Entwicklung pflanzlicher Lebensmittel mit hoher Verbraucherakzeptanz am Beispiel von Proteinzutaten aus Lupinensamen 6. Agrarwissenschaftliches Symposium des Hans-Eisenmann-Zentrums der TU München PD Dr.-Ing. Peter Eisner Freising, 24. September 2015 Lupinus luteus © Fraunhofer IVV Lupinus angustifolius Top 10. der energiereichsten Agrarprodukte der weltweiten Ernten 2013, FAO Agrarprodukt**) Menge t/a Energie kcal/a kcal pro Mensch und Tag*) 1. Mais 1.016.736.092 3,3*1015 1276 2. Reis 745.709.788 2,6*1015 993 3. Weizen 713.182.914 2,5*1015 950 4. Sojabohnen 276.406.003 1,2*1015 469 5. Palmöl 55.800.940 5,0*1014 191 6. Gerste 144.755.038 4,7*1014 179 1.877.105.112 4,7*1014 179 64.563.586 3,6*1014 138 9. Kartoffeln 368.096.362 2,8*1014 108 10. Sorghum 61.384.559 2,1*1014 82 7. Zuckerrohr 8. Raps *) basierend auf 7.2 Mrd. Menschen 4531 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 Source: **) FAO-STAT, Data from 2013 and 2012 SUMME (141 Produkte): 1,47*10^16 kcal/a: ~ 5460 kcal/Mensch und Tag © Fraunhofer IVV Vollständige Nutzung für die Humanernährung (2,250 kcal/d) 2013: ausreichend Agrarprodukte zur Versorgung von 17,5 Mrd. (vegan lebenden) Menschen! © Fraunhofer IVV Dennoch: Verknappung und steigende Rohstoffpreise Lebensmittel- und Agrarabfälle >100 Mio. Tonnen in der EU**) 33% entlang der Versorgungsketten weltweit**) Erzeugung von tierischen Lebensmitteln (Ressourcen-Faktor~1:5) 308 Mio. t/a Fleisch*): Milch*): 753 Mio. t/a Eier*): 81 Mio. t/a Fisch aus Aquakultur*): 67 Mio. t/a Energetische Nutzung von Agrarrohstoffen Quellen: *) **) © Fraunhofer IVV FAO-STAT, Data from 2012 European Commission, 2014 Ein Ansatz: Ganzheitliche Nutzung von Agrarrohstoffen und vermehrter Einsatz von Pflanzenproteinen Pflanzliche Rohstoffe Protein- und Ölsaaten Verarbeitung Hochwertige Food-/Feed-/ Kosmetik-Ingredients Veredelung Technische Materialien Bio-Energie aus Abfällen Lupine, Sonnenblume, Soja, Raps, Erbse, Lein, Cerealien, Nebenströme der Lebensmittelproduktion © Fraunhofer IVV Proteine, Ballaststoffe, technische Fasern, Lipide, SPS, Rückstände für die technische und energetische Nutzung Pflanzliche Lebensmittel mit Pflanzenprotein Ersatz von tierischen Proteinen (Milch, Ei, Fleisch) Mayonnaise ohne Ei „pflanzliche Wurstwaren“ und „pflanzliches Fleisch“ Pflanzliche „Milch“ Effekte im Markt nur erzielbar, wenn derartige Produkte von den Konsumenten nachgefragt werden -> Hohe Anforderungen an Funktionalität und Sensorik! © Fraunhofer IVV Header-Bild I Projekt Warum Lupine ? Wertvolle Leguminose mit hohem Gehalt an funktionellem Protein Anbau in Deutschland – keine langen Transportwege keine gentechnisch veränderten Sorten Anspruchslos im Anbau bei gleichzeitiger Verbesserung der Bodenqualität Aber: Lupinenmehle schmecken bitter, bohnig und grasig-grün © Fraunhofer IVV Header-Bild I Projekt Wissenschaftlich-technische Aufgabenstellung Auswahl geeigneter Lupinen-Sorten hinsichtlich Funktionalität und Sensorik Identifikation der relevanten Geschmacks- und Aromastoffe Aufklärung der Ursachen und der Kinetik der Aromastoff-Bildung Entwicklung einer Fraktionierungsstrategie zur selektiven Abtrennung der Störaromen Umsetzung in den technischen Maßstab © Fraunhofer IVV Lupinen-Auswahl Selektion von Süßlupinen (L. albus, L. luteus und L. angustifolius) nach Alkaloidgehalt und Ertrag Resistenz gegenüber Anthraknose Lupinus angustifolius Bewertung der Aromaprofils Identifikation der Funktionalität der Proteine Eignung von Form und Farbe der Samen var. Vitabor © Fraunhofer IVV var. Boregine Samen unterschiedlicher Arten und Varietäten L. luteus cv. Bornal L. albus cv. TypTop L. angustifolius cv. Boregine L. angustifolius cv. Haags L. angustifolius cv. Borlu L. angustifolius cv. Sanabor © Fraunhofer IVV Header-Bild I Projekt Identifikation der Aromastoffe AromaExtrakt Samen © Fraunhofer IVV Flakes oder Mehl Identifikation der Aromastoffe No. a) Geruchsstoff Beschreibendes Geruchsattribut b) FD-Faktorc) 1 1-Octen-3-one) nach Pilz 32 2 2-Acetyl-1-pyrrolind) nach Popcorn 32 3 (Z)-1,5-Octadien-3-ond) nach Geranien, metallisch 128 4 3-Isopropyl-2-methoxypyrazine) nach Erbse, nach grüner Paprika 256 5 Essigsäuree) nach Essig 32 6 Unbekannt nach Erde 32 7 (Z)-2-Nonenale) nach Karton 32 8 3-Isobutyl-2-methoxypyrazine) nach grüner Paprika, nach Erde 32 9 (E)-2-Nonenale) nach Karton, fettig, grün 256 10 (E,Z)-2,6-Nonadienale) nach Gurke, grün 256 11 schweißig, fruchtig, nach Käse 2048 12 2-Methylbuttersäure/ 3-Methylbuttersäuree) Unbekannt nach Kunststoff 256 13 Pentansäuree) nach Käse, schweißig, fruchtig 32 14 (E,E,Z)-2,4,6-Nonatrienal nussig, nach Haferflocken 256 15 γ-Octalactone) nach Kokos, süßlich 64 16 512 18 4-(2,6,6-trimethyl-1-cyclohexenyl)-3- nach Veilchen, blumig buten-2-on (β-Ionon)e) nach Karamell 3-Hydroxy-2-methyl-pyran-4-on (Maltol)e) trans-4,5-Epoxy-(E)-2-decenale) Metallisch 19 γ-Nonalactone) nach Kokos, süßlich 256 20 Unbekannt muffig, feucht 256 21 γ-Decalactond) nach Pfirsich, fruchtig 32 22 Unbekannt phenolisch, würzig 64 23 würzig, nach Suppe 256 24 3-Hydroxy-4,5-dimethyl-2(5H)furanon (sotolon)d) Vanilline) nach Vanille, süßlich 1024 25 Phenylessigsäured) nach Bienenwachs, nach Honig 256 17 © Fraunhofer IVV 256 1024 Beschreibung nach… Pilz Popcorn Gras Geranie / Metall Erbse / grüne Paprika Essig Erde Karton / fettig / grün Gurke / grün Schweiß / Käse Karamell Metall Kunststoff Nuss / Haferflocken Kokos / süß Veilchen / blumig Muffig / feucht Pfirsich phenolisch / würzig Würzig / Suppe Vanille / süßlich Bienenwachs / Honig Identifikation der Aromastoffe No. a) Geruchsstoff Beschreibendes Geruchsattribut b) FD-Faktorc) 1 1-Octen-3-one) nach Pilz 32 2 2-Acetyl-1-pyrrolind) nach Popcorn 32 3 (Z)-1,5-Octadien-3-ond) nach Geranien, metallisch 128 4 3-Isopropyl-2-methoxypyrazine) nach Erbse, nach grüner Paprika 256 5 Essigsäuree) nach Essig 32 6 Unbekannt nach Erde 32 7 (Z)-2-Nonenale) nach Karton 32 8 3-Isobutyl-2-methoxypyrazine) nach grüner Paprika, nach Erde 32 9 (E)-2-Nonenale) nach Karton, fettig, grün 256 10 (E,Z)-2,6-Nonadienale) nach Gurke, grün 256 11 schweißig, fruchtig, nach Käse 2048 12 2-Methylbuttersäure/ 3-Methylbuttersäuree) Unbekannt nach Kunststoff 256 13 Pentansäuree) nach Käse, schweißig, fruchtig 32 14 (E,E,Z)-2,4,6-Nonatrienal nussig, nach Haferflocken 256 15 γ-Octalactone) nach Kokos, süßlich 64 16 512 18 4-(2,6,6-trimethyl-1-cyclohexenyl)-3- nach Veilchen, blumig buten-2-on (β-Ionon)e) nach Karamell 3-Hydroxy-2-methyl-pyran-4-on (Maltol)e) trans-4,5-Epoxy-(E)-2-decenale) Metallisch 19 γ-Nonalactone) nach Kokos, süßlich 256 20 Unbekannt muffig, feucht 256 21 γ-Decalactond) nach Pfirsich, fruchtig 32 22 Unbekannt phenolisch, würzig 64 23 würzig, nach Suppe 256 24 3-Hydroxy-4,5-dimethyl-2(5H)furanon (sotolon)d) Vanilline) nach Vanille, süßlich 1024 25 Phenylessigsäured) nach Bienenwachs, nach Honig 256 17 © Fraunhofer IVV 256 1024 Beschreibung nach… Pilz Popcorn Gras Geranie / Metall Erbse / grüne Paprika Essig Erde Karton / fettig / grün Gurke / grün Schweiß / Käse Karamell Metall Kunststoff Nuss / Haferflocken Kokos / süß Veilchen / blumig Muffig / feucht Pfirsich phenolisch / würzig Würzig / Suppe Vanille / süßlich Bienenwachs / Honig Beschreibung von frisch vermahlenen Lupinensamen … © Fraunhofer IVV Verbesserung der sensorischen Eigenschaften Grün / Grasig 6 Grün / Grasig 6 4 nach Leguminosen Adstringent 2 4 Adstringent 2 0 0 nach Lösemittel Bitter © Fraunhofer IVV n-Hexan nach Lösemittel Bitter Pappig nicht entölt nach Leguminosen Pappig Iso-Hexan nicht entölt Isopropanol Ethanol Header-Bild I Projekt Freilegen der Störstoffe und der Proteine für die Extraktion Schale (Testa) Keimling © Fraunhofer IVV Kotyledonen (embryonale Keimblätter) Freilegen der Störstoffe und der Proteine für die Extraktion Header-Bild I Projekt Mehl Flakes entölte Flakes © Fraunhofer IVV Die technische Umsetzung Schälen Zellen aufbrechen wässrige Extraktion LösemittelBehandlung Proteinisolat Samen Schalen Ballaststoff Öl Störaromen © Fraunhofer IVV Stationen der Verwertung 1989: erste wissenschaftliche Arbeiten zur Lupine 2009: diverse Verwertungsversuche erfolglos 2010: Gründung der Prolupin GmbH aus dem Fraunhofer IVV 2011: Verkauf der ersten Produkte (Lupineneis) 2013: Aufbau der industriellen Produktion in Grimmen 2014: internationale Vermarktung des Lupineneises Entwicklung neuer Produkte (Milch, Joghurt, Pudding, Frischkäse, Feinkost, Nudeln, Backwaren) 2015: Start der erweiterten Produktpallette im LEH Vielfältige Applikationen von Lupinenprotein Vegane Milch Veganer Pudding Lupinen Protein Isolat Speiseeis Backwaren © Fraunhofer IVV Füllungen und Schäume Fleischalternativen Wurstwaren Vegane Mayonnaise Aufstriche Dips / Dressings Prolupin-Produkte – entwickelt in Freising Eis Joghurt Drinks Pasta Pudding © Fraunhofer IVV bald auch: - Frischkäse - Mayonnaise - Dressings Für die Arbeiten zu Aromaforschung, Verfahrensentwicklung und industrieller Umsetzung … … wurde unser Team mit dem Deutschen Zukunftspreis 2014 ausgezeichnet! © Fraunhofer IVV Und nun, war‘s das jetzt? © Fraunhofer IVV Potenziale in anderen Lupinensorten L. angustifolius L. albus L. luteus L. mutabilis Protein 1)3)4) Fett 1)3) Asche 3)4) Rohfaser 1)5) Gesamtfaser 1) Stärke 28-38 4-9 3-4 11-15 42 <1 34-46 9-15 3-4 13-15 34-43 <1 36-48 4-10 3-5 11-17 33-35 <1 37-52 12-20 3-4 8-10 Lignin1)2) Oligosaccharide1)2)5) 0,7-0,8 5-8 0,65-1,7 5-8 0,5-0,6 9-12 - 1)3)4) - 6 Quellen: Protein, Fett, Asche: eigenes Datenmaterial von: 8 Varietäten L. angustifolius, 9 Varitäten L. albus, je 2 Varietäten L. luteus und L. mutabilis. Daten für Rohfaser, Gesamtfaser, Stärke, Lignin, Oligosaccharide sowie Erweiterung der Bandbreiten für Protein, Fett und Asche aus: 1) Petterson 2004, 2) Anonym 2011, 3) Sujak et al. 2006, 4) Wink 2006, 5) Martinez-Villaluenga et al 2006 -: keine Daten verfügbar. © Fraunhofer IVV Vergleich der Proteinfraktionen von L. albus und L. angustifolius β-Conglutin α-Conglutin © Fraunhofer IVV Quelle: Sirtori et al. 2008 International Lupin Association, ISBN 0864761538, pp 212-215 Einfluss der Trocknungsbedingungen auf die Funktionalität Gefriertrocknung © Fraunhofer IVV Trockenschrank Einfluss der Trocknung auf die Funktionalität der Ballaststoffe 6 Wasser- / Ölbindung [mL/g] Wasserbindung [mL Wasser/ g Faser] 5 Ölbindung [mL Öl/ g Faser] 4 3 2 1 0 ohne mit Homogenisieren Gefriertrocknung © Fraunhofer IVV Sprühtrocknung 10 h, Vakuum 18 h 70 °C 18 h 24 h 80 °C Kontakttrocknung 45 min 60 min 150 °C Zusammenfassung Bedarf an neuen pflanzliche Proteinzutaten mit ausgeprägter Funktionalität und neutralem Geschmack Blaue Lupinen sind hierfür geeignete Rohstoffe Sensorische Eigenschaften von Isolaten in hohem Maße vom Rohstoff und Prozess abhängig Parameter zur Fraktionierung identifiziert Einfluss der Verarbeitung auf die Funktionalität der Fraktionen bekannt Hochskalieren sehr komplex Es gibt noch viel zu tun …. © Fraunhofer IVV Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! © Fraunhofer IVV
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