Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung

Projekte in den Förderprogrammen des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (ptble)

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Titel: Erhöhung der ernährungsphysiologischen Qualität von Ackerbohnenmehlen und -konzentraten durch Reduktion antinutritiver Inhaltsstoffe
Beschreibung (dt.): Ziel von QualiFabaBean ist es, hochwertige Ackerbohnenmehle und -konzentrate mit verringerten Gehalten an antinutritiven Inhaltsstoffen und verbesserten sensorischen Eigenschaften zu entwickeln. Dies kann durch eine gezielte Verarbeitung der Ackerbohnen unter Berücksichtigung der genannten Kriterien hin zu Mehlen und Proteinkonzentraten erreicht werden. QualiFabaBean leistet hierzu einen entscheidenden Beitrag, da im Rahmen des Vorhabens eine entsprechende Vorbehandlung der Ackerbohnen zur Inaktivierung endogener Enzyme bzw. Enzyminhibitoren als auch gezielte Fraktionierungsstrategien zur Abtrennung wertmindernder Inhaltsstoffe entwickelt werden sollen. Das Projekt ist in 5 Arbeitspakete unterteilt. Zunächst sollen bis zu 6 Ackerbohnensorten hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und ihres Gehalts an antinutritiven Inhaltsstoffen charakterisiert werden (AP 1). Auf Basis dieser Erkenntnisse und der Einbeziehung agronomischer Daten (Ertrag, Standfestigkeit) werden bis zu 3 Sorten für die weiteren Untersuchungen ausgewählt. Anschließend werden die Aktivitäten endogener Enzyme ermittelt und ein Verfahren zur hydrothermischen Inaktivierung dieser etabliert (AP 2). In AP 3 sollen Verfahren zur herstellung von Ackerbohnenmehlen und -konzentraten aus den ausgewählten Ackerbohnensorten entwickelt werden. Die Analyse der Zusammensetzung, die Gehalte an antinutritiven Inhaltsstoffen sowie der funktionellen und sensorischen Eigenschaften erfolgt prozessbegleitend (AP 4). Abschließend sollen die Anwendungseigenschaften der neu entwickelten Ackerbohnenpräparate in Modelllebensmitteln beurteilt werden (AP 5).
Ergebnis (dt.): Die Abreicherung antinutritiver Inhaltsstoffe aus Ackerbohnen war mittels der ausgewählten Strategien (Schälen, hydrothermische Behandlung, wässrige Extraktion und Aufkonzen-trierung mittels Fällung bzw. Ultrafiltration) größtenteils umsetzbar. Kondensierte Tannine ließen sich durch den Schälschritt abtrennen, endogene Enzyme (LOX, POD) wurden durch die Hitze-Dampf sowie Druck-Dampf Behandlung reduziert. Die Reduktion der Trypsininhibitor-Aktivität war mit dem Druck-Dampf Verfahren deutlich effizienter (bis zu 85 %) als nach der Hitze-Dampf Behandlung (bis zu 53 %). Des Weiteren beeinträchtigte die hydrothermische Behandlung die Funktionalität der Ackerbohnenmehle (Reduktion der Proteinlöslichkeit/ Emulgierkapazität) und veränderte die sensorischen Eigenschaften. Der bohnige und grasige Geruch wurde reduziert, allerdings bildete sich ein deutlich wahrnehmbares nussiges Aroma in den thermisch behandelten Mehlen. Die dafür ursächlichen Mechanismen konnten im Rahmen von QualiFabaBean nicht aufgeklärt werden, so dass hier weiterführende Arbeiten nötig sind, um die sensorische Eigenschaften weiter zu optimieren. Das mittels wässrig alkalischer Extraktion mit anschließender IEP gewonnene Proteinkonzentrat wies im Vergleich zum Ausgangsmehl (1,2 % TM) einen hohen Phytinsäure-gehalt von 2,7 % TM auf. Der Vicingehalt in diesem Konzentrat lag bei 0,5 mg/ g Probe und war somit im Vergleich zum Ausgangsmehl um 52 % rel. reduziert. Durch die saure Vorextraktion bei pH 5,5 mit anschließender IEP gelang die Abreicherung der Phytinsäure bis zu 43 % rel. bzw. bis zu 48 % nach der UF. Die Restaktivität der Trypsininhibitoren betrug für das mittels IEP gewonnene Isolat 35,5 % rel.; die endogenen Enzyme (LOX und POD) waren nahezu vollständig inaktiviert. Die Gewinnung von Proteinkonzentraten mittels IEP bzw. UF hatte eine verringerte Proteinlöslichkeit und leicht verbesserte Emulgiereigenschaften zur Folge. In Abhängigkeit des verwendeten Mehls zur Proteingewinnung ergab die sensorische Evaluierung einen bohnigen, grasigen Geruch und einen leicht bitteren Geschmack. Die Übertragbarkeit in den industriellen Maßstab wurde gezeigt und erste Modellrezepturen für die Herstellung von Backwaren, Burger-Patties und Dessertprodukte entwickelt. Vor allem in Rührkuchen ließ sich das hydrothermisch behandelte Mehl, trotz seines nussigen Aromas, sehr gut einsetzen und wurde im Rahmen einer sensorischen Evaluierung von den Probanden mit einer höheren Beliebtheit im Vergleich zur Referenz eingestuft.
Ergebnis (engl.): In fava beans, reduction of antinutritives could be achieved to a high extend by the selected strategies (peeling, hydrothermal treatment, aqueous extraction and concentration by means of isoelectric precipitation or ultrafiltration). Tannins were reduced by peeling, endogenous enzymes (LOX, POD) were inactivated by hydrothermal treatment, either using heat-steam or steam-pressure conditions, in the fava bean flour. Reduction of trypsin inhibitor activity was more efficient by using steam-pressure procedure (85 %) than using heat-steam treatment (up to 53 %). In addition, hydrothermal treatment impaired functional properties of fava bean flour, resulting in decreased protein solubility and emulsifying capacity. Regarding the sensory characteristics, the beany and grassy odor decreased by heat-steam treatment, which caused a nutty flavor of the heat treated flour. Mechanisms and key substances that are responsible for these aroma profiles could not be identified within the project QualiFabaBean. Therefore, a following research project would be needed to identify and to clarify the formation of these molecular volatile and non-volatile compounds in order to develop targeted strategies for their reduction. Independent of the concentration procedure (IEP, UF), protein concentrates obtained by means of aqueous extraction, showed elevated phytic acid contents (2.7 % db) in comparison to fava bean flour (1.2 % db). The vicin content of the concentrate was decreased by 52 % rel. in comparison the initial flour (0.5 mg/ g sample). By means of acidic pre-extraction at pH 5.5, reduction in phytic acid content up to 43 % rel. after IEP and up to 48 % after UF could be realized. Residual activity of trypsin inhibitor remained 35 % after solvent extraction; however, LOX and POD were completely inactivated. Independent of the concentration procedure (IEP; UF), concentrates showed slightly decreased protein solubility and improved emulsifying capacity in comparison to their native flours. Depending on the selection of fava bean flour for aqueous extraction, sensory evaluation of concentrates revealed a beany, grassy odor and a slight bitter taste. Up-scaling of the extraction process was successful. Model recipes for baking products, vegan burger patties or vegan desserts were developed and the processing of final products and determination of quality characteristics was performed. Despite of the nutty odor, especially, heat-steam treated flour performed well in pound cake and was rated with high acceptability by panelists.
Laufzeit: Beginn: 01.06.2017 / Ende: 30.11.2020
Ausf. Einrichtung: Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV), Freising
Themenfelder: Humanernährung, human nutrition
Förderprogramme: Eiweißpflanzenstrategie
Schlagworte: Prozessqualität, process quality, Produktqualität, product quality, Lebensmittelverarbeitung, food processing, Lebensmittelanalytik, food analysis, Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe, secondary crop ingredients, Sensorik, sensor technology, Nährstoffe, nutrients
Förderkennzeichen: 2815EPS011
Dokument zum Download: Abschlussbericht.pdf (2,4 MB)

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