Forschung

As part of a holistic strategy, the potential of climate-smart grain crops - specifically sorghum - is to be identified and subsequently exploited facing the challenge of a sustainable feeding of the growing world population. This is only possible with high-yield and weather-tolerant agricultural raw materials. The focus must be on crops that emit low levels of greenhouse gas while being resilient to heat and drought. Until now, sorghum has not been used as an ingredient in staple foods in Central European countries. However, sorghum shows a high field yield and is drought tolerant. Therefore, bundled research activities and cooperation with corporate partners are needed to establish the use of sorghum as a major ingredient in Western diet and to develop sensory accepted and high nutritional food products. Sorghum is already used as a staple food in African and Indian regions. However, the functionality and sensory attributes of wholegrain sorghum products do not meet the cultural European quality expectations. There is still limited understanding of the functional behaviour of different sorghum milling fractions in bakery and pasta products. It is crucial to investigate the impact of different milling fractions on technological functionality as well as on nutritional and sensory properties. Then we can adapt and control the milling process for producing high quality sorghum fractions. Furthermore, the grain and the milling fractions are functionalized by several approaches such as germination, enzymatic and hydrothermal approaches to optimize and increase the functionality in terms of digestibility and gas holding properties. Thus, sorghum-based gluten-free breads and new 3D printed texturates as well as sorghum-wheat-based breads, fine bakery products and pasta of higher nutritional value and sensory acceptability can be produced from climate-smart grains in Europe. The CLIC consortium consists of experts in the field of food technology, cereal process engineering with many years of expertise in the field of alternative cereal crops, i.e. University of Hohenheim, BOKU and HTLLMT Wels. Due to the similar effects of climate change on cereal cultivation, Germany and Austria are equally in search of solutions. Through a transnational project, the necessary knowledge can be multiplied, and the corresponding work packages are distributed according to the expertise of the research partners. The project will be coordinated by FEI (Germany) and ecoplus (Austria). The user committee consists of branches along the value chain: milling, additive suppliers, consultants, bakery and pasta production and related associations.

Die Umgestaltung unseres Lebensmittelsystems in Richtung Nachhaltigkeit ist ein wichtiger Ausgangspunkt für die Erreichung des Pariser Abkommens und der Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) der Vereinten Nationen. Da die Verwendung von tierischen Inhaltsstoffen und Lebensmitteln zu den globalen Umweltproblemen beiträgt, ist die Wende hin zu alternativen Proteinquellen ein wichtiger Hebel zur Erreichung dieser globalen Vereinbarungen. Die Proteinwende beschreibt diesen Wechsel von tierischen Proteinquellen hin zu alternativen Proteinquellen wie pflanzlichen oder präzisionsfermentierten Proteinen. Insbesondere die Präzisionsfermentation bietet vielversprechende Lösungen für die Herausforderung, Proteine nachhaltig, effizient und mit geringeren Umweltauswirkungen, aber gleichzeitig mit spezifischer Funktionalität zu produzieren. Milch und ihre Proteine stehen im Fokus der Forschung und wirtschaftlichen Aktivitäten im Bereich der Präzisionsfermentation, insbesondere Käse als wichtiger Anwendungsbereich für diese Proteine. Ein großes Hindernis bei der Entwicklung innovativer Lebensmittelprodukte aus präzisionsfermentierten Milchproteinen ist ein mangelndes Verständnis der Beziehung zwischen Lebensmittelstruktur und -textur. Konkret besteht eine große wissenschaftliche Lücke im Verständnis, wie sich die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Emulsionsgrenzflächen und deren Struktur auf die Textur von Lebensmitteln auswirken. Das mangelnde Verständnis dieses Zusammenhangs führt auf mehreren Ebenen zu Schwierigkeiten, insbesondere bei der Anwendung und Verwendung von Proteinen, die durch Präzisionsfermentation hergestellt werden. Milchproteine werden häufig als funktionelle Zutaten in Lebensmitteln verwendet und spielen eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung der endgültigen Textur, Struktur und anderer sensorischer Eigenschaften des Lebensmittels. Die physikochemischen Eigenschaften der Öl-Wasser-Interphase können jedoch das Verhalten und die Leistung dieser Proteine in Lebensmittelsystemen beeinflussen. Ohne ein klares Verständnis dieses Zusammenhangs kann es schwierig sein, vorherzusagen, wie sich Milchproteine in verschiedenen Lebensmittelanwendungen verhalten werden, was zu uneinheitlichen oder suboptimalen Ergebnissen führen kann.

Galakto-Oligosaccharide (GOS), die Produkte von Transgalaktosylierungsreaktionen sind, werden von β-Galaktosidasen katalysiert, wenn sie Laktose als Substrat verwenden, sind von besonderem Interesse für die menschliche Ernährung, da strukturell verwandte Oligosaccharide mit verschiedenen komplexen Strukturen in der menschlichen Muttermilch vorhanden sind. In jüngster Zeit hat sich eine Reihe von Studien auf die Verwendung der Gattung Lactobacillus für die Produktion und Charakterisierung von β-Galactosidasen konzentriert. Man geht davon aus, dass die von diesen β-Galaktosidasen produzierten GOS eine bessere Selektivität für den Wachstum und die Stoffwechselaktivität dieser Bakteriengattung im Darm aufweisen und somit zu einer verbesserten präbiotischen Wirkung führen werden. Trotz zahlreicher Studien zu den Genclustern, die an der Laktoseverwertung durch diese Bakterien beteiligt sind, und zu ihren biochemischen Eigenschaften in Bezug auf ihre Fähigkeit, GOS in biokatalytischen Prozessen zu produzieren, wurden die funktionellen Rollen der Schlüsselaminosäuren in den aktiven Zentren der β-Galaktosidasen dieser wichtigen Bakteriengruppe nicht untersucht. Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, potenzielle Aminosäuren zu identifizieren, die an der Transgalaktosylierungsaktivität von β-Galaktosidasen aus Laktobazillen beteiligt sind. Struktur-Funktions-Beziehungen von laktobazillären β-Galaktosidasen hinsichtlich der Spezifität der GOS-Produktverknüpfung werden ein rationales Design von Mutationen der β-Galaktosidasen ermöglichen, um spezifische Mischungen von GOS-Strukturen zu erzeugen. Daher sind unterschiedliche GOS-Produktspezifitäten und -ausbeuten zu erwarten.