4 Herausforderungen bei der Lebensmittel- und Getränkeformulierung

Chemische und physikalische Emulsionsdestabilisierung von Lebensmitteln und Getränken ist unvermeidbar, da zahlreiche miteinander verknüpfte Faktoren zusammenwirken, um das langfristige thermodynamische Verhalten von Lebensmittel-Emulsionen, Suspensionen und Schäumen zu verändern. Dies kann dramatische Auswirkungen auf die Haltbarkeit, Textur und Mundgefühl des Produkts haben, sogar auf den Geschmack.

Daher hat die Verbesserung der Stabilität von in Lebensmitteln und Getränken eingesetzten kolloidalen Systemen höchste Priorität, um die Produktqualität über die Zeit zu erhalten und die bestmögliche Kundenwahrnehmung zu gewährleisten.

Die zugrunde liegende Herausforderung der Stabilität von Dispersionen in Lebensmitteln und Getränken ist die komplexe Natur der Mechanismen der kolloidalen Instabilität. Mehrere Destabilisierungsphänomene können die kolloidale Stabilität beeinflussen, abhängig von den interagierenden Rohstoffen in der Dispersion, deren Umgebungs- oder Lagerungsbedingungen sowie der Art der Anwendung oder Ausbringung.

In diesem Artikel erläutern wir einige der wichtigsten Herausforderungen in der Stabilität von Lebensmitteln und Getränken ausführlicher.

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1. Ringbildung in Getränken

Ringbildung ist ein häufiger Verschlechterungsprozess, der konzentrierte Getränke betrifft. Es handelt sich um eine Form der Aufrahmung, die in den Menisken von Dispersionen auftritt, wobei die Oberflächenspannung dazu führt, dass die konzentrierte Phase dieser Flüssigkeit an der Innenseite des Behälters haftet und einen Ring bildet.

Dieses Phänomen kann bis zu sechs Monate dauern, bevor es mit dem bloßen Auge sichtbar wird. Um jedoch qualitativ hochwertige Produkte und effiziente Herstellungsprozesse aufrechtzuerhalten, müssen Produkte in einem deutlich kürzeren Zeitrahmen getestet werden.

Wägehilfsmittel wie bromiertes Pflanzenöl (BVO) werden häufig eingesetzt, um die Auswirkungen von Dichteunterschieden zwischen dispergierten Öltropfen und der wässrigen Phase zu begrenzen und so die kolloidale Stabilität zu verbessern. Allerdings gelten BVO und andere herkömmliche Beschwerungsmittel als ungesund. Die Stabilitätsprüfung von Getränken beschäftigt sich zunehmend mit neuartigen Inhaltsstoffen, die Zusatzstoffe wie BVO ersetzen sollen.

2. Aufrahmung und Ausflockung von Molkereiprodukten

Aufrahmung ist ein äußerst komplexer Instabilitätsmechanismus, der von verschiedenen Materialeigenschaften und mechanischen Einflüssen beeinflusst wird. Es ist ein zentrales Phänomen, das der Haltbarkeit verschiedener Milchprodukte zugrunde liegt; dessen Geschwindigkeit und Ausprägung variieren je nach Fettgehalt, Homogenität der Fettkügelchen in der wässrigen Phase, dem Vorhandensein zusätzlicher Mineralstoffe wie Kalzium (Ca) oder weiterer Zusätze wie Bakterien und Proteine. Unterschiedliche Produkte können die Prüfung der Dispersionsstabilität zusätzlich erschweren. Fett- und zuckerfreie Molkereiprodukte können deutlich andere Instabilitätskinetiken oder -mechanismen aufweisen als herkömmliche Produkte.

Die Aufrahmung tritt unter gleichen Bedingungen bei homogenisierten und nicht-homogenisierten Milchprodukten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf, wobei sich bei vollfetter und teilentrahmter nicht-homogenisierter Milch schneller dickere Aufrahmungsschichten bilden.

Molkereiprodukte sind durch derart komplexe Instabilitätsphänomene gekennzeichnet. Joghurt entsteht durch die Gelierung von Milchproteinen, eine Form der Flockung, die durch mehrere unterschiedliche kinetische Bereiche gekennzeichnet ist (Koagulation, Bakterienwachstum und Bildung eines gelierten Netzwerks).

3. Rekonstitution von Lebensmittelpulver

Die Milchindustrie hat das Problem der kolloidalen Instabilität traditionell dadurch vermieden, dass Milchprodukte zu Milchpulver dehydriert werden, das bei Bedarf wieder rekonstituiert werden kann. Dies ist ideal, da das Pulver kosteneffizient und platzsparend ist und zu grünen Initiativen beiträgt. Die Dehydrierung bringt jedoch eine Vielzahl zusätzlicher Herausforderungen aus Sicht der Stabilität mit sich. Es ist wichtig, die Eigenschaften des rekonstituierten Produkts zu beurteilen, um seine Ähnlichkeit mit der ursprünglichen Form festzustellen. Schwankungen in der globalen Stabilität von rekonstituiertem Milchpulver könnten auf ein vergleichsweise minderwertiges Produkt oder suboptimale Rehydrierungsprozesse hindeuten.

Die Stabilität von Lebensmittelpulvern wird häufig durch deren Auflösungskinetik charakterisiert, die durch Parameter wie Benetzbarkeit, Sinkverhalten und Dispergierbarkeit bestimmt wird. Die Beurteilung der Trockenpulverqualität für die Rekonstitution in Flüssigkeiten erfordert möglicherweise ein umfassendes Verständnis dafür, wie gut eine Pulverschicht das Wasservolumen durchdringt (Benetzbarkeit), wie schnell sie die Oberflächenspannung der Flüssigkeit überwinden kann, um in die Flüssigkeit einzusinken (Sinkfähigkeit), und mit welcher Geschwindigkeit sich eine Sedimentschicht in der Flüssigkeit auflöst (Dispergierbarkeit).

4. Emulgierungseigenschaften von Pflanzenproteinen

Marktherausforderungen stellen ebenfalls erhebliche Hindernisse für die Stabilität von Lebensmitteln und Getränken dar, da Verfügbarkeit und Kosten essentieller Zutaten die Return on Investment aus Endprodukten erheblich beeinflussen können. Die Verfügbarkeit von emulgierenden Proteinen ist eine besondere Herausforderung, da diese essenziellen Rohstoffe erheblichen Marktschwankungen und Verfügbarkeitsfluktuationen unterliegen.

Forschende versuchen, dieses Problem zu lösen, indem sie die potenziellen Emulgierungseigenschaften von Pflanzenproteinen wie Erbsen- und Sojaextrakten evaluieren. Die Eliminierung der Verwendung tierischer Proteine ist inzwischen von kommerzieller, ethischer und ökologischer Bedeutung. Pflanzenproteine sind derzeit ein Abfallprodukt mit sehr geringem offensichtlichem Wert. Die Nutzung dieses Abfallprodukts für die Emulgierung würde erhebliche Vorteile für unseren Planeten bringen, da sie die Abhängigkeit von tierischen Produkten beseitigt und dem ökologisch wichtigen Trend hin zum Veganismus entspricht.

Dies erfordert ein fundiertes Verständnis der globalen Stabilität der Dispersion und der Stabilitätskinetik von Probencolloiden sowie der Proteinkonzentration und der Tröpfchengröße.

5. Lebensmittel- & Getränke-Stabilitätsprüfung mit Turbiscan

Die Turbiscan-Reihe ist auf Stabilitätsprüfungen von Formulierungen spezialisiert und bietet eine Reihe fortschrittlicher Instrumente, die speziell für die komplexen Anforderungen der Lebensmittel- und Getränkemärkte entwickelt wurden. Die in der Turbiscan-Reihe integrierte SMLS-Technologie beschleunigt die Analyse bis zu 1.000 Mal schneller als visuelle Prüfungen und ermöglicht eine zuverlässige Erkennung und Quantifizierung sämtlicher Destabilisierungsvorgänge. Eine Verdünnung ist wie bei alternativen Prüfverfahren nicht erforderlich, was eine genaue Bestimmung der Haltbarkeit des nativen Produkts ermöglicht.

Die Turbiscan-Reihe hat bereits bei der Bewertung der Effizienz von Pflanzenproteinen als Emulgatoren in Lebensmitteln, der Entwicklung von Methoden zur Abschätzung der Rekonstitution von Lebensmittelpulver in einer Flüssigkeit und vielem mehr geholfen.

Wenn Sie Fragen zur Prüfung der Arzneimittelstabilität mit TURBISCAN haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren.

Zum Produktbereich "Statische Mehrfachlichtstreuung (SMLS)"

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