Arbeitsgruppe Getränke- und Getreidebiotechnologie

Mikrobiologie, Fermentationstechnik, Produktdesign, Anwendung von biotransformativer Grundlagenerkentnisse zur Getränkeproduktion

Gruppenleitung: M.Sc. Susann Fischer

Die Forschungsfelder der Arbeitsgruppe gliedern sich in die Funktionalität von Biomolekülen, Biotechnologie und Methodenentwicklung im Getränke und Getreidebereich mit dem Schwerpunkt der Fermentationstechnologie. Diese finden Anwendung in den verschiedenen Forschungsschwerpunkten, wie glutenfreie Lebensmittel und dessen Nachweis, Inhibierung körpereigener enzymatischer Katalysen durch malzeigene Peptide, Untersuchung von Konsortien-Fermentationen, dem natürlichen Aromaprofiling von Getränken sowie selbstklonierte Hefen (metabolic Engineering). Weitere innovative Forschungsbereiche stellen das spezifische Separieren von Hefen anhand ihres Alters sowie die Analyse der Auswirkung des Hefezellalters auf das Fermentationsvermögen dar, die neben dem Monitoring der Hefevitalität intensiv betrachtet werden.

Arbeitsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Getränkebiotechnologie

Designer-Hefen in der Brau- und Getränkeindustrie

Durch den Einsatz der grünen Biotechnologie ist es möglich, modifizierte Bierhefen mit neuen genetischen Merkmalen zu konstruieren, um den Brauprozess und die Aromaprofile des Bieres zu optimieren. Da in der Europäischen Union bislang gentechnisch veränderte Hefen nicht zugelassen sind, sollen diese Prozesse mittels EU-konformer Selbstklonierung durch Überexpression oder Knockout bestimmter Gene der Hefe verbessert werden.

Hefezellfraktionierung

Das Aromaprofil von Bier wird neben Hopfen- und Malzsorte wesentlich durch das Gärungsprofil der Hefe geprägt. Die Konzentration und Art der gebildeten Aromakomponenten ist neben Hefestamm, Fermentationsparameter und der zu fermentierenden Matrix wesentlich vom physiologischen Zustand der Hefe abhängig. Dieser physiologische Zustand ist in Hefezellkulturen inhomogen und abhängig vom Alter der singulären Zelle. Ziel der Arbeit ist die Fraktionierung einer Hefezellkultur und die direkte Untersuchung der im Brauprozess auftretenden externen Stimuli sowie deren Einfluss auf die Apoptose von Hefezellen unterschiedlichen Zellalters.

Glutenfreies Bier

Während der Keimung wird auf natürliche Art und Weise ein Peptidasecocktail aufgebaut, der in der Lage ist, das für Zöliakiekranke schädliche Gluten abzubauen. Die dabei hauptursächlich beteiligten Peptidasen sind bislang nicht untersucht worden, die Auswirkungen dieser auf das finale Produkt (Bier) sind nicht bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit soll der Brau und Mälzungsprozess hinsichtlich der beteiligten Endo- und Exopeptidasen sowie des Glutenabbaus vertieft betrachtet werden, sodass herkömmliche Biere (Gersten/Weizenbier) unter Beibehaltung aller sonstigen Qualitätsmerkmale glutenfrei hergestellt werden können.

Der Einsatz von Crispr/Cas9 Systemen in der Getränkebiotechnologie

Die CRISPR-Cas Technik wurde aus dem bakteriellen Immunsystem entwickelt und ermöglicht das gezielte Schneiden von Genen in lebenden Zellen. Dadurch lassen sich einzelne Gene gezielt ausschalten. Das Tool CRISPR-Cas wird zur Aufklärung der Aromabildung unter industriellen Fermentationsbedingungen sowie zur Untersuchung des Flokkulationsverhaltens der Hefen eingesetzt.

Funktionalität von Biomolekülen

Die Gesamtheit eines mikrobiologischen Prozesses wird durch eine Vielzahl von enzymatischen Reaktionen beeinflusst. Durch das identifizieren funktioneller Moleküle sollen verschiedene Prozesse erklärt und beeinflusst werden. Dabei stehen neben immunologischen Nachweisverfahren, wie Western Blot und ELISA, auch spezifische Aufreinigungsverfahren zur Verfügung. Ferner werden für die Aufklärung von Interaktionen bildgebende Verfahren eingesetzt.

Biofunktionelle Getreideinhaltstoffe

Das Ziel des Projektes besteht zum einen darin, die analytischen Möglichkeiten zum Nachweisfunktioneller Inhaltsstoffe zu optimieren und zum anderen für verschiedene Getreidesorten das jeweilige Potential an gesundheitspositiven, bioaktiven Substanzen aufzuzeigen.

Degradation toxischer Getreideinhaltstoffe

Das Projekt behandelt die Möglichkeit über die Prozessmodifikation des Mälzens und Maischens den Dhurrin Gehalt (HCN) von Sorghum zu reduzieren. Insbesondere wird die Maischesäuerung über verschiedene Milchsäurebakterien und deren enzymatischer Kapazität Dhurrin zu hydrolisieren, untersucht werden. So soll letztlich ein Sorghumgetränk mit maximal reduziertem, toxischen HCN-Gehalt erzeugt werden.

Funktionelle Hefezellwände

Für die Herstellung stabiler Kapselhüllen benötigen die eingesetzten Verkapselungsrohstoffe eine ausreichend hohe Funktionalität. Organische Reststoffe aus der Lebensmittelproduktion, wie beispielsweise Bierhefe, können hierbei eine vielversprechende Alternative sein. Daher soll ein Verfahren entwickelt werden, dass die Nutzung von größeren Hefezellwandfragmenten von Brauereiresthefen als Rohstoff für die Mikroverkapselung ermöglicht.

ReGlu - Ein rekombinanter Glutenstandard

Der Nachweis von Gluten verschiedener Getreideernten in Lebensmitteln erfolgt über eine analytische Standartmethode, dem ELISA. Dieses Nachweisverfahren ist anfällig gegenüber Über- sowie auch Unterberwertungen bedingt durch die derzeit verwendeten Standards. Dieser besteht aus einen Gemisch von Weizen-, Gerste- und Roggenproteinen und wird bei jedem Lebensmittel gleichermaßen verwendet. Durch die Verwendung von rekombinant hergestellten Referenzmittel soll die Verlässlichkeit, durch eine dem Lebensmittel entsprechende Zusammensetzung, der Lebensmittelanalytik weiter verbessert werden.

Abgeschlossene Projekte

Verbesserung des Geschmacksprofils alkoholfreier Biere

Das primäre Ziel dieses Projektes ist es, alkoholfreien und alkoholarmen Bieren einen runden vollmundigen Charakter durch fermentativen Glycerineintrag zu verleihen. Dazu ist angestrebt, mittels biologischer und technologischer Verfahren sowie strenger Selektion, die Hefefermentation zu verbessern

Verwertung von Biertrebern durch hydrothermale Spaltung mit dem Ziel der Entwicklung genussfähiger Getränkegrundstoffe

Während der Bierherstellung fallen produktionsspezifische Reststoffe an, unter denen Biertreber die wichtigste und energiereichste Fraktion darstellen. Sie enthalten einen hohen Anteil hochwertiger Kohlenhydrate, welche nur schwer hydratisierbar sind. Daher soll die Anwendbarkeit der hydrothermalen Spaltung entsprechender Kohlenhydrate untersucht werden. Die hydrothermale Behandlung bietet eine Alternative im Bereich der Treberverwertung. Ziel ist es, die komplexen Kohlenhydrate zu spalten, zu isolieren und in Lösung zu bringen, um sie als nährwertsteigernde Lebensmittelzutat einem Getränkegrundstoff, der im Anschluss mit ausgewählten Milchsäurebakterien fermentiert wird, zusetzen zu können. Ein besonderes Augenmerk liegt auf den ?-Glucanen, welche bei adäquaten Konzentrationen mit Health Claims ausgelobt werden können.  Kontakt

Weizenschlempe als Bestandteil von Lebensmitteln

Weizenschlempe weist nachweislich ernährungsphysiologisch positive Eigenschaften auf und macht infolgedessen eine Verarbeitung in Biogasanlagen oder der Futtermittelindustrie aus Sicht weltweit begrenzter Ressourcen an Lebensmittel kaum noch rechtfertigbar. Im Rahmen des Projektes soll ein Weg zur Beseitigung des Fehlaromas gefunden werden, um geschmacksneutrale Weizenschlempe als Zutat in Getränken oder Sauerteig und damit als Lebensmittel einsetzen zu können. Kontakt

Einfluss der Stickstoffassimilation und Genexpression auf sensorisch aktive Aminosäuremetabolite von Saccharomyces Hefen

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, über den Einfluss einzelner Aminosäuren auf die Genexpression von Saccharomyces Hefen und die damit verbundene Synthese der Gärungsnebenprodukte unter Variation prozesstechnischer Faktoren definierte Mengen aroma-aktiver Metabolite in fermentierten Getränken biosynthetisch zu generieren um somit gezielte sensorische Eindrücke einstellen zu können. Kontakt

Membranfiltration

Der Schwerpunkt wird auf die Identifizierung der foulingrelevante Bierinhaltstoffe gelegt, so dass zum einen die Reinigung der Membranen optimal gestaltet werden kann, zum anderen aber auch der Rahmen für technologische Einflussmöglichkeiten geschaffen wird, um diese foulingrelevanten Bierinhaltsstoffe bis zur Filtration weitestgehend zu reduzieren. Kontakt