Charakterisierung von Fermentationsprodukten aus der Fermentation von Nebenströmen der Kakaoindustrie durch Pilze der Abteilung Basidiomycota

Abstract

Der Kakaoanbau dient der Gewinnung von Kakaobohnen zur Herstellung von kakaohaltigen Produkten. Dabei fallen pro Kilogramm gewonnener Kakaobohnen zwischen sieben und neun Kilogramm Nebenströme an. Hierzu zählen die Fruchtschalen, die Bohnenschalen und das Fruchtfleisch (Pulpe). Der große Anteil an Restbiomasse, die schlechten Anbaubedingungen sowie die negativen Auswirkungen auf die Umwelt machen ein Umdenken im Kakaoanbau erforderlich. In dieser Arbeit wurde die Fermentation von Kakaofruchtschalen (CPH) und Kakaopulpe (KP) durch Speisepilze im Hinblick auf einen Einsatz im Lebensmittelbereich untersucht. CPH sind aufgrund ihrer nährstoffarmen Zusammensetzung und des hohen Faseranteils nicht direkt für die menschliche Ernährung einsetzbar. Nach einem initialen Screening auf Agarplatten sowie in Schüttelkolben zeigten Pleurotus salmoneo-stramineus sowie Fomitopsis pinicola die vielversprechendsten Ergebnisse für eine Nährwertaufwertung durch ihr Myzelwachstum. Die Medien- und Kultivierungsoptimierung umfasste die Supplementierung durch Natriumaspartat als Stickstoffquelle sowie die Fermentationsdauer. Eine achttägige Flüssigfermentation durch P. salmoneo-stramineus erhöhte den Rohproteinanteil von 7,7 auf 22,1 g·100 g-1 TM, eine viertägige Flüssigfermentation durch F. pinicola erhöhte den Rohproteinanteil von 7,7 auf 17,5 g·100 g-1 TM. Anhand der Aminosäureverteilung konnte über die essentiellen Aminosäuren die Proteinqualität bewertet werden. Hierfür wurde die Biologische Wertigkeit herangezogen. Diese lag für das Fermentat von P. salmoneo-stramineus bei 86 und für das Fermentat von F. pinicola bei 96 und war im Vergleich zu anderen pflanzlichen als auch tierischen Eiweißquellen sehr hoch. Durch die Fermentationen konnte kein Ligninabbau nachgewiesen werden. Aufgrund des hohen Ligninanteils in den Fermentaten ist ein direkter Einsatz der Myzel-Substrat-Komplexe in Lebensmitteln problematisch. Eine sinnvolle Alternative wäre die Isolierung des hochwertigen Proteins zum Einsatz in Lebensmitteln. Die hieraus resultierende Restbiomasse besteht zum größten Teil aus Lignin. Weiterhin wurde die Kakaopulpe mit dem Ziel der Ausbildung interessanter Aromastoffe fermentiert. Die durch Pilze biotechnologisch hergestellten Aromastoffe werden als natürliche Aromastoffe klassifiziert. Vier Pilze der Gattung Laetiporus zeigten Aromaveränderungen hin zu tropisch-fruchtigen Noten, wie Kokos, Maracuja, Pfirsich und Mango, obwohl diese Pilze für die Ausbildung würziger, fleischartiger Noten bekannt sind. Durch eine 48-stündige Flüssigfermentation von 10% Kakaopulpe in Trinkwasser mittels Laetiporus persicinus wurde ein ansprechendes Getränk entwickelt, das in einem sensorischen Panel mit einer Präferenz von 4,2 von 5,0 möglichen Punkten im Geschmack bewertet wurde und mit 1,34 g·100 mL-1 Gesamtzucker als zuckerarm und alkoholfrei gilt. Eine großtechnische Umsetzung zur Herstellung eines fermentierten Getränks aus nur 10% hochwertiger Kakaopulpe mit kurzen Fermentationszeiten ist ein vielversprechender Ansatz, um Kakaofrüchten eine höhere Wertschöpfung zuzuführen. Mittels GC-MS-O wurde eine Aromaanalyse des Getränks durchgeführt. Neben bereits für den Pilzstoffwechsel bekannten Aromastoffen, wie (R)-Linalool, (E)-Nerolidol, 5-Butyl-2(5H)-furanon und Methylbenzoat, wurde eine Reihe an nicht näher identifizierten Sesquiterpenoiden mit maracuja- und kokosnussartigen Aromaeindrücken nachgewiesen. Diese Ergebnisse bieten ein interessantes Forschungsfeld für die Zukunft, da Sesquiterpenoide aus Pilzen mit tropischen-fruchtigen Geruchseindrücken bisher nicht beschrieben sind. Insgesamt bietet diese Arbeit verschiedene Ansätze zur Fermentation von Kakaonebenströmen, die den Wert von Kakaofrüchten steigern und somit den Kakaoanbau nachhaltiger gestalten können. Für großtechnische Anwendungen sind weitere Forschungsarbeiten bzw. Untersuchungen zur Maßstabsvergrößerung notwendig. Zu beachten ist neben anderen Aspekten der Lebensmittelsicherheit, dass es sich bei Produkten aus Fermentationen durch Speisepilze der Abteilung Basidiomycota um Novel Foods handelt.