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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

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


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 2 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.

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