Pulse2Cheese

Forschungstitel:
Verständnis der Wechselwirkungen von Proteinen und Stärken zur Verbesserung des Schmelzverhaltens von veganem Käse

Arbeitsgruppe: Pflanzliche Lebensmittel

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:

  1. Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV Freising, Dr. Isabell Muranyi
    in Kooperation mit University of Campinas and Instituto de Tecnologia de Alimentos, Brasilien

IGF-Vorhaben: 01IF00372E
Finanzierung: BMWK
Laufzeit: 2024 – 2026

Das Konsumverhalten zeigt weltweit einen deutlichen Wandel hin zu einer bewussteren und nachhaltigeren Ernährung mit steigender Nachfrage nach pflanzlichen Alternativen. In Deutschland und Brasilien verzeichnet der Markt für vegane Käsealternativen in den letzten Jahren ein enormes Wachstum. Eine der wichtigsten technologischen Herausforderungen im Bereich der veganen Käsesorten stellt jedoch das Schmelzverhaltens der Produkte dar.

Bei traditionellem Kuhmilchkäse schmilzt physikalisch gesehen das enthaltene Fett infolge der Erwärmung auf über 40 °C. Gleichzeitig festigen sich die intramolekularen hydrophoben Wechselwirkungen der Proteine, während sich die intermolekularen Verbindungen lockern. Das Protein beginnt zusammen mit dem Fett zu fließen. Pflanzliche Proteine sind jedoch komplexer aufgebaut als die Caseine und werden nicht über Calcium-Brücken stabilisiert. Somit fehlt ihnen diese Fließeigenschaft beim Erhitzungsvorgang. Jedoch können Polysaccharide, wie Stärke, in die pflanzlichen Käsealternativen integriert werden. Stärkekörner verkleistern bei einem Überschuss an Wasser, wodurch ein viskoser Zustand erreicht wird. Je nach Milieubedingung kann die Stärke mehr oder weniger stark mit den Proteinen wechselwirken. Diese Wechselwirkungen umfassen nicht-kovalenten und Wasserstoffbrückenbindungen sowie hydrophobe und elektrostatische Wechselwirkungen. Es wird erwartet, dass Proteine die Verkleisterung von Stärke unterstützen, wenn beide Komponenten ausreichend stark miteinander interagieren und eine möglichst hohe molekulare Flexibilität der Proteine gegeben ist.

Das Ziel von Pulse2Cheese ist es, die Entwicklung sensorisch attraktiver vegane Käsesorten voranzutreiben indem Protein-Stärke-Wechselwirkungen verstanden und zur Verbesserung der anwendungsbezogenen Eigenschaften genutzt werden.

Hierzu werden zunächst brasilianische und deutsche Hülsenfrüchte gescreent, um geeignete Quellen für Proteine und Stärke mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Funktionalität auszuwählen. Nach der Gewinnung von Protein- und Stärkeisolaten wird die Protein-Stärke-Wechselwirkung in Abhängigkeit der Mischungszusammensetzung und Milieubedingung untersucht sowie die Emulgier- und Geliereigenschaften, sowie die Mikrostruktur, Sensorik und das Fließverhalten optimiert. Die Erkenntnisse werden auf die Formulierung von Modellrezepturen übertragen und hin zu veganen Käsemodellsystemen optimiert und die technologische Machbarkeit aufgezeigt. Die vielversprechendsten Mischungen werden fermentiert und zu schnittfähigen Käsealternativen gereift. Schließlich wird die industrielle Umsetzung und Anwendbarkeit dieser veganen Käsesorten in Deutschland und Brasilien durch Applikation in beliebten Lebensmitteln wie Tiefkühlpizza und Pão de Queijo (brasilianische Käsebällchen) demonstriert.

Pulse2Cheese soll die begrenzten Forschungskapazitäten von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) kompensieren, ihre Wettbewerbsfähigkeit stärken und ihr Portfolio von dem, multinationaler Unternehmen abheben. Auf diese Weise ermöglichen die Ergebnisse des Projekts den KMU, industriell optimierte Verarbeitungstechniken anzuwenden, um hochwertige Käsealternativen mit verbesserten sensorischen, texturellen, funktionellen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften herzustellen. Durch das Forschungsvorhaben soll die Akzeptanz der Verbraucher für vegane Käsesorten auf der Basis von Hülsenfrüchten verbessert werden.

Das hier vorgestellte IGF-Vorhaben wird im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.