UV-Behandlung von Milch zur Erhöhung des Vitamin D3-Gehalts
Welche Bedeutung hat Vitamin D?
Vitamin D ist der übergeordnete Begriff für eine Gruppe fettlöslicher Vitamine, die Calciferole. Zu den wichtigsten Formen gehören Vitamin D2 (Ergocalciferol) und Vitamin D3 (Cholecalciferol). Die bekannteste Funktion von Vitamin D ist die Beteiligung am Knochenstoffwechsel, indem es unter anderem die Aufnahme (Resorption) von Calcium und Phosphat aus dem Darm sowie deren Einbau in den Knochen fördert. Damit hat es einen bedeutenden Einfluss bei der Knochenmineralisierung. Außerdem ist Vitamin D an diversen Stoffwechselvorgängen beteiligt.
Pasteurisierte und anschließend mit ultraviolettem Licht behandelte Milch („UV-Behandlung“) wurde im Jahr 2016 als neuartiges Lebensmittel zugelassen, nachdem die Sicherheit dieser Produkte nachgewiesen wurde. Durch diese Behandlung kommt es zur Bildung von Vitamin D3 (Cholecalciferol) aus 7-Dehydrocholesterol (Provitamin D3). Im Sinne der Osteoporose-Prophylaxe kann in Milch, als wichtigste Calciumquelle des Menschen, das für den Calciumstoffwechsel notwendige Vitamin D angereichert werden. Außer der genannten Vitaminbildung kann die UV-Behandlung auch zur Erhöhung der Haltbarkeit pasteurisierter Milch beitragen.
Verfahrenstechnische Optimierung
Ziel des Projektes war es zu untersuchen, mit welcher Verfahrenstechnik die UV-Energie optimal in die Milch eingebracht werden kann, damit möglichst viel Vitamin D3 gebildet wird. Erforscht wurde der Einfluss verschiedener Wellenlängen des verwendeten Lichts sowie unterschiedlicher Strömungsformen (z.B. turbulent, laminar) auf die auf die Menge des gebildeten Vitamin D3. Diese und weitere Fragestellungen wurden an zwei Instituten des MRI (LBV und MF) in einem gemeinsamen Forschungsprojekt untersucht und durch die Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) des Forschungskreises der Ernährungsindustrie (FEI) gefördert (01|F21130 N).
Vorgehen und Ergebnisse
Zunächst wurden zwei baugleiche Anlagen zur UV-Behandlung der Milch am MRI konzipiert und von den internen Forschungswerkstätten aufgebaut. Auf Grund der vergleichsweise optischen Dichte der Milch und der relativ geringen Eindringtiefe der UV-Energie ist es erforderlich, auch die Strömungssituation der Flüssigkeit zu berücksichtigen. So wurde die Milch in sehr dünnen Schichten (Dünnfilm-System) mit sogenannten Strömungsleitelementen (SLE) behandelt. Diese SLEs wurden vom Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des Karlsruher Institut für Technology (KIT) entwickelt und für den Einsatz von Milch optimiert. Eine entsprechende Anlage wurde am LBV in Karlsruhe für grundlegende Untersuchungen zur Ermittlung der eingebrachten Menge an UV-Energie („UV-Dosis“) in die Milch verwendet. Das analoge System wurde am MF in Kiel für Pilotversuche im Milchtechnikum verwendet und auch im Technikum einer Molkerei eingesetzt.
Um verschiedene UV-C-Anlagenbauformen zu testen und zu überwachen, wurde ein photochemisches Aktinometer entwickelt, das zuverlässige UV-C-Dosiswerte liefert und gesundheitlich unproblematisch ist, was eine regelmäßige Kontrolle der Zuverlässigkeit im Produktionsbereich ermöglicht. Für die Bestimmung des Vitamin D3-Gehalts in der homogenisierten und kurzzeiterhitzten Vollmilch wurde die bestehende LC-MS/MS-Analytik erfolgreich weiterentwickelt und validiert. Der Vitamin D3-Gehalt zeigt einen Anstieg mit der UV-C-Dosis bis zu einem Endwert und erreicht bei der zugelassenen UV-Dosis einen Wert von bis zu 16,5 ng/mL. Ein Glas (250 ml) dieser Milch könnte 21 Prozent des Vitamin D3-Tagesbedarfs eines durchschnittlichen deutschen Erwachsenen abdecken, der laut der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) bei etwa 20 µg liegt.
Weitere Ergebnisse, die im Projekt erzielt wurden, sind im Kurzbericht auf der FEI-Homepage dargestellt: UV-Behandlung von opaken Milchmedien (fei-bonn.de)
