ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften erforscht hochviskose Fermentationen

Einsparung von Wasser und Trocknungsenergie nach der Fermentation von Pflanzennebenproduktströmen

  • Abb. 1: Fermentation von Weizenkleie im Feststofffermenter zur Verifizierung des minimal notwendigen Wassergehaltes, der eine Stoffwechselaktivität von fermentationsrelevanten Mikroorganismen erlaubt.Abb. 1: Fermentation von Weizenkleie im Feststofffermenter zur Verifizierung des minimal notwendigen Wassergehaltes, der eine Stoffwechselaktivität von fermentationsrelevanten Mikroorganismen erlaubt.
  • Abb. 1: Fermentation von Weizenkleie im Feststofffermenter zur Verifizierung des minimal notwendigen Wassergehaltes, der eine Stoffwechselaktivität von fermentationsrelevanten Mikroorganismen erlaubt.
  • Abb. 2: Das Team der Forschungsprojekts hochviskose Fermentationen für die Lebensmittelindustrie (v.l.n.r.): Ramona Rüegg, Pius Meier, Nadina Müller, Susanne Miescher Schwenninger und Sandra Mischler.
Wasser bedeutet Leben. Gleichzeitig ist Wasser jedoch ein bedeutender Kostentreiber in der Verarbeitung von Lebensmitteln. Um Pflanzennebenproduktströmen der Wertschöpfungskette Lebensmittel zuführen zu können und somit Lebensmittelverluste zu vermeiden, ist die Fermentation ein Prozessschritt mit großem Potential. Neue Konzepte zur Fermentation von Getreidenebenströmen bei minimalem Wassergehalt sollen hierbei ermöglichen, ein optimales Produkt in Hinblick auf Lebensmittelqualität und -sicherheit erzielen zu können.

Der Leitsatz „Wasser bedeutet Leben“ gilt auch für Mikroorganismen und ist ein zentraler Faktor bei Fermentationsprozessen. Im Zusammenhang mit der Weiterverarbeitung von Pflanzennebenproduktströmen wie bspw. Weizenkleie, Gerstenschleifmehl oder Hülsenfruchtschalen zu Lebensmitteln bergen Fermentationen ein großes Potential.

Einsatz von Schutzkulturen 

Die Anwendung von funktionellen Mikroorganismen, insbesondere in Form von Schutzkulturen, nimmt kontinuierlich an Bedeutung zu und birgt neben dem positiven Einfluss auf das sensorische Profil die Möglichkeit, das Wachstum von unerwünschten Mikroorganismen zu hemmen und bereits im Produkt gebildete Mykotoxine zu reduzieren. Letztere sind in Getreidenebenproduktströmen ein wichtiges Thema. Werden pro Jahr 142 Mio. t Weizenkleie produziert, so ist etwa ein Viertel davon auf Grund ungünstiger Witterungsbedingungen vor der Ernte oder nicht angepasster Lagerbedingungen mit Schimmelpilzen kontaminiert. Diese wiederum können Mykotoxine bilden, die sich nur äusserst schwer aus dem Produkt entfernen lassen.

Kosteneffizienz in der Verarbeitung

Wasser ist jedoch andererseits oft einer der Hauptkostentreiber in der Verarbeitung von Lebensmitteln. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn man das Produkt zur Verlängerung der Haltbarkeit im Anschluss wieder trocknet. Gerade wenn es um die Verwertung von Nebenproduktströmen geht, ist eine kosteneffiziente Verarbeitung von grösster Bedeutung.

Die resultierenden Produkte werden trotz spannender Zusatzfunktionalitäten preislich meist mit günstigen Grundrohstoffen wie Mehl verglichen und präferiert in trockener, pulvriger Form verkauft.

Fermentation bei minimalem Wassergehalt

Die vorliegende Zusammenarbeit zwischen der Forschungsgruppe für Lebensmittelbiotechnologie und der Forschungsgruppe für Lebensmitteltechnologie widmet sich dem Thema der Fermentation bei minimalen Wassergehalten. In einer ersten Projektphase bestimmte man in Labor-Screenings die minimal notwendigen Wassergehalte, die eine Stoffwechselaktivität von fermentationsrelevanten Mikroorganismen erlaubt. Die Erkenntnisse wurden auf einen State-of-the-art-Feststoff-Fermenter übertragen, um die Ergebnisse zu verifizieren. Anschliessend folgte die Analyse der charakteristischen Produkteigenschaften bei entsprechend tiefen Wassergehalten. Insbesondere wurden dabei die für die Verarbeitbarkeit relevanten Eigenschaften evaluiert. Basierend auf diesen Erkenntnissen galt es, neue Fermenterkonzepte zu entwickeln, die eine kostengünstige Herstellung von fermentierten Getreidenebenprodukten sowie die Skalierbarkeit der Fermenter in den Tonnenmassstab erlauben sollen.

Ziel: nachhaltige Getreideverarbeitung

In einer nächsten Projektetappe werden diese Konzepte anhand von Prototypen getestet und verfeinert sowie mikrobielle Kulturen zur Fermentation von Getreidenebenproduktströmen weiter optimiert. In Zukunft soll das Zusammenspiel zwischen optimierten Kulturen und neuen Fermentationskonzepten die Herstellung von sensorisch attraktiven und qualitativ einwandfreien Produkten erlauben und so die Getreideverarbeitungskette nachhaltiger machen.

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