Aktuelle Entwicklungen bei der Gewinnung Aktuelle Entwicklungen bei der Gewinnung sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe aus sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe aus Nebenprodukten der Obst- und Nebenprodukten der Obst- und Gemüseverarbeitung am Beispiel Gemüseverarbeitung am Beispiel Traubentrester Traubentrester Dietmar R. Kammerer , Thorsten Maier, Andreas Schieber, Reinhold Carle Universität Hohenheim Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie Lehrstuhl Lebensmittel pflanzlicher Herkunft
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Aktuelle Entwicklungen bei der Gewinnung sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe aus Nebenprodukten der Obst- und Gemüseverarbeitung am Beispiel Traubentrester.
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Aktuelle Entwicklungen bei der Gewinnung Aktuelle Entwicklungen bei der Gewinnung sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe aus sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe aus
Nebenprodukten der Obst- und Nebenprodukten der Obst- und Gemüseverarbeitung am Beispiel TraubentresterGemüseverarbeitung am Beispiel Traubentrester
Dietmar R. Kammerer, Thorsten Maier, Andreas Schieber,
Reinhold Carle
Universität HohenheimInstitut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie
• Hydrolyse der Polysaccharide pflanzlicher Zellwände mittels pektinolyti-scher und cellulolytischer Enzympräparate
• Erhöhte Gesamtphenolausbeuten aus Traubentrester (Meyer et al., 1998)
• Verbesserte Extraktion von Anthocyanen und Gesamtphenolen aus Rückständen der Verarbeitung schwarzer Johannisbeeren (Landbo & Meyer, 2001)
• Generell Zunahme der Extraktionsausbeuten, einige phenolische Komponenten wurden durch Enzymnebenaktivitäten negativ be-einflusst (Kammerer et al., 2005)
Flash Release Treatment
• Studien wurden mit Trauben durchgeführt, um die Polyphenolextraktion in die Moste und Säfte zu forcieren
• Schnelle Erhitzung der Trauben auf Temperaturen > 95 °C bei Atmosphärendruck
• Anschließend anlegen eines starken Vakuums (> 100 mbar)
• Sofortige Verdampfung
• Verdampfung induziert Aufbrechen der Zellwände und Abkühlen der Trauben
Morel-Salmi et al., 2006
Flash Release Treatment
• Die Ergebnisse sind bestimmt durch die Kombination thermischer Effekte mit dem Aufbrechen der Zellwände beim Aufheben des Vakuums
• Inaktivierung qualitätsmindernder Enzyme
• Verbesserte Solubilisierung aller Klassen phenolischer Verbin-dungen
• Verändertes Profil einiger Polyphenolklassen, z.B. der Pro-cyanidine
Morel-Salmi et al., 2006
Supercritical Fluid Extraction (SFE)
fest
flüssig
gasförmig
Überkritisches FluidD
ruck
Temperatur
pc
Tc
Typisches Phasendiagramm eines Reinstoffes
Supercritical Fluid Extraction (SFE)
SFE für die Extraktion von Nebenprodukten der Lebensmittelindustrie
• Traubenkerne:
• Polyphenolausbeuten mit überkritischem CO2 und Methanol als Modifier sind höher im Vergleich zur konventionellen Fest-Flüssig-Extraktion (Palma & Taylor, 1999)
• Fraktionierung phenolischer Verbindungen ist möglich (Murga et al., 2000)
• Traubenhäute / Traubentrester:
• Extrakte werden erhalten, die bestimmte Bioaktivitäten aufweisen, z.B. zytotoxische Effekte auf Tumorzellen (Palenzuela et al., 2004)
Subcritical Water Extraction (SWE)
SWE: Extraktion mit heißem Wasser unter erhöhtem Druck
Parameter: 100 – 374 °C (Tc)
10 – 60 bar
Vorteile: Umweltfreundlich
Hohe Extraktionsausbeuten
Gezielte Variation der Lösungsmittelpolarität möglich
Subcritical Water Extraction (SWE)
Temperatur (°C)
0 100 200 300 400
Die
lekt
risc
he
Ko
nst
an
te
0
20
40
60
80
100
Herrero et al., 2006
Dielektrische Konstante von Wasser
Subcritical Water Extraction (SWE)
Herrero et al., 2006
Schematische Darstellung eines SWE-Systems
Lösungsmittelreservoir
Extraktgefäß
Abfallbehälter
Extraktionszelle
Subcritical Water Extraction (SWE)
Anlage im Labormaßstab für die SWE
Lösungsmittelreservoir
Extraktionszelle
Extraktbehälter
Abfallbehälter
Pulsed Electric Field Treatment
• Zunehmende Beliebtheit als nicht-thermische Prozesstechnologie
• Sofortige Wirkung auf die Zellmembran und kurze Prozesszeiten
• Reduktion der mikrobiellen Belastung durch Zerstörung bakterieller Zellmem-branen
Rastogi, 2003
Behandlungs-kammer
Hochspannungs-quelle
Lade-widerstan
dSchalter
Kondensator zur Energiespeicheru
ng
Pulsed Electric Field Treatment
Rastogi, 2003
Elektrode
-
-
-
-
--
-+
+
+
+
+
+
+Elektrode
SchalterSpannungs-
quelle
Elektrisches Feld (E0)
Induzierung eines Transmembranpotentials in einer Zelle, die einem externen elektrischen Feld ausgesetzt wird
Pulsed Electric Field Treatment
• Anwendung gepulster elektrischer Felder zur Verlängerung der Produkthalt-barkeit
• Inaktivierung von Mikroorganismen (E. coli, S. typhimurium, S. senftenberg, L. monocytogenes…)
• Apfel (Angersbach & Knorr, 1997; Flaumenbaum, 1986; McLellan et al., 1991; Schilling et al., im Druck)
• Karotte (Knorr et al., 1994)
• Zuckerrübe (Eshtiaghi & Knorr, 2000)
• Kokosnuss (Ade-Omowaye et al., 2001)
Pulsed Electric Field Treatment
• Extraktion pflanzlicher Sekundärmetabolite aus Zellkulturen (Knorr et al., 1994; Dornenburg & Knorr, 1993)
• Extraktion von Pflanzenphenolen aus Abfallprodukten der Obst- und Gemüse-verarbeitung?
Pulsed electric fields for the recovery of pigments from wastes of the food industry (F. De Vito, F. Donsì, G. Ferrari; Università degli Studi di Salerno, Italy)
2006 EFFoST Annual Meeting / Total Food 2006
Sustainability of the Agri-Food Chain
The Hague, The Netherlands, 7-9 November 2006
Membrantrennverfahren
• Ultrafiltration als Mittel zur Aufreinigung von Rohextrakten
• Entfernung hochmolekularer Zellwandbestandteile (Pektine, Cellulose und Hemicellulosen sowie deren Abbauprodukte)
• Entfernung von Proteinen
• Fraktionierung phenolischer Verbindungen nach ihrem Molekulargewicht
• Niedermolekulare Phenole vs. hochmolekulare Tannine
• Fraktionen, die unterschiedliche techno- und biofunktionelle Eigen- schaften aufweisen
Adsorbertechnologie
Adsorbertechnologie als Verfahren zur Gewinnung phenolischer Verbindungen
• Entfärbung, Standardisierung und Stabilisierung von Saftkonzentraten (Lyndon, 1996)
• Entfärbung von Pektin, das aus Apfeltrester extrahiert wurde, und gleichzeitige Gewinnung von Polyphenolen (Carle et al., 2001; Schieber et al., 2003)
• Gewinnung natürlicher Farbstoffe oder von bestimmten wertgebenden Substanzen (z.B. Hesperidin) aus Nebenprodukten der Lebensmittelver-arbeitung (Di Mauro et al., 1999, 2000, 2002; Kammerer et al., 2005)
High-Speed Counter-current Chromatography (HSCCC)
multilayer coil
axis of rotation
axis of revolution stationary sun
gear
planetary gear
Schematischer Aufbau eines HSCCC-Systems
Ito, 2005
High-Speed Counter-current Chromatography (HSCCC)
Mischungszonen Entmischungszonen
Trennprinzip der HSCCC
Ito, 2005
Modi:• Head – Tail obere Phase = stationäre Phase• Tail – Head untere Phase = stationäre Phase
High-Speed Counter-current Chromatography (HSCCC)
HSCCC-System im Labormaßstab
Coils
Hintergrund
Traubentrester als Quelle natürlicher Antioxidantien
• Traubentrester weist hohe Gehalte an Polyphenolen auf