Der Milchsäure auf der Spur – Frühwarnsystem für die Fruchtsaftproduktion

Deshalb wird im EU-Forschungsprojekt „Quali-Juice“ untersucht, wie künftig Milchsäurebakterien mit Hilfe von Biosensoren rechtzeitig erkannt werden können. Wissenschaftler des Umweltforschungszentrums Leipzig-Halle (UFZ) testen im Verlauf des 3-jährigen Projektes solche Biosensoren und arbeiten daran mit, ein Überwachungssystem für Fruchtsafthersteller zu entwickeln.

Apfelsaft und Blut sind zwei komplett verschiedene Dinge. Und trotzdem haben sie eine Gemeinsamkeit: In beiden spielt Milchsäure – auch Laktat genannt- eine wichtige Rolle. Im Blut entsteht Laktat bei Sauerstoffmangel. Erhöhte Laktatspiegel sind in der Regel ein Indiz dafür, dass einzelne Bereiche des Körpers unzureichend mit Sauerstoff versorgt werden. Der Laktatwert ist zum Beispiel ein Frühindikator bei Schockzuständen oder Sepsis, einer außer Kontrolle geratenen Infektion mit Versagen des Immunsystems. Der Laktatwert wird deshalb bei Intensivpatienten mit Biosensoren überwacht. Bei Leistungssportlern gibt der Laktat-Stufentest Auskunft über den Fitnesszustand.

Auch bei der Fruchtsaftproduktion kann Milchsäure entstehen. Laktat (chemisch: 2-Hydroxypropionsäure/C3H6O3) gibt es in L- und D-Form. Die UFZ-Forscher konzentrieren sich auf die L-Form, denn diese wird hauptsächlich im Fruchtsaft gebildet. Dort ist sie zwar ungefährlich, aber niemand würde einen Apfel- oder Orangensaft trinken wollen, der nach Sauerkraut schmeckt. Die Folge: Die ganze Tankfüllung müsste entsorgt werden. Steigt der Milchsäureanteil im Saft, dann ist schnelles Handeln angesagt – sprich Sterilisieren beispielsweise durch Abkochen. „Aber jedes Abkochen verbraucht Energie und zerstört Vitamine“, erklärt Dr. Nadia Nikolaus vom UFZ. „Je weniger er erhitzt wird, umso besser für den Saft. Es kommt darauf an, schnell zu reagieren.“

Bisher gab es keine Vorwarnung. Deshalb arbeiten nun Wissenschaftler und Fruchtsaftindustrie daran, Messsysteme mit Biosensoren zu entwickeln, die genau wie beim Blut auch im Fruchtsaft den Laktatwert überwachen. Dr. Beate Strehlitz vom UFZ: „Ziel ist es, später Messgeräte in größere Anlagen fest einzubauen, die als Alarmsystem wirken und bei Überschreitung eines kritischen Wertes automatisch Alarm auslösen, damit der Produzent nachschaut.“ Für kleinere Anlagen ist ein Handmessgerät angedacht, mit dem der Keltermeister von Zeit zu Zeit kontrollieren kann. Die hier verwendeten Biosensoren bestehen aus einer Elektrode und einem Laktat-umsetzenden Enzym (Laktatoxidase), das aus Laktat und Sauerstoff dann Wasserstoffperoxid und Pyruvat bildet. Das so entstehende Wasserstoffperoxid wird an der Elektrode elektrochemisch gemessen.

Je mehr Laktat vorhanden ist, umso mehr Wasserstoffperoxid entsteht und umso größer ist der Messwert. Die Biosensoren sind nicht viel größer als die ähnlich funktionierenden Teststreifen für die Blut-Glucose-Messung der Diabetiker. Sie können entweder in Durchfluss-Messsystemen eingebaut werden, die in Anlagen zur Herstellung und Lagerung des Saftes eingesetzt werden oder in Handmessgeräte, die zur Kontrolle kleiner Probemengen verwendet werden.

„Wir erhoffen uns von den Biosensoren eine noch höhere Produktsicherheit“, begründet Jürgen Steinbrück von Fahner-Frucht in Gierstädt die Teilnahme seiner Mosterei an dem Forschungsprojekt. Das Milchsäure-Risiko schwankt witterungsabhängig von Jahr zu Jahr. Wenn mit den Sensoren sowohl das Rohobst als auch der Verarbeitungsprozess überwacht werden können, dann ist eine effektivere Verarbeitung möglich.“

Am Forschungsprojekt „Quali-Juice“ sind mehrere Fruchtsaftproduzenten, Hersteller von Messgeräten und Universitäten beteiligt. Unterstützung kommt auch von den Verbänden der Safthersteller in Österreich, Slowenien, Polen, Rumänien und Spanien. Gefördert wird „Quali-Juice“ von der EU insgesamt mit einer Million Euro. Weitere 600 000 Euro stellen hauptsächlich die beteiligten Industrieverbände und Unternehmen zur Verfügung. Auf das UFZ entfallen davon knapp 300 000 Euro. Anfang 2009 wollen diese Verbände ihren Mitgliedsfirmen dann Messgeräte empfehlen, damit kein Saft mehr weggeschüttet werden muss, weil Milchsäurebakterien ihn in eine übel riechende Brühe verwandelt haben.

Tilo Arnhold

Weitere fachliche Information über:

Dr. Beate Strehlitz, Dr. Nadia Nikolaus
UFZ/UBZ, Telefon: 0341-235-2052, -2081, -2072
Email: beate.strehlitz@ufz.de
oder über:
Doris Böhme, Tilo Arnhold
UFZ-Pressestelle
Telefon: 0341-235-2278
Email: presse@ufz.de
Die Wissenschaftler des UFZ-Umweltforschungszentrums Leipzig-Halle (UFZ) erforschen die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt in genutzten und gestörten Landschaften. Sie entwickeln Konzepte und Verfahren, die helfen sollen, die natürlichen Lebensgrundlagen für nachfolgende Generationen zu sichern.

Das UFZ ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2.2 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.