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Mikrostrukturierte multidisperse Hüllkapseln als Träger bioaktiver Substanzen: Untersuchungen zum Einfluss von molekularen Wechselwirkungen und Diffusionsbarrieren auf die Stabilität und die Freisetzung von Inhaltsstoffen aus der Wildheidelbeere
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 15612 N
Laufzeit: 01.01.2008
- 31.12.2011
Fördersumme: 269.650 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Viele Früchte und Gemüsesorten enthalten einen
hohen Anteil an bioaktiven Inhaltsstoffen, die
sich positiv auf die menschliche Gesundheit
auswirken. Vor allem Anthocyane und Polyphenole
besitzen eine starke antioxidative und anticancerogene
Wirkung. Publizierte Studien zeigen
jedoch häufig, dass komplexe Lebensmittel eine
höhere Wirkung aufweisen als daraus isolierte
oder chemisch nachgestellte, einzelne Substanzen.
Als mögliche Gründe werden eine ungenügende
Stabilität der Moleküle außerhalb der natürlichen
Mikroumgebung, unterschiedliche Freisetzungen
im Magen-Darm-Trakt und molekulare
Wechselwirkungen diskutiert.
Mikrostrukturierte multidisperse Kapselsysteme
(sog. ‚smart capsules’) auf Basis von multiplen
Emulsionen ermöglichen es, bioaktive Inhaltsstoffe
in unterschiedlichen Konzentrationen und
Kombinationen in ein stabilisierendes Mikrokompartiment
(Tropfen) einzubringen, mit einer
Schutzkolloidhülle aus Emulgatormolekülen und
einer zweiten nicht-mischbaren Phase zu umgeben,
und von dort aus wieder gezielt freizusetzen.
Zudem können innerhalb einer Mikrokapsel
Mikrokompartimente unterschiedlicher Zusammensetzungen
und Umgebungsbedingungen realisiert
werden. Gründe für die unterschiedliche
Wirkung von Pflanzenextrakten und daraus isolierten
Inhaltsstoffen können so gezielt systematisch
untersucht werden. Der Einfluss der Mikrostruktur
der Kapseln und Hüllschichten auf den
Freisetzungort (‚target release’) und deren Kinetik
(‚controlled release’) müssen dazu bekannt
sein.
Ziel des Forschungsvorhabens (Teilprojekt 4 im
DFG/AiF-Cluster „Bioaktive Inhaltsstoffe aus
mikrostrukturierten Multikapselsystemen“) ist
es, Techniken für die Mikroverkapselung bioaktiAiF
15612 N
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ver sekundärer Pflanzenstoffe (hier am Beispiel
von Blaubeerextrakt bzw. Kombinationen von
isolierten Inhaltsstoffen daraus) in doppelemulsionsbasierten,
mikrostrukturierten Hüllkapseln
zu entwickeln und zu optimieren. Basierend auf
bekannten Verfahren zur Herstellung von Doppelemulsionen
soll systematisch untersucht werden,
wie sich die Kapselstruktur (Anzahl und
Größe der Tropfen), die Milieubedingungen in
den inneren Tropfen, und die Mikrostruktur der
Schutzkolloidhüllen (Dicke, Zusammensetzung,
Vernetzungsgrad) auf die Stabilität und Freisetzung
der bioaktiven Inhaltsstoffe auswirken.
Wirtschaftliche Bedeutung:
Das Projekt soll mit der Entwicklung von Technologien
zur Verkapselung von bioaktiven Inhaltsstoffen
einen Beitrag zur Entwicklung funktioneller
Lebensmittelprodukte leisten. Das Vorhaben
soll vor allem den meist weniger forschungsintensiven
kleinen und mittleren Unternehmen
die notwendigen Kenntnisse zur Umsetzung
der neuen Produkt- und Verfahrenskonzepte
liefern und somit zu mehr Wettbewerbsfähigkeit
verhelfen.
Wegen der Matrixunabhängigkeit nach einer
Mikroverkapselung können bioaktive Inhaltsstoffe
auch in Produkten eingesetzt werden, die
bisher für sensitive Inhaltsstoffe als ungeeignet
galten, wodurch sich die Möglichkeit ergibt,
neue funktionelle Produkte zu entwickeln. Dies
stellt vor allem für kmU einen weiteren wirtschaftlichen
Vorteil dar. Experten schätzen, dass
durch die Aufwertung von Lebensmitteln durch
Anreicherung mit funktionellen Zusatzstoffen ein
durchschnittlicher, verbraucherakzeptierter Preisaufschlag
von 20 % umgesetzt werden kann. Im
Zeitraum von 1999 bis 2001 waren fast 20 %
aller Produktinnovationen Functional-Food-Produkte.
47 % dieser Produkte davon wurden von
KMU auf den Markt gebracht. Die neue Health-
Claims-Verordnung zwingt die Hersteller jedoch
zu sehr aufwändigen Wirkungsnachweisen, die
ein KMU alleine nicht tragen kann.
Von den Ergebnissen werden zum Einen die Hersteller
von Blaubeer- aber auch anderen Pflanzenkonzentraten
(Zusatzstoff-, Aromenhersteller,
Fruchtsaftindustrie) und zum Anderen die Hersteller
Funktioneller Lebensmittel (Milchprodukte,
Cerealien, diätetische Produkte, Nahrungsergänzungsmittel)
profitieren. Da insbesondere
Milchinhaltsstoffe zur Verkapselung eingesetzt
werden, öffnet sich hier insbesondere für KMU
der milchverarbeitenden Industrie ein Nischenmarkt.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
Ausführende Einrichtung
Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik Teilinstitut I: Lebensmittelverfahrenstechnik (LVT)