Ziel der Entwicklung

Die Backwarenindustrie benötigt funktionelle Zutaten, mit denen sich Produkteigenschaften gezielt beeinflussen lassen. Neben der technologischen Wirksamkeit besteht Interesse an fermentationsbasierten Zutaten und natürlichen Herstellungsverfahren. Koji, ein mit dem Pilz Aspergillus oryzae fermentiertes Substrat, bietet hierfür einen Ansatz: Während der Fermentation entstehen Enzyme, die unter anderem Stärke abbauen und dadurch die Eigenschaften von Backwaren beeinflussen können.
Die traditionelle Koji-Herstellung erfordert einen hohen manuellen Aufwand. Für die Übertragung in größere, technisch kontrollierte Prozesse müssen insbesondere Temperatur, Substratfeuchte, Sauerstoffversorgung und Bewegung des Substrates aufeinander abgestimmt werden. Zu feuchter oder zu stark durchmischter Reis kann verdichten, wodurch die Versorgung des Pilzes mit Sauerstoff eingeschränkt wird.
Ziel des Vorhabens war daher die Weiterentwicklung und Untersuchung eines automatisierten Festphasenfermenters zur Herstellung enzymaktiver Reisfermente. Dabei sollten eine kontrollierte und perspektivisch energieeffiziente Prozessführung, die Stabilisierung der erzeugten Fermente und deren Anwendung in Backwaren untersucht werden. Das Vorhaben sollte damit die verfahrenstechnischen Grundlagen für eine spätere wirtschaftliche Herstellung fermentationsbasierter Backzutaten schaffen.

Vorteile und Lösungen

Im Projekt wurde ein Festphasenfermenter mit Temperierung, automatisierter Substratumwälzung, Belüftungsmöglichkeiten und Prozesssensorik weiterentwickelt und erprobt. Ergänzend wurde eine Ultraschallverneblung zur Befeuchtung ausgelegt, integriert und untersucht. Die messtechnische Überwachung ermöglichte es, die Fermentationsbedingungen kontinuierlich zu erfassen und die Prozessführung gezielt anzupassen.
Die Versuche zeigten, dass insbesondere die Struktur und Feuchtigkeit des Reises für eine erfolgreiche Fermentation entscheidend sind. Durch eine angepasste Substratvorbereitung und eine schonende, intervallartige Umwälzung konnten günstige Bedingungen für das Pilzwachstum geschaffen werden. Im weiterentwickelten Prozess wurde die erforderliche Substratfeuchte über die Reisvorbereitung eingestellt, sodass auf eine zusätzliche Aerosolbefeuchtung verzichtet werden konnte.
Die Fermentation wurde zunächst erfolgreich im 5-kg-Maßstab durchgeführt und anschließend erfolgreich auf den 30-kg-Maßstab übertragen. Dabei wurden Substratvorbereitung, Feuchteführung und mechanische Umwälzung auf die größere Ansatzmenge abgestimmt. Die Untersuchungen lieferten konkrete Erkenntnisse zum Zusammenspiel von Reistextur, Feuchte, Schichtdicke und mechanischer Belastung.
Die erzeugten Koji-Fermente enthielten stärkeabbauende Enzyme, insbesondere α-Amylase und Glucoamylase. Durch Tiefkühlung beziehungsweise Gefriertrocknung konnten enzymaktive Präparate erhalten werden. Innerhalb des untersuchten Lagerzeitraums wurden keine wesentlichen Verluste der relevanten Enzymaktivitäten festgestellt.
In Backversuchen mit Weizenbackwaren konnten durch den Einsatz der Koji-Präparate die Krustenbräunung, die Porenstruktur und das Gebäckvolumen beeinflusst werden. Damit wurde das Potenzial der Reisfermente als funktionelle, fermentationsbasierte Zutaten für backtechnologische Anwendungen gezeigt.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Ergebnisse richten sich insbesondere an Unternehmen der Backwarenindustrie und des Bäckerhandwerks, Hersteller funktioneller Lebensmittelzutaten sowie Unternehmen der Fermentationstechnologie. Maschinen- und Anlagenbauer kommen als Partner für die Weiterentwicklung und spätere technische Umsetzung infrage. Angestrebt wird der Transfer zunächst in Deutschland und perspektivisch in europäische und weitere internationale Märkte.
Für Anwender liegt das Potenzial in fermentationsbasierten Zutaten, die technologische Wirkungen in Backwaren entfalten können. Ein im Projekt untersuchtes Anwendungsbeispiel ist die Beeinflussung der Krustenbräunung von Weizenbackwaren durch enzymaktive Koji-Präparate. Darüber hinaus können Anlagenentwickler die gewonnenen Erkenntnisse zur Substratvorbereitung, Feuchteführung und schonenden Umwälzung für die Auslegung von Festphasenfermentationssystemen nutzen.
Der Transfer soll über direkte Industriegespräche, Fachveranstaltungen, Demonstrationen, Entwicklungspartnerschaften und weiterführende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erfolgen. Hierbei können die Prozessführung, die Produktaufarbeitung und die backtechnologische Anwendung an konkrete Anforderungen interessierter Unternehmen angepasst werden.
Mit mehreren Unternehmen wurden bereits Gespräche geführt, die grundsätzliches Interesse an den Ergebnissen erkennen ließen. Für weitergehende Kooperationen stehen die Absicherung reproduzierbarer Fermentationsbedingungen und einer zuverlässigen hygienischen Prozessführung im Vordergrund. Die Präsentation der Ergebnisse und die Ansprache geeigneter Umsetzungspartner sollen 2027 intensiviert werden.
Für das ttz Bremerhaven ergeben sich wirtschaftliche Perspektiven insbesondere durch anschließende Entwicklungsaufträge, analytische Leistungen, Beratung und Wissenstransfer. Bei erfolgreicher Weiterentwicklung und Einbindung geeigneter Umsetzungspartner kommen zusätzlich Vereinbarungen zur Nutzung des erarbeiteten Know-hows sowie Lizenz- oder Umsatzbeteiligungsmodelle in Betracht.