Lebensmitteltechnologie

Kontaminierende Mikroorganismen führen zum Verderb frischer Ware, manche bilden lebensgefährliche Toxine. Lebensmittel und Wirkstoffpräparate müssen daher möglichst entkeimt und unter hygienischen Bedingungen abgefüllt oder verpackt werden. Bei traditionellen Konservierungsverfahren, z. B. Hitzesterilisierung oder Pasteurisierung, können jedoch wertvolle hitzeempfindliche Inhaltsstoffe wie Vitamine oder Enzyme zerstört werden. Chemische Konservierungsstoffe können allergische Reaktionen hervorrufen. Durch ein gestiegenes Gesundheits- und Umweltbewusstsein fragt ein wachsender Teil der Verbraucher heute nach sicheren und möglichst »reinen« Lebensmitteln, naturbelassen und ohne künstliche Zusatzstoffe.

Hierzu entwickeln wir am Fraunhofer IGB alternative physikalische Verfahren zur Stabilisierung von biogenen Produkten wie Lebensmitteln, Kosmetika und Arzneistoffen. Der Vorteil der Verfahren: Die biologische Funktion der Inhaltsstoffe wird nicht beeinträchtigt.

Mit den neuen Verfahren erreichen wir zudem auch eine Steigerung der Prozesseffizienz. Während herkömmliche Prozesse oft mit einem unverhältnismäßig hohen Verbrauch an Energie und Wasser verbunden sind, konnten wir in Forschungsprojekten beispielhaft zeigen, wie sich bei der bei der Herstellung von Lebensmitteln Wasser und Energie einsparen und damit auch die Kosten senken lassen.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Herkunft der Rohstoffe. In der Lebensmittelproduktion etwa fallen vielfach Nebenprodukte und Reststoffe an, aus denen sich noch wertvolle Produkte gewinnen ließen. Mit neuen Verfahren wollen wir Biomasse produktschonened aufschließen, um Inhaltsstoffe zu extrahieren und anzureichern.

Forschungsthemen

 

Gewinnung, Aufarbeitung und Veredelung intrazellulärer Metabolite mit Hochdruckverfahren

Bei der Druckwechseltechnologie werden mikrobielle und pflanzliche Zellen zerstört, die Inhaltsstoffe aber nicht verändert, dies untersuchen wir für den produktschonenden Aufschluss.

Stabilisierung von Lebensmitteln und pflanzlichen Extrakten

Die Entwicklung neuer Verfahren zur Stabilisierung und Konservierung von Lebensmitteln, Kosmetika und Arzneistoffen sowie pflanzlicher Extrakte ist ein weiterer Schwerpunkt. Verschiedene physikalische Verfahren untersuchen wir auf ihre Wirkung, mikrobielle Kontaminationen zu inaktivieren.

 

Gewinnung von Wertstoffen aus Nebenprodukten und Abfällen der Lebensmittelproduktion

Vielfach fallen in der Lebensmittelproduktion Nebenprodukte und Reststoffe an, aus denen sich noch wertvolle Produkte gewinnen ließen. Wir entwickeln Verfahren, um Biomasse produktschonened aufzuschließen und die Inhaltsstoffe zu extrahieren und anzureichern.

Wir arbeiten in einem interdisziplinären Team und etablieren neue Verfahren für die Hygienisierung und Entkeimung biogener Produkte, beispielsweise die Pasteurisierung mittels Druckwechselverfahren und die Mikrowellenerhitzung, oder für die Gewinnung funktioneller Inhaltsstoffe aus biogenen Roh- oder Reststoffen mittels elektrophoretischer, Hochdruckextraktions- und Fraktionierungsverfahren – von der Konzeption, über Versuche im Labormaßstab und Anlagen im Technikumsmaßstab bis zur Pilotierung im großtechnischen Maßstab.

Leistungsangebot

Unsere Arbeiten richten wir auf die speziellen Anforderungen der Bereiche Lebensmittel, Kosmetik und Pharmazie aus und konzipieren Prozesse und Anlagen unter dem Aspekt des Hygienic Design und im Hinblick auf eine Herstellung nach internationalen Richtlinien.

Für die Realisierung der entwickelten Anlagenkonzepte arbeiten wir in einem Netzwerk mit qualifizierten Firmen aus dem Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus zusammen.

  • Kundenspezifische Prozessentwicklung inklusive Validierung und betriebliche Implementierung
  • Wissenschaftliche Beratung und Untersuchungen zur mikrobiologischen und chemisch-physikalischen Stabilisierung flüssiger oder pastöser Produkte mittels Hochdruck und Mikrowellenerhitzung
  • Wissenschaftliche Beratung und Untersuchungen zur selektiven Gewinnung bzw. Anreicherung funktioneller Zutaten aus biogenen Roh- oder Reststoffen mittels elektrophoretischer oder Hochdruckverfahren
  • Optimierung von Prozessen unter Berücksichtigung von mikrobieller Stabilität, Erhaltung hochwertiger Inhaltstoffe sowie Energieeffizienz und Reduktion des Wasserverbrauchs
  • Entwicklung, Konzeption und Bau von Technikumsanlagen für Vorversuche und Machbarkeitsstudien
  • Konstruktive Spezifizierung des Prozesses und der Anlagenkomponenten, u. a. mit der integrierten Kombination aus 3D-CAD-Konstruktion und numerischer Simulation von Strömungen, elektromagnetischen Feldern und Wärmeübertragung mit neuester Software
  • Produktbezogene Beurteilung der untersuchten Verfahren durch umfassende begleitende Analytik

Wir begleiten unsere Kunden von den ersten Voruntersuchungen bis zur Inbetriebnahme einer Anlage und freuen uns auf Ihre Anfrage.

Infrastruktur und Geräteausstattung

Für unsere Untersuchungen und Entwicklungen verfügen wir über ein chemisch-physikalisches Labor und verschiedene Pilotanlagen.

Wir verfügen über Software für die theoretische Voruntersuchung mehrphasiger Prozesse wie dem Verhalten von Feststoffpartikeln in einer Fluidströmung, ebenso für die Berechnung von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern in Räumen und die Auslegung von Antennen zu deren Erzeugung.

Konstruktions- und Simulationssoftware

  • SolidWorks
  • CST Microwave Studio
  • COMSOL MultiPhysics®
  • Design-Expert Workstation

PCT-Forschungsanlage für Untersuchungen unter hygienischen Bedingungen

© Fraunhofer IGB
In der Druckwechseltechnologie-Forschungsanlage am Fraunhofer IGB kann die Haltbarmachung von Getränken und flüssigen Lebensmitteln, aber auch der Aufschluss von Zellen untersucht werden.

Auf der Basis langjähriger Forschungs- und Projektarbeit haben wir eine PCT-Forschungsanlage gebaut, in der wir das Verfahren für die Stabilisierung und Haltbarmachung beliebiger flüssiger Produkte untersuchen und die jeweils optimalen Parameter ermitteln können.

Die Anlage ist in einem Technikum der Reinraumklasse E untergebracht, sodass die Untersuchungen unter Produktionsbedingungen ohne Kontaminationsgefahr für das Produkt ablaufen.

Die PCT-Forschungsanlage kann kontinuierlich bis zu vier Liter Flüssigkeit pro Minute behandeln. Das Verfahren eignet sich für alle Getränke, die üblicherweise pasteurisiert werden, also Frucht- und Gemüsesäfte oder Konzentrate, aber auch für alkoholische Getränke, Milchprodukte, pflanzliche Extrakte und wirkstoffhaltige Suspensionen, z. B. kosmetische und Arzneimittelpräparate.

Für Basisuntersuchungen, beispielsweise vor Ort bei Kunden, wird momentan zusätzlich eine flexibel konfigurierbare und mobile PCT-Laboranlage aufgebaut.

Infomaterialien

 

Broschüre »Innovative Aspetische Technologien für Lebensmittel und Biotechnologie«

Wissenschaftliche Publikationen

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2021 Non-thermal processing of pineapple (Ananas comosus [L.] Merr.) juice using continuous pressure change technology (PCT): HS-SPME-GC-MS profiling, descriptive sensory analysis, and consumer acceptance
Vollmer, Kathrin; Czerny, Michael; Vásquez-Caicedo, Ana Lucia; Varona Iglesias, Salima; Frank, Jan; Carle, Reinhold; Steingass, Christof Björn
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Non-thermal Processing of Pineapple (Ananas comosus [L.] Merr.) Juice Using Continuous Pressure Change Technology (PCT): Effects on Physical Traits, Microbial Loads, Enzyme Activities, and Phytochemical Composition
Vollmer, K.; Santarelli, S.; Vásquez-Caicedo, Ana Lucia; Iglesias, S.V.; Frank, J.; Carle, R.; Steingass, C.B.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Verfahren sowie Vorrichtung zum Aufbereiten von Zellsuspensionen
Egner, Siegfried; Solyom, Katalin; Vasquez, Ana Lucia; VaronaIgleisias, Salima; Schmid-Staiger, Ulrike
Patent
2020 Correction: Effect of temperature and moisture contents on dielectric properties at 2.45 GHz of fruit and vegetable processing by-products
Solyom, Katalin; Lopez, P.R.; Esquivel, P.; Vásquez-Caicedo, Ana Lucia
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Effect of temperature and moisture contents on dielectric properties at 2.45 GHz of fruit and vegetable processing by-products
Solyom, Katalin; Lopez, P.R.; Esquivel, P.; Lucia, A.; Vásquez-Caicedo, Ana Lucia
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Cell disruption by means of the pressure change technology
Varona Iglesias, Salima; Vásquez, Ana Lucía; Kauschmann, Felix
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Non-thermal pasteurization of orange (Citrus sinensis (L.) Osbeck) juices using continuous pressure change technology (PCT): A Proof-of-Concept
Aschoff, Julian K.; Knoblauch, Katja; Hüttner, Christian; Vásquez-Caicedo, Ana Lucia; Carle, Reinhold; Schweiggert, Ralf M.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2015 Effect of moisture, temperature and bulk porosity of dielectric properties of carrot peel
Solyom, Katalin; Zhao, C.; Javaid, A.I.; Vásquez-Caicedo, Ana Lucia
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2015 A systematic approach for increased water and energy efficiency in dairy processing plants. Energy and water-saving potential in the dairy Industry
Vásquez, Ana Lucía; Pruß, Katherina
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2014 Herstellung biozertifizierter Kosmetika aus nachwachsenden Rohstoffen
Vásquez-Caicedo, Ana Lucia; Zibek, Susanne; Rupp, Steffen; Egner, Siegfried
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2009 Antropometric data obtained from the second german national nutrition survey
Strassburg, A.; Vásquez-Caicedo, Ana Lucia; Krems, C.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

This list has been generated from the publication platform Fraunhofer-Publica

Projekte

Amicrex

  • Ziel von AMICREX ist die Entwicklung eines integrierten Prozesses zur Gewinnung hochwertiger unpolarer Komponenten aus Rückständen der Lebensmittel- und Landwirtschaftsproduktion (z.B. Karottenschalen aus der Gemüseverarbeitung) für ihre Anwendung als Zusatzstoffe in der Lebensmittel- oder Kosmetikindustrie.

EnReMilk (aus dem Themenbereich »Wissensbasierte Bioökonomie«)

  • EnReMilk wird deutliche Wasser- und Energieeinsparungen entlang der Lieferkette von Milcherzeugnissen erreichen. Hierfür werden neuartige Konstruktionstechnologien optimiert und in der Milch- und Käseherstellung implementiert. Eine reibungslose Übertragung der Technologie in die praktische Anwendung soll erzielt werden, wodurch auch der Wettbewerb zwischen den Milch- und Käseproduzenten in der EU innovativen Schwung erhält. Das Projekt EnReMilk wird gewährleisten, dass die angewandten innovativen Technologien nachhaltig und umweltfreundlich eingesetzt werden und die Lebensmittelqualität sowie -sicherheit erhalten bleibt.

Whey2Food – Wertvolle Molkenproteine aus Abwässer

  • Die bei der Käseherstellung als Reststoff anfallende Molke enthält wertvolle Proteine. Im EU-Projekt Whey2Food soll das Verfahren zur Gewinnung industriell relevanter Mengen optimiert werden.

ProEclair – Automatisierte Herstellung eines konservierungsstofffreien Brandteiges

  • Ziel des von der EU geförderten Projektes »ProEclair« ist die automatisierte Herstellung traditioneller Brandmasse unter aseptischen Bedingungen. Hierdurch soll die Lagerstabilität wesentlich verlängert werden.

PreserveWine – Konservierung von Wein

  • In diesem Projekt ist das Fraunhofer IGB daran beteiligt, die Druckwechseltechnologie (PCT) als kontinuierlichen Prozess für die Weinstabilisierung zu entwickeln. Ziel hierbei ist es, die Zugabe chemischer Konservierungsstoffe wie beispielsweise Schwefeldioxid zu minimieren oder zu vermeiden.

MicroMilk

  • Das Fraunhofer IGB entwickelt innerhalb des europäischen Konsortiums ein neuartiges Konzept zur Milchpasteurisierung auf der Basis von Mikrowellen.