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Milchsäurebakterien brauchen mehr als zwei Millionen Jahre, um sich an ein Habitat anzupassen. Da erst seit einigen tausend Jahren Lebensmittel fermentiert werden, sind die beteiligten Milchsäurebakterien nicht an die Fermentation adaptiert. «Die an der Sauerteig-Fermentation beteiligten Laktobazillen sind Facharbeiter mit Migrationshintergrund», sagte Professor Michael Gänzle von der University of Alberta in Canada. Die natürlichen Habitate von Milchsäurebakterien sind unterschiedlich, von in der freien Natur bis spezifisch auf einen Wirt angepasst. An den Intestinaltrakt von Wirbeltieren angepasste Milchsäurebakterien sind für Starterkulturen besonders interessant. Sie sind säurestabil, bilden Exopolysaccharide, um sich an der Darmschleimhaut festzuhalten und können ein breites Spektrum an Kohlenhydraten fermentieren. Gänzle zeigte Beispiele von aus Schweinen isolierten Milchsäurebakterienstämmen, die durch die Exopolysaccharidbildung das Brotvolumen verbessern. Andere Stämme bauen unerwünschte Inhaltsstoffe wie FODMAP (Fermentierbare Oligo-, Di-, Monosaccharide und Polyole) im Lebensmittel ab oder können erwünschte Stoffe wie Glutamat in grösseren Mengen produzieren.
Anwendungen bei Backwaren
Ein grosses Anwendungsgebiet für funktionelle Mikroorganismen sind die Backwaren. Aylin Sahin von der University College Cork in Irland zeigte, wie Exopolysaccharid produzierende Stämme das Volumen von glutenfreiem Brot verbessern oder eine Fettreduktion im Blätterteig ermöglichen. Mit einem Bakterienstamm, der Manitol produziert, kann Zucker in Burger-Buns reduziert werden. Glutamat produzierende Stämmen können für die Salzreduktion in Backwaren eingesetzt werden.
Weitere Anwendungsbeispiele von funktionellen Mikroorganismen in Backwaren zeigte Dr. Torsten Zense von Diosna Dierks & Söhne GmbH. Von Diosna entwickelte Starterkulturen können die Knetfähigkeit von Sauerteigen begünstigen oder die Maschinengängigkeit von tourierten Teigen verbessern. In einem anderen Beispiel zeigt Zense, wie das Reissen der Krume in Hot Dog-Broten durch den Einsatz von funktionellen Starterkulturen verhindert und die Tiefkühl-Lagerstabilität der Brote verbessert werden kann. So kann auf den Einsatz von Zusatzstoffen verzichtet werden. Eine weitere Starterkultur wurde entwickelt, um den Hefeeinsatz in Weizenbrot zu reduzieren. Sehr interessant ist der Einsatz von Starterkulturen zur Wiederverwertung von Restbrot. Nachdem das Restbrot mit Wasser gemischt und mit Sauerteigstarterkulturen fermentiert wird, kann es als Vorteig für neue Brote eingesetzt werden. Mit diesem Verfahren kann nicht nur die Wirtschaftlichkeit verbessert und gegen Foodwaste vorgegangen werden, es entstehen dabei auch aromatisch-fruchtige Brote.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel aus der aktuellen Forschungstätigkeit der ZHAW präsentierte Denise Müller von der Forschungsgruppe für Lebensmittelbiotechnologie. Nebenprodukte aus der Getreideverarbeitung, die bislang als Tierfutter verwendet werden, wurden durch Amylase-, Protease- und Phytaseproduzieenden Milchsäurebakterien fermentiert und konnten anschliessend zu wohlschmeckenden Frühstücksflocken verarbeitet werden.
Anwendungen bei Fleisch und Milch
Anwendungsbeispiele für funktionelle Mikroorganisem in Fleischwaren zeigte Dr. Frank Jakob von der TU München. Durch den Einsatz von exopolysaccharidbildende Milchsäurebakterien wurde eine streichfähige Mettwurst mit reduziertem Fettgehalt entwickelt. In einem anderen Beispiel zeigte Jakob, wie der Zusatzstoff Caragen im Kochschinken durch exopolysaccharidbildende Milchsäurebakterien ersetzt werden konnte. Aufgrund des tiefen Kohlenhydratvorkommens im Fleisch, den hohen Salzgehalten und den kalten Lagertemperaturen liegt die Herausforderung darin, eine ausreichende Vermehrung der Kulturen im Produkt zu erreichen. Häufig muss zusätzlich zu den Starterkulturen eine Kohlenhydratquelle wie Zucker beigegeben werden.
Anwendungsbeispiele für funktionelle Mikroorganismen in Käse zeigte Dr. Emanuelle Arias-Roth von Agroscope Liebefeld, wo neben Säuerungskulturen und Herkunftsnachweiskulturen auch eine Schutzkultur gegen Clostridium tyrobutyricum, den Verursacher von Spätblähung bei der Käsereifung, entwickelt wurde. Die Herausforderung bei der Entwicklung der Schutzkultur für Käse ist, dass die Kulturen keinen negativen Einfluss auf die sensorische Qualität des Käses ausüben.
Biokonservierung
Schutzkulturen sind lebende Mikroorganismen, die Lebensmitteln zugesetzt werden, um Risiken durch pathogene oder toxinogene Mikroorganismen zu reduzieren, erklärte Dr. Dieter Elsser von der ISI Food Protection, einem Forschungszentrum für Lebensmittelmikrobiologie in Dänemark. Über Stoffwechselleistungen können Schutzkulturen eine hemmende Wirkung beispielsweise auf Schimmel, Hefen, Listerien oder Clostridien haben. Für den Einsatz von Schutzkulturen in nicht-fermentierten Lebensmitteln ist es wichtig, dass die Schutzkultur die Charakteristik des Lebensmittels nicht beeinflusst.
Für den Einsatz in Backwaren hat Diosna Dierks & Söhne GmbH in Zusammenarbeit mit der ZHAW eine Starterkultur entwickelt, die das Wachstum von Schimmelpilzen und Fadenziehern im Brot hemmen. Dazu wurden 350 Milchsäurebakterienstämme aus Sauerteigen isoliert und auf ihre Hemmaktivität auf brotrelevante Schimmelpilze und Fadenzieher geprüft. Es wurden sechs vielversprechende Stämme gefunden, die weiter für Anwendbarkeit und Funktion getestet wurden.
Weitere Anwendungsbeispiele von Schutzkulturen wurden aus aktuellen Forschungsprojekten der ZHAW präsentiert. Edwina Romanens zeigte, wie eine Schutzkultur für die Unterdrückung von Schimmelpilzen in der Kakaobohnenfermentation entwickelt wurde und Andrea Tönz berichtete über die Entwicklung einer Schutzkultur gegen Listeria monocytogenes in Rohwurst.
Mit Mikroorganismen zum Clean Label
Beim Einsatz von funktionellen Mikroorganismen in Lebensmitteln können Zusatzstoffe durch Mikroorganismen ersetzt werden. Im Gegensatz zu Zusatzstoffen wird der Einsatz von Mikroorganismen bei den Konsumenten als «natürlich» wahrgenommen. Prof. Dr. Michael Sigrist vom Institut für Konsumentenverhalten der ETH Zürich zeigte mit verschiedenen Studien auf, dass Lebensmittel mit Clean Labels wie «ohne Zusatzstoffe» oder Claims wie «natürlich» beim Konsumenten als gesünder und sensorisch hochwertiger bewertet werden als dieselben Lebensmittel ohne Claims.
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Mehr Informationen zur Lebensmitteltagung: Susanne Miescher-Schwenninger, <email-pii>