Professor Andrea Büttner, Leiterin des Fraunhofer IVV, im Technikum
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Im Technikum des Fraunhofer IVV wird die ganze Welt der Lebensmittel auf ihre sensorische Wirkung erforscht. Professorin Andrea Büttner, Leiterin des Instituts, begeistert sich dabei nicht nur für Schokolade.

FT-Serie

Fraunhofer IVV forscht an neuen Lebensmitteln - Auch Fast Food soll gesünder werden

  • Manuel Eser
    vonManuel Eser
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Um gute Lebensmittel entwickeln zu können, müssen Forscher vor allem eins: Menschen verstehen. Denn das Gehirn entscheidet, was schmeckt.

  • Was Menschen schmeckt, hat viel mit der Evolution, aber auch mit den eigenen Erfahrungen zu tun.
  • Daher entscheidet das Gehirn, was schmeckt.
  • Um neue Lebensmittel entwickeln zu können, müssen Forscher verstehen, wie der Mensch tickt.
  • Das Fraunhofer IVV setzt daher bei der Erforschung neuer Lebensmittel auch Hirnforscher ein.

Freising – Eine kleine Anekdote der Professorin: Vor einiger Zeit war Andrea Büttner, Leiterin des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung in Freising, mit der Familie beim Skifahren. „Weil die Kinder gut mitgezogen haben, wollte ich ihnen zur Belohnung ein paar Süßigkeiten geben.“ Aus der Tasche zog sie Gummibärchen. Die Kinder freuten sich, bissen vergnügt in den Fruchtgummi – und verzogen das Gesicht. Denn die Süßigkeiten sahen zwar aus wie ganz normale Gummibären, sie schmeckten auch so, aber sie fühlten sich ganz anders an. „Sie waren vegan“, berichtet Büttner. „Und an der Textur haben es die Kinder bemerkt.“

Die Textur bei Lebensmitteln – das ist das Knacken von Würstchen beim Beißen, das Weiche und Cremige am Pudding oder die Knusprigkeit von Müsli – all das, was Finger und Lippen, Gaumen und Zunge, sogar die Ohren beim Essen wahrnehmen. Und die Anekdote von Andrea Büttner zeigt: Wenn neue Produkte entstehen sollen, die nachhaltiger und gesünder produziert sind als das Original, muss alles passen – Aroma, Geschmack, Farbe und eben Textur. „Dazu muss ich den Menschen und seine Bedürfnisse verstehen“, betont sie. Andernfalls wird das neue Lebensmittel abgelehnt. „Und das ist eine enorme Verschwendung von Ressourcen, Zeit und finanziellen Mitteln.“

Der spannende Effekt mit den Erdbeeren

Dass dies nicht geschieht, das ist Aufgabe all derer, die im Fraunhofer IVV bei der Entwicklung von Produkten im Bereich der Sensorik tätig sind. Die sich also damit beschäftigen, wie Lebensmittel mit den Sinnesorganen wahrgenommen werden. Und das ist ein ganzes Heer unterschiedlicher Spezialisten. Ingenieure, Lebensmitteltechnologen, Analytiker, Messtechniker, Psychologen und Physiologen sind damit betraut, sogar Neurowissenschaftler. Denn das Gehirn spielt eine ganz wesentliche Rolle dabei, ob Menschen Produkte ablehnen oder annehmen.

Das hat sich auch in der Habilitationsschrift der Lebensmittelchemikerin Andrea Büttner gezeigt. Ihr Thema: Flavor Release – welche Wahrnehmungsprozesse geraten beim Menschen in Gang, wenn beim Kauen und Schlucken Aromen freigesetzt werden und in die Nase gelangen? Büttner kam zu einer überraschenden Erkenntnis: „Das, was messbar war, hat überhaupt nicht zwingend damit übereingestimmt, was die Menschen wahrgenommen haben.“ Ein Beispiel: „Wenn ich Erdbeeren zuckere, dann schmecken sie hinterher nicht nur süßer, sondern entwickeln einen noch viel „erdbeerigeren“ fruchtigen Gesamteindruck. Zugrunde liegen Prozesse der multisensorischen Integration, erklärt Büttner. „Das Gehirn sagt, es ist mehr von dem Aroma da, obwohl nicht mehr da ist.“

Wenn das Gehirn ein Warnsignal erhält, übersteigert es den Effekt

Ein entsprechender Versuch bestätigte das. Probanden erhielten von Büttner ein Gel mit leichtem Fruchtaroma zum Schmecken. Tatsächlich nahmen die Testpersonen auch nur eine leichte Fruchtnote wahr. In der zweiten Runde wurde zwar das gleiche Gel gereicht, diesmal aber mit Zucker versehen. Ergebnis: Die Probanden gaben an, die Substanz schmecke jetzt nicht nur viel süßer, sondern darüber hinaus auch deutlich fruchtiger – obwohl laut Messungen dieselben Fruchtaromamengen in der Nase ankamen. Büttners Fazit: „Es war ein reiner Gehirneffekt.“

In der Welt der Gerüche, Geschmäcker und Texturen fühlt sich Professorin Andrea Büttner forscherisch ganz besonders zu Hause. 

Wie kommt das? „Der Mensch lernt im Laufe seines Lebens, dass bestimmte Sinneseindrücke, zum Beispiel süß und fruchtig, zusammengehören und manche nicht“, erklärt Büttner. Dieser Effekt wird Kongruenzprinzip genannt. „Das Gehirn fängt an, solche Informationen nicht nur einzuordnen und zu bewerten, sondern auch zu verstärken und abzuschwächen. Wenn etwa Eindrücke zusammenkommen, die nicht kongruent sind, kann das zu Ablehnung führen, weil das Gehirn sagt: Da ist was faul.“ Das habe etwas mit der Evolutionsgeschichte des Menschen zu tun, in deren Verlauf er sich zum Allesfresser entwickelt hat, betont Büttner. „Aber auch die eigene Entwicklung prägt von Kindheit an Vorlieben und Ablehnungen.“

Immer wieder haben es die Forscher des Instituts auch mit der Analyse von Störaromen zu tun. „Zum Beispiel mit Mineralwasser, das eine schimmlige Note hat“, berichtet Büttner. „Oft stellen wir fest, dass diese Note im Wasser vom Analytischen nicht stark ausgeprägt ist, von den Leuten aber sehr stark wahrgenommen wird. Warum? Weil es ein Warnsignal ist. Das Gehirn übersteigert den Effekt.“

Die Forscher kämpfen mit einer bitteren Note

Das Kongruenzprinzip muss berücksichtigt werden, wenn neue Lebensmittel entwickelt werden, betont Büttner. Vor allem wenn in einem Produkt tierische gegen pflanzliche Proteine ersetzt werden. „Man muss möglichst nah an das ursprüngliche tierische Produkt kommen. Es muss so gut imitiert sein, dass die Leute durch kleine Abweichungen nicht irritiert werden. Sonst kommt der Reflex des Gehirns: Aversion. Daher sei es oft sinnvoller, etwas Neues zu erschaffen und so auch wieder mehr Varianz bei Lebensmitteln zu bieten. Als Erfolgsbeispiel nennt sie Tofu. „Sensorik ist auch ein Schlüssel, um in der Landwirtschaft mehr Biodiversität zu erreichen.“

Die Herausforderung bei der Herstellung neuer Produkte, die auf Pflanzenbasis entwickelt werden: Es entstehen oft Bitterstoffe. Und darauf reagieren viele Menschen hochsensitiv. Auch hier spielt die Evolution eine Rolle, erklärt Büttner. „Viele Pflanzengifte sind bitter. Daher hat der Mensch gelernt: Vorsicht bei diesem Geschmack!“

Zucker wiederum, der heutzutage viel größeres gesundheitsgefährdendes Potenzial birgt, nimmt der Körper nicht als Gefahr wahr. „In der Geschichte des Menschen war Zucker, ähnlich wie Fett, die meiste Zeit ein Mangelgut in der Ernährung. Er musste in der Natur danach suchen. Deswegen ist der menschliche Körper nicht darauf gezüchtet, sich gegen zu viel Zucker zu wehren, sondern auf Craving: Ich will mehr davon.“

Künstliche Intelligenz wird in der Sensorik-Forschung wichtig

Und wie wird der Mensch zum Bitter-Craver? Büttner hält es für möglich, die Konsumenten ein Stück weit an Produkte mit Bittergeschmack heranzuführen und daran zu gewöhnen. Die andere Möglichkeit: „Wir wenden Verfahren an, um die Bitterstoffe aus pflanzlich basierten Lebensmitteln rauszubekommen.“

Es gibt zahlreiche Varianten sensorischer Tests. Sie können mit professionellen Testern, aber auch mit Laien vorgenommen werden. „Wir passen unsere Untersuchungen der Fragestellung an – dem Problem des Projektpartners oder der Herausforderung des Produkts“, sagt Büttner. Unterstützt werden die Forscher des Fraunhofer IVV dabei auch von neuen Technologien. „Künstliche Intelligenz wird wichtig.“ Davon ist Büttner überzeugt. Die große Herausforderung dabei: „Wie stelle ich den Link her zwischen dem, was der Mensch wahrnimmt, und was eine Maschine aufnimmt? Wir brauchen ein Übersetzungsmodul, mit dem die Maschine lernt, den Menschen zu verstehen – und umgekehrt.“

Die Geschichte mit den Noppen

Die Palette der Produkte, die im Fraunhofer IVV getestet werden, ist erstaunlich weit. Sie umfasst die gesamte Welt der Lebensmittel und Getränke. Milch, Käse, Joghurt, Fleisch- und Fischprodukte, Gemüse, Schokolade. In der Welt des Geruchs ist das Institut aber in allen Branchen unterwegs. „Bei uns ging es schon um Leder-Geruch, Kunststoff-, Papier-, und Kartongeruch“, berichtet Büttner. Das komplette Sortiment der Verpackungsmaterialien wird ebenfalls in Freising analysiert. Denn auch Verpackung trägt beim Konsumenten zur Produktentscheidung bei.

Büttner erinnert sich daran, wie eines Tages ein Molkerei-Unternehmen ans Institut herantrat, weil sich in einem Joghurt serienmäßig ein Fehlgeschmack eingenistet hatte. „Es hat sich herausgestellt, dass dieser über die Noppen kam, die sich auf der Deckelinnenseite befanden“, berichtet Büttner. Das Institut empfahl, auf die Noppen zu verzichten, da sie keine technische Relevanz für die Funktion der Verpackung hatten. „Aber die Marketing-Abteilung des Unternehmens hat darauf bestanden, dass die Noppen bleiben: weil der Kunde es liebt, den Deckel abzuschlecken.“

Wer am Fraunhofer IVV im Bereich der Sensorik arbeitet, braucht einen weiten Horizont und eine hohe Bereitschaft, mit anderen Fachbereichen zusammenzuarbeiten, betont Büttner. „Wir haben die Lebensmittelchemiker, die Produkte analysieren. Diejenigen, die menschliches Verhalten analysieren. Diejenigen, die sich mit den Verarbeitungsprozessen in der Sinneswahrnehmung beschäftigen. Und diejenigen, die Produkte entwickeln, komponieren und kreieren. All das spielt in der Sensorik zusammen.“

Hilfe für die ärmeren Länder

Die Forscher seien hochgradige Spezialisten. „Wir haben Supernasen, Superschmecker und Spezialisten, die neben der Maschine stehen und allein am Geräusch hören, ob die Textur, die rauskommt, gut oder schlecht sein wird. Aber all diese Kompetenzen bringen uns nur dann ans Ziel, wenn wir im Team arbeiten.“

„Die Textur neu entwickelter Produkte wird nach der Herstellung genau begutachtet, denn sie spielt auch bei der sensorischen Bewertung wie zum Beispiel dem Mundgefühl eine große Rolle“, meint Anna Martin, Leiterin der Gruppe „Extrusion und Texturierung“. 

Ist die Produktoptimierung nicht ein Luxus für reiche Nationen, während Menschen in ärmeren Ländern froh wären, überhaupt etwas zum Beißen zu haben? Für Büttner keineswegs. Für sie ist gerade die Sensorik ein wichtiges Entwicklungstool. „Wir müssen sie dafür nutzen, dass wir Produkte gezielt so gestalten können, dass sie in anderen Kulturen angenommen werden.“ Denn oft führe in ärmeren Ländern einseitiger Konsum ungesunder Lebensmittel zu Mangelernährung. „So arm kann das Land gar nicht sein, dass nicht irgendwo die Cola-Dose steht.“

In afrikanischen oder asiatischen Ländern bestünden oft ganz andere geschmackliche Vorlieben als hierzulande. Büttner berichtet von einer Arbeitskollegin, die auf die Entwicklung von Flavors spezialisiert ist und sich vor allem auf den afrikanischen Markt konzentriert. „Sie hat mir erzählt, dass viele Menschen dort stark fermentierten Fisch lieben. Für uns wäre das sehr gewöhnungsbedürftig, weil da Noten mitschwingen, die uns an verdorbene Lebensmittel erinnern.“ Das Entscheidende: Auch wenn ihre Bekannte eingeräumt hat, dass sie so stark fermentierten Fisch selbst nicht essen würde, konnte sie sich doch in die Bevölkerung hineinversetzen. So war es ihr möglich, zielgerichtet Flavors für den afrikanischen Markt zu produzieren. Intuition, Empathie, Kreativität – auch das seien Eigenschaften, die es in der Sensorik brauche.

Pizza oder Burger: Fraunhofer will Fast Food gesünder machen

Mangelernährung beginne oft bei Bildungsmangel. „Man darf nicht vergessen, dass die ärmsten Länder auch deshalb so arm sind, weil sie von Wissen und damit von Chancen abgehängt sind“, betont Büttner. Ein Dilemma bei sozial schwächer gestellten Menschen nicht nur in Entwicklungsländern, sondern auch in Deutschland. „Dort, wo extra aufs Geld geschaut wird, weil es knapp ist, kommen oft Produkte in den Korb, die vermeintlich billig sind. Nur steht der Preis trotzdem nicht im Verhältnis zur Wertigkeit des Produkts, das vor allem schnell und einfach konsumiert werden soll.“

Daher misst Büttner der Sparte Convenience-Food große Bedeutung in der Forschung bei. „Wir brauchen Fertigprodukte, die die sensorische Akzeptanz haben, aber dennoch nicht die Gesundheit ruinieren.“ Sie denkt dabei an Burger-Käse, der aus pflanzlichen Alternativen hergestellt wird, oder an ballaststoffreicheren Pizzateig. Ein großer Schritt hin zu Nachhaltigkeit wäre es, wenn das Fleisch nicht nur aus Massentierhaltung stammt, sondern mit pflanzlichen Bestandteilen angereichert werde. Diese Transformation, ist sie überzeugt, müsse schrittweise erfolgen. Denn bei einem ist sie sich ebenfalls sicher: „Die Ernährung der Menschen auf einen Schlag komplett umzustellen, wird nicht funktionieren.“

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