Description: Starterkulturen werden zur gezielten Fermentation von Lebensmittelrohstoffen eingesetzt, um Fehlfermentationen zu vermeiden und eine reproduzierbare Produktqualität sicherzustellen. Die Verwendung von definierten Starterkulturen ist in der Milchverarbeitung Stand der Technik und löst auch in der Herstellung fermentierter Fleisch- und Backwaren zunehmend traditionelle Verfahren ab. Entscheidend für deren effektive Produktion und Distribution sind schonende Verfahren, die eine hohe Vitalität und Aktivität der Bakterien gewährleisten. Bei Probiotika steht dagegen das Überleben im Produkt oder als Nahrungsergänzungsmittel im Vordergrund.
Das Gefrieren bzw. die Gefriertrocknung gelten bisher zwar als schonende Verfahren für die Präparation von Starterkulturen, jedoch ist der Energiebedarf der bei Produktion bzw. beim Transport sehr hoch. Zudem kann bereits durch das Gefrieren der Zellen eine Schädigung eintreten. Eine deutliche Reduktion der Energiekosten kann durch eine Niedertemperatur-Vakuumtrocknung knapp oberhalb des Tripelpunktes erreicht werden. Gleichzeitig ist es hiermit möglich, sowohl thermische als auch gefrierbedingte Schäden auszuschließen und eine höhere Vitalität und Aktivität zu erreichen. In der Gefriertrocknung verringert ein Einsatz von Schutzstoffen, wie Maltose, Sorbit oder Trehalose, Trocknungsschäden und erhöht die Überlebensfähigkeit der Organismen. Die Fähigkeit des Schutzstoffs, während der Trocknung ein Glas auszubilden, wurde als Schutzmechanismus für gefriergetrocknete Zellen während der Lagerung vorgeschlagen. Der physiologische Ausgangszustand beeinflusst ebenfalls die Überlebensrate. Er kann durch geeignete Wachstumsmedien (C-Quelle) sowie Vorkonditionierungen, wie subletalen Kältestress, gezielt beeinflusst werden, um die Vitalität und metabolische Aktivität zu verbessern. Zum Einsatz der Vakuumtrocknung bei der Herstellung von Starterkulturen gibt es bisher nur sehr vereinzelte Untersuchungen, die keine Informationen zum Einfluss der Prozessbedingungen, den Auswirkungen auf die Physiologie der Mikroorganismen oder die Wirkung von Schutzstoffen liefern. Eine industrielle Nutzung dieser Methode in der Starterkulturpräparation ist deswegen bisher nicht möglich.
Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, die Vakuumtrocknung für die Herstellung von Starterorganismen und probiotischen Kulturen nutzbar zu machen und durch eine geeignete Anzucht, Vorkonditionierung, Prozessführung sowie durch Schutzstoffzugabe eine hohe Überlebensrate sowie Lagerstabilität der Kulturen zu erreichen. Durch schonende Prozessführung sollte Energie gespart, die Überlebensrate, Revitalisierung und Performance bekannter Starterorganismen durch Feststellen der dafür optimalen Prozessbedingungen möglichst verbessert und die Nutzung neuer Stämme ermöglicht werden.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Cellulosehydrat
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Physiologie
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Fermentation
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Bakterien
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Milchwirtschaft
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Energiebedarf
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Energiekosten
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Energienutzung
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Fleisch
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Produktionstechnik
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Revitalisierung
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Stand der Technik
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Trocknung
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Verfahrenstechnik
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Zelle
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Mikroorganismen
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Tiefkühlung
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Forschungsprojekt
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Gesundheit
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Lagerung
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Organismen
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Stoffwechsel
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Backware
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Fleischprodukt
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Überlebensfähigkeit
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Region:
Bavaria
Bounding boxes:
11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
Time ranges:
2008-01-01 - 2010-12-31
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Development of a low-temperature vacuum drying process for starter culture preparation
Description: Starter cultures are weel defined cultures which are used to modify food raw materials and to produce high quality fermented food products as well as to avoid fermentation failures. In the dairy industry the use of defined starter cultures is state-of-the-art and it also becomes increasingly important in other industries such as meat and bakery industry. For an efficient production and distribution of starter cultures, gentle preservation methods are required which lead to a high vitality and activity of the cultures. For probiotic cultures the survival in the product or food supplement is the decisive factor.
Freezing or freeze-drying are state of the art in culture preservation as they are known as very gentle although very expensive methods with regard to production, transport and storage. Furthermore, the freezing process during freeze drying can lead to cellular damage. Low temperature vacuum dehydration works at low temperatures and pressures above the triple point of water and helps to reduce the energy costs. As both thermal and freezing-induced stresses can be avoided, a higher activity and vitality may be achieved.
It is known that for freeze-dried cells the use of protectants such as maltose, sorbitol or trehalose helps to avoid dehydration damages and improves the survival of the organisms. It is suggested that the glass transition of the protectant during drying improves the stability of the cells during storage.
The initial physiological state of the cells also influences the survival after drying. It can be modified by suitable media (choice of appropriate C-sources) and pre-conditioning steps such as sublethal cold stress such that the vitality and metabolic activity after drying is improved. However, there is no systematic investigation on the use of low-temperature vacuum
drying for the preparation of starter and probiotic cultures so far. Therefore no information exists on the influence of drying process parameters, the effects of protectants and the implications for the physiological state of the cells. This impairs an industrial use of this technology.
The aim of this project was therefore to explore the potential of the low temperature vacuum drying fort he stabilization of starter and probiotic cultures and to achieve a high survival and storage stability by choosing suitable fermentation conditions, drying process parameters and protectants. This should lead to more energy-efficient processes and to a higher performance of established starter cultures as well as the possibility to prepare new strains that cannot be prepared by freeze drying.
In a first step six different strains were selected to investigate the variance of stability in a freeze drying process. Based on this screening, three distinct strains with different drying resistance were identified and taken for further experiments on vacuum drying. (abridged text)
https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1064427
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