Projekt-Kurzbericht

AiF-FV 14337 N

"Vergleichende Untersuchungen über die Wirksamkeit von Glykolipiden bei Backwaren"

Koordinierung: Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI), Bonn
Forschungsstelle:    Hans-Dieter-Belitz-Institut für Mehl- und Eiweißforschung (hdbi)
Lichtenbergstr. 4, 85748 Garching
Prof. Dr. Peter Schieberle/Prof. Dr. Peter Köhler
Industriegruppen: Verband der Backmittel- und Backgrundstoffhersteller e.V., Bonn
Verein der Förderer des Hans-Dieter-Belitz-Institutes für Mehl- und Eiweißforschung e.V., Garching
  Projektkoordinator: Dr. U. Scharf, BakeMark Deutschland GmbH, Bingen
  Projektzeitraum: 2005 - 2007
  Zuwendungssumme:    € 265.900,--
(Förderung durch BMWi via AiF/FEI)

Ausgangssituation:

Glykolipide aus Getreide haben gute rheologische und backtechnische Eigenschaften und wirken als "endogene" Emulgatoren. Bereits bei kleinsten Dosierungen entfalten sie eine extrem hohe Backaktivität. Daher wäre es wünschenswert, Glykolipide als Bestandteil von Backmitteln bei der Herstellung von Brot und Kleingebäck einzusetzen. Ein Ansatz zur Nutzung ist die Verwendung von Rohlecithinen als Quelle zur Herstellung von Glykolipidpräparaten, die Weizenmehlen zugesetzt werden und so das Backverhalten der Mehle positiv beeinflussen können. Auf Grund der Deklarationsfreundlichkeit solcher Präparate, ist das wirtschaftliche Interesse insbesondere bei der Backmittel-Industrie sehr hoch. Allerdings war zu Beginn des Projektes weder bekannt, welche technofunktionellen Eigenschaften Glykolipide aus Lecithinen beim Einsatz als Mehlverbesserungsmittel entfalten, noch lagen Informationen darüber vor, wie die native Struktur der Glykolipide mit den technofunktionellen Eigenschaften korreliert ist.

Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, das backtechnische Potenzial der Glykolipide aus verschiedenen Quellen (Getreidearten, rohe und entölte Lecithine) in Weizenmehl im Vergleich zu klassischen Emulgatoren wie DATEM, SSL und zwei synthetischen Glykolipiden aufzuklären. Für diejenige Rohstoffquelle mit den aktivsten Glykolipiden sollte der Einfluss der chemischen (molekularen) Struktur der Glykolipide auf die technofunktionellen Eigenschaften gezeigt werden. Letztendlich sollten diejenigen Molekülstrukturen identifiziert werden, die für die technofunktionellen Eigenschaften einzelner Glykolipide verantwortlich sind. Dazu wurden Fraktionierungen und Isolierungen durchgeführt, an deren Ende definierte Verbindungsklassen oder Einzelverbindungen standen. Diese wurden in ihrer Struktur aufgeklärt, und ihre technofunktionellen Wirkungen bestimmt. Schließlich wurde die Anreicherung von Glykolipiden in Lecithin so optimiert, dass Präparate mit hohem Gehalt an aktiven Strukturen erhalten wurden.

Forschungsergebnis:

Zunächst wurden als Referenzsubstanzen Monogalactosyldilinoleylglycerin (MGDG) und die entsprechende Lysoverbindung Monogalactosylmonolinoleylglycerin (MGMG) im Labormaßstab synthetisiert, so dass jeweils ca. 1,5 g dieser Standardsubstanzen zur Verfügung standen. Zur Fraktionierung wurden einerseits handelsübliche Lecithine aus Soja und Raps und andererseits nicht raffiniertes Haferöl verwendet. Die Lipidgemische wurden mit Hilfe zweier optimierter Batch-Verfahren aufgetrennt. Mit dem ersten Verfahren wurde unter Verwendung von halogenhaltigen Lösungsmitteln ein rohes Gesamtglykolipidgemisch erhalten, das mittels Säulenchromatographie zur Gewinnung weiterer Glykolipidfraktionen und einzelner Glykolipide weiter aufgetrennt wurde. Bei dem zweiten Verfahren wurde bewusst auf halogenhaltige Lösungsmittel verzichtet. Es wurden nur Lösungsmittel verwendet, die standardmäßig in der Industrie eingesetzt werden. Mit diesem Verfahren wurden mit Glykolipiden angereicherte Fraktionen isoliert. Mit Hilfe verschiedener analytischer Methoden wie hochauflösender Dünnschichtchromatographie, Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), Electrospray-Massenspektrometrie, Kernresonanzspektroskopie und Gaschromatographie-Massenspektrometrie wurden die wichtigsten in den isolierten Fraktionen enthaltenen Glykolipidklassen identifiziert. Es handelte sich um acetylierte Sterylglycoside (ASG), Sterylglycoside (SG), Digalactosyldiglyceride (DGDG) und Cerebroside. Erstmals wurde ein quantitativer Überblick über einzelne Glykolipidklassen in den Lecithinen und Haferöl durch HPLC mit Lichtstreuungsdetektion gegeben. Alle Rohstoffe und Fraktionen bzw. Einzelsubstanzen wurden durch Mikrobackversuche und Mikrozugversuche an Kleber (Basis: 10 g Mehl) technofunktionell charakterisiert. Bei den Backversuchen zeigten alle Glykolipidklassen ein hohes backtechnisches Potenzial. Erstmals konnte dies für die Glykolipidklassen ASG und SG überhaupt gezeigt werden. Die Glykolipidklassen DGDG, ASG und Cerebroside zeigten ein höheres backtechnisches Potenzial als klassische Emulgatoren, alle anderen Glykolipidklassen ein gleichwertiges Potenzial. Das backtechnische Potenzial des synthetisierten Glykolipids MGMG war vergleichbar mit dem des DGDG. Schließlich wurden aus Handelslecithinen durch das Batch-Verfahren mit halogenfreien Lösungsmitteln drei glykolipidreiche Präparate gewonnen, die im Vergleich zu den Ausgangsprodukten deutlich bessere technofunktionelle Eigenschaften aufwiesen. Dies zeigte erstmals, dass in Lecithinen die Glykolipide trotz ihres im Vergleich zu den mengenmäßig dominierenden Phospholipiden einen deutlichen Beitrag zur Backaktivität der Gesamtpräparate liefern.

Wirtschaftliche Bedeutung:

Ein Zusatz von Glykolipid-reichen Präparaten zu Weizenmehl würde dessen Backfähigkeit verbessern. Dazu ist die Gewinnung von Glykolipiden aus pflanzlichen Quellen erforderlich. Eine mögliche Quelle für Glykolipide sind Rohlecithine, die bis zu 20 % Glykolipide enthalten. Weltweit werden jährlich 180.000 - 220.000 t Lecithin umgesetzt, wobei der mengenmäßig weitaus größere Teil in die Lebensmittelindustrie geht und nur 3.000 - 4.000 t in die Pharmaindustrie. Bei einem mittleren Preis von 1 €/kg Rohlecithin errechnet sich der Wert des jährlich umgesetzten Lecithins auf etwa 200 Millionen €. Geeignete Methoden zur Isolierung von backaktiven Glykolipiden sind von hoher wirtschaftlicher Bedeutung, da die erhaltenen Präparate als Grundlage für neue Emulgatoren und Backmittel dienen könnten. Auf diese Weise könnte das backtechnische Potenzial der Glykolipide ausgeschöpft werden, da zu erwarten ist, dass die daraus hergestellten neuen Produkte ähnliche Wirkungen wie synthetische Emulgatoren aufweisen.

Wirtschaftlich interessant ist insbesondere die Möglichkeit neben handelsüblichen auch bisher nur wenig genutzte Lecithinpräparate zu verwerten. Ein Beispiel ist die alkoholunlösliche Fraktion, die bei bestimmten Aufabeitungsverfahren von Sojalecithin erhalten wird. Diese Fraktion, von der weltweit jährlich etwa 20.000 t anfallen, wird bisher industriell nicht verwendet. Sie hat jedoch einen hohen Gehalt an Glykolipiden. Der Preis dieser Fraktion liegt bei ca. 1 €/kg und ist mit dem Preis eines handelsüblichen Rohlecithins vergleichbar. Die Isolierung backaktiver Präparate auf der Basis von Glykolipiden würde die Wertschöpfung aus dieser bisher kaum genutzten Fraktion erhöhen. Könnte die Isolierung einer Glykolipid-reichen Fraktion auf der Basis eines Extraktionsverfahrens durchgeführt werden, so kann abgeschätzt werden, dass der Preis eines entsprechenden Glykolipid-Präparates bei ca. 10 €/kg liegen wird. Die bei Umsetzung der Ergebnisse des Projektes anfallenden einmaligen Entwicklungskosten liegen je nach Art der gewählten Extraktionsmethode (Gleichstrom, Gegenstrom, 1 Mannstunde = ca. 100 €) bei ca. 500.000 € pro Tonne.

Das Projekt zeigte auch, dass neben Lecithin auch Haferöl eine hervorragende Quelle für Glykolipide darstellt. Die aus rohem Haferöl gewonnenen Glykolipidklassen weisen in einigen Fällen ein besseres, mindestens aber ein gleichwertiges backtechnisches Potenzial wie klassische Emulgatoren (Datem, Monoglyceride, Na-Stearoyl-2-lactylat) auf. Diese Tatsache macht auch Haferöl insbesondere wegen der Tatsache, dass es Hafersorten mit bis zu 20 % Lipidgehalt gibt, wirtschaftlich interessant, da bestimmte Glykolipidpräparate bereits bei niedrigen Zugabemengen sehr hohe Volumenausbeuten verursachten.

Publikationen (Auswahl):

1. FEI-Schlussbericht 2007 Verfügbar für die interessierte Öffentlichkeit.

2. Selmair, P. und Köhler, P.: Struktur-Wirkungsbeziehungen von Glykolipiden bei Backwaren. Bericht Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie 2006, 108-111 (2006).

3. Selmair, P. und Köhler, P.: Struktur-Wirkungsbeziehungen von Glykolipiden bei Backwaren. Bericht Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie 2007 (im Druck).

Weiteres Informationsmaterial:   Hans-Dieter-Belitz-Institut für Mehl- und Eiweißforschung (hdbi)
Lichtenbergstr. 4, 85748 Garching
Tel. 089/289-14170 , Fax 089/289-14183
E-Mail: Peter.Schieberle@lrz.tum.de

  Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI)
Godesberger Allee 142-148, 53175 Bonn
Tel. 0228/372031, Fax 0228/376150
E-Mail: FEI@fei-bonn.de


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