wert-einstellung bewirkt bei den unerhitzten Proben keine Erhöhung des Schaumbildungsvermögens. Abb. 38 zeigt weiterhin, dass eine Zugabe von Galactose oder eine ph-einstellung bei den zu erhitzenden Proben eine deutliche Steigerung des relativen Overruns bis zu einer Heißhaltezeit von 240 bis 300 s bei

177 170 ZIEL Abteilung Technologie 64 C ergibt. Eine Zuckerzugabe bewirkt einen Schutzeffekt während der Vorerhitzung. Es liegen so nach einer jeweils gleichen Hitzebehandlung bei Zuckerzusatz mehr nur partiell denaturierte, also auch flexiblere Eiklarproteine vor, welche schneller zu den während der Verschäumung eingebrachten Grenzflächen diffundieren und so ein erhöhtes Schaumbildungsvermögen aufweisen. Eine Kombination von Galactosezugabe und Einstellung auf ph 5 verstärkt diese Effekte, was unter anderem auf das besonders gute Schaumbildungsvermögen im Bereich des isoelektrischen Punktes (IEP) zurückzuführen ist, der für einige der mengenmäßig bedeutendsten Eiklarproteine im Bereich von ph 5 liegt. Abbildung 39 zeigt die relative Veränderung der Drainage als ein Maß für die Schaumstabilität über einen Messzeitraum von 30 min durch Zusatz von Galactose beziehungsweise Einstellung eines ph-wertes von 5. relative Veränderung Drainage [%] (bezogen auf Probe 5 % EWP ohne Zusätze) % Eiklarprotein; Aufgeschäumt nach nach Vorerhitzung bei 64 C und Heißhaltezeit t t 5 % EWP, ohne Zusätze 5 % EWP, 10 % Gal 5 % EWP, ph 5 5 % EWP, ph % Gal Heißhaltezeit t -Vorerhitzung [s] Abb. 39: Relative Veränderung der Drainage (t= 30 min) nach Vorerhitzung von 5 % EWP unter Variation der Milieubedingungen Eine Zugabe von Galactose beziehungsweise die ph-wert-einstellung führte bei allen Erhitzungsstufen zu einer geringeren Drainageneigung im Vergleich zu den entsprechend erhitzten Proben ohne Zusätze. Im Falle der Zuckerzugabe kann dies mit einer erhöhten Viskosität der kontinuierlichen Phase erklärt werden, welche den Abfluss derselben aus dem Schaumlamellensystem vermindert. Darüber hinaus weisen einige Eiklarproteine einen IEP im Bereich von ph 5 auf, woraus sich ein hohes Wasserbindungsvermögen und so auch stabilere Grenzflächenfilme bei einer Einstellung auf diesen ph-wert ergeben. Die Arbeit zeigt, dass die Kombination einer thermischen Vorbehandlung unter Ausnutzung von Schutzeffekten durch Zugabe von Zuckern beziehungsweise Einstellung des ph-werts die Verschäumungseigenschaften von 5 % EWP überwiegend positiv beeinflusst. Die durchgeführte Verdünnung des Eiklars auf 5 % EWP stellt eine für die Industrie interessante Möglichkeit dar, kostengünstiger zu produzieren und gleichzeitig die bei der Pasteurisierung von Eiklar häufig auftretende Ansatzbildung zu vermindern. In weiterführenden Arbeiten soll untersucht werden, welches Potenzial Wechselwirkungen von erhitzten Eiklar- und Milchproteingemischen hinsichtlich der Optimierung von geschäumten Dessertprodukten aufweisen.

178 ZIEL Abteilung Technologie 171 Vergleichende Untersuchung zur Labgelbildung von UHT-behandelten Caseinlösungen mittels Ultraschallmessung und Oszillationsrheologie Comparative investigation of rennet gel formation using ultrasonic and oscillating rheological methods Qin Wang, Selda Bulca Niederenergetischer Ultraschall eignet sich als eine zerstörungsfreie Messmethode zur Charakterisierung der Produkteigenschaften. Aufgrund der komplexen Zusammensetzung vieler Lebensmittel ist der niederenergetische Ultraschall als Analysenmethode im Lebensmittelbereich noch nicht weit verbreitet. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob sich die niederenergetische Ultraschalltechnik ergänzend zu etablierten Verfahren zur Untersuchung der Labgelbildung eignet. Es wurden die Einflüsse der UHT-Erhitzung auf die Labgelbildung von molkenproteinfreier Caseinlösung mit Hilfe von niederenergetischem Ultraschall sowie der oszillationsrheologischen Messung untersucht. Dafür wurden die nicht erhitzte und die bei 120 C für 60 s, 100 s, 150 s und 300 s erhitzten Caseinlösungen mit 0,02% Labenzym versetzt. Der Labgelbildungsprozess wurde mit dem Ultraschallmessgerät Resoscan (TF Instruments, Heidelberg, Deutschland) und dem Rheometer AR1000 (TA Instruments, New Castle, USA) verfolgt. Für die Ultraschallmessung wurden zuerst die beiden Messzellen von Resoscan mit der Probe ohne Lab aufgefüllt. Nach der Initialisierung des Systems wurde die Probe mit Lab in eine von beiden Messzellen eingeführt. Die Messung wurde bei der vorher ausgewählten Frequenz von 7,8 MHz durchgeführt. Für die rheologische Messung wurde ein Acrylkegel mit 6 cm Durchmesser und 2 Winkel als Geometrie verwendet. Die Messung wurde bei 1 Hz mit einer Verformung von 3% durchgeführt. Abb. 40: Schallgeschwindigkeitsdifferenz U und Speichermodul G in Abhängigkeit von der Zeit während der Gelbildung von 3% Caseinlösung mit 0,02 % Lab. In Abb. 40 sind die Schallgeschwindigkeitsdifferenz U zwischen der Caseinlösung mit und ohne Enzym und das Speichermodul G über die Inkubationszeit in der nicht erhitzten Caseinlösung aufgetragen. U weist einen zweistufigen Anstieg über der Inkubationszeit auf. Der erste Anstieg entspricht der Abspaltung der Caseinomakropeptide (CMP) von der Caseinmicelle, der zweite Anstieg dem Aggregationsprozess der para-к-caseine. Die Freisetzung der GMP hat vermutlich zu einer Erhöhung der Hydratwassermenge durch die vergrößerte Kontaktfläche von CMP zum Wasser geführt, was den Anstieg der Ultraschallgeschwindigkeit verursacht. G der oszillationsrheologischen Messung weist einen deutlich unterschiedlichen

179 172 ZIEL Abteilung Technologie Verlauf auf. Erst wenn der Aggregationsprozess beginnt, ist eine Änderung von G festzustellen. In der Ultraschallmessung wird die Zeit beim Wendepunkt von U als die Koagulationszeit t c definiert. Diese kann durch Ableiten der Daten als Zeit bei einem Peakmaximum bestimmt werden. Die Koagulationszeit bei der rheologischen Messung wurde gemäß der Literatur (Srinivasan und Lucey, 2002) als die Zeit definiert, bei der G =1 Pa ist. Insgesamt zeigen diese vergleichende Arbeiten, dass die Ultraschallspektropskopie bisher nicht oder nur schwach erkennbare Veränderungen deutlich sensitiver und früher erfasst. Dieser Technik ist daher ein hohes Potential für weiterführende Arbeiten zur Ermittlung von Strukturbildungsvorgängen oder molekularen Veränderungen zuzumessen. Die ermittelte Koagulationszeiten aus der Ultraschallmessung und der rheologischen Messung wurden in Abb. 41 gegeneinander aufgetragen. Abb. 41: Korrelation zwischen der Koagulationszeit t c aus der Ultraschallmessung und der rheologischen Messung bei der Labgelbildung von 3 % Caseinlösungen, die bei 120 C unterschiedlich lange erhitzt wurden. Die Nummern von 1 zu 5 stehen jeweils für nicht erhitzt, und erhitzt für 60 s, 100 s, 150 s, und 300 s. R 2 = Mit der steigenden Erhitzungsintensität wurde eine Verlängerung der Koagulationszeit festgestellt. Bulca und Kulozik (2004) konnten mit steigender Erhitzungsintensität eine zunehmende Dissoziation von α s -, β- und κ-casein aus den Micellen sowie eine Polymerisierung der Caseinfraktionen feststellen. Diese Modifikationen könnten Hindernisse für die Aggregation darstellen und damit die Koagulation verzögern. Zwischen den mit beiden Methoden ermittelten Koagulationszeiten besteht eine lineare Korrelation. Es ist aber auffällig, dass die Koagulationszeit aus der rheologischen Messung immer länger als die aus der Ultraschallmessung ist. Mit steigender Erhitzungsintensität nimmt der Unterschied zwischen den mit beiden Methoden ermittelten Koagulationszeiten zu. Das deutet darauf hin, dass die Ultraschallmethode die Aggregation früher als die rheologische Methode detektieren kann. Für die rheologische Messung wird ein bestimmter Aggregationsgrad benötigt, um eine Anstieg von G zu detektieren. Je mehr der Aggregationprozess beeinträchtigt ist, desto größer ist der Zeitunterschied zwischen dem Anfang der Aggregation und dem Erreichen eines detektierbaren Aggregationsgrades für die rheologische Messung.

180 ZIEL Abteilung Technologie 173 Die Ergebnisse zeigen, dass die niederenergetische Ultraschallmethode eine empfindliche Methode zur Messung der enzymatischen Hydrolyse und der Aggregationsphase darstellt, wohingegen die rheologische Methode erst ab der Aggregation die Änderung in der Probe messen kann. Somit ist die Ultraschallmethode eine wertvolle Ergänzung zur rheologischen Methode, um die Vorgänge von der enzymatischen Hydrolyse bis hin zur Gelbildung vollständig bzw. sensitiver zu beschreiben. Weitere Strukturbildungsvorgänge werden derzeit untersucht. Literatur: BULCA, S. UND KULOZIK, U. (2004): Heat induced changes in native casein micelles obtained by microfiltration. Bulletin IDF, 389, Brussels, Belgium. Dissertationen Engelhard, Patrick: Inaktivierung von Mikroorganismen auf festen Oberflächen mittels Atmosphäre aus feuchter Luft/Wasserstoffperoxid und IR-Bestrahlung Diplomarbeiten und Masterarbeiten Kunz, Cordula Flora: Untersuchung der Strukturbildung bei der Schmelzkäseherstellung Einfluss von Prozessfaktoren und Proteinzusammensetzung Schneider, David: Einfluss der enzymatischen Quervernetzung mittels Transglutaminase auf die Strukturbildung von fermentierten Sauermilchprodukten Matthe, Ariane: Einfluss der Erhitzungs- und Milieubedingungen auf die Funktionalität von Eiklar hinsichtlich der Ausbildung von viskosen Strukturen beziehungsweise Gelen Kaufmann, Veronika: Wirkung von Lactose und Magermilch als Schutzstoffe bei der Gefriertrocknung von Milchsäurebakterien Heidebach, Thomas: Einfluss der enzymatischen Quervernetzung mittels Transglutaminase auf die Labgelbildung Reinhard, Pamela: Funktionalität und Interaktion von Lecithin und dem Polysaccharid Gummi arabicum in einer Glanzemulsion Einflüsse von Herstellungsweise und Zusammensetzung auf Stabilität und Fließverhalten Steinhilber, Marco: Funktionalität und Interaktion von Lecithin und dem Polysaccharid Gummi arabicum in einer Glanzemulsion Einflüsse von Herstellungsweise und Zusammensetzung auf Stabilität und Fließverhalten Schmitt, Eva-Christine: Inaktivierung von Bacillus atrophaeus-sporen mit wasser- und wasserstoffperoxidhaltiger Heißluft Schulz, Silke: Inaktivierung von vegetativen Keimen auf festen Oberflächen mittels wasserstoffperoxidhaltiger Heißluft am Beispiel von Micrococcus luteus

181 174 ZIEL Abteilung Technologie Hinz, Katharina: Influence of transglutaminase on milk fat globules and emuslfiying properties of milk proteins Götz, Kerstin: Untersuchungen der Einflussgrößen auf die Variation des Proteingehaltes in einer Joghurtproduktionslinie unter Anwendung der Six Sigma-Methode Glanda, Martha: The influence of the emulsion status for the structure formation in processed cheese Hößle, Johann Georg: Einfluss der enzymatischen Quervernetzung auf die Strukturbildung von fetthaltigen, fermentierten Milchprodukten Hänel, Peggy: Migration von Farbstoffen in Mehrschichtprodukten Brütting, Stefan: Einfluss der Erhitzung auf die Funktionalität von Eiklarprodukten Lupprich, Stefan: Einfluss der enzymatischen Quervernetzung mittels Transglutaminase auf die funktionellen Eigenschaften von Lebensmittelproteinen David, Karel: Inbetriebnahme einer kontinuierlichen Speiseeismaschine und Untersuchung der Rolle von Molkenproteinen bei der Speiseeisherstellung Majchrzak, Justyna: Optimierung der Ausbeute von Caseinmakropeptid (CMP) bei dessen Gewinnung aus Molke mittels Membrantrennverfahren Siegert, Nadja: Untersuchungen zu den Schaumbildungseigenschaften von Caseinmakropeptid Fiebig, Claudia: Bestimmung des intrazellulären Lactosegehaltes von Lactobacillus ssp. paracesei Bachmair, Eva-Maria: Gehalt an CMP-gebundener Sialinsäure in Abhängigkeit von ph- Wert und thermischer Behandlung Lehner, Christian: Einfluss der Trocknungsrate, Trocknungstemperatur und verschiedener Schutzstoffe auf die Überlebensrate von Lactobacillus paracasei ssp. paracasei während der Vakuumtrocknung Eichinger, Nadine Christine: Gefriertrocknung von Lactobacillus paracasei ssp. paracasei Einfluss der Gefrierrate auf die Überlebensrate und auf den physikalischen Zustand des getrockneten Kulturenpräparates Yepez, Juan Pablo Campos: Einfluss von Erhitzungsbedingungen und Hochdruckhomogenisation auf die Stabilität von Pektin-Milchprotein-Systeme Ried, Eva: Einfluss einer thermischen Behandlung von natürlichen und enzymatisch modifizierten Eigelblösungen und ihr Verhalten in o/w-lösungen Eißner, Raphaela: Zur Dekontamination von Staphylococcus aureus mittels Dampfrauch bei der Herstellung von Rohschinken

182 ZIEL Abteilung Technologie 175 Semester- und Bachelorarbeiten Tene Takombe, Guy Bernard: Thermische Eigenschaften und Emulgierverhalten von mit Phospholipase A2 behandeltem Eigelb (Bachelor Thesis) Lehner, Christian: Untersuchung des Trocknungsverlaufes verschiedener Zuckerlösungen sowie des physikalischen Zustands nach der Vakuumtrocknung Koutang, Makamté Félicité: Inaktivierung von Apergillus niger durch ein Kombinationsverfahren aus UVC-Strahlen und Wasserstoffperoxid Fichtner, Kathrin: Untersuchung des Wasserbindevermögens am Beispiel erhitzter Caseinlösungen und Labgelen Vorträge und Posterpräsentationen Bönisch, M.; Tolkach, A.; Kulozik, U.: Inaktivierung eines Transglutaminase-Inhibitors im Milchserum, Milchkonferenz 2005, Kiel, 29./30. September 2005 Bönisch, M.; Huß, M.; Kulozik, U.: Neue Erkenntnisse zur Strukturoptimierung durch enzymatische Proteinquervernetzung in gerührten Joghurtgelen und Milchdesserts, Weihenstephaner Milchwirtschaftliche Herbsttagung 2005, Weihenstephan, 13./14. Oktober 2005Bönisch, M.; Tolkach, A.: Presence and Inactivation of an Indigenous Transglutaminase Inhibitor in Milk, First IDF Symposium on Indigenous Milk Enzymes, University College Cork, Ireland, April 2005 Daimer, K.: Steigerung der Emulgiereigenschaften von Eigelb durch thermische und enzymatisch-thermische Eigenschaften, 1. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses zum Forschungsvorhaben AiF-Nr.: N am 22.Mai 2005 in Freising-Weihenstephan Daimer, K.: Steigerung der Emulgiereigenschaften von Eigelb durch termische und enzymatisch-thermische Eigenschaften, 2. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses zum Forschungsvorhaben AiF-Nr.: N am 8. Dezember 2005 in Bonn Engelhard, P.: Entkeimung von Oberflächen mittels neuartiger Infrarot-Technik: Grundlagen-Strahlertypen Einfluss von Umgebungsfeuchte und Packstoffabsorptionscharakteristik, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan Engelhard, P.: Inaktivierung von Keimen mit gasförmiger wasserstoffperoxidhaltiger Heißluft: Konzept, Wirkungsweise und Stabilität von H 2 O 2, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising- Weihenstephan Engelhard, P.: Kombinationsverfahren mit Infrarot-Strahlern und H 2 O 2 : Effekte und Prozessbedingungen zur Steigerung des Entkeimungseffektes in Hochleistungsverfahren, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur

183 176 ZIEL Abteilung Technologie Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan Engelhard, P.: Inaktivierung von Keimen mit peroxidhaltiger Heißluft: Effekte und Prozessbedingungen zur rückstandsfreien Entkeimung, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November Freising- Weihenstephan Fichtner K.; Morales-Castillo V.; Thomä C.: Untersuchungen zu den Gelbildungseigenschaften von Caseinomacropeptid, 3. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses zum Forschungsvorhaben AiF-Nr.: N in Freising-Weihenstephan, Fichtner K.; Thomä C.: Untersuchungen zum Verhalten von CMP in Produktmatrices am Beispiel Joghurt, 3. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses zum Forschungsvorhaben AiF-Nr.: N am 12. Oktober 2005 in Freising-Weihenstephan Först, P.; Kulozik, U.: Enhanced survival of Lb. paracasei after vacuum drying role of process parameters and protective compounds, IDF World Dairy Summit 2005 vom September in Vancouver (Canada) Guilmineau, F.; Kulozik, U.: Influence of ph and NaCl concentration on the emulsifying properties of native and thermally denatured egg yolk, Milchkonferenz am 29./30. September 2005 in Kiel Hinrichs, J.; Kulozik, U.; Rademacher, B.; Daimer, K.; Lauber, S.; Merel, E.; Metzler, A.; Sedlmeyer, F.: Hydrostatische Druckbehandlung von Milchproteinen und Hydrokolloiden zum Erzeugen definierter Partikel- und Gelstrukturen, III. Statusseminar Hochdruck Lebensmitteltechnologie und -bioverfahrenstechnik am 19. September 2005 in Freising- Weihenstephan Higl, B.; Först, P.; Kulozik, U.: Einfluss von Schutzstoffen und Prozessbedingungen auf die Vitalität von L. paracasei ssp. paracasei beim Gefriertrocknen, Milchkonferenz am 29./30. September 2005 in Kiel Higl, B.: Herausforderungen und Möglichkeiten neuer Verfahren bei der Behandlung von trockenen Lebensmitteln: Gewürze, pulverförmige Lebensmittel, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan Karasch, S.: Energiesparende und schonende Homogenisierung von Milch und Auswirkungen auf die Textur von Milchprodukten, 1. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses zum Forschungsvorhaben AiF-Nr.: N am 22. November 2005 in Freising-Weihenstephan Kaufmann, V.: Neue Wege zu verlängerter Haltbarkeit (Mikrofiltration und thermische Verfahren: Extended Shelf Life, ESL) hitzesensitiver Lebensmittel, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan

184 ZIEL Abteilung Technologie 177 Kulozik, U.: Technologies for the Enrichment of Health relevant Components in Milk an Whey, Forum Life Science am 16./17. Februar 2005 in Garching Kulozik, U.: Means for Protein Fractionation in Dairy Technology, Innovation through Innovation, IDF Conference am 01./02. März 2005 in Cambridge Kulozik, U.: Haltbarkeitsverlängerung und technologische Entwicklungen durch Membrantrenntechnik, GDL-Kongress im Rahmen der Kölner FoodTec Tage am 16./17. März 2005 Kulozik, U.: Technologien zur Herstellung von Functional Food-Produkten am Beispiel Fettsäuren/CLA-Produkte, 4. FEI Kooperationsforum am 19. April 2005 in Bonn Kulozik, U.: Wechselwirkungen von Zusatzstoffen in komplexen Lebensmitteln, Seminar Ingredients Trends und Innovationen, Danisco Day am 15.November in Bad Homburg Kulozik, U.: Funktionelle Eigenschaften von Milchproteinen als Lebensmittelbausteine, Jahrestagung Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung am 08./09.Juni 2005 in Erding Kulozik, U.: Wärmebehandlungsverfahren für Milch derzeitiger Stand und künftige Möglichkeiten, Seminar Hygienerecht der EU, Landesvereinigung der Bayerischen Milchwirtschaft, 27.Oktober 2005 in Denkendorf Kulozik, U.: Optimierte Funktionalität von Milchinhaltsstoffen in Speiseeis, ZDS Intereis am November 2005 in Solingen Kulozik, U.: Effekte von thermischen Verfahren: Keiminaktivierung und Funktionalisierung von Inhaltsstoffen Einführung, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan Kulozik, U.: Hitzestabilität und mögliche Risiken des Überlebens von Mycobacterium paratuberculosis unter Pasteurisierbedingungen: Aktuelle Fragen und Stand des Wissens, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan Kulozik, U.: Biofilme: Implikationen für Oberflächenreinigung und desinfektion, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan Kulozik, U.; Bauer, J.: Thermische und alternative Verfahren zur Inaktivierung von Prionen, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan Kuropatwa, M.: Optimierung der Gel- und Schaumbildungseigenschaften von definierten Gemischen aus nativen und modifizierten Eiklar- und Milchproteinen, 1. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses zum Forschungsvorhaben AIF-FV N am 08. Dezember 2005 in Bonn

185 178 ZIEL Abteilung Technologie Röck S.; Kunz C.; Kulozik U.: Einflussfaktoren auf die Strukturbildung in Käseprodukten ; GVC-Tagung - Fachausschuss Lebensmittelverfahrenstechnik am 08./09.März 2005 in Berlin Röck S.; Kulozik U.: Strukturbildung durch Milchproteine: Einflüsse der stofflichen Zusammensetzung und Prozessfaktoren, Milchkonferenz am 29./30. September 2005 in Kiel Röck S.; Kulozik U.: Proteinfunktionalität und Strukturbildungsmechanismen bei der Schmelzkäseherstellung am 4. Mai 2005 in Heimenkirch Sedlmeyer, F.; Kulozik, U.: Einfluss der UHT-Erhitzung auf die Strukturbildung durch Milchproteine und Carrageenan, GVC-Tagung - Fachausschuss Lebensmittelverfahrenstechnik 08./09. März 2005, Berlin Sedlmeyer, F.; Kulozik, U.: Measurement of the process history on a weak gel by small and large deformation rheology, AERC 2nd Annual European Rheology Conference vom April 2005 in Grenoble (Frankreich) Sedlmeyer F.; Daimer, K.; Heinrich, M.; Lauber S.; Kulozik, U.: Auswirkung der räumlichen Verteilung von Polyelektolyten auf die Dissoziation von Caseinmicellen unter Hochdruck, III. Statusseminar Hochdruck Lebensmitteltechnologie und Bioverfahrenstechnik 19./20. September 2005 in Freising Weihenstephan Sedlmeyer, F.; Kulozik, U.: Influence of preheating time and UHT heating temperature on the texture of milk stabilized with carrageenan, EFFoST Intradfood vom Oktober 2005 in Valencia (Spanien) Schulz, S.: Testverkeimungen und Konsequenzen für Anlagentests, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan Thomä-Worringer, C.; Eichl, S.; Siegert, N.: Caseinomacropeptide - a biologically active component with food structuring properties, IDF World Dairy Summit 2005 vom September 2005 in Vancouver (Canada) Thomä, C.: Kontinuierliche Gewinnung von Glycomacropeptid durch Membranverfahren und Einsatz seiner technologischen Funktionalität in Milch und Diätprodukten, 3. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses für das Forschungsvorhaben AiF-FV N am 12. Oktober 2005 in Freising-Weihenstephan Thomä, C.; Steinle, S.: Simultane Analyse von CMP und Molkenproteinen mittels RP- HPLC, 3. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses für das Forschungsvorhaben AiF-FV N am 12. Oktober 2005 in Freising-Weihenstephan Thomä, C.: Einfluss der Milieubedingungen auf den Gehalt an GMP-gebundener Sialinsäure, 3. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses für das Forschungsvorhaben AiF-FV N am 12. Oktober 2005 in Freising-Weihenstephan Thomä, C.; Steinle, S.; Majchrzak, J.: Untersuchungen zur Anreicherung von CMP mittels Membrantrennverfahren, 3. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses für Forschungsvorhaben AiF-FV N am 12. Oktober 2005 in Freising-Weihenstephan

186 ZIEL Abteilung Technologie 179 Thomä, C.; Siegert, N.: Untersuchungen zu den Schaumeigenschaften von Caseinomacropeptid, 3. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses für das Forschungsvorhaben AiF- FV N am 12. Oktober 2005 in Freising-Weihenstephan Thomä, C.; Eichl, S.: Untersuchungen zu den Emulgiereigenschaften von Caseinomacropeptid, 3. Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses für das Forschungsvorhaben AiF- FV N am 12. Oktober 2005 in Freising-Weihenstephan Thomä, C.; Steinle, S.; Eichl, S.; Siegert, N.; Kulozik, U.: Caseinomacropeptide - a biologically active component with food structuring properties, 4 th NIZO Dairy Conference Prospects for health, well-being and safety from June 2005 in Papendal (Niederlande) Tolkach, A.; Kulozik, U.: Reaction kinetic of reversible and irreversible denaturation of ß Lactoglobulin and its relevance for modelling of DSC-Measurements, World Dairy Summit from September 2005 in Vancouver (Canada) Tolkach, A.; Kulozik, U.: Modellierung der Diafiltrations- und Konzentrationsprozesse bei der Mikrofiltration von Milch, Deutsche Milchkonferenz vom September 2005 in Kiel Tolkach, A.; Tilgner, M.; Guilmineau, F.: Steuerung der Strukturbildung durch Proteinwechselwirkungen in Milch-, Molke- und Eisystemen, Milchwirtschaftliche Herbsttagung am 13./14. Oktober 2005 in Freising-Weihenstephan. Tolkach, A.: Aseptik und Sterilprozesstechnik: Prozessoptimierung, Einflüsse der Produktzusammensetzung und reaktionskinetische Methoden, Technologie-Seminar Aseptik und Sterilprozesstechnik - Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik am 3./4. November 2005 in Freising- Weihenstephan, Technologietransfer Seminare Technologie-Seminar Aseptik und Steriltechnik Neue Verfahren und Erkenntnisse zur Entkeimung in der Lebensmittel-, Pharma- und medizinischen Bioprozesstechnik, am 3./4. November 2005 in Freising-Weihenstephan AIF-FV N Kontinuierliche Gewinnung von Glykomakropeptid durch Membranverfahren und Einsatz seiner technologischen Funktionaliltät in Milch- und Diätprodukten, Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses am 12. Oktober 2005 AIF FV N Steigerung der Emulgiereigenschaften von Eigelb durch thermische und enzymatisch-thermische Behandlung, Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses am 8. Dezember 2005 in Bonn AIF FV N Optimierung der Gel- und Schaumbildungseigenschaften von definierten Gemischen aus nativen und modifizierten Eiklar- und Milchproteinen, Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses am 8. Dezember 2005 in Bonn

187 180 ZIEL Abteilung Technologie AIF FV N Energiesparende und schonende Homogenisierung von Milch und Auswirkungen auf die Textur von Milchprodukten, Sitzung des Projektbegleitenden Ausschusses am 22. November 2005 in Weihenstephan Weihenstephan von innen Die milchwissenschaftlich forschenden Institute stellen sich vor, Freising-Weihenstephan am 09./10. Juni 2005 Typprüfungen Im Auftrag der Fa. Tuchenhagen Dairy Systems GmbH, Ahaus hat die Prüfstelle der Abteilung Technologie die Typprüfung der UHT Anlage 6500/100 durchgeführt. Exkursionen Fachexkursion mit 35 Studenten des Studiengangs Technologie und Biotechnologie der Lebensmittel zu Lebensmittel und Zulieferbetrieben im Raum Ulm- Heidelberg-Mainz-Darmstadt (Seeberger KG, Kamps AG, Campina GmbH & Co. KG, Indag-Wild, Nestlé Deutschland AG, Döhler GmbH, Merck KGaA) Fachexkursion zur Firma Boehringer Ingelheim, Biberach mit 18 Studenten des Studiengangs Technologie und Biotechnologie der Lebensmittel Partnerschaft Technische Universität München in den bayerischen Gymnasien Folgende Gymnasien werden im Rahmen des TUM Programms Partnerschaft Schule betreut: Dom-Gymnasium, Freising Staatliches Gymnasium, München-Moosach Katharinen-Gymnasium, Ingolstadt Gnadenthal-Gymnasium, Ingolstadt Studiendirektor Josef Sonner Oberstudiendirektor Dr. Peter Riedner Studiendirektor Rudolf Schweiger Oberstudiendirektor Karl Finkenzeller Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Expertengremien und Organisationen Kulozik, U. Vorsitzender (Chairman) im Standing Committee of Dairy Science and Technology der International Dairy Federation (IDF) Vorsitzender der Deutschen Gesellschaft für Milchwissenschaft Geschäftsführer der Vereinigung zur Förderung der Milchwissenschaftlichen Forschung an der Technischen Universität München in Freising-Weihenstephan

188 ZIEL Abteilung Technologie 181 Mitglied im Editorial Board des International Dairy Journal Mitglied im Wissenschaftlichen Ausschuss des Forschungskreises der Ernährungsindustrie e.v. (FEI) Mitglied der Jury zur Verleihung des European FoodTec Award durch die Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft Mitglied im Wissenschaftlichen Ausschuss des Milchindustrieverbandes (MIV) e.v., Bonn Technologieausschuss des Verbandes Deutscher Marktmolkereien (VDM) Verein zur Förderung lebensmitteltechnologischer Innovationen (VFL) e.v., Bonn Huß, M. Teilnahme an amtlichen Qualitätsprüfungen Geschäftsführer des Verbandes ehemaliger Weihenstephaner Lebensmitteltechnologen und Milchwirtschaftler e.v. Engelhard, P. Wissenschaftliche Unterstützung der Amts- und Beratungsingenieure der Landesregierungen Higl, B. Stellvertretende Frauenbeauftragte im Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt Besucher Prof. Douglas Dalgleish, Universität Ontario Guelph, Canada Prof. Takaharu Sakiyama, Ph.D., Prof. Hisahiko Watanabe, Mr. Akihiro Yamada Food Process Engineering Laboratory, Department of Food Science and Technology, Faculty of Marine Science, Tokyo University of Marine Science and Technology, Tokyo, Japan Vernon Carolus, Tokkie De Beer, Michael Granville van der Spuy, Dané Jordaan, Gregor Klaassen, Andrew Trevor Larson, Jaques Le Roux, Jacques, Nico Wilhelm Minnar, Ndzamele Nicolaas, Nel Ncedeka, Saayman Hein, Henry Jacobus, Anna Jacoba Scholtz, Cheryl Swanepoel, Vanessa Marais, Hogo Vlok, Expertengruppe südafrikanischer Lebensmittellieferanten Schülergruppe des Erasmus-Grasser-Gymnasiums, München, Informationsveranstaltung zum Thema Milch- Joghurt- und Käseherstellung Dr. Chokchai Wanapu, School of Biotechnology, Institute of Agricultural Technology, Suranaree University of Technology, Natakorn Boonkerd, Ph. D., Professor Soil Microbiology, Lumprai In-Lam, Thailand Matthias Seidl, Industrial Director Balcan + Adriactics, Danone GmbH mit Eastern Europe Managern (Ad van Dijk, Andrzek Katczorowski, Ireneusz Zawiszka, Piotr Kulpinksi, Petr Poledne, Laurent Lavenut, Mihaly Marko, Peter Horvath, Radu Boitos, Eva Petkova, Ivens Rocha, Jean-Louis Caudron)

189 182 ZIEL Abteilung Technologie Gonca Pasin, US Dairy Export Council (USDEC), Harding Terrace Davis, USA Veronique Lagrange (USDEC), Dr. Joseph O Donnell, Califonia Dairy Research Center (CDRF), Dr. Rusty Bishop, Wisconsin Center for Dairy Research Sophie Chen, Manager Quality and Technical Supervision Shandong Province, Beijing, China mit Fachleuten aus der Lebensmittelqualität und sicherheit: Li Shilhai, Wang Jianli, Jiang Chi, Tian Liangguang, Zahng Shoufu, Zhang Wenxiang, Xu Weihong, Zahng Deyun, Liu Jianhua, Cui Fangyuan, Cai Xinfang, Zhang Junlil, Qi Zhongquan, Han Jizhou, Zhao Wenxin, Liu Jian, Yuan Shengyi, Zhan Lisheng Veröffentlichungen Bönisch, M.; Tolkach, A.; Kulozik, U: Inactivation of an Indigenous Transglutaminase Inhibitor in Milk by Means of UHT treatment and Membrane Separation Techniques. International Dairy Journal, May 2005, in press Bönisch, M.; Huss, M.; Kulozik, U.; Morita, A.: Patentschrift Ajinomoto Transglutaminase, Application No: JP , 2005 Bönisch, M.; Kulozik, U.: Improvement of Enzymatic Cross-linking of Casein Micelles with Transglutaminase by Glutahione Addition. International Dairy Journal, March 2005, in press Engelhard, P.; Meier, J.; Kulozik, U.: Entkeimung von siegelfähigen Aluminiumplatinen mittels IR-Bestrahlung. dmz (Deutsche Molkerei-Zeitung) 8, 24-28, 2005 Engelhard, P.; Kulozik, U.: Inaktivierung von Mikroorganismen auf festen Oberflächen mit einem Kombinationsverfahren aus IR-Bestrahlung und Wasserstoffperoxid. dmz (Deutsche Molkerei-Zeitung)12, 22-25, 2005 Engelhard, P.; Kulozik, U.: Inaktivierung von Mikroorganismen auf festen Oberflächen mit einem Kombinationsverfahren aus IR-Bestrahlung und Wasserstoffperoxid. Der Weihenstephaner (3), , 2005 Gebhardt, R.; Doster, W.; Kulozik.U.: Pressure-Induced Dissociation of Casein Micelles: Size Distribution and Effect of Temperature. Brazilian Journal of Medical and Biological, 38 (8) , 2005 Guilmineau, F.; Kulozik, U.: Influence of a thermal treatment on the functionality of hen s egg yolk in mayonnaise. Journal of Food Engineering, November 2005, in press Guilmineau, F.; Kulozik, U.: Efficient analysis of egg yolk proteins and their thermal sensitivity usin SDS-PAGE under reducing and non reducing conditions. Journal of Agricultural and Food Chemistry, March 2005, in press Guilmineau, F.; Kulozik, U.: Impact of thermal treatment on the emulsifying properties of egg yolk: Part 1: Effect of the heating time. Journal of Food Hydrocolloids Dezember 2005, in press Guilmineau, F.; Kulozik, U.: Impact of thermal treatment on the emulsifying properties of egg yolk: Part 2: Effect of the environment conditions. Journal of Food Hydrocolloids, Dezember 2005, in press Higl, B.; Kaufmann,V.; Först, P.; Kulozik, U.: Influence of process conditions during freeze drying and composition of the drying medium on the survival of Lactobacillus paracasei ssp. paracasei. submitted: Journal of Applied Microbiology and Biotechnology

190 ZIEL Abteilung Technologie 183 Hinrichs, R.; Bulca, S.; Kulozik, U.: Water-mobility during renneting and acid couagulation of casein solutions a differentiated low resolution nuclear magnetic resonance (NMR) analysis a. submitted: International Dairy Journal Kulozik, U.; Higl, B.: 30 Jahre erfolgreich in Forschung und Lehre, in: TUM Mitteilungen 1, 40-41, 2005 Mérel, E.; Hinrichs, J.; Kulozik, U.: Influence of pressure release rate and protein concentration on the formation of pressure-induced casein structures. submitted: Journal of Dairy Research Rademacher, B.; Hinrichs, J.: Kinetics of combined thermal and pressure-induced whey protein denaturation in bovine skim milk. International Dairy Journal, 4, , 2005 Röck, S.; Stenz, B.; Hahn, A.; Sedlmeyer, F.; Fischer, U.; Kulozik, U.: Rheological characterisation of the meltability of cheese products: Influence of gap width, the measuring mode and geometry, Milchwissenschaft Milk Science International 60 (2), , 2005 Santivarangnkna,C.; Wenning, M.; Först, P.; Kulozik, U.: Damage of Cell Envelope of Lactobacillus helveticus during Vacuum Drying. submitted: Journal of Applied Microbiology Santivarangkna, C.; Först, P.; Kulozik, U.: Effect of Carbonhydrates on the survival of lactobacillus helveticus during vacuum drying. submitted: Journal of Applied Microbiology and Biotechnology Sedlmeyer, F.; Kulozik, U.: Impact of process conditions on the rheological detectable structure of UHT treated milk protein-carragenan systems. Journal of Food Engineering, September 2005, in press Skelte, G. A.; Lauber, S.; Lee, S. K.; Henle, T.; Klostermeyer, H.: Rheological properties of acid gels prepared from pressure- and transglutaminase-treated skim milk. Journal of Food Hydrocolloids 19, , 2005 Thomä, C.; Krause, I.; Kulozik, U.: Precpitation behaviour of caseinomacropeptides and their simultaneous determination with whey proteins by RP-HPLC. International Dairy Journal 16 (4), , 2006 Thomä, C.; Soerensen, J.: López-Fandino, R.: Health effects and technological features of caseinomacropeptid. accepted: International Dairy Journal Tolkach, A.; Kulozik, U.: Optimization of thermal pre-treatment conditions for the separation of native α-lactalbumin from whey protein concentrates by means of selecitve denaturation of β-lactoglobulin. Journal of Food Science, 70 (9), , 2005 Tolkach, A.; Kulozik, U.: Fractionation of whey proteins and caseinmacropeptide by means of enzymatic crosslinking and membrane separation techniques. Journal of Food Engineering, 67 (1-2), 13-20, 2005 Tolkach, A.; Kulozik, U.: Effect of ph and temperature on the reaction kinetic parameters of the thermal denaturation of ß lactoglobulin. Milchwissenschaft Milk Science International 60 (3), , 2005 Wang, Q,; Bulca, S.; Kulozik, U.: A comparison of low intensity ultrasound and oscillating rheology to assess the rennet coagulation properties of casein solutions considering effects of UHT heat pre-treatment. submitted: International Journal of Dairy Technology Wang, Q.; Rademacher, B.; Sedlmeyer, F.; Kulozik, U.: Gelation behaviour of aqueous solutions of different types of carragenan investigated by low-intensity ultrasount measurments and comparison to rheological measurements. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Vol. 6 (4), , 2005

191 ZIEL Abteilung Ernährungsmedizin Else Kröner-Fresenius-Zentrum für Ernährungsmedizin Adresse Am Forum 5 D Freising-Weihenstephan Personal Telefon: Telefax: Internet: ernaehrungsmedizin@wzw.tum.de nutritional.medicine@wzw.tum.de Leitung: Univ. Professor Dr. med. Hans Hauner Sekretariat: Sylvia Heinrich Mitarbeiter: Dr. rer. nat. Ulrike Amann-Gassne Dr. rer. nat. Bernhard Bader Silke Ecklebe Lydia Gehrke Jana Kolew Dr. rer. nat. Helmut Laumen Dr. rer. nat. Paco Pelt Dr. med. Thomas Skurk Im Berichtsjahr waren folgende Doktoranden am Institut tätig: Dipl. Ern.wiss. Isabelle Eisele Dipl. Biol. Heike Knetsch Dipl. oec. troph. Yu-Mi Lee Dipl. Ern.wiss. Gabi Tiller Dipl. troph. Christiane Vollhardt Vorwort Am 1. April 2003 wurde der Lehrstuhl für Ernährungsmedizin mit großzügiger finanzieller Unterstützung der Else Kröner-Fresenius-Stiftung, Bad Homburg neu an der Technischen Universität München eingerichtet. Zum Gedenken an die Stifterin trägt der Lehrstuhl auch den Namen Else Kröner-Fresenius-Zentrum für Ernährungsmedizin. Zum Lehrstuhl gehört neben den in vitro Laboratorien und einer Probandenstation für klinische Studien mit der Möglichkeit der stationären Unterbringung in Weihenstephan auch die Klinik für Ernäh-

192 ZIEL Abteilung Ernährungsmedizin 185 rungsmedizin am Klinikum Rechts der Isar in München. Dort bestehen eine Bettenstation und eine Ambulanz mit Schwerpunkt Adipositas und Diabetes mellitus. Wegen dieser engen Angliederung an die medizinische Fakultät gehören zum Ausbildungsprogramm neben Studenten der Ernährungswissenschaften auch Studenten der Medizin. Die Einrichtung des Lehrstuhls führte auch zur Etablierung des Masterstudiengangs Biomedizin. Der Forschungsschwerpunkt des Zentrums liegt vor allem auf der wichtigsten ernährungsabhängigen Erkrankung, der Adipositas. Diese ist eng mit Folgeerkrankungen wie Hypertonie, Fettstoffwechselstörungen oder auch Diabetes mellitus Typ 2 assoziiert. Im Mittelpunkt steht dabei die Identifizierung pathophysiologischer Mechanismen des Fettgewebes, die unmittelbar mit der Ausprägung von Folgeerkrankungen in Verbindung gebracht werden können. Dazu sind am Lehrstuhl Methoden zur Kultivierung von humanen Fettzellvorläuferzellen und Fettzellen etabliert, die mit molekularbiologischen, biochemischen und immunhistochemischen Methoden analysiert werden. Weiterhin werden Humanstudien mit definierten Ernährungsstrategien und Lebensmitteln durchgeführt, um deren gesundheitsförderliche Wirkung auf das Gewicht und metabolische Parameter zu prüfen. Effekt eines Milchdrinks mit bioaktiven Molkepeptiden bei Personen mit milder Hypertonie Effect of a milk drink supplemented with whey peptides on blood pressure in patients with mild hypertension Yu-Mi Lee 1, Thomas Skurk 1, Michael Hennig 2, Hans Hauner 1 Die Inhibierung des Angiotensin I-Konversionsenzyms (ACE) gehört zu einem weit verbreiteten Prinzip in der Therapie der Hypertonie. Durch Fermentation von Milchproteinen entstehen Peptide, die eine ACE-inhibierende Aktivität besitzen. Milchprodukte mit ACEinhibierenden Peptiden stellen einen viel versprechenden Ansatz in der Prävention und Therapie der Hypertonie dar. Ziel dieser Untersuchung war es, den Effekt eines mit Molkepeptiden angereicherten Milchdrinks auf den Blutdruck von Personen mit milder Hypertonie zu untersuchen. 54 Patienten mit milder Hypertonie erhielten in einer randomisierten, doppel-blinden, placebo-kontrollierten klinischen Studie in zwei parallelen Gruppen entweder jeden Morgen 125 ml des Milchdrinks mit den Molkepeptiden oder ein Kontrollprodukt über einen Zeitraum von 12 Wochen nach einer 2-wöchigen run-in Phase. Vorangegangene in vitro-tests zeigten eine ACE-inhibierende Aktivität des eingesetzten Molkepulvers. Der Blutdruck wurde ambulant in den Wochen 0, 2, 4, 8 und 12 gemessen. Nüchternblutentnahmen zur Bestimmung metabolischer und inflammatorischer Variablen wurden in den Wochen 0, 4, 8 und 12 durchgeführt. 1 2 Else Kröner-Fresenius-Zentrum für Ernährungsmedizin, Am Forum 5, D Freising-Weihenstephan Institut für Medizinische Statistik und Epidemiologie, Klinikum r. d. Isar der TU München, Ismaninger Str. 22, D München

193 186 ZIEL Abteilung Ernährungsmedizin Es waren keine Unterschiede in den Basline-Charakteristika zwischen den Gruppen zu beobachten. Im Verlauf der Studie änderte sich der systolische und diastolische Blutdruck in der Milchdrinkgruppe (verum) nicht: 144,1 ± 8,6/91,0 ± 5,5 mmhg (systolisch/diastolisch) zu Beginn vs. 143,7 ± 13,5/90,4 ± 6,5 mmhg nach 12 Wochen. In der Kontrollgruppe sank jedoch sowohl der systolische (p=0,0431) als auch der diastolische Blutdruck signifikant (p=0,0081) von 140,6 ± 11,7/90,3 ± 5,8 mmhg zu Beginn auf 137,0 ± 14,4/87,7 ± 6,6 mmhg nach 12 Wochen. Hingegen waren bei den 24-Stunden Blutdruckmessungen nach 12 Wochen keine Unterschiede zwischen den beiden Gruppen erkennbar. Desweiteren gab es keine signifikanten Änderungen bei ausgewählten inflammatorischen Markern (IL-6, CRP, Leukozytenzahl) als auch bei metabolischen Variablen (Insulin, Blutglukose, Lipide) gemessen werden. Die tägliche Einnahme von 125 ml eines mit Molkepeptiden angereicherten Milchdrinks konnte weder den Blutdruck noch die inflammatorischen Marker bei Personen mit milder Hypertonie senken, obwohl vorangegangene in vitro-tests eine ACE-inhibierende Aktivität zeigen konnte.

194 Verband Weihenstephaner Milchwirtschaftler und Lebensmitteltechnologen e.v. Adresse Weihenstephaner Berg 1 D Freising-Weihenstephan Telefon: Telefax: Internet: manfred.huss@wzw.tum.de Verbandsinformation 2005 (Stand ) Mitglieder gesamt: (Vorjahr: 1.170) Verstorbene Mitglieder 2005: Kassenprüfer: Mitgliedsbeitrag für 2006: Rudolf Schorr, Freising (Geschäftsführer des Verbands von 1976 bis 1986) Lothar Soethe, Salching Ulrich Knorr, Tittmoning Caroline Schmalen, Freising Dirk Wehnsen, Landshut 20,00 Euro Versammlungen: Vorstandssitzung am Vorstandssitzung am Mitgliederversammlung am Geförderte Exkursionen unter Leitung des Lehrstuhls für Lebensmittelverfahrenstechnik und Molkereitechnologie (Prof. Dr. Ulrich Kulozik) der TUM mit 35 Studenten zu Lebensmittel- und Zulieferbetrieben im Raum Stuttgart-Heidelberg-Mainz- Darmstadt unter Leitung von Prof. Dr. Dirk Rehmann mit 54 Studenten des Studienganges Lebensmitteltechnologie der Fachhochschule Weihenstephan zu Lebensmittel- und Zulieferbetrieben im Raum Heidelberg-Heilbronn

195 Verband Weihenstephaner Milchwirtschaftler und Lebensmitteltechnologen unter Leitung von Frau Prof. Dr. Marion Stoffels mit Studenten des Studienganges Lebensmitteltechnologie der Fachhochschule Weihenstephan zu Lebensmittel- und Zulieferbetrieben im Raum Karlsruhe-Heidelberg unter Leitung des Lehrstuhls für Lebensmittelverfahrenstechnik und Molkereitechnologie (Prof. Dr. Ulrich Kulozik) der TUM mit 18 Studenten zu Boehringer-Ingelheim nach Biberach Ehrungen anlässlich der Weihenstephaner Milchwirtschaftlichen Herbsttagung Preis für herausragende Diplomarbeiten Der zum 10. Mal in Folge ausgeschriebene Preis des Verbands Weihenstephaner Milchwirtschaftler und Lebensmitteltechnologen e.v. wurde anlässlich der Weihenstephaner Milchwirtschaftlichen Herbsttagung am 13. Oktober 2005 in diesem Jahr an Frau Dipl.-Ing. Katharina Daimer (Altötting) und an Frau Dipl.-Ing. agr. Claudia Dummer (Regensburg) verliehen. Der Preis ist jeweils mit Euro dotiert. Beide Studentinnen schlossen ihr Studium mit einer herausragenden Diplomarbeit mit dem Prädikat 1,0 ab. Der Verband gratulierte den Preisträgerinnen und ermutigte gleichzeitig die Studenten der Lebensmitteltechnologie und Milchwissenschaften, sich an den Einrichtungen der Milch- und Lebensmittelforschung in Weihenstephan zu engagieren. Frau Daimer studierte Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik an der TU München in Freising-Weihenstephan und fertigte ihre Diplomarbeit am Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Lehrstuhl für Lebensmittelverfahrenstechnik und Molkereitechnologie, mit dem Titel Untersuchungen von Strukturbildungsreaktionen bei Protein basierenden Lebensmittelsystemen an. Die Diplomarbeit wurde von Herrn Prof. Dr. Ulrich Kulozik ausgegeben und von Frau Dipl.- Chem. Sonja Röck betreut. Frau Daimer hat sich mit einer der komplexesten Lebensmittelstrukturen, nämlich Schmelzkäse beschäftigt. Die Arbeit erforderte deshalb eine sehr systematische Arbeitsweise. Da vermutet wurde, dass sich der Emulsionsstatus von Schmelzkäse auf die Struktur auswirkt, wurde von Frau Daimer Schritt für Schritt der Fettanteil mit unterschiedlichen Proteinkonfigurationen und unter unterschiedlichen Prozessbedingungen emulgiert. Ebenso wurden die Proteine der Grundstruktur (Matrixproteine) in die Untersuchungen einbezogen. Mittels der begleitenden Analysen wie rheologische Online-Messungen, Gelchromatografie zur Ermittlung verschiedener Polymerisierungsgrade der Proteine oder Fettkugelgrößenverteilung mittels Laserbeugungsspektroskop konnte Frau Daimer einen wichtigen Beitrag zur Aufklärung und Verbesserung der Struktur von Schmelzkäse leisten.

196 189 Verband Weihenstephaner Milchwirtschaftler und Lebensmitteltechnologen Frau Claudia Dummer studierte an der TU München in Weihenstephan Tierwissenschaften. Ihre Diplomarbeit trägt den Titel Auswirkungen der Fütterung von gentechnisch verändertem Mais (Bt-176) auf das Immunsystem von Milchkühen. Das Thema wurde von Institutsleiter Herrn Prof. Dr. Dr. H.H.D. Meyer ausgegeben. Die Betreuung erfolgte durch Frau Dr. Christiane Albrecht. Frau Dummer hat sich mit einer Fragestellung beschäftigt, die nicht nur auf großes Interesse bei Wissenschaftlern der Tierernährung stößt, sondern auch bei der breiten Masse der Bevölkerung. Durch Import und Selbstanbau transgener landwirtschaftlicher Nutzpflanzen und daraus resultierender Nebenprodukte aus der Futtermittelindustrie (z.b. Soja- oder Rapsschrot und Maiskleber) gelangen bereits seit längerer Zeit gentechnisch veränderte Futtermittel in den tierischen Nahrungskreislauf. Für die Tierernährung ergibt sich daraus unter anderem die wichtige Frage, ob transgene Futtermittel die Tiergesundheit und die Milchqualität beeinflussen. Sensationsmeldungen wie Gen-Milch verunsicherten Landwirte, Handel sowie Verbraucher. Es wurde die Behauptung aufgestellt, dass gentechnisch veränderte Bestandteile der Futtermittel über den Verdauungsweg der Rinder in Milch und Fleisch gelänge. Zusätzlich stellte sich vermehrt die Frage, ob die Verfütterung von gentechnisch verändertem Mais die Gesundheit von Rindern beeinflussen könnte. Die im Rahmen von Sicherheitsbewertungen bereits durchgeführten, unabhängigen Fütterungsstudien basieren auf ernährungsphysiologischen und visuellen Untersuchungen der Tiergesundheit. Hierbei wurde kein Zusammenhang zwischen der Verfütterung gentechnisch veränderter Pflanzen und der Qualität tierischer Produkte festgestellt. Das neue an den Untersuchungen von Frau Dummer waren jedoch Beurteilungen immunrelevanter Parameter. Die Ergebnisse der hoch komplexen Untersuchungen deuten nicht darauf hin, dass die Verfütterung der untersuchten, gentechnisch veränderten Maissorte zu Immunreaktionen bei Milchkühen führt. Durch die umfangreichen Untersuchungen und das aufmerksame Studium der im Zusammenhang stehenden Literatur konnte Frau Dummer einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des DNA-Transfer-Mechanismus leisten. Das Bild zeigt (v.l.n.r.): Prof. H.H.D. Meyer, Dr. Christiane Albrecht, Claudia Dummer, Katharina Daimer, Prof. Ulrich Kulozik, Sonja Röck, Jürgen Kinna (Vorsitzender des Verbands) Foto: Günther Unterbuchberger

197 Verband Weihenstephaner Milchwirtschaftler und Lebensmitteltechnologen 190 Ehrung langjähriger Verbandsmitglieder Neben den studentischen Preisträgerinnen werden bereits seit vielen Jahren langjährige Mitglieder des Verbandes anlässlich der Weihenstephaner Milchwirtschaftlichen Herbsttagung geehrt. In diesem Jahr konnte Wilhelm Greiner, München und Dr. Engelbert Kössler, Sterzing (I) zu ihrer 40jährigen Mitgliedschaft gratuliert werden. Der Verband stellte die Großzügigkeit der langjährigen Beitragszahlung bis hinein in das Pensionsalter heraus. Dadurch haben diese Mitglieder der Generation der studentischen Mitglieder stets eine Förderung ermöglicht. Durch die langjährige Treue haben die Jubilare Vorbildfunktion erworben. Jürgen Kinna überreichte den Jubilaren einen Krug mit der Aufschrift: Zur Erinnerung an Weihenstephan. Das Bild zeigt (v.l.n.r.): Jürgen Kinna (Vorsitzender des Verbands), Wilhelm Greiner und Dr. Engelbert Kössler Foto: Günther Unterbuchberger