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Fachgebiete der LebensmittelchemieProjekte

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Aktuelle Forschungsprojekte am Fachgebiet Prof. Dr. Lothar W. Kroh

Kaffeeröstaroma

Entwicklung eines Verfahrens zur Detektion von Aromakomponenten auf Basis einer Kombination von MOx- und NIR-Sensoren

Kaffee ist nach wie vor eines der bedeutendsten Genussmittel weltweit und besitzt daher auch einen Status als wichtige Handelsware. Der Geschmack des fertigen Getränks wird neben Sorte, Anbaugebiet und Vorverarbeitung maßgeblich vom Röstprozess beeinflusst. Das Rösten von Kaffee, gerade im Bereich der Spezialitätenröstung, ist momentan jedoch zum Großteil von der Erfahrung des Röstmeisters abhängig, der subjektiv den Röstgrad anhand von Farbe, Beschaffenheit und Geruch der Bohnen nach manueller Probennahme beurteilt. Durch seine Expertenkenntnisse ist er in der Lage, die komplexe Temperaturführung während des Prozesses entsprechend anzupassen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, ein Multi-Sensor-Prozessmodul zu entwickeln, das mit Hilfe kostengünstiger Nahinfrarot(NIR)- und Metalloxid(MOX)-Sensoren der Röstprozess online überwachen kann. Durch die Kombination beider Sensoren kann Zustand und Zusammensetzung der Bohnen und der Gasphase analysiert und anhand charakteristischer Veränderungen im Röstverlauf der sogenannte Aromapunkt identifiziert werden. Dieser ermöglicht es, den idealen Abbruchzeitpunkt der Röstung zu finden und so einen ausgewogenen Kaffee zu erzeugen.

04/2017 – 03/2019, AiF

Ansprechpartner: Dr. Clemens Kanzler, Prof. Dr. Lothar Kroh

NutriAct – Lipidoxidation in unterschiedlichen Matrices

Ernährung spielt in unserem Leben eine essentielle Rolle. Besonders in der heutigen Zeit, wird immer mehr Wert auf sichere und gesunde Lebensmittel gelegt. Verbraucher wünschen sich zudem Lebensmittel, die einen gesundheitlich positiven Effekt und eine krankheitsvorbeugende Wirkung aufweisen. Dies ist vor allem für Nahrungsmittel, die mit der täglichen Ernährung aufgenommen werden, wünschenswert.

Das vom BMBF geförderte Forschungsprojekt „NutriAct“ (Förderkennzeichen: 01EA1408C; Förderzeitraum: 01.06.2015 bis 31.05.2018) beschäftigt sich u.a. mit der Prävention von altersbezogenen Zivilisationskrankheiten, wie z.B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Durch eine Ernährungsintervention, soll im höheren Alter ein verbesserter Gesundheitszustand erreicht werden.

Angeeignete Ernährungsmuster sollen aber nicht vollständig verändert werden, vielmehr liegt der Fokus auf alltäglichen Lebensmitteln, die ernährungsphysiologisch positiv beeinflusst werden. Unter diesem Aspekt kann zum Beispiel Butter durch Rapsöl ersetzt werden, da Rapsöl ein günstigeres Fettsäurespektrum, in Bezug auf polyungesättigte Fettsäuren (PUFA), als Butter aufweist. Die ungesättigten ω-3 und ω-6 Fettsäuren sind essentiell und eine ausreichende Zufuhr unterstützt die Prävention von Zivilisationskrankheiten.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird von uns die oxidative Stabilität von unterschiedlichen Ölen und Emulsionen in verschiedenen Lebensmittelmatrices untersucht. Vor allem die durch Lipidoxidation gebildeten Abbauprodukte von ungesättigten ω-3 und ω-6 Fettsäuren sind von Interesse. Dabei werden Öle, die reich an mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind, mit Ölen verglichen, die einen höheren Anteil an gesättigten Fettsäuren besitzen. Unter Modellbedingungen wird der Einfluss verschiedener Parameter (Temperatur, Lagerzeit, Wassergehalt) und der Einfluss der Matrix auf die Lipidoxidation beobachtet, wobei insbesondere der Wassergehalt, die Struktur der Matrix und die Art, sowie der Gehalt an Antioxidantien eine entscheidende Rolle spielen. Ziel der Untersuchungen in der Lebensmittelmatrix ist eine möglichst hohe oxidative Stabilität der essentiellen Fettsäuren während der Lagerung und Behandlung von Lebensmitteln, sowie die Charakterisierung chemischer Wechselwirkungen von Abbauprodukten der Lipidoxidation mit anderen Inhaltsstoffen.

06/2015 – 05/2018, BMBF

Ansprechpartner: Prof. Dr. Lothar W. Kroh,

Einfluss spezifischer Maillardreaktionsprodukte auf den Röstprozess und oxidative Prozesse in Getränken (Lebensmitteln)

Untersuchungen zum Einfluss von Intermediärprodukten der Maillard Reaktion auf die Stabilität prozessierter Lebensmittel, speziell von Bier, zeigen immer noch sehr kontroverse Ergebnisse bezüglich der pro- und antioxidativen Eigenschaften. Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Aufklärung der komplexen Mechanismen der pro- und antioxidativen Eigenschaften und die Umsetzung der Erkenntnisse in die Mälzerei- und Brauereitechnologie. Damit sollten sich Möglichkeiten zur Einflussnahme und Steuerung von Brauprozessen ergeben, die neben der Erhöhung der Geschmacksqualität zu einer Verbesserung oxidativen Stabilität von Bier bei der Lagerung beitragen können.

01/2013 – 08/2016, AiF

Ansprechpartner: Prof. Dr. Lothar W. Kroh, Klemens Kanzler, FG Brauwesen

Phospholipide als Antioxidantien – Darstellung und Charakterisierung von Phosphatidylethanolamin-Komplexen mit ausgewählten Carbonylverbindungen und Phenolsäuren

Pflanzenlecithine besitzen trotz ihres hohen Gehaltes an polyungesättigten Fettsäuren eine erstaunlich hohe oxidative Stabilität, wofür der Grund bisher aber weitgehend unbekannt ist. Neben der schwermetallkomplexierenden Wirkung von freier Phosphatidsäure besitzt Phospatidylethanol-amin eine Schlüsselfunktion in der Stabilisierung, indem abgebautes α-Tocopherol reaktiviert wird. Eine synergistische Verstärkung der antioxidativen Wirkung wird auch durch phenolische Antioxidantien erreicht, deren Rolle bedeutsam, aber ebenfalls nicht geklärt ist. Ziel des Projektantrags ist die Aufklärung des Mechanismus der Regeneration von primären Antioxidanten durch Phospholipide. Dazu sollen strukturelle und phänomenologische Untersuchungen an Mehrkomponentensystemen aus Phospholipiden, Antioxidantien und Synergisten durchgeführt werden. Über den Nachweis von Amino-Carbonyl-Kondensaten zwischen Phosphatidylethanolamin und α-Tocopherylchinon oder L-Ascorbinsäure bzw. reduzierenden Zuckern oder Maillard-Reductonen, wie z.B. D-Glucoson, sollen die antioxidativen Eigenschaften von Phospholipiden (Tocopherol-Regeneration) bewertet werden. Daneben wird die Beteiligung von Phenolsäuren, vor allem Gallussäure, Gentisinsäure und Carnosolsäure, an der oxidativen Stabilisierung von Fetten in Verbindung mit Phospholipiden untersucht.

10/2014 – 09/2016, DFG

Ansprechpartner: Prof. Dr. Lothar W. Kroh, Dr. Martin Doert

Pektin Strukturabhängige Abbaureaktionen von Pektinen und deren Auswirkungen auf nichtenzymatische Bräunung und technologische Funktionalität

Lagerung chemischen und biochemischen Veränderungen. Als Folge kommt es zu nichtenzymatischen Bräunungsreaktionen und oxidativen Vorgängen, die die Funktionalität der Polymere beeinflussen. Anders als bei reduzierenden Zuckern in der Maillard-Reaktion sind die Reaktionsverläufe, Intermediate und Reaktionsprodukte des Pektinabbaus und deren Rolle in der nichtenzymatischen Bräunung dabei kaum untersucht. Erste experimentelle Daten belegen jedoch, dass die Bräunung um ein Vielfaches schneller abläuft als in Anwesenheit von reduzierenden Zuckern. Dies ist durch die bekannten Mechanismen der hydrolytischen Spaltung und der ß- Eliminierung allein nicht zu erklären. Die Intermediate des thermisch induzierten Abbaus von Pektin, z.B. die ungesättigten und gesättigten Oligogalacturonide, sind nicht systematisch charakterisiert und insbesondere die Rolle der frühen Abbauprodukte im Hinblick auf eine veränderte Funktionalität ist nicht untersucht. Ziel des Projekts ist daher die Klärung des Reaktionsverlaufs des thermisch induzierten Abbaus von Pektinen in Abhängigkeit von der Struktur und den Abbaubedingungen, die Aufklärung der dabei entstehenden Intermediate und deren Rolle für die Farbbildung durch die nichtenzymatischen Bräunung (Maillard-Typ-Reaktion). Zum Erreichen des Ziels wird ein rekursiver Ansatz verfolgt, in dem ausgehend von mechanistisch orientierten Modellsystemen unter Verwendung von gesättigten und ungesättigten Galacturoniden die komplexen Reaktionsabläufen den Abbau des Pektins und seine Auswirkungen auf applikationsrelevante physikalisch-chemische Charakteristika untersucht werden. Dabei soll durch den Vergleich von chemischen und strukturanalytischen Untersuchungen auch geprüft werden, ob die beobachteten Anomalien bei den thermoanalytischen Charakterisierungen von Pektinen ursächlich auf die von den Antragstellern postulierten Abbaumechanismen zurückzuführen sind. Anhand von physikalisch chemischen Eigenschaften und der durch NMR analysierten Struktur soll der Einfluss des Abbaus von Pektinen auf die technologische Funktionalität untersucht werden.

04/2015 – 03/2018, DFG

Ansprechpartner: Prof. Dr. Lothar W. Kroh, Alexandra Urbisch, FG Lebensmitteltechnologie (Prof. Drusch)

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