Bestes aus der Molke! Forscher entwickeln Verfahren zur Gewinnung von bioaktiven Phospholipiden in höchster Reinheit

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Milch ist eine natürliche Öl-in-Wasser-Emulsion, in der das Fett in Form von Fettkügelchen vorliegt, die von einer Membran umgeben sind. Und die hat es in sich: Die darin enthaltenen Phospholipide können nicht nur als natürliche Emulgatoren genutzt werden, sondern sollen auch positive Effekte auf die Gesundheit haben. Insbesondere dem Phospholipid Sphingomyelin werden die folgenden bioaktiven Eigenschaften zugeschrieben: tumorhemmend und cholesterinsenkend soll es wirken, ebenso antibakteriell und antiviral; zudem soll es bei bestimmten Hauterkrankungen entzündungshemmend sein. Doch die Datenlage über das gesundheitliche Potential von Sphingomyelin ist noch ungenügend – und zunächst galt es, die Phospholipide aus der Milch in einer hohen Reinheit zu gewinnen.

  • Wertschöpfung erhöhen


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    Vor diesem Hintergrund wurde ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung initiiert, das von einem Forscherteam der Hochschule Anhalt, der Universität Jena und des Max-Rubner-Instituts am Standort Karlsruhe gemeinsam bearbeitet wurde. Als idealer Rohstoff zur Gewinnung der Phospholipide bot sich der caseinfreie Molkenrahm an, der durch Zentrifugation aus Molke gewonnen wird und bei der bisherigen Nutzung als Rework bei der Herstellung von Käse zu Qualitätsproblemen führen kann. Ziel war es, den wertvollen Rohstoff Molkenrahm ganzheitlich zu nutzen und dessen Wertschöpfung durch die Phospholipid-Gewinnung zu erhöhen. Durch die gleichzeitige Gewinnung von wasserfreiem Milchfett war ein weiterer nachhaltiger und ökonomischer Zusatznutzen zu erwarten.
  • Erster Meilenstein…


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    Für die Wissenschaftler der Hochschule Anhalt galt es, den ersten Meilenstein zu erreichen: Aus Molkenrahm bzw. Molkenbuttermilch und Molkenbutterserum sollten Phospholipide mit einer Reinheit von mindestens 20 % in der Trockenmasse (i.T.) gewonnen werden. Die aus Molkenrahm mit einem Fettgehalt von 22 % hergestellte Molkenbuttermilch enthält pro Liter ca. 0,3 g Phospholipide. Der Phospholipidgehalt der Molkenbuttermilch ist direkt linear abhängig vom Fettgehalt des Molkenrahms. Um die geforderte Konzentration von 20 % i.Tr. zu erreichen, war es zunächst notwendig, den Protein- und Fettanteil zu senken: Dies gelang durch eine Kombination von Zentrifugation, Hitzefällung der Proteine und Enzymhydrolyse. Nach der anschließenden Ultra- und Diafiltration sowie Pasteurisation und Trocknung wurden im Sommer Phospholipid-Konzentrationen von 10-12 % i.Tr. erreicht, die im Winter (wenn das Milchfett vollständiger abtrennbar ist) auf bis zu 16 % i.Tr. gesteigert werden konnten. Es konnte zudem gezeigt werden, dass bei Verwendung von Molkenrahm mit höheren Fettgehalten sowie beim Scale-up bzw. beim Einsatz von Industriezentrifugen die gewünschte Phospholipid-Konzentration von 20 % i.Tr. leicht realisierbar ist.
  • … mehr als erreicht


    Zur Gewinnung von Phospholipiden deutlich ergiebiger erwies sich Molkenbutterserum, das aus Molkenrahm mittels Separatoren gewonnen wird. Aus dem Molkenbutterserum konnten – bisher noch nicht erreichte – Einheiten von bis zu 60 % i.Tr. mit einem Sphingomyelin-Anteil von ca. 25 % erzielt werden. Das dabei aus Molkenbutter zusätzlich gewonnene wasserfreie Milchfett hatte eine ausgezeichnete sensorische Qualität; das Projektziel der ganzheitlichen Rohstoffverwertung konnte damit voll erreicht werden.
  • Natürlicher Emulgator in Eiscremes & Co.


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    Die gewonnenen Milch-Phospholipid-Konzentrate sind ausgezeichnete natürliche Emulgatoren und können in Milchprodukten wie Eiscremes und Desserts deklarationsfrei eingesetzt werden – denn die multifunktionellen Phospholipide sind ohne Einschränkung in Lebensmitteln zugelassen und können als reine Naturprodukte vermarktet werden. Auch für die Entwicklung von fettreduzierten Milchprodukten ohne milchfremde Zusätze konnten die Phospholipide bereits punkten: Im Rahmen eines nachfolgenden ZIM-Projektes1 wurde damit bereits eine fettreduzierte Sahne unter Beibehaltung des typischen Sahnegeschmacks und Mundgefühls entwickelt.

    1 Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM): ein bundesweites, technologie- und branchenoffenes Förderprogramm für mittelständische Unternehmen und mit diesen zusammenarbeitenden Forschungseinrichtungen.
  • Basis für funktionelle Lebensmittel


    Neben diesen bereits ausgesprochen begrüßenswerten Ergebnissen galt es nun noch, die bioaktiven Wirkungen in Humanstudien zu untersuchen. So überprüfte die Universität Jena sowohl die cholesterinsenkende als auch die bei Hauterkrankungen entzündungshemmende Wirkung der Phospholipide. Am Max-Rubner-Institut in Karlsruhe wurden Studien zur Wirkung der Milch-Phospholipide im Vergleich zu Soja-Phospholipiden auf Risikoparameter von Herz-Kreislauf-Erkrankungen durchgeführt. Die Untersuchungen zeigten einige positive Effekte auf, die jedoch noch nicht den strengen Vorgaben der Health-Claims-Verordnung genügen. Die vorliegenden Erkenntnisse bedürfen einer weiteren Vertiefung, damit Unternehmen die gesundheitsbezogenen Angaben auf ihren Produkten ausloben können. Doch profitieren können die milchverarbeitenden Unternehmen mit ihren allein in Deutschland 30.000 Beschäftigten bereits jetzt: Besonders kleine und mittelständische Unternehmen können durch die ganzheitlichere Nutzung des Rohstoffs Molkenrahm und den Phospholipid-Einsatz als natürlicher Emulgator die Wertschöpfung erhöhen und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern.
  • Projektbeteiligte


    Forschungsstellen:
    • Hochschule Anhalt, Köthen, FB 7 - Angewandte Biowissenschaften und Prozesstechnik - AG Lebensmittelverfahrenstechnik/Milchtechnologie (http://www.fei-bonn.de/fei-netzwerk/forschungsinstitute/fb-7-angewandte-biowissenschaften-und-prozesstechnik-ag-lebensmittelverfahrenstechnik-milchtechnologie.29081-40035-43342.institut)
    • Universität Jena, Institut für Ernährungswissenschaften, Lehrstuhl für Ernährungsphysiologie (http://www.fei-bonn.de/fei-netzwerk/forschungsinstitute/i-uni-jena-ernaehrungsphys)
    • Max-Rubner-Institut (MRI), Karlsruhe, Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel, Institut für Physiologie und Biochemie der Ernährung (http://www.fei-bonn.de/fei-netzwerk/forschungsinstitute/i-mri-karlsruhe-ernaehrung)

    Industriegruppen:
    • Milchindustrie-Verband e.V. (MIV), Berlin (http://www.fei-bonn.de/fei-netzwerk/wirtschaftsverbaende/mv-milch.39887.verband)
    • Forschungsvereinigung der Arzneimittel-Hersteller e.V. (FAH), Bonn (http://www.fei-bonn.de/fei-netzwerk/wirtschaftsverbaende/mv-arzneimittelhersteller.39922.verband)

    (Stand: Oktober 2014)



Forschungsvorhaben AiF 316 ZBG "Entwicklung eines Verfahrens zur Isolierung von Phospholipiden aus Molkenrahm und Nachweis des gesundheitlichen Potentials von Phospholipiden" (http://www.fei-bonn.de/gefoerderte-projekte/projektdatenbank/aif-316-zbg.projekt)

... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

Förderhinweis