AROMAplus

Teilprojekt A: „Transkriptionelle Regulation der Synthese von Aromastoffen in nicht-konventionellen Weinhefen“

Forschungsprojekt: Nicht-konventionelle Weinhefen sind die dominierenden Hefen zu Beginn der Weinfermentationen. In diesem Projekt soll der Stoffwechselweg der Aromaproduktion in diesen Weinhefen, sowie deren Regulation, genauer untersucht werden. Im Fokus der Forschung liegt der nicht-Saccharomycet Hanseniaspora uvarum, eine Crabtree-negative Hefe, welche neben anderen Estern und höheren Alkoholen eine große Menge an Ethylacetat produzieren kann.

Ziel des Projektes ist die Beschreibung der Aromaproduktion während der Fermentationen und die Untersuchung einer Korrelation zwischen Genexpression und dem Auftreten entsprechender Aromastoffe. Außerdem soll das Expressionsprofil Aromastoff-relevanter Gene hinsichtlich ihrer Regulation und Transkription während des Zeitverlaufs der Fermentationen analysiert werden.

Teilprojekt B: „Bildung von Aroma- und funktionellen Inhaltsstoffen aus Reben und Schwarzen Johannisbeeren durch Fermentation mit Pilzen (Präkursor-Studien)“

Aufgaben: Zu Beginn stand ein Screening verschiedener Pilze im Hinblick auf die Aromabildung bei der Kultivierung auf Nebenströmen der Schwarzen Johannisbeere und des Weines. Die Auswahl von Pilz-Substrat-Kombinationen erfolgt anhand von sensorischen Analysen der Kulturen, woran sich eine Medienoptimierung und eine umfassende Aromaanalytik (Teilprojekt B1) anschließt. Die Bildungswege hier identifizierter interessanter Aromastoffe stehen im Folgenden im Fokus der Untersuchungen. Hierzu werden die Substrate, Kulturmedien und Kulturen umfassend charakterisiert, um potentielle Präkursoren zu ermitteln. Diese werden durch Supplementierungsstudien verifiziert. In Zusammenarbeit mit Teilprojekt B3 (Transkriptomanalysen) werden Arbeiten zur enzymatischen Umsetzung der Präkursoren zu den jeweiligen Aromastoffen durchgeführt. Durch die so gewonnenen Erkenntnisse sollen Biosynthesewege interessanter Aromastoffe in Pilzen aufgeklärt werden.

Teilprojekt C: „Fermentativ hergestellte Produkte mit hohem Vitamin B₁₂-Gehalt“

Nahrungsmittel waren in der Menschheitsgeschichte im Hinblick auf ihre Inhaltsstoffe oft an die Bedürfnisse der Konsumenten angepasst. In den letzten Jahren haben sich vegane und vegetarische Ernährung zu einem modernen Ernährungstrend entwickelt und die Zahl der Vegetarier und Veganer steigt. Über 52 % der veganen Bevölkerung leiden an Vitamin B₁₂-Mangel*, der schwere gesundheitliche Probleme verursachen kann. Um eine für moderne Ernährungsformen optimale Nährstoffversorgung zu ermöglichen, bietet sich die Verwendung bestimmter, lebensmitteltauglicher (»food grade«) Mikroorganismen im Herstellprozess an. Fermentierte und mit mikrobiellem Vitamin B₁₂ angereicherte Produkte sind eine gute Quelle für veganes Vitamin B₁₂ und haben ein enormes Potenzial im Bereich der Lebensmittelbiotechnologie.

Das DFI will hier seine Erfahrung bei der Produktion bestimmter Inhaltsstoffe nutzen, um in Zusammenarbeit mit den Partnern die Grundlagen für die Herstellung entsprechender Nahrungsmittel zu schaffen und diese in die Anwendung zu bringen. Im Rahmen des Projektes interessieren wir uns für die mikrobielle Herstellung von Vitamin B₁₂ und für verschiedene Methoden der Vitamin B₁₂-Analytik. Wir wollen eine schnelle und robuste analytische Methode für eine sensitive Detektion und Quantifizierung von Vitamin B₁₂ entwickeln. Zudem untersuchen wir bekannte und auch neue Vitamin B₁₂-produzierende Stämme und Mutanten, analysieren deren Vitamin B₁₂-Produktion und testen ihre Eignung für die Fermentation verschiedener Substrate zur Herstellung von fermentierten Getränken oder anderen Produkten mit hohem Vitamin B₁₂-Gehalt.

*Quelle: Gilsing, AMJ. et al., Eur J Clin Nutr. 2010; 64 (9):933-9

Teilprojekt C: „Identifizierung von Enzymaktivitäten und Naturstoffen aus autochthonen Mikroorganismen“

Die Mikroorganismen, die die Oberflächen von Weintrauben und anderem Obst besiedeln, spielen teilweise eine wichtige Rolle bei der Bildung bzw. Freisetzung von Aromen. In diesem Teilprojekt werden solche Mikroorganismen gezielt hinsichtlich ihres möglichen Einsatzes in Getränke-Herstellverfahren durchmustert. Detailliertere Kenntnisse über diese Mikroorganismen, ihre entsprechende Ausstattung mit relevanten Enzymen und ihrer Synthese Aroma-relevanter Substanzen, können Wege zu neuen Anwendungsmöglichkeiten wie z. B. bei der Vorbehandlung von Reststoffen oder dem Einsatz zur Aromaproduktion liefern.

Teilprojekt C: „Nicht-kanonische Prenylierung von Flavonoiden“

Eine gesunde ausgewogene Ernährung mit Obst und Gemüse versorgt den Körper ausreichend mit Flavonoide, eine Gruppe sekundärer Pflanzenstoffe, die einen wichtigen Bestandteil der Nahrung darstellen. Viele Flavonoide wirken als Antioxidantien, die mithilfe ihrer funktionellen Hydroxylgruppen freie Radikale abfangen. Einige Flavonoide erhalten durch eine Prenylierung, d.h. einer Enzym-katalysierten Übertragung einer Isoprenoid-Kette, einen hydrophoben Molekülteil, der unter anderem die Membrangängigkeit erhöht. Um z. B. Flavonoide aus heimischen Obstprodukten auf diese Weise gezielt modifizieren und damit ihren Transport über Zellmembranen beeinflussen zu können, konstruiert das DFI eine Sammlung von Zell-basierten Prenylierungs-Katalysatoren. Dabei kommen die kürzlich im Institut entwickelten ungewöhnlichen Prenylketten zum Einsatz, die maßgeschneiderte Modifikationen von Molekülen möglich machen.

Teilprojekt D: „Weinreben und Schwarze Johannisbeeren als Substrat für die Synthese von Aroma- und funktionellen Inhaltsstoffen“

In diesem Teilprojekt werden die Ausgangssubstrate für das AROMAplus-Projekt produziert und das Erntematerial chemisch charakterisiert. Neben der Verarbeitung der Ernteprodukte zu unterschiedlichen Ausgangssubstraten, wie z. B. Saft oder Trester für die Verwendung in den Teilprojekten, werden Trauben und Schwarzen Johannisbeeren unterschiedlicher Sorten hinsichtlich ihrer Inhaltsstoffzusammensetzung miteinander verglichen. Im Fokus der Analysen stehen hierbei die Zusammensetzung der Aminosäuren sowie der Polyphenole von Früchten aus unterschiedlichen Jahrgängen und Erziehungssystemen. Ziel dieses Teilprojektes ist eine auf der chemischen Charakterisierung basierende Einordnung der Ausgangsprodukte für die Eignung hinsichtlich der weiteren Verwendung in den Teilprojekten sowie die Bewertung von jahrgangsbedingten, klimatischen Faktoren auf die Inhaltsstoffe der Früchte.  

Teilprojekt B: „Fermentation und Aromaanalytik“

Im Teilprojekt B1, das am Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie der Justus-Liebig-Universität Gießen bearbeitet wird, steht die Fermentation von Pilzen der Abteilung Basidiomycota auf Reststoffströmen der Wein- und Johannisbeer-Verarbeitung im Fokus. Diese überwiegend essbaren Pilze sind in der Lage, eine Vielzahl hoch interessanter und von der Industrie nachgefragter Aromen zu produzieren. Die in einem Screening positiv beurteilten Pilz-Substrat-Kombinationen werden mit speziell für die Analytik von Aromastoffen etablierten Extraktionstechniken in Kombination mit der Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Olfaktometrie untersucht.  Dabei werden alle relevanten Geruchsstoffe identifiziert und quantifiziert. Zusätzlich werden die Kulturbedingungen optimiert, um die Reststoffverwertung auch der kommerziellen Produktion nutzbar machen zu können.