Geschäftsfeld 3

Gesunde Lebensmittel: Herausforderung hohe Verbraucherakzeptanz und Krankheitsprävention

Zusammenfassung

Verschiedenste Einflüsse bei Transport, Verarbeitung und Verpackung können die Sicherheit oder Qualität unserer Lebensmittel beeinträchtigen. Für alle Stationen des Produktlebens – angefangen bei Untersuchungen an Futtermitteln, Einzelkomponenten und komplexen Stoffgemischen bis hin zum Nachweis der Funktionalität für Health Claims – sind die Spezialisten des Fraunhofer-Verbunds Life Sciences kompetente Ansprechpartner.

Das wichtigste Verkaufsargument für Nahrungsmittel, der Geschmack, ist gleichzeitig eine äußerst empfindliche Produkteigenschaft. Bei der analytischen Erfassung durch den Verbund kommt neben der analytischen Untersuchung im Sensoriklabor der Beurteilung durch ein gründlich geschultes Sensorikpanel besondere Bedeutung zu. So kann der Verbund die Bildung von Fehlaromen aus Vorläufersubstanzen, die Abhängigkeit von Produktions- und Prozessparametern ermitteln und gezielt beeinflussen; zu diesen Lösungen gehört das neue Hochfrequenzfeld-Verfahren für die Pasteurisierung und Sterilisierung ebenso wie die gezielte Verpackungsgestaltung im eigenen Kompetenz- und Entwicklungszentrum für »Aktive und Intelligente Verpackungen«.

Über Lebensmittel mit physiologischem Zusatznutzen (Functional Food) können die Verbraucher individuelle Schwerpunkte setzen, zum Beispiel zur Prävention von Übergewicht und Herz- Kreislauf-Erkrankungen. Der Fraunhofer-Verbund Life Sciences entwickelt die Verfahren dafür und passt die Rezepturen an. Bioaktive Zusätze für das steigende Gesundheitsbewusstsein der Verbraucher bringen ganz neue Herausforderungen mit sich. Der ganzheitliche Ansatz des Verbunds wird am Beispiel der Omega-3-Fettsäuren deutlich: Dramatisch sinkende marine Fischbestände, Fragen der Produktsicherheit und des Geschmacks waren Anlass, alternative Rohstoffquellen für die wegen ihres hohen Gehalts an Omega-3-Fettsäuren beliebten Fischölkapseln zu untersuchen. Ein viel versprechendes Ergebnis ist die Eicosapentaensäure (EPA), ebenfalls eine Omega-3-Fettsäure. Auch eine effiziente Herstellungsmethode aus der marinen Mikroalge Phaeodactylum tricomutum liegt bereits vor, und die Photobioreaktoren des Verbunds erfüllen alle Kriterien für eine industrielle EPA-Herstellung. Der Wirksamkeitsnachweis für Health Claims kann schließlich beim Verbund über validierte In-vitro-Tests zur schnellen Funktionalitätsprüfung an Zell- und Gewebekulturen sowie über den standardisierten CaCo-2-Test für Resorptionsuntersuchungen erbracht werden. Sogar ein vaskularisiertes dreidimensionales Darm-Testsystem steht für Absorptions-, Toxizitäts- und Metabolismusstudien bereit.

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Lebensmittelsicherheit in allen Abschnitten des Produktlebens

Verbraucher in Europa können heute auf die ganze Fülle des weltweiten Nahrungsmittelangebots zugreifen. Unsere vielfältige, komplexe Ernährungsweise ist aber auch anfällig für unerwünschte Beeinträchtigungen. Lebensmittelsicherheit bei hoher Qualität wird von den Verbrauchern als selbstverständlich vorausgesetzt – für alle Stufen in der Lebensmittelproduktionskette muss die Sicherheit gewährleistet sein. Dies betrifft die Produktion der Inhaltsstoffe in Anbau und Zucht ebenso wie die Herstellung und das keimarme beziehungsweise aseptische Abfüllen des Lebensmittels bis hin zu der optimalen Verpackung. Der Fraunhofer-Verbund Life Sciences bietet Lösungen für alle Stadien des Produktlebens im Lebensmittelbereich.

Die Industrie sieht sich heute drei wesentlichen Herausforderungen gegenüber, um die Sicherheit von Lebensmitteln zu gewährleisten. Neben Mikroorganismen sind es vor allem chemische Kontaminanten und Allergene, die als sicherheitsrelevant diskutiert werden. Um diese Risiken zu vermeiden, bietet der Fraunhofer-Verbund Life Sciences die gezielte Optimierung von Prozessen an, ebenso die Entwicklung und Durchführung der notwendigen analytischen Kontrollmethoden in allen genannten Stufen der Lebensmittelherstellung.

Inhaltsstoffe

Die Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, die Bio- und Gentechnologie, werden auch in der Lebens- und Futtermittelindustrie zunehmend eingesetzt. Anwender dieser Technologien können bei einer Beratung durch den Fraunhofer-Verbund Life Sciences davon ausgehen, dass die aktuellsten Ergebnisse intensiver Forschung und Entwicklung auf diesen Gebieten einfließen. Neuartige Zusatzstoffe verändern die Zusammensetzung unserer Lebens- und Futtermittel. Die Fraunhofer- Spezialisten sind vorbereitet, die dazu erforderlichen Untersuchungen an einzelnen Lebens- und Futtermittelkomponenten und auch an komplexen Stoffmustern durchzuführen.

Einige Substanzen, die in situ, während des Herstellungsprozesses entstehen, können die Qualität des Produktes beeinträchtigen. Diese können mittels Ultraspurenanalytik auch in komplexen Lebensmittelmatrices bestimmt werden. Damit schaffen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Grundlage, die Prozesse so zu optimieren, dass diese Kontaminanten gar nicht oder in nur in geringerem Umfang entstehen.

Neben technologischem Know-how verfügen die Fraunhofer- Institute über langjährige Erfahrung in der Abschätzung möglicher Gesundheitsrisiken. Risikobewertung und hochsensitive Analytik ergänzen einander, um dem Verbraucher sichere Lebensmittel mit hohem Genusswert anzubieten.

Molekular- und zellbiologische Screening-Methoden

Ergänzend zu den klassischen chemischen Analysen und toxikologischen Untersuchungen entwickelt der Fraunhofer-Verbund Life Sciences Screening- und Schnelltests, die auf molekularbiologischen Verfahren basieren. Sie werden individuell für Problemstellungen der Industrie oder Lebensmittelüberwachung – wie mikrobiologische Kontaminationen oder das Auftreten von Allergenen – entwickelt und können somit kundenspezifisch eingesetzt werden. Mittels PCR und Chip-basierten Verfahren im Hochdurchsatz können ganze Chargen schnell und preiswert überprüft werden. Auch wirkungsbasierte Zellassays werden in Zukunft hier eine wichtige Rolle spielen.

Nicht nur Vorkehrungen gegen unerwünschte Kontaminanten während des Herstellungsprozesses sind in der modernen Lebensmittelindustrie von entscheidender Bedeutung. Auch die Gewährleistung der Sortenreinheit der verwendeten Rohstoffe ist von großem Interesse. Zunehmend werden Schnelltests für eine erste Analyse der verwendeten Ausgangsstoffe von den verarbeitenden Industrien gewünscht. Der Fraunhofer- Verbund Life Sciences arbeitet daher intensiv an der Entwicklung entsprechender Testsysteme zur kostengünstigen und schnellen Erfassung der Sortenreinheit von Rohstoffen auf Basis eines »Lab-on-a-chip«-Systems.

Mikrobiologische Sicherheit

Nur Lebensmittel mit einer ausreichenden Stabilität können abgepackt in hoher Qualität über einen längeren Zeitraum vorgehalten werden, ohne die Verbrauchersicherheit zu gefährden. Dies wird erreicht, indem neben der Behandlung des eigentlichen Produkts auch die Verpackung einem Entkeimungsprozess unterzogen wird. Im Sterilbereich werden dafür derzeit überwiegend noch nasschemische Prozesse eingesetzt. Die Validierung der Leistungsfähigkeit dieser Entkeimungsprozesse im Industrieeinsatz ist einer der Schwerpunkte der Institute des Fraunhofer-Verbunds Life Sciences. Als zukünftige Alternative zu den nasschemischen Verfahren wird intensiv an der Entwicklung des Einsatzes von Gasplasmen gearbeitet. Entkeimung und Sterilisation können so bald nichtthermisch und vor allem rückstandsfrei erfolgen.

Sehr beliebt sind derzeit Convenience-Produkte, zum Beispiel »Double-Fresh-Meals«, bei denen komplette Menüs aus unterschiedlichen frischen Zutaten gemeinsam verpackt sind. Auch für diese hochsensitiven Convenience-Produkte fanden die Wissenschaftler eine spezielle Lösung: antimikrobiell aktive Stoffe, direkt in die Verpackung integriert, erhalten den hohen Qualitätsstatus der abgepackten Zutaten.

Im Trend liegen auch Produkte, die in ihrem natürlichen Gehalt möglichst wenig verändert sind. Beiden Verbraucherwünschen können die Lebensmittelproduzenten nur über eine besonders schonende Haltbarmachung nachkommen – eine neue Herausforderung. Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler haben zur schonenden Haltbarmachung ein neuartiges Hochfrequenz-Erhitzungsverfahren entwickelt.

Wechselwirkungen mit der Verpackung

Verpackungsmaterialien und Bedarfsgegenstände, die in direkten Kontakt mit Lebensmitteln kommen, müssen auf ihre Eignung überprüft und bewertet werden. Hierfür entwickelt der Verbund die entsprechende physikalisch-chemische Analytik – insbesondere die Spuren- und Ultraspurenanalytik sowie Permeationsanalytik. Er verfügt über langjährige Erfahrungen im Bereich Wechselwirkungen zwischen Verpackung und Füllgut, vor allem hinsichtlich der Migration von Additiven aus Polymer oder Papier in das Lebensmittel. Entsprechende Migrationsprüfungen und -modellierungen zählen ebenso zu den Leistungen wie das Aufklären von Fehlaromen oder Aromaverlusten durch die Verpackung. Aktuell und neu beschäftigt sich der Fraunhofer- Verbund Life Sciences mit der Abschätzung der Exposition des Verbrauchers durch migrierende Stoffe.

Die wichtigsten Prüfverfahren sind nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditiert. Seine Erfahrung und Kompetenz gibt der Fraunhofer- Verbund Life Sciences über die Mitarbeit in allen wichtigen europäischen und nationalen Gremien zur Normung und Bewertung von Lebensmittelkontaktmaterialien weiter.

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Einklang von Qualität und Genuss

Die heutigen kontinuierlichen Pasteurisierungs- oder Sterilisierungsverfahren verlaufen über langsame Temperaturausgleichsvorgänge und lange Behandlungszeiten. Diese starke thermische Beanspruchung führt oft zu einem beträchtlichen Verlust an Geschmack und wichtigen Nährstoffen, auch Farbe und Textur verändern sich häufig. Werden temperaturempfindliche Lebensmittel jedoch schnell und gleichmäßig erwärmt, können erhebliche Qualitätsverbesserungen erzielt werden. Für flüssige und pastöse Lebensmittel ist dem Verbund bereits die Entwicklung eines geeigneten Verfahrens gelungen: Mittels elektrischer Hochfrequenzfelder können diese Lebensmittel jetzt sehr schnell und schonend erwärmt werden.

Food Design für optimale Lebensmitteltextur

Die Textur eines Lebensmittels trägt wesentlich zum Genussempfinden des Verbrauchers bei. Eine entscheidende Rolle spielen hierbei Proteine und Ballaststoffe. Die Suche nach geeigneten Rohstoffen und die gezielte Veränderung der daraus gewonnenen pflanzlichen Proteine und Ballaststoffe stehen im Fokus der Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler. Verschiedene Verfahren können zur Modifizierung eingesetzt werden: thermische, physikalische oder enzymatische. Produkte wie zum Beispiel Back- und Teigwaren oder homogenisierte Produkte wie Mayonnaisen, Drinks und Aufstriche, Eiscreme und Wurstwaren weisen jeweils eine eigene Textur auf. Mit den Methoden des Fraunhofer-Verbunds Life Sciences können Ingredients für verschiedenste Produktformen maßgeschneidert werden.

Aroma

Das spezifische Aroma eines Lebensmittels entsteht durch ein komplexes Zusammenspiel vieler verschiedener Faktoren. Viele Aktivitäten in Forschung und Entwicklung in diesem Bereich zielen daher darauf ab, ein besseres Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen zu erlangen. So ist zum Beispiel der Zusammenhang zwischen Aroma und Textur ebenso wenig geklärt wie der Einfluss von Verarbeitungs- und Hygienisierungsverfahren auf den Erhalt der Aromastoffe. Neue Inhaltsstoffe, die spezielle technologische oder gesundheitliche Eigenschaften haben, können sich auch auf die Geschmacksnote des Lebensmittels auswirken. Hier prüfen die Fraunhofer- Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler, inwieweit störende Flavour-Eigenschaften durch neue Zusatzstoffe verursacht werden, und entwickeln Strategien, diese zu vermeiden.

Besonders auf dem Gebiet der Sensorik können die Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler auf langjährige Erfahrung zurückgreifen. Bestens geschulte Sensorikpanel und ein Sensoriklabor stehen zur Verfügung. Physiologische Untersuchungen und In-vivo-Monitoring ergänzen das chemischanalytische Instrumentarium zur Aromacharakterisierung. In dieser Kombination ist eine Bewertung des sensorischen Beitrages spezifischer Inhaltsstoffe unter Berücksichtigung der Komplexität von Lebensmittelmatrices möglich.

Nicht nur die Charakterisierung vorhandener Aromen ist ein Schwerpunkt in FuE dieses Bereichs, auch die Bildung von Aromen aus den jeweiligen Vorläufersubstanzen wird untersucht und deren Abhängigkeit von Produktions- und Prozessparametern erfasst. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse entwickelt der Fraunhofer-Verbund Life Sciences für seine Partner Konzepte zur Optimierung erwünschter Aromaeindrücke sowie zur Vermeidung der Entstehung von Fehlgerüchen.

Seine Expertise umfasst dabei nicht nur originäre Aromen der Lebensmittel, sondern auch die Möglichkeiten, diese durch gezielte Verpackungsgestaltung optimal zu erhalten.

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Ein Trio - Verpackung, Haltbarkeit und Qualität

Für alle an der Lebensmittelherstellung Beteiligten ist es wichtig, ein hohes Niveau der Lebensmittelqualität zu gewährleisten. Dies betrifft Produzenten und Abfüller von Lebensmitteln ebenso wie Hersteller von Verpackungen. Leistungen zur Beurteilung des Qualitätsstatus von Lebensmitteln und zur Aufklärung der Ursache für lagerungsbedingte Qualitätseinbußen gehören zu den Kernkompetenzen. Hier werden problemspezifische Analysenmethoden entwickelt, um Qualitätsparameter und die Kinetik von Qualitätsveränderungen im Lebensmittel zu bestimmen.

Dies wird in besonderer Weise ergänzt durch ein eigenes Kompetenz- und Entwicklungszentrum »Aktive und Intelligente Verpackungen«. Hier wird die Effektivität von aktiven und intelligenten Verpackungen getestet, zum Beispiel hinsichtlich ihrer Wirksamkeit für einen besseren Qualitätserhalt oder ihrer Funktionstauglichkeit, den Zustand des verpackten Lebensmittels oder der Packung selbst während Transport und Lagerung zu überwachen und anzuzeigen.

Intelligente Verpackungslösungen

Polymerfolien mit aktiven Funktionen wie Sauerstoffbindung oder Abgabe antimikrobieller Stoffe, auch gekoppelt mit Indikatorfunktionen bilden derzeit einen wichtigen Schwerpunkt bei den Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Sauerstoffindikatoren zum Beispiel können Leckagen in Schutzgasverpackungen anzeigen, sie leisten aber auch als »Tamper-proof- Element« einen Beitrag zur Manipulationssicherheit bei Lebensmitteln.

Die Anforderungen an die Barriereeigenschaften des Packstoffs wie Gas- und Wasserdampfdurchlässigkeit sind unterschiedlich je nach Füllgut. Werden zum Beispiel Fertiggerichte in Kunststoffverpackungen (mit EVOH-Barriereschicht) sterilisiert, so wird die Sauerstoffbarriere des Kunststoffmaterials durch diesen Prozessschritt geschwächt, der sogenannte Retortschock tritt ein. In den Kunststoff eingearbeitete Sauerstoffabsorber können die Auswirkungen der durch Sterilisation herabgesetzten Barrierefunktion der Verpackung minimieren. Selbstverständlich kommen bei der Entwicklung antimikrobiell aktiver Kunststoff-Verpackungsmaterialien nur lebensmittelrechtlich zugelassene Konservierungsstoffe zum Einsatz. Ziel dieser Entwicklung ist es, Konservierungsstoffe nicht in das Lebensmittel einzubringen, sondern den Schutz dahin zu verlagern, wo er erforderlich ist: an die Oberfläche der Lebensmittel. Auf herkömmliche Verpackungsfolien wird eine aktive Schicht aufgebracht, aus der sehr geringe Mengen antimikrobiell aktiver Substanzen zur Oberfläche des Lebensmittels diffundieren und dort ihre Aktivität entfalten. Bereits sehr geringe Mengen antimikrobiell aktiver Substanz können das Wachstum der Mikroflora an der Lebensmitteloberfläche unterdrücken und so ein wirkungsvoller Bestandteil der Hygienekette sein.

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Lebensmittel mit Zusatznutzen für die Gesundheit

Führende Lebensmittelhersteller sagen für Lebensmittel mit ernährungsphysiologischem Zusatznutzen eine steigende Nachfrage voraus. Die Entwicklung derartiger Lebensmittel wird für die Branche ein wichtiges zukunftsrelevantes Forschungsgebiet. Hohe Priorität haben hier die Prävention von Übergewicht und Herz-Kreislauf-Erkrankungen; der Stärkung des Immunsystems und der allgemeinen Fitness kommen ebenfalls hohe Relevanz zu. Schon heute achten die Verbraucher mehr denn je auf Nahrungsbestandteile, die eine gesunde Ernährung unterstützen. Gesunde Lebensmittel sind keine Medizin – so erwartet der Verbraucher zusätzlich zu dem versprochenen Beitrag zur gesunden Ernährung einen ansprechenden Geschmack.

Lebensmittel mit optimiertem Nährwert

Viele unserer Lebensmittel weisen eine sehr hohe Kaloriendichte auf. Reduziert man einfach den Zucker- und/oder Fettgehalt, geht dies in der Regel mit einer Abnahme des Genussempfindens einher. Sowohl die Textur als auch die Aromawahrnehmung verändern sich entscheidend. Der Fraunhofer-Verbund Life Sciences entwickelt optimierte Rezepturen mit verringertem Zucker- und Fettgehalt, indem geeignete Austauschstoffe verwendet werden. Verschiedene, möglichst natürliche Zutaten, wie beispielsweise Fettaustauschstoffe auf Basis pflanzlicher Proteine, führen geschickt kombiniert zu einem geringeren Kaloriengehalt, ohne den Genusswert und die gute Bekömmlichkeit zu schmälern.

Trotz der Überernährung in großen Teilen der Bevölkerung spielen bei bestimmten Bevölkerungsgruppen auch Ernährungsdefizite eine Rolle. So nehmen ältere Menschen oft zu wenig Protein zu sich, auch der Mangel an Ballaststoffen ist weit verbreitet. Mit Nährstoffen angereicherte Produkte eignen sich gut, um solche Defizite auszugleichen. Zwar kann eine Anreicherung mit diesen Inhaltsstoffen die Textur von Lebensmitteln verändern, dies wird aber bei der Produktentwicklung entsprechend berücksichtigt.

Rezepturen, die pflanzliche anstelle tierischer Inhaltsstoffe enthalten, werden von den Verbrauchern ebenfalls zunehmend gewünscht. Auch dieser Austausch erfordert individuelle Rezepturanpassungen, die von den Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftlern geleistet werden können. Proteinkonzentrate und -isolate, die dafür beispielsweise eingesetzt werden, können auch im Pilotmaßstab in standardisierter Qualität hergestellt werden.

Bioaktive Lebensmittelinhaltsstoffe und Functional Food

Die Verbraucher entscheiden sich bewusst und im Vertrauen auf die deklarierte Wirkung für Lebensmittel mit bioaktiven Zusätzen. Zum Schutz der Verbraucher werden Health Claims nur mit dem Nachweis der Wirksamkeit vergeben. Dieser Nachweis stellt eine neue wissenschaftliche Herausforderung für die Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher dar. Völlig neue Methoden und Testverfahren müssen entwickelt werden, um bereits im Vorfeld der heute gängigen klinischen Tests erste Wirksamkeitsnachweise zu erhalten.

Die Forschung zu bioaktiven Inhaltsstoffen beginnt mit dem Aufspüren und Identifizieren neuartiger Inhaltsstoffe pflanzlichen und auch marinen Ursprungs. Besonders Meeresfisch gilt als gesundes Nahrungsmittel aufgrund seiner hohen Mengen an essentiellen Aminosäuren und Omega-3-Fettsäuren. Die empfohlene Tagesdosis an Omega-3-Fettsäuren liegt derzeit bei ungefähr 500 mg. Für Patienten, deren Triglyzerid-Spiegel erhöht ist, werden sogar drei bis vier Gramm Omega-3-Fettsäuren pro Tag empfohlen. Diese Mengen sind dem Körper nur schwer durch den regelmäßigen Verzehr von Fisch zuzuführen, zur Ergänzung werden daher entsprechende Kapseln angeboten. Die darin enthaltenen Omega-3-Fettsäuren werden bisher aus Fischöl isoliert, einem Nebenprodukt der Fischmehlherstellung. Fischmehl und Fischöl werden jedoch ebenfalls für die Herstellung von Fischfutter für Aquakulturen benötig. Da die Aquakultur eines der am stärksten wachsenden Segmente im Bereich der Agrarindustrie darstellt, wird in Zukunft der Preis für Fischmehl und Fischöl vermutlich stark steigen und die Nachfrage nach diesen Produkten die ohnehin bereits stark gefährdeten Fischbestände weiter bedrohen. Auch die Qualitätssicherheit ist bei Fischöl ein wichtiges Thema. Lipophile Umweltgifte reichern sich in Fischen mit hohem Fettanteil besonders stark an und müssen bei der Isolierung der Omega-3-Fettsäuren aufwändig entfernt werden, um Reinheit und Sicherheitsstandards zu gewährleisten. Für viele Menschen ist auch der starke Eigengeruch von Fischölkapseln ein Argument gegen die Einnahme solcher Nahrungsergänzungsmittel.

Hier setzt der Fraunhofer-Verbund Life Sciences in seiner Forschung an und beschäftigt sich mit der Entwicklung von Alternativen zur kontrollierten Herstellung und Gewinnung von qualitativ hochwertigen und geruchsarmen Nahrungsergänzungsmitteln.

Zur Gewinnung von Eicosapentaensäure (EPA), die ebenfalls zur Klasse der Omega-3-Fettsäuren gehört, wurde eine effiziente Herstellungsmethode aus Algen entwickelt. Die marine Mikroalge Phaeodactylum tricomutum bildet den Ausgangspunkt. Sie wird in speziell entwickelten Photobioreaktoren kultiviert, die durch gezielte Strömungsführung eine optimale Lichtversorgung aller Algenzellen sicherstellen. Weiterhin wurden alle relevanten Betriebsparameter wie beispielsweise die Medienbestandteile optimiert, um alle Kriterien für eine industrielle EPA-Herstellung zu erfüllen. Damit wird ein schnelles Wachstum, hoher EPA-Gehalt und eine Produktion nur mit Sonnenlicht als Energie- und Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle erreicht. Ebenso wurde bei den Reaktoren auf niedrige Produktionskosten Wert gelegt.

Aus pflanzlichen Rohstoffen werden zum Beispiel auch Proteine und Ballaststoffe mit cholesterinsenkender Wirkung gewonnen. Die Formulierung von Lebensmittelrezepturen, Lebensmittelherstellung und -lagerung sind weitere wichtige Forschungsthemen, damit die Einflüsse dieser Prozesse auf die Bioaktivität erfasst und die Abläufe optimiert werden können. Das physikalische und chemische Verhalten der neuen Inhaltsstoffe sowie Wechselwirkungen mit der Lebensmittelmatrix werden untersucht, um die gewünschte ernährungsphysiologische Wirkung auf verschiedenste Lebensmittel übertragen zu können.

Nachweis der Funktionalität in vitro und in vivo

Validierte In-vitro-Tests können schnell und preisgünstig Ergebnisse in der Funktionalitätsprüfung liefern. Die Entwicklung von In-vitro-Tests mit Zell- und Gewebekulturen, um die physiologischen Wirkungen von neuartigen Lebensmittelinhaltsstoffen zu charakterisieren, wird in den Instituten des Fraunhofer- Verbunds Life Sciences intensiv betrieben.

Für Resorptionsuntersuchungen steht der standardisierte CaCo-2- Test zur Verfügung. Für Absorptions-, Toxizitäts- und Metabolismusstudien wurde ein vaskularisiertes dreidimensionales Darm-Testsystem entwickelt. Das Modell basiert auf einer Matrix mit einem Blutgefäßäquivalent (BioVaSc – Biological Vascularized Scaffold). Auf dieser Matrix werden Darmepithelzellen und Endothelzellen physiologisch – unter ähnlichen Bedingungen wie im menschlichen Darm – kultiviert. Per Computer können verschiedene Parameter dieses Versorgungskreislaufs wie Fließgeschwindigkeit, Durchflussmenge, Druck und Puls gesteuert und moduliert werden. Das 3-D-Darm-Testsystem ermöglicht Untersuchungen zur Resorption, Toxizität und Bioverfügbarkeit oral applizierter Stoffe.

Der Einfluss von Verarbeitungsschritten und Lagerungsbedingungen auf die Bioverfügbarkeit und Wirksamkeit der aktiven Komponente kann über diese In-vitro-Systeme ebenfalls bestimmt werden. So gelangt man in kurzer Zeit bereits zu ersten Aussagen, ob voraussichtlich bestimmte Health Claims in Anspruch genommen werden können. Die Anzahl zeit- und personalaufwändiger Interventionsstudien wird dadurch reduziert; aber auch diese In-vivo-Tests können inhouse oder in enger Kooperation mit externen Kliniken vom Fraunhofer- Verbund Life Sciences durchgeführt werden.

Der Verbund arbeitet eng mit den zuständigen Behörden und Fachgremien zusammen. Auch international pflegen die Wissenschaftler einen engen Erfahrungsaustausch, zum Beispiel mit den japanischen Behörden, die bereits 1991 gesetzliche Richtlinien für die Zulassung von Functional Food erlassen haben.

Gesunder Genuss

Functional Food soll nicht nur gesund sein, sondern auch gut schmecken. Elementar für den Erfolg eines Produkts am Markt ist neben der nachgewiesenen gesundheitlichen Wirkung auch dessen Genusswert und Qualität.

Aroma, Geschmack und Geruch, sowie Textur und Mundgefühl sind Forschungsschwerpunkte, die vom Fraunhofer- Verbund Life Sciences auch speziell bei der Entwicklung von Functional Food berücksichtigt werden.

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Food Chain Management – Sicherheit vom Saatgut bis zum fertigen Produkt

Sicherheit und hohe Qualität der Lebensmittel stehen immer stärker im Fokus des Verbrauchers und stellen für Unternehmen der Lebensmittelbranche eine wichtige Frage im Wettbewerb dar. Das »Food Chain Management« betrachtet die Kette der Lebensmittelherstellung als ganzheitlichen Prozess und bietet damit einen optimalen Ansatz zur Sicherstellung der Lebensmittelqualität und deren Rückverfolgbarkeit. Es berücksichtigt alle Stationen eines Lebensmittels, von der Produktion, über Verarbeitung und Handel bis hin zum Verbraucher.

»Food Chain Management« ist auch der programmatische Name einer Fraunhofer-Allianz. Insgesamt zehn Fraunhofer- Institute aus verschiedenen Fraunhofer-Verbünden arbeiten hier zusammen, um in gemeinsamer Projektarbeit neueste wissenschaftliche Erkenntnisse in Produkte und Lösungen für diese Aufgaben umzusetzen.

Ein neuer Ansatz des »Food Chain Managements« integriert auch die Disziplinen Mikroelektronik und Logistik. Diese enge Verknüpfung lässt neue Kompetenzen und Forschungsansätze auf technologischer und auch auf Anwender-orientierter Basis entstehen.

Mit diesem Hintergrund ist die Fraunhofer-Allianz »Food Chain Management« bestens qualifiziert für Beratung und Dienstleistung in FuE für Partner aus Großindustrie und KMU sowie für institutionelle Fördermittelgeber auf nationaler, europäischer und globaler Ebene.

Weitere Informationen unter:
www.fcm.fraunhofer.de

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