Forschungsschwerpunkte

Üblicherweise werden Naturfarbstoffe aus Pflanzen gewonnen, die jedoch nur einmal im Jahr geerntet werden können und schwankenden Umwelteinflüssen unterliegen. Als Alternative werden Zellkulturen von Pigment bildenden höheren Pilzen genutzt, die unter kontrollierten Bedingungen im Bioreaktor wachsen. Die Nutzung von Reststoffströmen der Agrarindustrie ermöglicht eine bioökonomische Produktion.

Triterpene wie Squalen sind wichtige Biomoleküle, beispielsweise für Kosmetika oder als Vorläufer für die Steroidbiosynthese. Industriell wird Squalen aus Pflanzen- und Fischölen, vor allem aber aus Hailebertran gewonnen, welche deshalb intensiv bejagt werden. Ziel dieses Projektes ist die Triterpenproduktion in Mikroalgen, die auf industriell ungenutzten Nebenströmen wachsen, um einen kostengünstigen und nachhaltigen Prozess zu schaffen und die Biodiversität zu erhalten.

Etherische Öle wie z. B. Citrus- oder Pfefferminzöl finden breite Anwendung in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie. Wertbestimmend sind Mono- und Sesquiterpene, die als typische pflanzliche Metabolite nur durch zerstörende Extraktion gewonnen werden können. Das pflanzenähnliche Biosynthesepotential von Basidiomyceten schafft eine Alternative. Durch Identifizierung und nachfolgende heterologe Produktion der verantwortlichen Enzyme, den Terpencyclasen, streben wir eine gezielte und ressourcensparende Herstellung von geruchsaktiven Terpenen an.

Monokaryotische Stämme von Basidiomyceten besitzen nach der Meiose eine unterschiedliche genetische Ausstattung.  Diese natürliche Variation resultiert in unterschiedlicher biochemischer Leistungsfähigkeit. Mithilfe biochemischer Assays können optimierte Stämme für biotechnologische Anwendungen selektiert werden, ohne dass rekombinante Techniken verwendet werden müssen, ein wichtiger Aspekt im Bereich Lebensmittel.

Der hohe Salzkonsum, der in den meisten Industrienationen doppelt so hoch liegt wie von der World Health Organization (WHO) empfohlen, steht in Verbindung mit zahlreichen gesundheitlichen Risiken wie z. B. Bluthochdruck und Herz-/Kreislauferkrankungen. Das Institut forscht an der enzymtechnologischen Gewinnung von Salzgeschmack verstärkenden Peptiden, die helfen, den Salzgehalt von Lebensmitteln ohne geschmackliche Einbußen zu reduzieren.

Umami ist neben sauer, süß, salzig und bitter die fünfte anerkannte aber am wenigsten bekannte Geschmacksmodalität. Der fleischige, einer Brühe ähnelnde Geschmack ermöglicht eine verminderte Salzdosierung und ergibt ein angenehmes sensorisches Geschmacksbild. Umami wird hauptsächlich durch Mononatriumglutamat (MSG) hervorgerufen. Da es wissenschaftlich nicht belegte, aber dennoch kritische Verbrauchermeinungen zu MSG gibt, sucht das Institut nach lebensmitteleigenen Peptiden als MSG-Ersatz.

Rapsprotein fällt durch die Herstellung von Rapsöl in großen Mengen als Nebenstrom an. Eine Verwendung in Lebensmitteln wird jedoch durch den intensiven bitteren Beigeschmack eines Kaempferolglycosides behindert. Eine gezielte, enzymatische Behandlung zur Spaltung des Glycosids könnte wesentlich zu einer Erschließung als biologisch hochwertige Proteinquelle für den menschlichen Konsum beitragen.

Vielen Menschen bereitet der Genuss von Kaffee Magenprobleme, die unter anderem den enthaltenen Chlorogensäuren zugeschrieben werden. Ein Abbau von Chlorogensäuren mittels höheren Rösttemperaturen und -zeiten verändert unvermeidlich den Geschmack und Geruch. Die enzymatische Behandlung von Kaffeepulver oder –getränk entkoppelt den Chlorogensäureabbau von der Aromabildung und kann besser verträgliche Produkte erzeugen. Das enzymtechnologische Verfahren ist inzwischen erfolgreich auf den ebenfalls Chlorogensäure reichen Apfelsaft übertragen worden.

Gelatine spielt aufgrund seiner besonderen Gelbildungseigenschaften eine große Rolle in der Lebensmittelproduktion, stellt wegen seines tierischen Ursprungs aber für viele Menschen aus unterschiedlichen Gründen ein Problem dar. Aus Nebenströmen der Lebensmittelproduktion wurden durch enzymatische oxidative Quervernetzung pflanzliche Gele produziert und in ihren Eigenschaften charakterisiert. Die neuartigen Strukturbildner besitzen gelatineartige rheometrische Eigenschaften.

Basidiomyceten bieten durch ihr breites Produktspektrum flüchtiger Verbindungen ein enormes Potential für die Identifizierung neuer Aromastoffe. Ein Beispiel ist das kürzlich als neuer Naturstoff identifizierte Polyketid (5E/Z,7Z,9 )-Decatrien-2-on, welches ein intensives Ananas-ähnliches Aroma besitzt.

Steigende Nachfrage und multiple Krisen in den Anbauländern verursachen eine Verknappung des weltweiten Angebots an Vanilleschoten. Obwohl die Hülle der Vanilleschote reich an Aromen ist, bleibt diese in der Regel wegen ihrer harten Textur ungenutzt. Mithilfe von Enzymen aus Basidiomyceten sollen natürliche Aromaextrakte aus der ganzen Vanilleschote hergestellt werden, um diese wertvolle Ressource nachhaltiger zu nutzen.

Zahlreiche Lebensmittel werden durch Räuchern konserviert und aromatisiert. Der entstehende Rauch enthält jedoch nicht nur Aromastoffe, sondern auch potentiell krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Amine, Kresole und mehr. Eine aktuelle Arbeit am Institut fokussiert sich auf die Substitution der klassischen Holzpyrolyse durch eine Enzymkaskade, die den unbedenklichen und chemisch reinen natürlichen Schlüsselaromastoff des Raucharomas produziert.