Bitterstoffe in fermentierten Milchprodukten reduzieren

Publiziert

Fermentierte Milchprodukte können unangenehme Bitterstoffe enthalten. Forscher der Universität Hohenheim vermuten: die Bitterpeptide stammen von Starterkulturen. Sie raten, die verschiedenen Bakterienkulturen optimal zu kombinieren.

Frischekäseprodukte mit einem hohen Kalziumgehalt, wie Quark oder Skyr, können bei ihrer Herstellung eine bittere Geschmacksnote entwickeln, die zur Ablehnung durch den Verbraucher führt. In einem Projekt der Universität Hohenheim in Stuttgart gingen drei Forschungsgruppen der Frage nach wie sich dieser bittere Geschmack verhindern lässt. Lange Zeit wurde die Kalziumkonzentration als Auslöser für die Bildung von sogenannten Bitterpeptiden bei der Fermentation angesehen.

Doch das allein scheint es nicht zu sein, so das Fazit der Forschenden. Vielmehr ist es wohl das Zusammenspiel von Kalziumgehalt und Starterkulturen. Durch die Auswahl geeigneter Mischungen von Bakterienkulturen für die Fermentation könnte es in Zukunft möglich sein, die Bitterkeit des fertigen Produktes zu reduzieren oder vielleicht sogar ganz zu vermeiden.

Verantwortlich für das Bitteraroma sind so genannte Bitterpeptide. Das sind kleine Proteinbruchstücke, die mit Hilfe von speziellen Enzymen, den Peptidasen, aus grösseren Proteinen gebildet werden. „Diese Bruchstücke sprechen unsere Bittersensoren auf der Zunge an. Deswegen sind diese Lebensmittel nicht verdorben, sie schmecken nur bittersensitiven Menschen nicht so gut“, erklärt Prof. Dr. Herbert Schmidt vom der Fachgebiet Lebensmittelmikrobiologie und -hygiene an der Universität Hohenheim.

Noch ist unklar, ob diese Peptidasen von den zugegebenen Milchsäurebakterien stammen oder aus der Milch kommen – sei es weil sie von der Kuh produziert und in die Milch abgegeben werden oder weil sie durch Verunreinigungen mit anderen Bakterien in die Milch gelangen. Und warum entstehen Bitterpeptide vor allem in Produkten, die einen hohen Kalziumgehalt aufweisen? Fragen, denen drei Arbeitsgruppen der Universität Hohenheim in einem gemeinsamen Forschungsprojekt nachgegangen sind. „Ziel unseres Forschungsprojekts war zu verstehen, wie die Bitterstoffe im Herstellungsprozess freigesetzt werden und durch welche Faktoren sich dies reduzieren lässt“, so Prof. Dr. Jörg Hinrichs vom Fachgebiet Milchwissenschaft und -technologie.

Fermentierte Milchprodukte entstehen durch die Arbeit von Milchsäurebakterien. Sie werden als sogenannte Starterkulturen der Milch oder Milch-Konzentraten zugegeben und setzen den Milchzucker in Milchsäure und andere Substanzen um. Meist setzen die Hersteller auch noch eine kleine Menge an Lab zu, damit die Milch besser gerinnt. Dabei flockt das Milchprotein aus und kann anschliessend vom flüssigen Anteil der Milch, der Molke, abgetrennt werden.

Das in der Milch enthaltene Protein brauchen die Milchsäurebakterien jedoch auch für ihre eigene Ernährung. Sie spalten grössere Proteine in kleinere Stücke, um sie in die Zelle aufnehmen zu können. Dort werden die Peptide noch weiter zerlegt und können von den Zellen dann für ihren eigenen Proteinstoffwechsel genutzt werden. Bleiben jedoch zu viele von diesen Bruchstücken im Milchprodukt zurück, können sie einen bitteren Geschmack verursachen.

Neue Modellsysteme entwickelt und etabliert
Die Entstehung dieser Bitterpeptide während des Fermentationsprozesses ist ein komplexes Zusammenspiel zwischen verschiedenen Milchbestandteilen und den Genen bzw. den Enzymen der Bakterien. Um diese Wechselwirkungen besser analysieren zu können, arbeiteten die Wissenschaftler mit verschiedenen, zum Teil neu entwickelten Modellsystemen. Ein neu entwickelter Konzentrations- und Filtrationsprozess ermöglicht es beispielsweise, die Zusammensetzung des Milchkonzentrats vor der Fermentation gezielt zu verändern und einzustellen.

„Anders als beim klassischen Herstellungsverfahren ziehen wir zunächst die Molke ab und fermentieren dann erst das Milchkonzentrat“, erklärt Prof. Dr. Hinrichs. „Diese Methode erlaubt uns den Fett-, Kalzium- und Protein-Anteil variabel zu steuern und so verschiedene Zusammensetzungen zu simulieren.“ An diesem Frischkäsemodell analysierten die Wissenschaftler die Auswirkungen von verschiedenen Fermentationsbedingungen auf die Entstehung von Bitterpeptiden, wie beispielsweise von Temperatur und pH-Wert sowie von unterschiedlichen Bakterienkulturen.

Für die Herstellung von Frischkäseprodukten wird eine Reihe von Milchsäurebakterien eingesetzt, am häufigsten Lactococcus lactis. „Die für die Fermentation verwendeten Starterkulturen sind fast so vielfältig wie die Milchprodukte auf dem Markt“, sagt Prof. Dr. Schmidt. Zudem gibt es, wie bei fast allen Bakterien, verschiedene Abstammungslinien mit unterschiedlichen Eigenschaften, die sogenannten Stämme. „Bei einer Kultur fanden wir ein Gemisch aus 30 bis 40 verschiedenen Stämmen“, so Prof. Dr. Schmidt. „Das macht die Analyse und die gezielte Steuerung des Fermentationsprozesses nicht einfacher.“

Den Wissenschaftlern ist es dennoch gelungen, einige der Gene zu identifizieren, die bei der Bildung und beim Abbau der Bitterpeptide eine wichtige Rolle spielen. Im Fokus ihres Interesses steht dabei das Gen, das für die Bildung der Peptidase zuständig ist. Die Vermutung lag nahe, dass die Aktivität dieses Peptidase-Gens durch Kalzium reguliert werden könnte.

Neue Methoden erlauben es, die Aktivität einzelner Gene zu erfassen. „Dabei zeigte sich jedoch, dass Kalzium keinerlei Einfluss auf die Aktivität dieses Gens hat“, fasst Prof. Dr. Schmidt zusammen. „Wir wissen jedoch, dass der pH-Wert während der Fermentation innerhalb von 24 Stunden unter fünf fallen muss, um die Genaktivität zu drosseln.“

„Am einfachsten wäre es natürlich, wenn wir Stämme züchten könnten, die nicht über dieses Gen verfügen“, fährt er fort. „Leider können aber Bakterienstämme, die das Peptidase-Gen nicht haben, allein nicht überleben. Sie brauchen die anderen Stämme, die für sie die lebensnotwendigen Peptide produzieren.“

Herausforderung: Auswahl der Starterkulturen
Vielleicht liesse sich ja auch die Aktivität des gebildeten Enzyms beeinflussen? Der Haken an der Sache: „Insgesamt haben wir neun verschiedene Regulationspunkte für die Enzymaktivität gefunden“, so Prof. Dr. Lutz Fischer vom Fachgebiet Biotechnologie und Enzymwissenschaft. „Und je nach Bakterienstamm kann Kalzium eine andere Wirkung entfalten. Mal fördert es die Enzymaktivität, und bei einem anderen Stamm reduziert es sie.“

„In neueren Arbeiten zeichnet sich jedoch eine klare Tendenz ab“, sagt Prof. Dr. Fischer. „Die milcheigenen Enzyme von der Kuh, wie Cathepsin und Plasmin, sind es wohl eher nicht.“ Vielmehr scheinen dafür ausschliesslich die zugesetzten Bakterienkulturen verantwortlich zu sein, die für die Fermentation der Milch bzw. der Milchkonzentrate notwendig sind.

Die Herausforderung ist es jetzt die verschiedenen Bakterienkulturen so zusammenzustellen, dass einerseits die Bakterien immer noch ihre gewünschte Aufgabe erfüllen können, aber andererseits möglichst wenige oder gar keine von den Bitterpeptiden im fertigen Produkt enthalten sind. Deshalb lautet die Empfehlung der Wissenschaftler an die Hersteller von Starterkulturen, neben den klassischen Kultur- und molekularbiologischen Techniken auch enzymatische Tests zu verwenden. Denn nach aktuellem Kenntnisstand wird die Bildung von Bitterpeptiden hauptsächlich auf Enzym-Ebene entschieden. (Universität Hohenheim)

EVENTS

Fruit Logistica

Weltweite Messe aller Frisch-Produkte

Datum: 08.-10. Februar 2023

Ort: Berlin (D)

BioFach

Weltleitmesse für Bio-Lebensmittel

Datum: 14.-17. Februar 2023

Ort: Nürnberg (D)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 14.-16. Februar 2023

Ort: Köln (D)

EuroCIS

Fachmesse für Retail Technologien

Datum: 26. Februar-02. März 2023

Ort: Düsseldorf (D)

EuroShop

Fachmesse für den Investitionsbedarf des Handels

Datum: 26. Februar-02. März 2023

Ort: Düsseldorf (D)

LOPEC

International führende Fachmesse mit Kongress für Gedruckte Elektronik

Datum: 01.-02. März 2023

Ort: München (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 07.-10. März 2023

Ort: Lyon (F)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 10. März 2023

Ort: Wädenswil (CH)

INTERNORGA

Leitmesse für den Ausser-Haus-Markt

Datum: 10.-14. März 2023

Ort: Hamburg (D)

embedded world

Als internationale Weltleitmesse mit dem ausschließlichen Fokus auf Embedded-Technologien.

Datum: 14.-16. März 2023

Ort: Nürnberg (D)

Pro Wein

Internationale Fachmesse Weine und Spirituosen

Datum: 19.-21. März 2023

Ort: Düsseldorf (D)

Hannover Messe

TRANSFORMING INDUSTRY TOGETHER

Datum: 17.-21. April 2023

Ort: Hannover (D)

index 23

Weltleitmesse für Vliesen

Datum: 18.-21. April 2023

Ort: Genf (CH)

ISM

Weltleitmesse für Süsswaren und Snacks

Datum: 23.-25. April 2023

Ort: Köln (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 25.-27. April 2023

Ort: Stuttgart (D)

Lebensmitteltag

Die führende schweizerische Lebensmittelfachtagung von bio.inspecta und SQS

Datum: 27. April 2023

Ort: Luzern (CH)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04.-10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

TUTTOFOOD

Internationale B2B-Messe für Food & Beverage

Datum: 08.-11. Mai 2023

Ort: Mailand (I)

VITAFOODS EUROPE

Messe für Nutraceuticals, Functional Food & Drinks

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Genf (CH)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Nürnberg (D)

LABVOLUTION

Als europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows bildet die LABVOLUTION das gesamte Spektrum der Laborwelt ab und zeigt neue Wege für Anwenderbranchen auf.

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Messegelände Hannover (D)

Lebensmitteltagung

Circular Economy in der Lebensmittelverarbeitung - Innovative Technologische Ansätze

Datum: 12. Mai 2023

Ort: Wädenswil (CH)

Automatica

Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 27.-30. Juni 2023

Ort: München (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 04.-05. Juli 2023

Ort: Berlin (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 05.-07. September 2023

Ort: Bern (CH)

AM Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 12.-13. September 2023

Ort: Luzern (CH)

decarbXpo

Fachevent zum Megatrend Dekabonisierung, die Plattform für Energiespeicher und Klimaneutralität im Unternehmen.

Datum: Herbst 2023

Ort: Düsseldorf (D)

W3+ Fair Rheintal

Europas führende Plattform für Hightech-Innovationen

Datum: 20. -21. September 2023

Ort: Dornbirn (A)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Basel (CH)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Nürnberg (D)

Anuga

Weltweite Ernährungsmesse für Handel und Gastronomie/Ausser-Haus-Markt

Datum: 07.-11. Oktober 2023

Ort: Köln (D)

SÜFFA

Die Fachmesse für die Fleischbranche

Datum: 21.-23. Oktober 2023

Ort: Stuttgart (D)

iba

Die führende Weltmesse für Bäckerei, Konditorei und Snacks

Datum: 22.-26. Oktober 2023

Ort: München (D)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 24.-27. Oktober 2023

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

IN.STAND

Die Fachmesse für Instandhaltung und Services

Datum: 07.-08. November 2023

Ort: Stuttgart (D)

BrauBeviale

Europäische Fachmesse für die Getränkewirtschaft

Datum: 14.–16. November 2023

Ort: Nürnberg (D)

igeho

Internationale Plattform für Hotellerie, Gastronomie, Take-away und Care-Institutionen in der Schweiz

Datum: 18.-22. November 2023

Ort: Basel (CH)

Lefa (ehemals Mefa)

Branchentreffpunkt für das verarbeitende schweizerische Lebensmittelgewerbe

Datum: 18.-22. November 2023

Ort: Basel (CH)

Brennpunkt Nahrung

Die 7. Fachkonferenz über Trends, Märkte und Management

Datum: 07. November 2023

Ort: Luzern (CH)

Fi Europe

Internationale Fachmesse für Lebensmittelzusatzstoffe

Datum: 28.-30. November 2023

Ort: Paris (F)

Swissbau

Die führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz.

Datum: 16.-19. Januar 2024

Ort: Basel (CH)

Anuga FoodTec

Internationale Zuliefermesse für die Lebensmittel-und Getränkeindustrie

Datum: 19.-22. März 2024

Ort: Köln (D)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 09.-12. April 2024

Ort: München (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führenden Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai - 07. Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Bern (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des Globalen Wasserkreislaufs

Datum: 2024

Ort: Bulle (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Ble.ch

Fachmesse für Metall- und Stahlbearbeitung

Datum: 2024

Ort: Bern (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Chillventa

Weltleitmesse der Kältetechnik

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Nürnberg (D)

SIAL

Fachmesse für Nahrungsmittel-Innovationen

Datum: 19.-23 Oktober 2024

Ort: Paris (F)

ZAGG

DER BRANCHENTREFFPUNKT MIT RELEVANTEN GASTRO-TRENDS

Datum: 20.-23. Oktober 2024

Ort: Luzern (CH)

Südback

Fachmesse für das Bäcker- und Konditorenhandwerk

Datum: 26.-29. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

all4pack Paris

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

IFFA

Internationale Leitmesse – Technology for Meat and Alternative Proteins

Datum: 03.-08. Mai 2025

Ort: Frankfurt (D)

Drinktec Deutschland

Auf der Weltleitmesse der Getränke- und Liquid-Food-Industrie

Datum: Herbst 2025

Ort: München (D)

Oils + fats

Leitmesse der Öl- und Fettindustrie in Europa.

Datum: Herbst 2025

Ort: München (D)

Bezugsquellenverzeichnis