Themenschwerpunkt I: Gewinnung und Charakterisierung von Pflanzenproteinen

Einfluss der botanischen Herkunft, der Anbaubedingungen und der Verarbeitung auf die technofunktionellen wie auch gesundheitlichen Eigenschaften von Proteinen.

Die Lebensmittelindustrie sieht sich mit dem Problem konfrontiert, dass die funktionellen Eigenschaften von Proteinzutaten mitunter sehr unterschiedlich sind, was sich erheblich auf ihr Anwendungspotenzial in den Endprodukten auswirkt. Systematische Ansätze zur Untersuchung des Einflusses der Rohstoffe, ihrer Anbaubedingungen und der Wirkung von Verarbeitungsmethoden auf die charakteristischen sowie nutritiven Eigenschaften von Proteinbestandteilen könnten solche Schwankungen in Zukunft verringern. Dies ermöglicht es den Landwirten, Pflanzen zu produzieren, die an die Bedürfnisse der Industrie angepasst sind. Dieses Wissen ist auch wertvoll für die gezielte Anpassung von Funktionalitäten, welche sowohl die technofunktionellen wie auch die ernährungsphysiologischen Eigenschaften beinhalten.

Aktuelle Forschungsprojekte:

• Chemische und funktionelle Charakterisierung der Mungbohne vom Mehl bis zum Isolat. Auswirkungen unterschiedlicher Isolationsbedingungen auf die chemische Zusammensetzung sowie die technofunktionellen Eigenschaften von Mungbohnenproteinisolaten. Einfluss verschiedener Keimungszeitpunkte auf ausgewählte Enzymaktivitäten, antinutritive Inhaltsstoffe und die chemische Zusammensetzung von Mungbohnenmehl. → gefördert durch Mittel des Bundeslandes Nordrhein-Westfalen
   
• Hemp4Food: Gewinnung der Proteine aus Presskuchen von Hanfsamen mittels nass- und trockentechnischer Fraktionierung Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Prozessparameter auf die chemische Zusammensetzung, ausgewählte antinutritive Inhaltsstoffe und relevante funktionelle Eigenschaften der Hanfproteinzutaten. → gefördert durch Mittel des Bundesministeriums für Bildung und Forschung
   

Förderung der biologischen Vielfalt in der Landwirtschaft, im Lebensmittel(Protein)zutaten-Markt und bei den Endverbrauchern.

Der Markt für Proteinzutaten überstieg im Jahr 2021 die Marke von 70 Milliarden US-Dollar und wird voraussichtlich bis 2030 die 115-Milliarden-Marke erreichen. Der Markt setzt sich zu 67 % aus tierischen Proteinen (CAGR 5 %) und zu 33 % aus pflanzlichen Proteinen (CAGR 8,2 %) zusammen, wobei Soja und (Weizen-)Gluten nach wie vor dominieren. Andere Pflanzen wie Erbsen, Ackerbohnen oder Raps sind auf dem Vormarsch, da diese Rohstoffe aufgrund ihrer Verwendung in Tierfutter oder als Bioenergie auf dem Markt weit verbreitet sind.

Die biologische Vielfalt auf dem Markt für Lebensmittelzutaten ist jedoch auch für die Verbesserung der biologischen Vielfalt in der Landwirtschaft von entscheidender Bedeutung, da die Landwirte einen sicheren Kundenstamm benötigen und – umgekehrt die Lebensmittelzutaten – und Lebensmittelindustrie verlässliche Lieferketten brauchen. Daher beziehen wir in unsere Forschung insbesondere auch weniger beachtete, aber vielversprechende proteinreiche Rohstoffe mit ein.

Aktuelle Forschungsprojekte:

• Charakterisierung der Auswirkung von thermischen und nicht-thermischen Prozessen auf funktionelle, technofunktionelle sowie ernährungsphysiologisch relevante Eigenschaften der Ackerbohne (Vicia faba L.) und ihrer Proteine. Dazu gehört die Untersuchung des Einflusses verschiedener Verfahren auf den Gehalt ausgewählter antinutritiver Inhaltsstoffe, qualitätsbestimmender Enzymaktivitäten und die chemische Zusammensetzung des Ackerbohnenmehls. → gefördert durch Mittel des Freistaats Bayern
   
• Charakterisierung verschiedener Sorten der Gartenbohne (Phaseolus vulgaris L.) und Bestimmung ihrer Eignung zur Proteingewinnung. Untersuchung der Auswirkung unterschiedlicher thermischer Behandlungsverfahren auf den Gehalt ausgewählter antinutritiver Inhaltsstoffe sowie auf die strukturellen und technofunktionellen Eigenschaften der enthaltenen Proteine. → gefördert durch Mittel des Bundeslandes Nordrhein-Westfalen

 

Ausgewählte Publikationen:

Etzbach, L., Gola, S., Küllmer, F., Acir, I.-H. Wohlt, D., Ignatzy, L.M., Bader-Mittermaier, S., Schweiggert-Weisz, U. (2024) Opportunities and Challenges of Plant Proteins as Functional Ingredients for Food Production. PNAS – Special Issue ´Sustainability of animal-sourced foods and plant-based alternatives´, accepted. 

Wintersohle, C., Kracke, I., Ignatzy, L.M., Etzbach, L., Schweiggert-Weisz, U. (2023) Physiochemical and chemical properties of mung bean protein isolate affected by the isolation process. Current Research in Food Science, 7, 100582

Schweiggert-Weisz, U., Eisner, P., Bader-Mittermaier, S., Osen, R. (2020) Food proteins from plants and fungi. Current Opinion in Food Science, 32, 156-162.

Muranyi I., Volke, D., Hoffmann, R., Eisner, P., Herfellner, T., Brunnbauer, M., Koehler, P., Schweiggert-Weisz, U. (2016) Protein distribution in lupin protein isolates from Lupinus angustifolius L. prepared by various isolation techniques. Food Chemistry, 15, 6-15.

Stephany, M., Eckert, P., Bader-Mittermaier, S., Schweiggert-Weisz, U., Carle, R. (2016) Lipoxygenase inactivation kinetics and quality-related enzyme activities of narrow-leafed lupin seeds and flakes. LWT – Food Science and Technology, 68, 36-43.

 

 

Themenschwerpunkt II: Modifikation von Pflanzenproteinen - Auswirkungen thermischer und nicht-thermischer Verfahren auf technofunktionelle wie auch gesundheitliche Eigenschaften

Pflanzenproteine haben im Vergleich zu tierischen Proteinen oft einige nachteilige Eigenschaften, wie z.B. unerwünschte Aromanoten oder auch verminderte technofunktionelle Eigenschaften wie beispielsweise die Gel- oder Schaumbildungseigenschaften. Diese können durch thermische und nicht-thermische Verfahren verändert werden. Dies erfordert Kenntnisse über die Faktoren, die sich auf die Struktur der Proteine und die daraus resultierenden Eigenschaften auswirken.

Der Einfluss der Lebensmitteltechnologie auf die ernährungsphysiologischen Eigenschaften von Proteinen ist ein vielversprechendes Forschungsgebiet. So können beispielsweise durch enzymatische wie auch fermentative Methoden antinutritive und zeitgleich unter Umständen sensorisch unerwünschte Inhaltsstoffe abgebaut werden.

Aktuelles Forschungsprojekt:

• Modifikation von Sonnenblumen Presskuchens mittels mikrobieller Fermentation zur Optimierung der funktionellen und sensorischen Eigenschaften. Ein anschließender simulierter in vitro Verdau soll Aufschluss über die Verdaubarkeit und Verfügbarkeit von Biomolekülen geben. Dabei wird der Fokus auf Proteine und Polyphenole gelegt. → gefördert durch Mittel des Freistaats Bayern

 

Ausgewählte Publikationen:

García-Arteaga, V., Leffler, S., Muranyi, I., Eisner, P., Schweiggert-Weisz, U. (2021) Sensory profile, functional properties and molecular weight distribution of fermented pea protein isolate. Current Research in Food Science, 4, 1-10.

Schlegel, K., Lidzba, N., Ueberham, E., Eisner, P., Schweiggert-Weisz, U. (2021) Fermentation of lupin protein hydrolysates - Effects on their functional properties, sensory profile and the allergenic potential of the major lupin allergen Lup an 1, Foods, 10, 281 .

Meinlschmidt, P., Ueberham, E., Lehmann, J., Reineke, K., Schlüter, O., Schweiggert-Weisz, U., Eisner, P. (2016) The effects of pulsed ultraviolet light, cold atmospheric pressure plasma, and gamma-irradiation on the immunoreactivity of soy protein isolate. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 38, 374-383.