Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBNeue Extraktions- und Fermentationsverfahren bieten Zugang zu einer Vielzahl von Produkten für die Lebensmittel- und Futtermittelindustrie aus bisher ungenügend erschlossenen Ressourcen. Hierzu zählen beispielsweise alternative Proteine aus Pflanzen, Insekten oder Mikroalgen, aber auch (modifizierte) Kohlenhydrate. Ebenso können funktionelle Inhaltsstoffe aus Mikroorganismen, Mikroalgen oder über neue Aufarbeitungstechnologien aus (Koppel-)Produkten der Agrar- und Lebensmittelproduktion gewonnen werden. Aufgrund ihrer antioxidativen, immunstimulierenden oder antimikrobiellen Eigenschaften eignen sie sich für den Einsatz in Futtermitteln oder als Nahrungsergänzungsmittel. Hierzu entwickeln wir Kultivierungsverfahren sowie produktschonende Trennverfahren, beispielsweise zur Extraktion und Aufreinigung.
Inhaltsstoffe für Lebensmittel, Futtermittel und Kosmetika
Inhalts- und Wirkstoffe
Produktschonende Verfahren zur Extraktion und Fraktionierung
Die produktschonende und effiziente Gewinnung funktioneller Inhaltsstoffe aus biogenen Roh- oder Reststoffen sowie Zwischenprodukten der Agrar- und Lebensmittelproduktion ist ein Schwerpunkt am Fraunhofer IGB.
Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Verfahren zur Extraktion und Fraktionierung mittels Hochdrucktechnik in der Kombination mit der Druckwechseltechnik (pressure change technology, PCT) und die Anwendung elektrophoretischer und mechanischer Trennverfahren für die Aufreinigung der Inhaltsstoffe.
Funktionelle Inhaltsstoffe aus Algen
Mikroalgen bilden eine Vielzahl von Stoffen mit antioxidativen oder entzündungshemmenden Eigenschaften. Für die Produktion von Wertstoffen aus Mikroalgen – beispielsweise Omega-3-Fettsäuren (EPA) und die Carotinoide Fucoxanthin, Lutein oder Astaxanthin – entwickeln wir effiziente Extraktionsverfahren mit überkritischen Fluiden und Hochdruckflüssigextraktion (PLE). Ziel ist es, die technofunktionellen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften der Produkte für Anwendungen in Lebensmittel- und Kosmetikindustrie zu erhalten.
Organische Säuren, Biotenside und Enzyme
Organische Säuren wirken konservierend, Biotenside lassen sich als Emulgatoren einsetzen und Enzyme sind in der Lebensmittelindustrie zu wichtigen Helfern geworden, wenn es etwa um die Verzuckerung von Stärke oder die beschleunigte Reifung von Fleisch geht. Das Fraunhofer IGB etabliert und optimiert biotechnische Prozesse zur Konversion biogener Roh- und Reststoffe bis in den Technikumsmaßstab.
Schonende Verfahren zur Stabilisierung und Pasteurisierung
Längere Haltbarkeit bei gleicher Qualität der Produkte – Lebensmittel, Kosmetika und Wirkstoffe müssen stabilisiert oder konserviert werden, ohne dass dabei der Geschmack beeinträchtigt oder funktionelle Inhaltsstoffe geschädigt werden. Herkömmliche Verfahren wie die Hitzesterilisierung können wärmeempfindliche Inhaltsstoffe wie Vitamine und Enzyme zerstören, die Zugabe chemischer Konservierungsstoffe ist seitens der Verbraucher nicht mehr gefragt.
Ein Schwerpunkt am Fraunhofer IGB ist die Entwicklung neuer Verfahren zur Verbesserung der Haltbarkeit (Stabilisierung und Konservierung) von Lebensmitteln, Kosmetika und Arzneistoffen sowie pflanzlichen Extrakten. Hier untersuchen wir beispielsweise die Druckwechseltechnik hinsichtlich ihrer Wirkung, mikrobielle Kontaminationen zu inaktivieren. Da dieses Verfahren bei niedrigen Temperaturen unterhalb von 50 °C arbeitet, wird die biologische Funktion wertvoller Inhaltsstoffe, etwa von Vitaminen, bei der Behandlung nicht beeinträchtigt.
Ergänzt wird das Spektrum durch die UV-Bestrahlung mit neu entwickelten Excimer-Lampen.
Verpackung – Funktionelle Oberflächen für Haltbarkeit und Sicherheit
Barriereschichten, z. B. gegen Wasserdampf oder Sauerstoff, spielen vor allem in der Lebensmittelindustrie eine immer größere Rolle, da sie das Produkt gegen unerwünschte Oxidation oder Austrocknung schützen. Ebenso entwickeln wir Oberflächen, von denen flüssige/viskose Füllgüter besser ablaufen. Eine weitere Anwendung der am IGB etablierten Plasmatechnik sind Sicherheitsetiketten, die die Originalität der Verpackung gewährleisten und so vor Produktpiraterie schützen.
Analyse, Testung, Bewertung
Das Fraunhofer IGB entwickelt dreidimensionale In-vitro-Modelle auf der Basis humaner Zellen und Gewebe, zellbasierte Assays sowie Schnelltests, mit denen sich Inhalts- und Wirkstoffe auf verschiedene Parameter untersuchen lassen.
Zum Nachweis pyrogener Stoffe (Überresten von Bakterien, Pilzen oder Viren) nutzen wir in unserem zellbasierten Testsystem die Rezeptoren des angeborenen Immunsystems. Ein neuer Schnelltest-Stick kann für den Nachweis von Allergenen in Lebensmitteln weiterentwickelt werden.