Die Integration von Mikroalgen in Lebensmittel beeinflusst deren Textur infolge der spezifischen Wasserbindung und Löslichkeit der frischen oder getrockneter Biomasse [1]. Prozessschritte in der Lebensmittel¬produktion, wie z.B. Trocknen, Erhitzen, Gefrieren und/oder starke Scherung, beeinflussen dabei Wasserbindung und Löslichkeit der Mikroalgen. Letztlich wirken sich diese Prozesse auch auf die Verfügbarkeit für den menschlichen Verdau und somit auf die ernährungsphysiologische Verwertbarkeit der Zellinhaltsstoffe der Mikroalgen aus. Ziel der Studie war es, am Beispiel der Mikroalgen Limnospira maxima und Chromochloris zofingiensis vergleichend aufzuzeigen, welche Auswirkungen thermische, kryogene und mechanische Prozesse auf Wasserbindung, Löslichkeit und Verdau haben.
Die frischen Biomassen von L. maxima und C. zofingiensis wurden mit 0,9%iger NaCl-Lösung gewaschen, zentrifugiert, auf eine identische Trockenmasse eingestellt bzw. nachfolgend zu Pulver gefrier¬getrocknet. Für die Mikroalgensuspensionen und resuspendierten Pulver wurden Wasserbindung und Löslichkeit mittels Suspendierens in entionisiertem Wasser und anschließender Zentrifugation ermittelt. Der Verdau wurde in vitro mittel Pepsin-HCl-Aufschluss zur Simulation der Magenverdauung sowie eines Pankreatin-Aufschlusses mit Gallensalzen zur Simulation der Bedingungen im Dünndarm bestimmt. Analog wurden diese Methoden nach Erhitzen, Gefrieren und starker Scherung der Mikroalgensuspensionen angewandt. Ergänzend erfolgten die Bestimmung der Zusammensetzung der Mikroalgen-pulver sowie Farbmessungen und mikroskopische Analysen jeweils vor und nach den Behandlungen der Mikroalgensuspensionen zur Interpretation der Ergebnisse.
Morphologisch bedingt wies frische, zentrifugierte Mikroalgensuspension von L. maxima eine höhere Wasserbindung auf als C. zofingiensis und hatte zugleich eine höhere Löslichkeit. Eine Trocknung frischer Biomasse beider Mikroalgenarten steigerte jeweils die Löslichkeit. Differenzierter gestaltete sich der Einfluss von Hitze, Gefrieren und Scherung auf die Wasserbindung, da diese Prozesse Zellstrukturen zerstören können. Dadurch kann Zellflüssigkeit freigesetzt werden, sich aber auch die Anzahl an Partikel und die spezifische Oberfläche verändern. Des Weiteren kann bei Hitzeeinwirkung eine Proteindenaturierung zum Verlust der Wasserbindung und Verringerung der Löslichkeit führen. Der in vitro Verdau von L. maxima blieb weitgehend unbeeinflusst von der Prozessierung, während er bei C. zofingiensis durch Trocknung, Gefrieren und Erhitzen sowie insbesondere durch starke Scherung der frischen Mikroalgenbiomasse deutlich gesteigert werden konnte. Wasserbindung, Löslichkeit und in vitro Verdau nach der Behandlung der Mikroalgensuspensionen waren dabei spezifisch sowohl von der Mikroalgenart als auch von der Vorbehandlung durch Trocknung abhängig.
Die Kenntnis der Wasserbindefähigkeit und Löslichkeit von Mikroalgenzusätzen erleichtert bei der Produktentwicklung die Rezepturerstellung und die Beurteilung von Veränderungen der Wasserbindung während der Verarbeitung und letztlich der Textur des entwickelten Lebensmittels.

Förderhinweis: Die Studie wurde im Rahmen der Bekanntmachung des BMBF „Innovationsräume Bioökonomie“, Innovations¬raum „NewFoodSystems – Neue Lebensmittelsysteme“ („ENABLE“, FKZ: 031B1522B) gefördert.

Literatur
[1] Bernaerts, T. M. M., Gheysen, L., Foubert, I., Hendrickx, M. E. & Van Loey, A. M. (2019) The potential of microalgae and their biopolymers as structuring ingredients in food: A review. Biotechnol. Adv. 37(8), 107419. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2019.107419.