Gewinnung funktioneller Lebensmittelinhalts

Original
Gewinnung funktioneller Lebensmittelinhaltsstoffe aus Reststoffen der Karottensaft- und
Apfelsaftproduktion1
Reinhold Carle und Andreas Schieber, Institut für Lebensmitteltechnologie, Lehrstuhl Lebensmittel pflanzlicher Herkunft, Universität Hohenheim
Reststoffe der Obst- und Gemüseverarbeitung stellen angesichts hoher Produktionszahlen einerseits ein erhebliches Entsorgungsproblem
dar. Andererseits enthalten solche Nebenprodukte große Mengen an
sekundären Pflanzenstoffen und Polysacchariden, die als Zutaten für
funktionelle Lebensmittel eingesetzt werden können. Im Rahmen
dieses Beitrags wird am Beispiel von Apfeltrester und Karottentrester aufgezeigt, wie Reststoffe zur Gewinnung funktioneller Verbindungen herangezogen und damit einer nachhaltigen Verwertung zugeführt werden können.
Einführung
Bei einer jährlichen Produktionsmenge von ca. 125 Mio. Tonnen Lebensmitteln in Deutschland fallen über 50
Mio. Tonnen Abfälle tierischer und
pflanzlicher Herkunft an. Während bei
der Gewinnung pflanzlicher Fette und
Öle sowie der Zucker- und Stärkegewinnung der Anteil des Abfalls bzw.
der Nebenprodukte bis über 80 % erreicht, liegt der Anteil der Reststoffe
bei der Frucht- und Gemüsesaftproduktion bei durchschnittlich 40 %. Der
Pro-Kopf-Verbrauch von Fruchtsäften
und Fruchtnektaren in Deutschland
verzeichnete in den vergangenen 50
Jahren einen starken Zuwachs und lag
2004 bei über 40 L. Unter den Fruchtsäften nimmt Apfelsaft mit 12,8 L die
führende Position ein, gefolgt von
Orangen- (8,9 L), Multivitamin- (3,8 L)
und Traubensaft (1,3 L) [1]. Aufgrund
der wachsenden Produktionszahlen
stellen Reststoffe ein erhebliches Entsorgungsproblem dar, zumal sie zumeist saisonal anfallen und raschem
mikrobiellem Verderb unterworfen
sind. Andererseits sind die Kosten für
Trocknung, Lagerung und Transport
wirtschaftlich limitierende Faktoren.
Daher werden solche Reststoffe häufig
als Viehfutter oder als Dünger eingesetzt. Allerdings ist die Nachfrage u. U.
starken Schwankungen unterworfen,
1
Erweitertes Manuskript eines Vortrags anlässlich des
Seminars „Biowirkstoffe und Ernährung“ des ISHNetzwerks am 18.05.2006 in Holtsee
348
und die Entsorgung durch Deponierung wird zunehmend durch gesetzliche Restriktionen, wie z. B. durch die
Bioabfall-Verordnung, erschwert. Mit
der Unterzeichnung eines Aktionsplans für das 21. Jahrhundert anlässlich der Umweltkonferenz der Vereinten Nationen in Rio de Janeiro haben
sich 179 Staaten zur Förderung der
Kreislaufwirtschaft und somit zur
nachhaltigen Nutzung wachsender
Rohstoffe verpflichtet.
Reststoffe der Verarbeitung pflanzlicher Lebensmittel enthalten ein immenses Potenzial an Wertstoffen, das
bislang nur sehr unzureichend ausgeschöpft wurde [2]. In diesem Zusammenhang sind in erster Linie sekundäre Pflanzenstoffe zu nennen, die in der
Pflanze als Attraktanzien und Phytoalexine sowie zum Schutz vor UV-Strahlung und Wildverbiss fungieren. Sie
sind daher meist in den Randschichten der als Lebensmittel genutzten
Pflanzenteile akkumuliert, die im Zuge
der Verarbeitung häufig entfernt werden. Zur Nutzung dieses Potenzials
sind Verfahren zur Gewinnung funktioneller Verbindungen und analytische Methoden zu deren Charakterisierung eine unabdingbare Voraussetzung.
Sekundäre Pflanzenstoffe stellen
nicht nur für die Pflanze selbst überaus wichtige Verbindungen dar, sondern haben längst auch das Interesse
der Lebensmittelwissenschaften auf
sich gezogen. Mit dem Trend zu gesunder Ernährung geht ferner der Wunsch
des Verbrauchers nach möglichst na-
turbelassenen Lebensmitteln und Zutaten aus natürlichen Quellen einher.
Am Lehrstuhl Lebensmittel pflanzlicher Herkunft der Universität Hohenheim wurden daher im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts Verfahren zur Gewinnung und
Charakterisierung funktioneller Inhaltsstoffe aus Reststoffen der Obstund Gemüseverarbeitung am Beispiel
von Karotten- und Apfeltrester entwickelt.
Karottentrester
Nach den ernüchternden Ergebnissen
der ATBC- und der CARET-Studie, in
denen nach Verabreichung hoher
Mengen an isoliertem β-Carotin an
Raucher entgegen der Erwartung eine
signifikante Zunahme bestimmter
Krebsformen und der Gesamtmortalität beobachtet wurde, wurde seitens
des damaligen Bundesinstituts für
gesundheitlichen Verbraucherschutz
und Veterinärmedizin (BgVV) Rauchern empfohlen, auf den Verzehr
von β-carotinhaltigen Nahrungsergänzungsmitteln und Vitaminpräparaten
sowie Getränken, die mit β-Carotin
angereichert sind, zu verzichten. Gesundheitlich völlig unbedenklich hingegen sei die Aufnahme von β-Carotin
aus Obst und Gemüse. Laut einer weiteren Empfehlung des BgVV sollten
Höchstmengen für β-Carotin festgelegt werden, die sicherstellen, dass pro
Tag insgesamt nicht mehr als 2 mg
β-Carotin in isolierter Form aufgeErnährungs-Umschau 53 (2006) Heft 9
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nommen werden. In einer aktuelleren
Stellungnahme wies das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) erneut
auf mögliche Risiken durch die erhöhte Zufuhr von isoliertem β-Carotin hin
und empfahl aus Gründen des vorbeugenden Gesundheitsschutzes, β-Carotin in Nahrungsergänzungsmitteln nur
mit großer Vorsicht einzusetzen [3].
Auch die Anwendung β-carotinhaltiger Arzneimittel wurde jüngst durch
das Bundesinstitut für Arzneimittel
und Medizinprodukte (BfArM) eingeschränkt. Hiernach dürfen Arzneimittel mit hohen Dosen von β-Carotin
(mehr als 20 mg pro Tag) nicht mehr
von starken Rauchern eingenommen
werden. Für niedriger dosierte β-carotinhaltige Arzneimittel wurde ein
Warnhinweis angeordnet [4].
Gewinnung eines carotinangereicherten Hydrolysats
Vor dem Hintergrund der dargestellten
Empfehlungen erschien es aussichtsreich, Carotinoide aus einer natürlichen Matrix zu gewinnen und in ihrem genuinen Mengenverhältnis zu
belassen. Karotten leisten in den USA
und in Europa den größten Beitrag zur
β-Carotinversorgung in der menschlichen Ernährung. Karottensaft gehört
neben Tomatensaft zu den beliebtesten Gemüsesäften. Zur Gewinnung carotinoidreicher Säfte wird das Carotin
durch enzymatische (Maischeenzymierung) und physikalische Zellaufschlussverfahren aus den Karotten
freigesetzt. Trotz Dekantertechnologie
bleibt bei der Herstellung von Karottensaft allerdings rund ein Drittel der
eingesetzten Rohwarenmenge als Trester zurück. Wie Untersuchungen industrieller Tresterproben zeigten, verbleiben sortenunabhängig mit über
1 g β-Carotin pro kg Trockenmasse ca.
50 % des Wertstoffs im Trester. Auch
durch Maischeenzymierung konnte
der β-Carotingehalt im Trester lediglich um 30 % reduziert werden [5]. Zur
Gewinnung eines natürlichen Carotinkonzentrats wurde daher ein Verfahren zur enzymatischen Totalverflüssigung von Karottentrester entwickelt.
Hierzu wurde der Trester nach Feinvermahlung einer enzymatischen
Hydrolyse mittels depolymerisierender Enzyme mit pektolytischer, hemicellulolytischer und cellulolytischer
Aktivität unterworfen, wodurch die
Matrix fast vollständig abgebaut werden konnte. Nach Abtrennung verholzter Fasern erfolgte eine Homogenisation und Pasteurisation mit nachErnährungs-Umschau 53 (2006) Heft 9
folgender Konzentrierung. Die Bedingungen der Totalverflüssigung wurden
in verschiedenen Versuchsreihen optimiert, wobei sich der Abbau der Matrix
anhand der Viskositätsabnahme verfolgen ließ. Als besonders vorteilhaft
erwies sich die Verwendung pektinolytischer und cellulolytischer Aktivitäten
im Verhältnis 1 : 1. Bei einer Enzymdosage von 1 000 ppm resultierte bei einer Inkubationstemperatur von 50 °C
und einem pH-Wert von 4 in Gegenwart von 1 000 ppm Kalzium eine minimale Enzymierungsdauer von 60
min. Besonders hervorzuheben ist,
dass der Gesamtcarotingehalt unter
den genannten Bedingungen der Totalverflüssigung im Technikumsmaßstab stabil blieb [6].
Applikation als funktionelle Zutat
in einem Modellgetränk
Unter den funktionellen Lebensmitteln stellen sogenannte ACE-Getränke
die wichtigste Applikationsform von
β-Carotin im Lebensmittelbereich dar.
Neben Provitamin A enthalten sie als
wertgebende Inhaltsstoffe die Vitamine C und E. Provitamin A wird in
vielen Fällen in Form von synthetischem isoliertem β-Carotin in das Getränk eingebracht. Nur in wenigen Fällen stammt es vollständig aus Karottensaft, was analytisch leicht am Fehlen von α-Carotin nachweisbar ist.
Während systematischer Untersuchungen zur Verteilung von trans-cisIsomeren in Karottensäften und ACEGetränken fiel auf, dass β-Carotin in
Karottensäften gewöhnlich eine geringere Isomerisierungsrate aufwies und
ACE-Getränke, die unter Verwendung
von synthetischem β-Carotin hergestellt worden waren, durch einen höheren Anteil an cis-Isomeren des β-Carotins gekennzeichnet waren als solche, in denen Karottensaft als Carotinquelle diente (Tab. 1) [7]. Die Isomerisierung wird insbesondere durch Hitzeeinwirkung, Lichtexposition und die
Anwesenheit elektrophiler Verbindungen begünstigt [8]. Die cis-Isomeren
des β-Carotins besitzen im Vergleich
zum all-trans-Isomer eine deutlich
verringerte Provitamin-A-Aktivität.
Es lag daher nahe, das Totalhydrolysat aus Karottentrester als funktionelle Zutat in Getränken einzusetzen.
Neben der chemischen Stabilität sollte
auch die physikalische Stabilität des
Trubs in einem Modellgetränk auf der
Basis von naturtrübem Apfelsaft näher
untersucht werden. Auch ohne Zusatz
von trubstabilisierendem Pektin zeigte
das Modellgetränk nach 170 Tagen
Lichtlagerung eine auffällige Trubstabilität. Außerdem fehlte auch die
für carotinsupplementierte Getränke
häufig typische Separation des β-Carotins im Bereich des Flaschenhalses.
Noch erstaunlicher allerdings war die
Stabilität des Carotins, das auf einen
Gehalt von 12 mg/L eingestellt war.
Sogar nach intensiver Bestrahlung mit
einer Lichtintensität von ca. 3000 lux
blieb der Carotingehalt stabil. Ferner
konnten keine trans-cis-Isomerisierung der Carotine nachgewiesen werden. Im Unterschied zu synthetischem
β-Carotin, das üblicherweise als Gelatineformulierung ins Getränk eingebracht wird, zeigte die natürliche Carotinformulierung außerdem keine
Tab. 1: Deklarierte und ermittelte Carotinoidgehalte in Karottensäften und ACE-Getränken (aus [7])
Probe Deklarierter all-trans-α- all-trans-βCarotinoidCarotin
Carotin
gehalt
mg/L
mg/L
mg/L
9-cis-βCarotin
13-cis-βCarotin
mg/L
mg/L
Relativer
Gehalt an cisIsomeren1
%
Karottensäfte
1
45,02
2
50,03
3
o
4
o
5
146,02
6
140,02
7
o
19,9
24,6
49,4
38,2
45,3
43,1
40,4
32,8
54,0
83,9
71,4
84,8
78,3
69,2
1,0
1,0
3,5
3,4
2,0
0,9
n.d.
2,8
2,8
9,6
8,2
8,8
8,7
2,8
11,6
7,0
15,6
16,2
12,7
12,3
4,0
ACE-Getränke
1
20,04
2
20,04
3
20,64
4
29,04
5
28,84
n.d.
n.d.
0,7
0,6
1,5
23,6
17,3
20,1
29,7
26,4
2,5
0,8
0,6
0,6
1,1
8,0
4,7
1,1
1,4
2,5
44,5
31,8
8,5
6,7
13,6
bezogen auf all-trans- β-Carotin; 2Gesamtcarotinoide; 3β-Carotin; 4Provitamin A;
o: keine Angabe; n.d.: nicht detektierbar
1
349
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Präzipitation mit Polyphenolen des
Apfelsafts [9].
Gewinnung von Oligogalacturonsäuren
Der Pädiater Ernst MORO erkannte bereits 1908 den therapeutischen Nutzen
von Karottensuppe bei der Behandlung frühkindlicher Diarrhöen. Als
Wirkungsmechanismus wird die Bindung niedermolekularer Pektinabbauprodukte (Oligogalacturonsäuren) an
pathogene Keime angenommen, wodurch ihre Adhäsion an die Mukosa
und damit die Freisetzung durchfallerzeugender Toxine blockiert wird. Neueren Untersuchungen zufolge ist die
antiadhäsive Wirkung auf Oligogalacturonsäuren mit Polymerisationsgrad
(DP) 2–3 bzw. solchen mit einer terminalen gesättigten Uronsäure zurückzuführen. Bei der Totalverflüssigung
von Karottentrester entstehen in Abhängigkeit von den eingesetzten Enzymen gesättigte und ungesättigte Oligogalacturonsäuren, die teils noch mit
Methanol verestert sein können. Zur
Charakterisierung der bioaktiven
Komponenten wurden daher analytische Methoden entwickelt, die durch
Hintereinanderschaltung von RI- und
UV-Detektoren die simultane Quantifizierung gesättigter und ungesättigter
Oligogalacturonsäuren bis DP 7 gestatten. Durch Variation der Ionenstärke des eingesetzten flüchtigen Puffers
konnte sogar die Basislinientrennung
gesättigter Derivate bis DP 14 erreicht
werden [10]. Dieser Puffer erlaubte ferner die massenspektrometrische Identifizierung der einzelnen Komponenten, die angesichts der limitierten Verfügbarkeit von Referenzsubstanzen
unverzichtbar ist.
Bei der enzymatischen Hydrolyse
von Polygalacturonsäure entstehen in
Abhängigkeit vom gewählten Enzympräparat sehr differenzierte Muster
von Oligogalacturonsäuren, deren DP
von 1 bis 3 bzw 1 bis 7 schwankt.
Durch Modifizierung der pektolytischen Enzymaktivitäten bei der Totalverflüssigung von Karottentrester
kann ein definiertes Fragmentierungsmuster erzielt werden. Das entwickelte Verfahren zur Totalverflüssigung
von Karottentrester erlaubt somit eine
ganzheitliche Verwertung dieses bisher lediglich als Viehfutter verwendeten Reststoffs. Neben Carotinen enthält das Hydrolysat auch Oligogalacturonsäuren, deren biologische Aktivität
Gegenstand weiterer Untersuchungen
ist [11].
350
Apfeltrester
Die zu Saft verarbeitete Menge an
Äpfeln beläuft sich derzeit auf jährlich
ca. 700 000 t, wobei ungefähr 25 000 t
Nasstrester mit einem Trockenmasseanteil von 25 % anfallen [12]. Diese
Trester stellen nicht nur ein Umweltproblem dar, sondern sie verursachen
für die betroffenen Betriebe auch hohe
Kosten bei der Entsorgung. Möglichkeiten hierfür sind Kompostierung,
Vieh- und Wildfütterung, Müllverbrennung, Deponierung oder die
Gewinnung von Biogas. Diese Alternativen sind allerdings weder aus wirtschaftlicher noch aus umweltpolitischer Sicht attraktiv.
Gewinnung von Pektin
Demgegenüber wird die Pektingewinnung als der sowohl ökologisch wie
auch ökonomisch sinnvollste Weg der
Verwertung von Apfeltrester angesehen. Die Trester müssen unmittelbar
nach der Saftgewinnung getrocknet
werden, um den Abbau von Pektin
durch depolymerisierende Enzyme zu
unterbinden. Weiterhin wird durch die
Trocknung eine Bevorratung und damit eine ganzjährige Produktion von
Pektin gewährleistet. Die durch Sieben
abgetrennten Apfelkerne dienen zur
Gewinnung von Apfelkernöl und enthalten darüber hinaus auch phenolische Verbindungen. Zur Pektingewinnung werden die Trester mit verdünnten Mineralsäuren extrahiert.
Nach Aufkonzentrierung dieses Extrakts erfolgt die Fällung des Hydrokolloids durch Zusatz von Alkohol.
Apfelpektine zeichnen sich in vielen
Applikationen im Vergleich zu Citruspektinen durch bessere Geliereigenschaften aus. Aufgrund mitextrahierter phenolischer Verbindungen sind
sie jedoch schwach braun gefärbt, wodurch ihre Verwendung in sehr hellen
Produkten eingeschränkt ist.
Gewinnung von Polyphenolen
Neuere Arbeiten belegen ferner, dass
Apfeltrester auch eine vielversprechende Quelle phenolischer Verbindungen darstellen [13, 14]. Einige hieraus isolierte Komponenten wiesen in
vitro starke antioxidative Eigenschaften auf. Die dosisabhängige In-vitroHemmung der Proliferation von Colon- und Lebertumorzellen durch
Extrakte aus frischen Äpfeln wurde
insbesondere auf die enthaltenen phenolischen Säuren und Flavonoide zu-
rückgeführt [15]. Weitere Arbeiten zeigen ferner, dass durch die Aufnahme
polyphenolreicher Apfelsäfte der Antioxidantienstatus signifikant erhöht
werden kann [16].
Aufgrund dieser Erkenntnisse hat es
daher nicht an Versuchen gefehlt, einerseits Apfelpektin zu veredeln, andererseits die im Trester enthaltenen
phenolischen Verbindungen durch geeignete technologische Maßnahmen
zu extrahieren. Die Bleichung von Apfeltrester mit alkalischer Wasserstoffperoxidlösung führte allerdings sowohl zur Zerstörung der phenolischen
Verbindungen als auch zu einem
beträchtlichen Abbau von Pektin [17].
Durch Behandlung von Apfeltrester
mit Cellulasen und Pektinasen konnten zwar Polyphenole in erhöhtem
Maß freigesetzt werden [18], doch ist
die Gewinnung von Pektin auch hiernach nicht mehr möglich. Ferner ist
der polyphenolhaltige „Extraktionssaft“ aus lebensmittelrechtlicher Sicht
als Saft nicht verkehrsfähig, da ein Verbot des Einsatzes von Cellulasen bei
der Fruchtsaftherstellung im Gegensatz zur Gemüsesaftherstellung besteht. Weiterhin könnte die vermehrte
Freisetzung phenolischer Verbindungen zu Adstringenz bis hin zur Bitterkeit führen, so dass die Akzeptanz derartiger Produkte fraglich ist.
Kombinierte Gewinnung
Daher wurde das Ziel verfolgt, die Gewinnung phenolischer Verbindungen
mit der Veredelung von Apfelpektin zu
kombinieren. Das zu entwickelnde
Verfahren sollte in den etablierten Prozess der Pektinproduktion integriert
werden, um damit in wirtschaftlicher
Hinsicht attraktiv zu sein. Um dem
Rechnung zu tragen, wurde der wässrig-saure und aufkonzentrierte Extrakt
in einer Säule über ein unpolares, lebensmitteltaugliches
Adsorberharz
geführt. Das Pektin passierte hierbei
die Säule, während der überwiegende
Teil der phenolischen Verbindungen
adsorbiert wurde. Im Anschluss wurde
das Pektin durch Zusatz von Alkohol
präzipitiert. Die Gewinnung der phenolischen Verbindungen
erfolgte
durch Desorption mit einem organischen Lösungmittel, vorzugsweise mit
Alkohol. Nach Entfernen des Lösungsmittels in vacuo wurde das Eluat zur
Stabilisierung der Polyphenole lyophilisiert [19].
Ein Vergleich der Farbwerte von Apfeltresterextrakten vor und nach der
Passage des Harzes belegte, dass durch
Ernährungs-Umschau 53 (2006) Heft 9
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Ernährungs-Umschau 53 (2006) Heft 9
mg/kg Frischgewicht
ckenmasse von 25–30 % in einem Dreizugtrommeltrockner für 5–8 Min. bei
300–700 °C getrocknet, wobei die Temperatur des Tresters 50–60 °C nicht
überschritt. Übereinstimmend mit den
Resultaten früherer Untersuchungen
[14] enthielten die Tresterproben über
2 g/kg Polyphenole. Unter den genannten Fraktionen wurden lediglich
die Flavanole (Catechine, Procyanidine) durch die Trocknung beeinträchtigt, während die Flavonole, Dihydrochalcone und HydroxyzimtsäureDerivate keinen beträchtlichen Veränderungen unterlagen. Aus diesen Untersuchungen wurde ersichtlich, dass
die industrielle Trocknung von Apfeltrester sich nicht so nachteilig auswirkt wie ursprünglich angenommen.
Nach Literaturangaben kann eine
hohe UV-Einstrahlung, wie sie etwa in
Neuseeland auftritt, zu höheren Flavonoidgehalten in Äpfeln führen. Zur Abschätzung des Einflusses der Rohware
auf den Gehalt an phenolischen Verbindungen wurde daher ein Screening
von ca. 20 Tafel- und Mostapfelsorten
des süddeutschen Raums durchgeführt. Hierbei zeigte sich, dass alle Sorten ein qualitativ sehr ähnliches Polyphenolprofil aufwiesen (Abb. 1). Die
Gehalte der verschiedenen Sorten variierten allerdings stark. Auch bei Äpfeln der gleichen Sorte war die Streuung der ermittelten Gehalte z. T. sehr
groß. Die vorzugsweise als Mostobst
verwendeten Sorten, z. B. Bittenfelder
und Trierer Weinapfel, wiesen insgesamt höhere Gehalte auf als die über-
wiegend zum Frischverzehr bestimmten moderneren Sorten, wie z. B. Idared, Gala und Jonagold [20]. Diese
Unterschiede wurden insbesondere
bei den Hydroxyzimtsäurederivaten,
Flavanolen und Dihydrochalconen
deutlich, während bei den Flavonolglycosiden keine Sortenabhängigkeit
feststellbar war. Untersuchungen an
vier neuseeländischen Apfelsorten
(Pacific Rose, Sunrise, Braeburn und
Royal Gala) belegten zwar, dass Schale
und Kernhaus ebenfalls reich an Polyphenolen sind [19]. Die Hypothese,
dass die in Neuseeland angebauten
Apfelsorten beträchtlich höhere Gehalte an phenolischen Verbindungen
aufweisen als die mitteleuropäischen,
konnte allerdings bislang noch nicht
verifiziert werden.
Das im Technikumsmaßstab entwickelte Verfahren zur kombinierten
Gewinnung von Pektin und Polyphenolen aus Apfeltrester wird mittlerweile in der industriellen Produktion umgesetzt, wodurch phenolische Verbindungen in hohen Ausbeuten erhalten
werden können. In einem ersten Anwendungsbeispiel wurde der polyphenolreiche Apfeltresterextrakt als natürliches Antioxidans zur Verbesserung
der Lagerfähigkeit von Pizzasalami
eingesetzt [21]. Die sensorische Bewertung der Rohwurst nach Lagerung
unter Tiefkühlbedingungen zeigte bereits in geringer Dosierung des Apfelextrakts eine deutliche Verringerung
der Ranzigkeit und somit eine verbesserte Lagerfähigkeit des Produkts. Die
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
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die Adsorption der phenolischen Verbindungen eine deutliche Aufhellung
erzielt werden konnte. Weiterhin wiesen die entfärbten Extrakte einen höheren Galacturonsäuregehalt auf, der
auf die Abreicherung von Nichtpektinstoffen zurückzuführen ist. Gele aus
dem resultierenden Pektin zeichneten
sich durch eine erhöhte Bruchfestigkeit aus. Somit konnte gezeigt werden,
dass die Geliereigenschaften durch
das entwickelte Verfahren sogar verbessert werden. Daher können für Apfelpektine nun Anwendungspotenziale erschlossen werden, die bislang
Citruspektinen vorbehalten waren.
Das Lyophilisat bestand überwiegend aus Hemicellulosen, die nach
Hydrolyse anhand des Neutralzuckerspektrums identifiziert wurden (Arabinose 53,1 %; Glucose 4,9 %; Rhamnose
2,0 %). Überraschenderweise wurde
demzufolge ein größerer zuckerhaltiger Bestandteil der Apfelzellwand, der
vermutlich mit Polyphenolen verknüpft ist, am Harz retiniert. Neben
geringen Mengen an Proteinen, Galacturonsäuren und lipophilen Substanzen wurden ca. 12 % als phenolische
Verbindungen identifiziert, während
ein Fünftel bislang noch nicht charakterisiert werden konnte. Es handelt
sich hierbei vermutlich um höhermolekulare Phenole. Die Charakterisierung der phenolischen Verbindungen erfolgte mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie. Die dominierenden phenolischen Verbindungen waren erwartungsgemäß Chlorogensäure, das Dihydrochalconglucosid Phloridzin sowie eine Reihe
von Quercetinglycosiden, unter denen
Quercetin-3-galactosid den größten
Anteil hatte.
Vorläufige Untersuchungen hatten
gezeigt, dass die Gehalte der quantifizierbaren Polyphenole in Trester süddeutscher Apfelsorten beträchtlich
unterhalb derer lagen, die in Apfeltrester neuseeländischer Sorten gefunden
wurden [13,14]. Da es sich im Fall der
neuseeländischen Trester um lyophilisierte Proben handelte, während die
von uns untersuchten Proben einer
industriellen Trocknung in Dreizugtrommeltrocknern unterzogen worden waren, war zu klären, ob Unterschiede im Polyphenolgehalt der Rohware oder die Trocknungsbedingungen für die differierenden Gehalte verantwortlich sind. Daher wurden zunächst die Auswirkungen einer industriellen Trocknung auf die Stabilität
der Polyphenole ermittelt. Hierzu wurde nasser Apfeltrester mit einer Tro-
Flavonolglykoside
Dihydrochalcon-Derivate
Flavanole
Hydroxyzimtsäuren
Gesamt
Abb. 1: Gehalte phenolischer Verbindungen in ausgewählten Tafel- und Mostapfelsorten aus Süddeutschland (aus [20])
351
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Zusammenfassung
Gewinnung funktioneller Lebensmittelinhaltsstoffe aus Reststoffen
der Karottensaft- und Apfelsaftproduktion
R. Carle, A. Schieber, Hohenheim
Reststoffe der Obst- und Gemüseverarbeitung sind ein erhebliches Entsorgungsproblem für die Industrie, zumal sie zumeist saisonal anfallen und raschem
mikrobiellem Verderb unterworfen sind. Andererseits stellen diese Nebenprodukte nachwachsende Rohstoffe dar, deren Potenzial bislang noch völlig unzureichend genutzt wird. Die im Zuge der Verarbeitung entfernten Randschichten
der als Lebensmittel genutzten Pflanzenteile enthalten insbesondere sekundäre
Pflanzenstoffe und Polysaccharide, denen zahlreiche gesundheitsfördernde Eigenschaften zugeschrieben werden. Am Beispiel von Apfel- und Karottentrester
wurden Verfahren zur Gewinnung von Pektin und Polyphenolen bzw. Oligogalacturonsäuren und Carotinoiden entwickelt, die sowohl als technofunktionelle
wie auch als biofunktionelle Inhaltsstoffe in Lebensmitteln eingesetzt werden
können.
Ernährungs-Umschau 53 (2006), S. 348–352
antioxidative Eigenschaft der Apfelpolyphenole kommt nicht nur der Produktqualität zugute, sie könnte auch
beim Verzehr der Pizzasalami durch
einen zusätzlichen Gesundheitsnutzen interessante Perspektiven als
funktionelles Lebensmittel eröffnen.
Fazit
Am Beispiel von Karottentrester und
Apfeltrester konnte gezeigt werden,
dass Reststoffe der Gemüse- und Obstverarbeitung reiche Quellen funktioneller Inhaltsstoffe darstellen. Dabei
lässt sich die Funktionalität von Lebensmittelinhaltsstoffen in zweifacher
Hinsicht nutzen. Steht die Erzielung
einer bestimmten technologischen
Eigenschaft, z. B. die texturgebende
Funktion des Pektins, im Vordergrund,
so wird die Technofunktionalität genutzt. Soll ein über den Nährwert des
Lebensmittels hinaus gehender zusätzlicher Gesundheitsnutzen (added
value) erzielt werden, steht die Biofunktionalität im Mittelpunkt. Dabei
sind die Übergänge mitunter fließend.
So kann etwa die antioxidative Eigenschaft von Polyphenolen sowohl technofunktionell zur Inhibierung der Lipidoxidation als auch biofunktionell
im Sinne einer Radikalfängerfunktion
zum Schutz von Lipidmembranen im
lebenden Organismus verstanden
werden.
Die Verwertung von Reststoffen ist
bei weitem nicht auf die genannten
Beispiele beschränkt. Jüngst wurden
erfolgreich Verfahren zur Gewinnung
phenolischer Verbindungen aus Traubentrester und Mangoschalen entwickelt. Von besonderer Bedeutung ist
hierbei, dass bei der Extraktion von
352
Anthocyanen aus Traubentrester vollständig auf den Einsatz von Sulfit verzichtet werden konnte [22], das pseudoallergische Reaktionen hervorrufen
kann. Mangoschalen erwiesen sich
darüber hinaus auch als eine reichhaltige Quelle von hochwertigem Pektin
[23]. Angesichts der zunehmenden Bestrebungen, die Saftausbeute bei der
Apfelsaftherstellung durch Einsatz depolymerisierender Enzyme zu maximieren und dabei das Pektin abzubauen, könnte Mangoschalenpektin eine
vielversprechende Alternative darstellen.
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Korrespondenzadresse:
PD Dr. Andreas Schieber
Universität Hohenheim
Institut für Lebensmitteltechnologie
Lehrstuhl Lebensmittel pflanzlicher
Herkunft
August-von-Hartmann-Str. 3
70599 Stuttgart
E-Mail: [email protected]
Ernährungs-Umschau 53 (2006) Heft 9