i³-food-Projekt: Wie lassen sich innovative Technologien in der Lebensmittelindustrie umsetzen?

6.3.2018

Die Anwendung innovativer Lebensmitteltechnologien scheitert oft an produktionsbedingten oder technischen Hürden, aber auch an hohen Investitionskosten. Das jetzt abgeschlossene und von der EU-Kommission finanzierte Projekt i³-food setzt hier an und entwickelte für drei ausgewählte Technologien Konzepte zur raschen industriellen Umsetzung. Das Fraunhofer ISI hat mittels einer Foresight-Analyse das Innovationsumfeld der Technologien sowie Chancen und Hindernisse erforscht und die Erkenntnisse in einer Roadmap festgehalten.

In den letzten Jahren und Jahrzehnten hat eine stetige Weiterentwicklung von Lebensmitteltechnologien stattgefunden. Dadurch lassen sich Lebensmittel nicht nur schneller und gesünder herstellen, sondern sie sind auch länger haltbar. Darüber hinaus wurde die Energieeffizienz im Produktionsprozess verbessert und eine neue Stufe verzehrfertiger Lebensmittel erreicht. Trotz der vielen Vorteile setzen sich innovative Technologien nur langsam in der Lebensmittelindustrie durch, was technische und finanzielle Gründe hat, aber ebenso am Bedenken von Konsumentinnen und Konsumenten liegen kann.

Ein Konsortium aus sechs Unternehmen und vier Forschungseinrichtungen, darunter das Fraunhofer ISI, befasste sich im Projekt i³-food mit den Chancen und Hemmnissen von drei Lebensmitteltechnologien und erforschte ihre Implementierung: Dabei handelt es sich um das Verfahren gepulster elektrischer Felder (Pulsed Electric Field Preservation, kurz PEF-P), die thermische Hochdrucksterilisation (High Pressure Thermal Sterilization, kurz HPTS) sowie ein Extrudierverfahren mit geringen Scherkräften (Low Shear Extrusion). Das Fraunhofer ISI entwickelte im Rahmen einer Foresight-Analyse drei Roadmaps, die Potenziale und Hindernisse für diese Lebensmitteltechnologien von heute bis zum Jahr 2030 abbildet.

Gesündere und abwechslungsreichere Produkte?

Mit dem Planetwalzen-Extrusionsverfahren wurde zunächst eine relativ neue Lebensmitteltechnologie betrachtet, die bisher unter anderem bei der Verarbeitung von Schokolade genutzt wird. Ziel war es, die Vorteile dieses Verfahrens auf die Herstellung von Speiseeis zu übertragen. Bei herkömmlichen Schnecken-Extrudern gestaltet sich die Kontrolle wichtiger Parameter wie der Produkttemperatur oder der Schergeschwindigkeit oft schwierig, was zu Qualitätseinbußen führen kann. Im Projekt wurde daher ein Planetenwalzen-Extruder mit geringen Schergeschwindigkeiten eingesetzt, der über Temperatur-, Druck- und Dichte-Sensoren verfügt und mit denen der Herstellungsprozess von Speiseeis besser überwachbar ist. Dadurch lässt sich nicht nur Zeit und Energie sparen, sondern auch ein gesünderes und cremigeres Eis produzieren. Dies ist auf die verkleinerten Eiskristalle zurückzuführen, die sich bei diesem Verfahren ohne den Zusatz von Zucker bilden. Wie die Roadmap zeigt, könnte die Technologie bis 2025 und darüber hinaus zu gesünderen und abwechslungsreicheren Produkten führen. Umgekehrt könnte das Fehlen von Experten, technischer Ausstattung und von Testmöglichkeiten im selben Zeitraum die Verbreitung verzögern.

Die ebenfalls im Projekt untersuchte thermische Hochdrucksterilisation, kurz HPTS, ist eine lebensmittelstabilisierende Technologie, die sich bei gering verarbeiteten Produkten wie Guacamole, Obstsalaten oder Lachs einsetzen lässt. Im Unterschied zur Hochdruckpasteurisierung ist die thermische Belastung der Lebensmittel beim HPTS-Verfahren geringer, was sich positiv auf Farbe, Textur, Geschmack und Nährstoffgehalt auswirkt. Da das Verfahren auf Wärmeeinwirkung basiert, ist die Kontrolle der Temperatur entscheidend. Ein im Projekt entwickelter Sensor ermöglicht eine bessere Überprüfung der Temperatur und des Drucks. Was die zukünftigen Potenziale von HPTS anbelangt, könnte das Verfahren in naher Zukunft auch bei Produkten wie Smoothies oder Suppen angewendet werden. Diesen stehen jedoch Hemmnisse wie hohe Technologiekosten oder unterschiedliche Marktvoraussetzungen in verschiedenen Ländern entgegen, die bis 2025 die Verbreitung der HPTS-Technologie hemmen könnten.

PEF-Technologie ermöglicht verbesserte Konservierung

Die dritte untersuchte PEF-Technologie wird fast ausschließlich zur Konservierung von Frucht- oder Gemüsesäften eingesetzt. Sie erhöht ihre Haltbarkeit und die schonende Verarbeitung wirkt positiv auf Frische und Qualität. Derzeit setzen nur wenige KMU die PEF-Konservierung ein, was sich unter anderem auf eine fehlende standardisierte Verfahrenskontrolle sowie fehlende Gesetzgebungsrichtlinien für PEF-behandelte Lebensmittel zurückführen lässt. Im Projekt wurde daher ein standardisiertes Online-Überwachungstool entwickelt, das die diversen Prozess- und Betriebsparameter der PEF-Konservierung (zum Beispiel Energieeinsatz, Temperatur) berücksichtigt. Die Roadmap weist unter anderem auf mögliche positive Aspekte wie die hohe Qualität der PEF-Produkte, einen nachhaltigen Betrieb durch wenig Abfälle und die gute Integrierbarkeit der Technologie in bestehende Systeme hin, die bis 2020 zu einer steigenden Verbreitung führen könnten. Hemmend wirken könnte in naher Zukunft eine mögliche geringe Kundenakzeptanz, die Notwendigkeit einer Anpassung der aktuellen Lebensmittelgesetzgebung sowie die hohen Investitionskosten.

Dr. Björn Moller, der am Fraunhofer ISI die Roadmaps zum i³-food-Projekt koordiniert hat, fasst die zentralen Forschungserkenntnisse zusammen: »Bei allen drei Lebensmitteltechnologien lassen sich gewisse Parallelen beobachten: So sind hohe Anschaffungskosten, eine hohe Komplexität und fehlende Expertise oft ein Hindernis, während Möglichkeiten zum Energiesparen, eine gute technische Integrierbarkeit, eine hohe Produktqualität sowie die mögliche Diversifikation von Produkten positiv auf die Verbreitung der Technologien wirkt. Industrie, Forschung und Politik müssen gemeinsam dafür sorgen, stärker die positiven Aspekte durch innovative Technologien aufzuzeigen, Know-How zur Verfügung stellen und für eine angemessene Regulierung sorgen. Nur so lassen sich innovative Lebensmitteltechnologien in der Praxis auch umsetzen – und dies ist notwendig, um die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Lebensmittelindustrie sicherzustellen.«

Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI analysiert Entstehung und Auswirkungen von Innovationen. Wir erforschen die kurz- und langfristigen Entwicklungen von Innovationsprozessen und die gesellschaftlichen Auswirkungen neuer Technologien und Dienstleistungen. Auf dieser Grundlage stellen wir unseren Auftraggebern aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft Handlungsempfehlungen und Perspektiven für wichtige Entscheidungen zur Verfügung. Unsere Expertise liegt in der fundierten wissenschaftlichen Kompetenz sowie einem interdisziplinären und systemischen Forschungsansatz.