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Nachhaltige Lebensmittelverarbeitungsketten

Schwerpunktthema der Forschungsgruppe Lebensmitteltechnologie

Ein Drittel aller Lebensmittel gehen über Verluste oder als Abfall verloren. Diese Verluste gilt es zu minimieren und gleichzeitig neue Rohmaterialien durch geeignete Verarbeitungsschritte zu erschliessen.

Lebensmittelherstellung und insbesondere -verschwendung wird viel diskutiert, denn ein Drittel des globalen Energieverbrauches wird heutzutage verwendet, um Lebensmittel zu produzieren, wovon wiederum ein Drittel weggeworfen wird. Diese jährlich anfallenden 1.3 Milliarden Tonnen an Lebensmittelabfall entsprechen in etwa einem 1800 km hohen Turm auf der Fläche eines Fussballfeldes. Diese grosse Herausforderung rund um ökologische Nachhaltigkeit, gekoppelt mit den neuen technologischen Möglichkeiten der heutigen Zeit führen zu spannenden Fragestellungen:

Zur Beantwortung dieser vielschichtigen Fragen ist die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Akteuren der Lebensmittel-Wertschöpfungskette und verschiedenen Forschungsrichtungen unumgänglich.

Die Forschungsgruppe Lebensmitteltechnologie des Institutes für Lebensmittel- und Getränkeinnovation der ZHAW erarbeitet Verarbeitungsprozesse, die die Nutzung von Rohmaterialien maximieren, die Verwertung und Rückführung von Nebenproduktströmen in die Lebensmittelkette erlauben, die Verarbeitung neuer Proteinquellen ermöglichen und nicht nachhaltige Rohmaterialien ersetzen lassen. Ergänzend erarbeitet die Gruppe Bewertungsmethoden zur Quantifizierung der erreichten Effekte und forscht an intelligenteren Verarbeitungsprozessen durch Digitalisierung.

Projektbeispiele 2020 Nachhaltige Verarbeitungsketten

Valorisierung von Nebenproduktströmen

Von allen hergestellten Lebensmitteln geht ein Drittel entlang der Wertschöpfungskette verloren. Innerhalb der entstehenden Lebensmittelverluste bergen jedoch gerade Verluste auf Stufe der Lebensmittelverarbeitung besonderes Potential zur Valorisierung. Die Gründe sind neben den bedeutenden Mengen, die anfallen, eine besonders homogene Form der Produktströme und die Möglichkeit einer zeitnahen Weiterverarbeitung.

Neben dem Streben nach einer möglichst gesamthaften Nutzung von Rohmaterialien ist deshalb der Ansatz der Aufwertung und Rückführung von Nebenproduktströmen zentral. Beispiele solcher Lebensmittelnebenproduktströme sind vielfältig und umfassen beispielsweise Weizenkleie aus der Weizenvermahlung, Presskuchen aus der Ölgewinnung, Apfeltrester aus der Apfelsaftherstellung, Kaffeesatz aus der Instantkaffee-Herstellung und viele mehr. Die Zahl an Nebenproduktströmen ist entsprechend gross, deren ernährungsphysiologisches Profil oft gut. Und trotzdem wird erst ein kleiner Teil der Nebenproduktströme zu neuartigen Endprodukten aufgewertet. Teils erschweren ökonomische, logistische oder sicherheitsrelevante Aspekte die Nutzung.

Wir beschäftigen uns innerhalb verschiedener Projekte intensiv mit der Nutzbarmachung und Rückführung von Lebensmittelnebenproduktströmen in die Lebensmittelwertschöpfungskette.

 

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Palmölersatz in Backwaren

Aufgrund seiner Effekte auf Textur und Haltbarkeit sowie dem eher tiefen Preis findet Palmöl regelmässig Einsatz in Backwaren. In den letzten Jahren stieg der Wunsch nach Alternativen, da die ökologische und soziale Nachhaltigkeit der Palmölproduktion in Frage gestellt werden. Dies ist wegen der einzigartigen texturierenden Eigenschaften eine Herausforderung für die Back- und Süsswarenindustrie.

In einem durch Swiss Food Research geförderten Projekt wurde ungehärtetes Rapsöl mittels neuartiger physikalischer Technologien wie der Kristallisation von Wachsen sowie der Herstellung von Pickering Emulsionen und Schäumen modifiziert, um die Eigenschaften von Palmfett zu simulieren. Obwohl die Viskosität der Ersatzprodukte im Vergleich zu Palmfett tief waren, konnten Backwaren mit ähnlicher Qualität daraus hergestellt werden

Aufgrund dieser vielversprechenden Resultate wurde mit mehreren Industrie- und Forschungspartnern ein 3-jähriges Folgeprojekt lanciert, welches von Innosuisse unterstützt wird. Darin wird die physikalische Modifizierung auf Raps- und Sonnenblumenöl ausgeweitet und die Prozesse weiter optimiert, um die Eigenschaften des Palmfettersatzproduktes zu verbessern. Zudem wird der Einsatzbereich auf Backwaren und Süsswaren ausgeweitet.

⇒ Publikation «Evaluation of innovative technological approaches to replace palm fat with physically modified Swiss rapseed oil in bakery products» (Schmid et al., 2020)

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Food Chain Model

Es gibt drei wichtige Handlungsfelder, um das heutige Ernährungssystem nachhaltiger zu gestalten:

  1. Vermeidung von Foodwaste
  2. Produktion und Angebot nachhaltig angebauter und verarbeiteter Lebensmittel
  3. Nachfrage nach nachhaltig angebauten Lebensmitteln

Das Sustainable Food Chain Model (FCM) kann für alle drei Handlungsbereiche eine Entscheidungsgrundlage liefern.

Damit im ersten Handlungsbereich Massnahmen ergriffen werden können, müssen die Foodwaste Mengen bei verschiedenen Akteuren der Lebensmittel-Wertschöpfungskette bekannt sein, möglichst aufgeschlüsselt nach Produktegruppen. Für den zweiten Handlungsbereich sollten wir verstehen, welche Prozesse innerhalb der Wertschöpfungskette von Lebensmitteln die Umwelt am meisten belasten und wie die Umweltbelastung in verschiedenen Szenarien verringert werden kann. Dazu ist das FCM geeignet, indem es die wichtigsten Prozesse von der landwirtschaftlichen Produktion bis hin zum Teller der Konsumenten mit Ökobilanzdaten abbildet. Auch für den dritten Handlungsbereich, bei dem Konsumenten über die Umweltbelastung verschiedener Produktalternativen informiert werden sollen, kann das FCM eine Datengrundlage bieten.

Das in Entwicklung stehende FCM wird somit Antworten auf wichtige Fragen eines nachhaltigen Ernährungssystems liefern, die in die Bildung, die Lehre und in Sensibilisierungsprojekte einfliessen und für die Beratung von Entscheidungsträgern in Wirtschaft und Politik verwendet werden können.

Strategien zur Reduktion von Mykotoxinen in Weizen

Weizen als ein Grundnahrungsmittel beinhaltet wertvolle Nährstoffe, insbesondere in Vollkornprodukten. Gleichzeitig sind 25 % der weltweiten Ernte von Schimmelpilzen befallen, von welchen einige Arten und Stämme toxische Stoffe bilden können. Diese sogenannten Mykotoxine sind chemisch und physikalisch stabil und überleben die Lebensmittelverarbeitung. Ihr physiologischer Effekt reicht von akuten Vergiftungserscheinungen bis hin zu Langzeiteffekten wie Krebs oder Immundefizienz. Die Belastung mit Mykotoxinen nimmt im Allgemeinen von Kornoberfläche zu Korninnerem ab, was einer der Gründe ist, wieso Weizenkleie auch heute noch oft als Tierfutter verwendet oder verbrannt werden.

Ein interdisziplinäres Team aus Forschern der Forschungsgruppen Biokatalyse, Lebensmittelbiotechnologie, Lebensmittelchemie und Lebensmitteltechnologie der Institute für Chemie und Biotechnologie (ICBT) sowie Lebensmittel- und Getränkeinnovation (ILGI) arbeitet daran, Ansätze zum Abbau von Mykotoxinen zu entwickelt. Innerhalb der Arbeit wurde ein Prototyp für die Vorbehandlung der Weizenkörner entwickelt, der es ermöglicht, die Kleieschichten durchlässiger zu machen. Durch die so erzeugten Poren können hochspezifische Enzyme sowie funktionelle Mikroorganismen ins Innere des Kornes gebracht werden und dort ihre Wirkung entfalten. 

Durch das Zusammenspiel dieser fachübergreifenden Ansätze soll der gefahrlose Konsum von Getreiderandschichten ermöglicht und zu einer nachhaltigeren Wertschöpfungskette beigetragen werden.

⇒ mehr Informationen und Video

⇒ Artikel LM 09/20 «Strategien zur Reduktion von Mykotoxinen in Getreide»(PDF 1,1 MB)

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