Ziel der Entwicklung
Ziel dieses Vorhabens war es, mittels einer gezielt prozesstechnischen Herstellung von Wasserkefir-(typischen) Produkten eine Überwachung, Steuerung und Regelung u.a. der Alkohol- sowie CO₂-Bildung im Produkt zu realisieren. Diese innovative Herangehensweise weicht vom aktuellen Stand der Herstellung von Wasserkefir ab, wobei die Entwicklung technologischer Lösungen mit der Einhaltung produktcharakteristischer Merkmale einhergeht.
Zur Bearbeitung des Projekts wurden drei Schwerpunkte festgesetzt. (1) sollte durch den Einsatz definierter charakteristischer Starterkulturen und auf Basis von Prozesswissen eine steigende Kontrolle und gezielte Lenkung von charakteristischen Produktmerkmalen erreicht werden. (2) war es wichtig, die Reproduzierbarkeit des Prozesses sowie die Übertragung in industrielle Maßstäbe unter der Einhaltung von Qualitätsmanagementprozessen bis hin zu Risikoabschätzungen mit zunehmendem Wissen rund um den Herstellprozess zu bewerten. (3) mit dem Ziel eine gute Kontrollierbarkeit des Alkoholgehaltes in den Produkten zu erreichen, sollte eine technologische und räumliche Trennung der Fermentationsphasen von Hefegärung und Milchsäurefermentation durch mechanische Abtrennung etabliert werden.
Vorteile und Lösungen
Im Zuge der Prozessentwicklung wurden zunächst Referenzbereiche für die relevanten Prozesskenngrößen (z.B. Gesamtzuckerabbau, pH-Wert-Verlauf, Verlauf der Ethanol- sowie Milchsäurekonzentration) und Produktcharakteristika (sensorische Beurteilung) bei der Herstellung von Wasserkefir mit traditionellen (komplexen) und definierten Co-Kulturen festgelegt. Vielversprechende Kandidatenstämme für definierte Co-Kulturen wurden auf ihre Eignung für die Wasserkefirherstellung identifiziert, geprüft und hinsichtlich ihrer Stoffwechselleistungen charakterisiert.
Zur Verifizierung weiterer Prozesslenkungsmöglichkeit wurde der Einfluss von Belüftungsstrategien, Fermentationstemperatur und die Zugabe von Nährstoffen geprüft. Weiterhin konnte eine schrittweises Herstellungsverfahren durch die Trennung der Hefe- und Milchsäuregärung durch zwei Filtrationsmethoden etabliert und validiert werden. Steuerbare Prozessgrößen wurden mittels statistischer Analysen benannt und es konnte erfolgreich eine Kaskadenregelung für das Belüftungsregime zur Minimierung der Ethanolbildung im Bioreaktor implementiert werden.
Aufgrund der unzureichenden Lagerfähigkeit unbehandelter Produkte wurden Maßnahmen der Nachbehandlung zur Erhöhung der Produktstabilität untersucht und die Effektivität dieser Maßnahmen beschrieben. Dabei wurde die Entwicklung der Produktbeschaffenheit und Zellviabilität während der Lagerung unter Betrachtung der verschiedenen Nachbehandlungen umfassend analysiert. Basierend auf den gewonnenen Daten und einer kontinuierlichen Risikobewertung des Herstellungsprozesses wurde ein HACCP-Konzept für Wasserkefir-(typische) Getränke erarbeitet und dokumentiert.
Insgesamt lieferten die durchgeführten Studien wichtige Erkenntnisse zur Standardisierung und Optimierung der Wasserkefirproduktion. Das dabei generierte Wissen im Bereich definierter und regelbarer Herstellprozesse und die technologischen Lösungen während des komplexen Fermentationsprozesses sowie der Produktlagerung dienen der Etablierung von entsprechenden industriellen Herstellungsverfahren mit ausreichender Qualitätssicherung.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Nachfrage der Verbraucher nach sauer fermentierten Getränken ist weiterhin ungebrochen hoch. Als Hauptgrund kann das wachsende Interesse an spezifischen Geschmacksmerkmalen und den potenziell assoziierten Effekten der entsprechenden Getränkekategorien auf die Gesundheit angesehen werden. Die VLB als renommierte nationale und internationale Anlaufstelle der Brau- und Getränkebranche kann durch die eingehenden Anfragen von Getränkeherstellern eine deutliche Zunahme der Aktivitäten in der Entwicklung deutscher Firmen, insbesondere von KMUs, von sauer fermentierten Getränken beobachten. Die unzureichende Prozesskontrolle sowie ungelöste Herausforderungen in Bezug auf die Lagerstabilität stellen derzeit die Hauptbarrieren für eine Produktionsskalierung und damit verbundene wirtschaftliche Optimierung dar. So kommen eine Vielzahl von Produzenten während des Unternehmenswachstums zu dem Punkt, an dem der erhöhte Produktionsbedarf durch Parallelisierung der bestehenden Getränkeherstellungstechnologie oder aber durch die Nutzung leicht verfügbarer unausgereifter Produktionstechnologien adressiert wird.
Zielmarkt für die im Rahmen des Projektes erzielten Ergebnisse der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind daher KMU, die ihre Produkte national und europaweit vermarkten. Diese profitieren vorrangig durch die Anwendung der erarbeiteten Prozesse, mit der sie die Produktionseffizienz und die Produktsicherheit deutlich steigern können. Damit erfolgt die Vermarktung der erzielten Forschungsergebnisse von Beginn an auf nationaler sowie internationaler Ebene, um möglichst zügig eine entsprechende Reichweite zu erhalten.
