Methodenentwicklung für die Trennung verschiedener Proteinhydrolysate in Peptidfraktionen per Crossflow Diafiltration & sensorische Bewertung der Fraktionen

Bestimmte Peptidverbindungen besitzen Geschmacksqualitäten, welche sie für einen Einsatz in Lebensmitteln qualifizieren. Neben einer chemischen Synthese bestimmter Verbindungen können Peptide auch durch Hydrolyse intakter Proteine gewonnen werden. Zur Trennung und Aufreinigung stellt die Crossflow-Filtrationstechnik eine skalierbare Alternative zu chromatographischen Trennverfahren dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Crossflow-Diafiltrationsverfahren unter Verwendung hydrophilisierter Polysulfon-Membranen (MWCO: 100 kDa) entwickelt, um hydrolysierte Protein-Feeds aus hydrolysiertem Molkenprotein-Isolat, sowie hydrolysierter Alge Chlorella vulgaris zu fraktionieren. Zur Optimierung des Fraktionierungsprozesses wurde der Einfluss von pH-Wert und Ionenstärke (Anpassung durch Zugabe von 150 mM NaCl) auf Permeatflux, Wiederfindungsrate, Transmission und die mittels SE-HPLC ermittelten molekulare Zusammensetzung der Fraktionen beider Proteinquellen bestimmt. Ausgewählte Retentat- und Permeatfraktionen wurden mittels eines im Zuge der Studie geschulten Sensorik-Panels hinsichtlich der fünf Grundgeschmacksarten „süß“, „sauer“, „salzig“, „bitter“ und „umami“, sowie ihrer Eignung als „bitter“-Blocker bewertet. Darüber hinaus wurde die Eignung von Ultraschall (35 kHz) und die Verwendung alternativer Membranmaterialien zur Verbesserung des Fraktionierungsprozesses, sowie die Eignung der Dialyse zur Abtrennung kleiner Moleküle (< 2 kDa) aus dem vorfiltrierten Feed, überprüft. Bei der Fraktionierung hydrolysierten Molkenprotein-Isolats wirkte sich der pH-Wert nicht signifikant auf Permeatflux, Wiederfindungsrate und Transmission aus. Die Erhöhung der Ionenstärke durch Zugabe von 150 mM NaCl resultierte in einem für die pH-Stufen pH 7, pH 8, pH 9 signifikant erhöhten Permeatflux. Die Wiederfindungsrate wurde in diesem Zuge für die pH-Stufen pH 8, pH 9 jedoch signifikant verringert. Die chromatographisch ermittelte Molekülgrößenverteilung der Fraktionen offenbarte einen weitestgehend pH-unabhängigen Rückhalt von Strukturen ≥ 20 kDa im Retentat, bei gleichzeitig hohem Rückhalt von Strukturen ≤ 1,35 kDa, sowie geringe Anteile an Verbindungen ≥ 20 kDa im Permeat. Die Erhöhung der Ionenstärke wirkte sich positiv auf den Anteil an Verbindungen ≥ 20 kDa im Permeat aus. Bei der Fraktionierung hydrolysierter Alge Chlorella vulgaris wirkte sich der pH-Wert nicht signifikant auf Permeatflux und Wiederfindungsrate aus. Die Erhöhung der Ionenstärke führte für die pH-Stufen pH 7 und pH 11 zu signifikant geringerem Permeatflux. Unabhängig vom pH-Wert wurden in Retentat und Permeat hauptsächlich Strukturen ≤ 1,35 kDa festgestellt. Die Erhöhung der Ionenstärke führte für die pH-Stufen pH 3, pH 6 und, in geringem Umfang, pH 8 zu erhöhten Anteilen an Strukturen ≥ 20 kDa im Retentat. Bei der sensorischen Bewertung der Fraktionen aus hydrolysiertem Molkenprotein-Isolat wurde im Retentat ein sehr schwacher „süß“-, im Permeat ein schwacher „salzig“-Geschmack identifiziert. Die Retentatfraktion hydrolysierter Alge Chlorella vulgaris wurden als schwach „salzig“-, sowie sehr schwach „umami“ schmeckend, die Permeatfraktion als schwach „salzig“-, sowie sehr schwach „sauer“ und „umami“ beschrieben. Die „bitter“-Ausprägung des Koffein-Standard (0,22 g/l) konnte durch Zugabe von Permeat (1g/l) signifikant reduziert werden. Der Einsatz von Ultraschall (35 kHz), sowie alternativen Membranmaterialien erwies sich im Rahmen dieser Studie als nicht für die Optimierung des Fraktionierungsprozess geeignet. Der Anteil an Molekülen < 2 kDa konnten für Feed-Konzentration zwischen 1 % (w/v) und 4 % (w/v) durch Dialyse verringert werden.