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Minimierung der Phagenbelastung in Molke und Molkeprodukten durch Membranfiltration
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16714 N
Laufzeit: 01.01.2012
- 31.12.2015
Fördersumme: 480.300 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Der Käsemarkt unterliegt einem starken internationalen Wettbewerb, so dass die Optimierung von Prozessen und auch die Verwertung der bei der Käseherstellung anfallenden Molke (die 5 bis 10-mal höher ist als Käse) wichtige Faktoren für den wirtschaftlichen Erfolg der Unternehmen sind. Molke wird dabei entweder zu den unterschiedlichsten, möglichst nativen Molkenproteinpräparaten veredelt, oder direkt im Unternehmen in verschiedenen Produkten eingesetzt.
Im Rahmen von zwei FEI-Projekten zum Vorkommen und zur Identifikation sowie zur Hitzeinaktivierung und Säure/Lauge-Inaktivierung von Bakteriophagen stellte sich heraus, dass die meisten Phagen eine Pasteurisation der Roh-milch überleben und einige besonders thermoresistent sind. Damit ist nicht zu vermeiden, dass Phagen in den Käsungsprozess gelangen und bei vorhandenen Wirtsmikroorganismen z.T. in hoher Anzahl (zwischen 106 und 108 Phagen pro ml) in die Molke gelangen. Dies kann einerseits zu Problemen bei der Wiederverwertung der Molke oder des Molkenrahms im eigenen Unter-nehmen führen, denn dadurch wird das Arbeits-gebiet (Temperatur-Zeit-Kombinationen, üblicherweise < 100 °C) für die Mikropartikulierung (MP) eingeschränkt, wenn man auch thermoresistente Phagen sicher inaktivieren möchte. Andererseits ist nicht auszuschließen, dass zu-gekaufte Molkenproteinpräparate mit einem hohen Anteil an nativen Molkenproteinen (β-Laktoglobulin Denaturierungsgrad < 30 %), die in der Herstellung fermentierter Milchprodukte, wie Joghurt oder Frischkäse, eingesetzt werden, durch ihre Belastung mit Phagen zu Fermentationsstörungen führen.
Im Ergebnis dieser beiden durchgeführten FEI-Projekte sind bereits von der Industrie zahlreiche Maßnahmen ergriffen worden, um Fermentationsstörungen in Käsereien zu minimieren. So wurde z.B. die Molkenrahmerhitzung angepasst. Weiterhin wird inzwischen vermieden, funktionelle, native Molkenpräparate im eigenen Unternehmen als Rezepturbestandteil zur Herstellung fermentierter Milchprodukte zu nutzen, da über diese Phagen im Unternehmen rezirkuliert werden können. Aber auch der Zukauf birgt Risiken, denn derartige Molkepulver können ebenfalls Phagen enthalten.
Fermentationsstörungen durch Bakteriophagen treten in KMU unvorhergesehen auf und machen damit den Produktionsprozess schlechter kalkulierbar. Zwar kommt es meistens nicht zum Totalausfall einer Charge, da Mehrstammkulturen eingesetzt werden oder eine Kulturenrotation erfolgt, aber Produktionsverzögerungen und Qualitätsschwankungen (z.B. Aromakultur) sind häufig die Folge. Der Schaden betrifft dann ganze Fermentationstanks (20.000 bis 50.000 Liter) und mehrere Chargen, wenn die Ursache z.B. im Rezepturbestandteil Molkenpräparat liegen sollte.
Es besteht damit ein Zielkonflikt: So ist eine thermische Eliminierung thermoresistenter Phagen in Molke zwar prinzipiell möglich, jedoch führt diese zu einer mindestens 60 %igen Denaturierung der Molkenproteine. Auf der anderen Seite wird eine möglichst schonende thermische Verarbeitung angestrebt, um Molkenproteinpräparate mit einem möglichst hohen Anteil an nativen Molkenproteinen bereit zu stellen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es vor diesem Hintergrund, Möglichkeiten zur Phagenreduktion mittels einer Cross-flow-Membranfiltration für Phagen mit verschiedenen Morphologien experimentell zu untersuchen. Idee ist, die in der Molke enthaltenen Phagen durch eine vorgeschaltete Phagenfiltration so weit zu reduzieren, dass die heute übliche und zwangsläufige Anreicherung der Phagen zusammen mit den Molkenproteinen in der Weiterarbeitung, z.B. Ultrafiltration, Eindampfung, minimiert werden kann. Ziel ist die Reduktion des Phagentiters um 3- bis 5-log in der Molke.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
- Lebensmittelmikrobiologie