Mehrwert aus der Molke! Verwertung von Molkenpermeat als Clean-Label-Zutat erhöht Wertschöpfung

Als Nebenprodukt der Käseherstellung fallen große Mengen Molke an.
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Bei der Käseproduktion entsteht als Nebenprodukt Molke: So fallen bei der Herstellung von 1 kg Schnittkäse beispielsweise rund 9 kg Molke an. Betrachtet man, dass allein 2015 knapp 2,5 Millionen Tonnen Käse in Deutschland hergestellt wurden, sind die jährlich anfallenden Mengen an Molke immens. Vor diesem Hintergrund ist eine möglichst vollständige Nutzung dieses wertvollen Substrates ökonomisch wie ökologisch geboten.

  • Wertvolles Nebenprodukt

    Neben der Gewinnung von Lactose und Molkepulver wird Molke vor allem zur Gewinnung funktioneller Proteine genutzt. Diese werden aus der Molke herausgefiltert, übrig bleibt das – bislang zu wenig genutzte – kohlenhydrat reiche Molkenpermeat. Dessen weitere wirtschaftliche Verwertung ist naheliegend: Beispielsweise als Zutat für Lebensmittel. Schon heute wird konzentriertes Molkenpermeat teilweise weiterverwendet, indem man sich die so genannte „latente Süßkraft“ zunutze macht. Dazu wird die im Molkenpermeat enthaltene Lactose durch enzymatische Hydrolyse in ihre Bestandteile Glucose und Galaktose zerlegt. Beide Einzelzucker für sich sind in der Summe süßer als das Disaccharid Lactose. Bei einigen Lebensmittelrezepturen kann so der Zusatz von Kristallzucker um bis zu 20 Prozent verringert werden. Molkenpermeat verfügt jedoch noch über viel mehr Potential. Daran setzte ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung an, das an der Technischen Universität Dresden 2016 erfolgreich abgeschlossen werden konnte. Im Fokus des Projektes stand, das Karamellisierungspotential von Molkenpermeat zu erforschen und einer Nutzung zuzuführen.
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  • Maillard-Reaktionen gezielt steuern

    Denn die im Molkenpermeat enthaltenen Zucker und Stickstoffverbindungen sind ideale Reaktionspartner für Bräunungs- und Karamellisierungsprozesse, so genannte Maillard-Reaktionen. Diese wurden bislang bei der Herstellung und Lagerung von Molkeprodukten als nachteilig angesehen. Im Rahmen des IGF-Projektes wurden diese prozessinduzierten Effekte hingegen erstmals gezielt und kontrolliert genutzt: Ziel war es, den Prozess so zu steuern, dass aus Molkenpermeat neue Produkte mit höherer Wertschöpfung gewonnen werden können. Diese sollten sich neben ihrer Süßkraft durch ein charakteristisches Karamellaroma und eine deutliche Farbgebung bzw. Bräunung auszeichnen. Damit, so das Ziel, sollen sie als attraktive Zutaten für Lebensmittel eingesetzt werden können – und als Molkenkaramelle deklarationspflichtige Lebensmittelzusatzstoffe wie Zuckercouleure (E 150 a-d) ersetzen können. Für die Untersuchungen wurden lactosehydrolysierte Mozzarellamolkenpermeatkonzentrate und Milchultrafiltrate unterschiedlicher Trockenmasse (20 – 60 %) in teilentsalzter und nicht teilentsalzter Form eingesetzt; so konnte der Einfluss des Konzentrierungsgrades und des Salzgehaltes gemessen werden. Der Einfluss der Lactosehydrolyse wurde durch Vergleich vor und nach Lactosehydrolyse untersucht. Außerdem wurden durch Variation des pH-Wertes Milchultrafiltrate als Modelle zur Simulation der verschiedenen Molketypen verwendet.
    Bräunung eines Molkenpermeates durch Erhitzung bei 120°C in Abhängigkeit von der Zeit: links 0 min, rechts 210 min.
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    Die eingesetzten, acht verschiedenen Molken- und Milchpermeatkonzentrate wurden für bis zu 1300 min bei 85 bis 120°C im Labormaßstab erhitzt.
  • Hohe Bräunungsgrade gut erreichbar

    Im Ergebnis der umfassenden Untersuchungen zeigte sich, dass für Rohstoffe mit hohen Trockenmassen, hohen Gehalten an Nicht-Protein-Stickstoff (NPN) sowie weitgehender Lactosehydrolyse die höchsten Bräunungsgrade erzielt werden konnten. Auch niedrige Calciumgehalte und hohe Ausgangs-pH-Werte erwiesen sich als fördernd. Niedrige pH-Werte führten hingegen – neben einer verminderten Bräunungsrate – zu einer verstärkten Bildung der Prozesskontaminante 5-Hydroxymethylfurfural (HMF). Lactosehydrolysierte Konzentrate aus Süßmolkenpermeaten boten damit die besten Rohstoffvoraussetzungen. Günstige Prozessparameter waren möglichst hohe Temperaturen und eine lange Erhitzung. Die erzielten Bräunungsgrade lagen im Bereich von kommerziellen Karamellzuckersirupen, während handelsübliche Zuckercouleure stärkere Bräunungsgrade aufwiesen. Beim HMF-Gehalt entsprachen die Projektkaramelle den Zuckercouleuren, Karamellzuckersirupe wiesen weit höhere Gehalte auf.
  • Sensorikpanel belegt Beliebtheit

    Durch sensorische Untersuchungen mit einem geschulten Sensorik-Panel aus 29 Prüfern konnte gezeigt werden, dass die im Projekt hergestellten Molkenkaramelle beim Einsatz in Karamellpuddingen im Vergleich zu kommerziellen Produkten sehr gut abschnitten: Sie waren ebenso beliebt. Zwar konnten unterschiedliche Aromen wahrgenommen werden, doch das wirkte sich nicht auf die Beliebtheit aus. Auch bei der Textur wurden keine Unterschiede festgestellt. Die instrumentell-analytische Erfassung der Aromastoffe ergab ähnliche Gehalte wie in kommerziellen Karamellzuckersirupen. Untersuchungen zur Lagerstabilität belegten die sechsmonatige Haltbarkeit der hergestellten Karamelle bei Raumtemperatur. Versuche zur Haltbarkeitssteigerung durch Trocknung zeigten, dass die Walzentrocknung am besten geeignet war. Eine dabei auftretende Nachbräunung und -bildung von Aromastoffen bietet Potential zur gezielten Nutzung des Prozesses zur Karamellisierung.
    Zur sensorischen Beurteilung der Farb- und Aromaeigenschaften wurden Puddingproben mit verschiedenen, im Projekt erzeugten Karamellen hergestellt.
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  • Scale-Up möglich

    Insgesamt bestätigten die durchgeführten Untersuchungen das Potentialvon Molkenpermeat zur Generierung farb- und aromagebender Zutaten. Erste Versuche im Molkereitechnikum belegten die Anwendbarkeit im Molkereibetrieb. Dabei wurde die Walzentrocknung als vielversprechende Möglichkeit zur weiteren Optimierung der Karamelle identifiziert.
  • Clean Label statt Zusatzstoff

    Mit den Ergebnissen des Projektes können Unternehmen den Rohstoff Milch nun nicht nur vollständiger nutzen, sondern zugleich die anfallende Molke einer erhöhten Wertschöpfung zuführen: Die gewonnenen Karamelle ermöglichen innovative Rezepturen für Milchprodukte und Desserts. Ebenso können sie auch als Halbfabrikate an andere Lebensmittelzweige wertschöpfend verkauft werden. Und das alles ganz im Sinne eines zusatzstofffreien Einsatzes, denn es handelt sich hierbei nicht um Aroma- oder Zusatzstoffe, sondern um reine Molkenerzeugnisse.
  • Wertvoll für die Milchindustrie

    Die vollständigere Nutzung des Rohstoffs Milch steigert die Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit und damit letztendlich die Wettbewerbsfähigkeit kleiner und mittelständischer Molkereiunternehmen – ein großes Plus für den milchverarbeitenden Sektor und seine rund 35.000 Beschäftigten.
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  • Projektbeteiligte


    Forschungsstelle:
    • Technische Universität Dresden, Institut für Lebensmittelchemie (http://www.fei-bonn.de/fei-netzwerk/forschungsinstitute/institut-fuer-lebensmittelchemie-professur-fuer-lebensmittelchemie.44875-39939-43219.institut)
      Prof. Dr. Thomas Henle, Dr. Anke Förster


    Industriegruppe:
    • Milchindustrie-Verband e.V. (MIV), Berlin (http://www.fei-bonn.de/fei-netzwerk/wirtschaftsverbaende/mv-milch.39887.verband)

    (Stand: Oktober 2017)



Forschungsvorhaben AiF 18038 N "Mehr aus Molkenpermeat: Nutzung des intrinsischen Karamellisierungspotenzials zur Herstellung eigensüßer Zutaten mit definierten Farb- und Aromaeigenschaften" (http://www.fei-bonn.de/gefoerderte-projekte/projektdatenbank/aif-18038-br.projekt)

... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)


Förderhinweis