Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe

Food – Pharma – Kosmetik

01. Oktober 2009, Deutsches Hopfenmuseum, Wolnzach

Nachbericht

Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe: Unermesslicher Reichtum der Natur

Neue Anwendungspotenziale für Hopfen in verschiedenen Produkten
Neue wissenschaftliche Erkenntnisse über Wirkmechanismen von Inhaltsstoffen
Hohe Verbraucherakzeptanz für natürliche Produkte in Food, Pharma und Kosmetik
210 Teilnehmer aus Deutschland, Österreich und der Schweiz beim Forum in Wolnzach

Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe erfahren eine starke Nachfrage – sowohl von Seiten der Lebensmittel- wie auch der Pharma- und Kosmetikindustrie. Dieser Trend wird getrieben durch den zunehmenden Wunsch der Verbraucher nach mehr Natürlichkeit und Authentizität der Produkte. Dieser Trend wird aber auch ermöglicht durch den Fortschritt in den Biowissenschaften mit einer immer genaueren Aufklärung der Wirkmechanismen, der Identifizierung neuer Stoffe sowie der Erschließung neuer pflanzlicher Rohstoffquellen.

Ausgangspunkt für dieses erstmalige Forum war eine Diskussion von Hopfenpflanzern mit der Bayern Innovativ. Deren Zielsetzung war eine breitere, hochwertige Anwendung des Hopfens mit seinen vielfältigen Inhaltsstoffen über das Bier hinaus. Bayern Innovativ wurde angesprochen, weil man glaubte, dass diese mit ihrem breiten Tätigkeitsfeld die richtigen Partner zusammenführen könnte.
Nach einjähriger Planung und Vorbereitung fand am 1. Oktober 2009 das Kooperationsforum „Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe – Food, Pharma, Kosmetik“ in Wolnzach statt und erzielte mit 210 Teilnehmern auf Anhieb eine hervorragende Resonanz. Das Forum wurde konzipiert im Rahmen des Netzwerkes Life Science der Bayern Innovativ GmbH in Zusammenarbeit mit den im Deutschen Hopfenwirtschaftsverband vertretenen Unternehmen und mit Unterstützung durch das Bayerische Cluster Ernährung sowie die HVG Hopfenverwertungsgenossenschaft e. G.
Als Veranstaltungsort wurde das Deutsche Hopfenmuseum in Wolnzach gewählt. Die Hallertau ist das größte Hopfenanbaugebiet der Welt, hier werden ca. 30 Prozent der Weltproduktion erzeugt. Momentan wird Hopfen zu 98 Prozent in der Bierherstellung verwendet, seine Inhaltsstoffe besitzen jedoch auch großes Potenzial für weitergehende Anwendungen. Einen speziellen Schwerpunkt des Forums bildeten deshalb die möglichen Einsatzgebiete des Hopfens über seine traditionelle Verwendung im Brauwesen hinaus.
„Das Forum bietet eine ideale Plattform für den direkten Kontakt von Wirtschaft und Wissenschaft, von Experten, potenziellen Anwendern und Kunden über die gesamte Wertschöpfungskette – von den pflanzlichen Rohstoffen über Analytik und Verfahrenstechnik bis hin zu neuen Produkten und deren Zulassung“, so Prof. Dr. Josef Nassauer, Geschäftsführer der Bayern Innovativ GmbH in seiner Einführung.

Die nachfolgenden Inhalte sind wie folgt gegliedert:

Hopfen – Potenzial für zukünftige Märkte

Bislang werden Inhaltsstoffe des Hopfens vorwiegend dazu verwendet, Bier zu bittern, zu aromatisieren, zu stabilisieren und die Schaumfestigkeit zu verbessern. Die Erforschung weiterer möglicher Einsatzgebiete ist von großem Interesse für die Hopfenhandelsfirmen, wie Stephan J. Barth, Vorsitzender des Deutschen Hopfenwirtschaftsverbandes e. V., Pfaffenhofen, in seinem Grußwort betonte. Die Hopfenhandelsfirmen sehen sich als Naturstoffveredelungsbetriebe und es besteht großes Interesse, das breite Spektrum an Funktionalitäten der Hopfeninhaltsstoffe noch besser nutzbar zu machen. Barth zeigte sich deshalb auch begeistert von der Konzeption und vom Spektrum der Teilnehmer dieses Forums.

Aufgrund moderner analytischer Methoden wurde es in den letzten Jahren möglich, neue Inhaltsstoffe zu identifizieren und zu charakterisieren. Bisher sind 500 Hopfeninhaltsstoffe bekannt. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass viele von ihnen äußerst interessante Eigenschaften aufweisen, wie Dr. Martin Biendl, Leiter Forschung & Entwicklung/Analytik, Hopsteiner Hallertauer Hopfenveredelungsgesellschaft mbH, Mainburg ausführte. Er nannte als Beispiele 8-Prenylnaringenin, das eine hohe östrogene Aktivität aufweist und zur Verwendung in der sanften Hormonersatztherapie untersucht wird. Xanthohumol aus dem Hopfen besitzt ein sehr großes Spektrum an Aktivitäten, aus denen sein krebspräventives Potenzial besonders hervorsticht. Neueste Ergebnisse einer japanischen Studie deuten auf eine mögliche therapeutische Wirkung der Iso-Alpha-Säuren aus dem Hopfen bei Vorstufen von Diabetes hin. Aus diesen und weiteren Eigenschaften ergeben sich spannende Perspektiven für die zukünftige spezifische Vermarktung von Hopfeninhaltsstoffen im Pharma- wie im Lebensmittelbereich.
Das Hopfenforschungszentrum Hüll ist ein weltweit führendes Zentrum der Hopfenforschung mit umfassender Unterstützung durch den Freistaat Bayern. Hier gewonnene Ergebnisse der Züchtungsforschung ermöglichen die gezielte Anreicherung bestimmter Inhaltsstoffe bereits in der Rohstoffpflanze.

Aktuelle Ergebnisse der Hopfenforschung

Hopfen leistet bekanntlich einen essenziellen Beitrag zum charakteristischen Geschmack des Bieres. Um die Aroma- und Geschmacksstoffe des Hopfens im Bier detailliert zu analysieren, wird bei Symrise in Holzminden ein neu entwickeltes Verfahren (SymStixx™) eingesetzt, das Nicole Schulze vorstellte. Dabei wird das Analysenwerkzeug (SymStixx™), das mit einer speziellen Beschichtung versehen ist, mit der zu analysierenden Probe, z. B. Bier, in Kontakt gebracht. Die Aroma- und Geschmacksstoffe lassen sich anschließend nach Desorption mit Lösungsmittel über ein GC/MS- oder HPLC-System schnell und effizient analysieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass Unterschiede in der Molekülstruktur von Bitterstoffen (alpha-Säuren) zu signifikanten sensorischen Unterschieden führen. Bestimmte Aromen können bereits unterhalb ihres Geruchsschwellenwertes wahrgenommen werden, was durch antagonistische und synergistische Effekte der Inhaltsstoffe hervorgerufen wird.

Hopfen besitzt auch antimikrobiell wirksame Inhaltsstoffe. Dr. Jürgen Behr vom Lehrstuhl für Technische Mikrobiologie der Technischen Universität München stellte ein neues Verfahren zu deren Identifikation vor. Dabei werden verschiedene Fraktionen von Hopfenextrakten einem Screening mittels Liposomen sowie verschiedener Bakterienstämme unterzogen und deren Wirkung auf membranassoziierte Prozesse untersucht. Von den Arbeiten werden neue Erkenntnisse bezüglich des pharmazeutischen Anwendungspotenzials sowie der Entwicklung neuartiger funktionaler Hopfenprodukte erwartet.

Bereits zum Einsatz kommt der Hopfen auch als Prozesshilfsstoff im agro-industriellen Bereich, z. B. aufgrund seiner antibakteriellen Wirkung bei der Extraktion von Zuckerrüben. Lilith Baczynski, Business Director bei der BetaTec Hopfenprodukte GmbH aus Nürnberg zeigte, dass die Anwendung von beta-Säuren des Hopfens Chemikalien wie Formaldehyd oder Carbamate ersetzen kann. Eine weitere agro-industrielle Anwendung von Säuren des Hopfens ist bei der Herstellung von Ethanol. Vergleichbar dem Brauprozess unterstützen Hopfeninhaltsstoffe die Leistung der Hefen bei der alkoholischen Gärung und verhindern zudem bakterielle Kontamination.

Neue Rohstoffquellen und Extraktion der Inhaltsstoffe
Pflanzen mit wertgebenden Inhaltsstoffen werden bisher zu einem großen Teil über Wildsammlungen gewonnen. Dies gilt für 80 Prozent der Arten und 30 bis 40 Prozent der Menge, wie PD Dr. Maximilian Weigend, Institut für Biologie der Freien Universität Berlin, Geschäftsführer der botconsult GmbH, Berlin, und Mitglied im wissenschaftlichen Gremium des Phyto-Netzwerk-München, ausführte. In Zukunft wird voraussichtlich ein immer größerer Anteil aus Anbau in Kultur gewonnen. Dies ist notwendig durch die starke Variabilität im Gehalt bestimmter Inhaltsstoffe selbst innerhalb einer Art. Erforderlich sind deshalb möglichst konstante und definierte Bedingungen beim Anbau sowie präzise und umfassende Analytik für strikte Qualitätssicherung, auch zur Erfüllung der stets strenger werdenden Reglementierungen. Auch um eine nachhaltige Verfügbarkeit der Rohstoffe zu gewährleisten, bietet ein Anbau in Kultur Vorteile gegenüber der Wildsammlung.
Quellen für Inhaltsstoffe mit neuen Funktionalitäten können sowohl Pflanzen mit einer langen Nutzungsgeschichte von anderen Kontinenten sein wie auch heimische Pflanzen, deren Potenziale noch nicht voll ausgeschöpft sind. Als Beispiel nannte Dr. Weigend unter anderem die Brennessel: Verschiedene lokale Sorten dieser heimischen Pflanzenart variieren quantitativ und qualitativ bezüglich der enthaltenen Stoffe. Dadurch werden verschiedenste Anwendungsmöglichkeiten denkbar, beispielsweise in Heilsalben.

Im Hinblick auf die Anwendung neuer Pflanzen und Inhaltsstoffe ist es notwendig, die Identifizierung neuer Funktionalitäten zu systematisieren und damit zu beschleunigen. Dr. Lutz Müller-Kuhrt, Mitgründer und Geschäftsführer der AnalytiCon Discovery GmbH, Potsdam stellte vor, wie dies mit Hilfe eines Screening von Naturstoff-Bibliotheken erfolgen kann, die Substanzen aus Pflanzen und Mikroorganismen mit interessanten Funktionalitäten enthalten. Semi-synthetische Bibliotheken, in denen biologisch prävalidierte Strukturen für eine gewünschte Funktionalität optimiert werden, können diesen Prozess weiter verbessern. Die vorgestellten biotechnologischen Methoden können dabei für den Einsatz von Inhaltsstoffen in Food, Pharma und Kosmetik genutzt werden.

Hierfür ist deren Gewinnung aus der Pflanze erforderlich. Die Extraktion mit überkritischem CO2 ist ein weit verbreitetes Verfahren und wurde von Nadine Igl-Schmid, NateCO2 GmbH & Co. KG, Wolnzach beschrieben. Mit diesem Verfahren können je nach Prozessführung Hopfenextrakte mit unterschiedlicher Anreicherung von Inhaltsstoffen gewonnen werden, z. B. mit besonders hohem Xanthohumol-Gehalt. Auch für die Gewinnung wertgebender Substanzen wie Carotinoide wird die Methode eingesetzt, ebenso für die Entkoffeinierung von Tee und Kaffee oder die Entfettung von Kakao. Vorteile der CO2-Extraktion bestehen darin, dass keine unerwünschten Lösungsmittelrückstände im Produkt verbleiben, der Prozess produktschonend, schnell und günstig ist und vor allem die Möglichkeit der fraktionierenden Abscheidung besteht, die eine Gewinnung unterschiedlicher Extrakte in einem Extraktionsschritt ermöglicht.

Entwicklung neuer gesundheitsfördernder Lebensmittel
Wachsende Gesundheitsprobleme infolge demographischen Wandels und vielfacher Überernährung in westlichen Ländern, aber auch neue Wertvorstellungen zahlreicher Verbraucher führen zu einer steigenden Nachfrage nach gesundheitsfördernden Lebensmitteln. Auf dem Markt gibt es immer mehr Produkte mit neuen Funktionalitäten, häufig aber nur mit kurzen Produktlebenszeiten. Eine Vielzahl dieser Produkte basiert zudem auf einer relativ kleinen Gruppe aktiver Inhaltsstoffe. Deshalb werden ständig neue Pflanzen bzw. neue funktionelle Inhaltsstoffe gesucht, um weitere neue, gesundheitsfördernde Produkte zu entwickeln, wie Prof. Dr. Werner Klaffke, Director Global Discovery Platform Nutrition & Health von Unilever Discovery aus Vlaardingen, Niederlande, darstellte. Ein neuer Inhaltsstoff alleine genügt jedoch nicht für ein neues Lebensmittel. Um erfolgreich zu sein, muss es sich in die Ess- und Lebensgewohnheiten der Konsumenten in den jeweiligen Regionen und Kulturen einpassen und gleichermaßen die Erwartungen hinsichtlich Funktionalität, Geschmack und Komfort erfüllen.

Zudem müssen die Produkte auch höheren Anforderungen bezüglich der wissenschaftlichen Untermauerung der Funktionalität der Pflanzeninhaltsstoffe gerecht werden. Eine behauptete, ausgelobte Wirkung muss nicht nur deskriptiv erfasst, sondern möglichst auch mechanistisch verstanden sein. Das sichert Exklusivität der Produkte und erhöht das Vertrauen der Konsumenten. Die europäischen Behörden haben diesbezüglich eine strikte Regelung für die Vermarktung von Produkten unter Verwendung nährwert- und gesundheitsbezogener Aussagen erlassen. Sie erfordert einen Nachweis der Sicherheit und der behaupteten Wirksamkeit dieser Funktionellen Lebensmittel. Bis zur vollständigen Umsetzung gelten zur Zeit noch Übergangsfristen. Dr. Bernd Bonnländer, Martin Bauer Group aus Vestenbergsgreuth, stellte aus Sicht eines Teeverarbeiters die Problematik hinsichtlich der Entwicklung und Vermarktung solcher Produkte dar. Er nannte als Beispiel Studien zum möglichen Einsatz von Grüntee und Grünem Rooibos im Bereich „Beauty“. Darin konnte gezeigt werden, dass entsprechende Extrakte beispielsweise in vitro die zelluläre Aktivität und damit möglicherweise den Erneuerungsprozess in Hautzellen stimulieren. Humanstudien zum Nachweis der Wirkung fehlen jedoch, was eine Vermarktung derartiger Produkte in Anbetracht der Health Claims Verordnung und der bislang unklaren rechtlichen Situation erschwert.

Pflanzliche Wirkstoffe im Pharmabereich – Nachweis und Zulassung
Extrakte, die Basis pflanzlicher Arzneimittel, sind in der Regel Stoffgemische. Nur selten sind alle wirksamkeitsbestimmenden Inhaltsstoffe identifiziert. Zudem unterliegen der Gehalt einzelner Inhaltsstoffe sowie das Verhältnis der verschiedenen Wirkstoffe zueinander einer genetischen und umweltbedingten Variabilität. Prof. Dr. med. Jürgen Drewe, Leiter Präklinische Forschung beim Phytopharmaka-Hersteller Max Zeller Söhne AG in Romanshorn, Schweiz, und Universitätsspital Basel zeigte auf, dass es daher vorrangiges Ziel sein muss, die Variabilität zu minimieren: Dies wird durch die Verwendung homogenen Pflanzenmaterials aus kontrolliertem Anbau ermöglicht. Mit dem Einsatz von Bioassays und moderner Screening-Technologien kann die Aktivität der Extrakte bzw. der wirksamkeitsbestimmenden Inhaltsstoffe untersucht werden. Sorten mit den besten Effekten bei den invitro-Tests und mit den gewünschten Inhaltsstoffprofilen können für die vegetative Vermehrung und den Anbau verwendet werden.

Die rechtlichen Voraussetzungen für die Zulassung pflanzlicher Stoffe als Arzneimittel, aber auch als Nahrungsergänzungsmittel oder in Kosmetika stellte Dr. Bernd Roether, Bereichsleiter Zulassung der Bionorica AG aus Neumarkt, vor. Da alle Produkte mit einem Gesundheitsnutzen angeboten werden und die Marktsegmente nicht scharf abgegrenzt sind, führen Überschneidungen zu einer Borderline-Problematik.
Die Zulassung als Phytopharmaka nach dem Arzneimittelgesetz erfordert einen immensen analytischen, präklinischen und klinischen Prüfaufwand. Allerdings ermöglicht dies eine lukrative Positionierung im hochpreisigen Apothekenmarkt und eröffnet langfristigen Patentschutz.
Die Positionierung als Nahrungsergänzungsmittel mit einem belegten und behördlich akzeptierten Health Claim bietet dagegen den Vorteil eines unmittelbaren Zugangs zum gesamten europäischen Lebensmittelmarkt. Die rechtlichen Rahmenbedingungen, insbesondere bezüglich Nährwert- und gesundheitsbezogener Angaben über Lebensmittel, werden allerdings zur Zeit neu festgelegt.

Teilnehmerspektrum, Fachausstellung und Rahmenprogramm
Die Teilnehmer aus Deutschland, Österreich und der Schweiz kamen von Unternehmen der gesamten Wertschöpfungskette „Funktionelle Pflanzeninhaltsstoffe“, u. a. aus den Bereichen Chemie (Evonik Degussa, Sigma Aldrich, Wacker Chemie), Biotech (Anoxymer, Bicoll, B.R.A.I.N.), Analytik und Testung (Aurigon, BioTeSys, SGS Institut Fresenius) und Anwendung in Food, Pharma und Kosmetik (Biologische Heilmittel Heel, DSM Nutritional Products, Finzelberg, Kneipp Werke, Martin Bauer, Molkerei Meggle, Pharmos Natur, Sanofi-Aventis Deutschland) sowie von wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Universitäten aus München, Erlangen, Bayreuth, Dresden, Freiburg, Hohenheim, Jülich, Leipzig, Potsdam, Stuttgart, Trier und Wien.
In der begleitenden Fachausstellung präsentierten Unternehmen und Forschungseinrichtungen an 14 Ständen und zehn Postern ihre Technologien, Produkte und Dienstleistungen rund um die Themen Anbau und Rohstoffe, Verarbeitung und Analytik sowie Testung und Anwendung.
Am Vortag nutzten bereits über 50 Teilnehmer die Gelegenheit, das Hopfenforschungszentrum Hüll und die „Busch“-Farm – das Versuchshopfengut des weltgrößten Brauereikonzerns, Anheuser-Busch InBev – vor Ort zu besichtigen. Zudem bestand für eine begrenzte Teilnehmerzahl die Möglichkeit, bei einer Führung durch das Werk der NateCO2 GmbH & Co. KG in Wolnzach mehr über die Extraktion pflanzlicher Inhaltsstoffe zu erfahren.

Ansprechpartner:
Dr. Matthias Konrad
Dr. Monika Mügschl-Scharf