Methodenentwicklung für die Trennung verschiedener Proteinhydrolysate in Peptidfraktionen per Crossflow Diafiltration & sensorische Bewertung der Fraktionen
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften | |
| dc.contributor.referee | Hensel, Oliver (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Schmitt, Joachim J. (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Kahl, Johannes (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Pawelzik, Elke (Prof. Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2019-08-06T06:05:15Z | |
| dc.date.available | 2019-08-06T06:05:15Z | |
| dc.date.issued | 2019 | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-20190729613 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/11283 | |
| dc.language.iso | ger | |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | Membranfiltration | ger |
| dc.subject | Crossflow-Diafiltration | ger |
| dc.subject | SE-HPLC | ger |
| dc.subject | Peptide | ger |
| dc.subject | Peptid-Fraktionen | ger |
| dc.subject | Ultraschall | ger |
| dc.subject | Sensorik | ger |
| dc.subject | Molkenprotein | ger |
| dc.subject | Alge | ger |
| dc.subject | Chlorella vulgaris | ger |
| dc.subject | Proteine | ger |
| dc.subject | Filtration | ger |
| dc.subject | Polysulfon-Membran | ger |
| dc.subject | Polyethersulfon-Membran | ger |
| dc.subject | Bitter-Blocker | ger |
| dc.subject.ddc | 500 | |
| dc.subject.swd | Peptide | ger |
| dc.subject.swd | Membranfiltration | ger |
| dc.subject.swd | Proteine | ger |
| dc.title | Methodenentwicklung für die Trennung verschiedener Proteinhydrolysate in Peptidfraktionen per Crossflow Diafiltration & sensorische Bewertung der Fraktionen | ger |
| dc.type | Dissertation | |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| dcterms.abstract | 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. | ger |
| dcterms.abstract | Certain peptide compounds have taste qualities which qualify them for the use in foods. In addition to chemical synthesis of certain compounds, peptides can also be obtained by hydrolysis of intact proteins. For separation and purification purposes, the crossflow filtration technology represents a scalable alternative to chromatographic separation processes. In this work, a crossflow diafiltration process, using hydrophilized polysulfone membranes (MWCO: 100 kDa) was developed to fractionate hydrolysed protein feeds from hydrolyzed whey protein isolate, as well as hydrolyzed alga chlorella vulgaris. The influence of pH and ionic strength (adaptation by addition of 150 mM NaCl) on permeate flux, recovery, transmission and molecular composition (determined by SE-HPLC) of the fractions of both protein sources was determined to optimize the fractionation process. Selected retentate and permeate fractions were evaluated with regard to the five basic tastes "sweet", "sour", "salty", "bitter" and "umami" and their qualification as "bitter"-blocker, using a trained sensory panel. In addition, the qualification of ultrasound (35 kHz) and the use of alternate membrane materials to improve the fractionation process, as well as the qualification of dialysis for the separation of small molecules (< 2 kDa) from the prefiltered feed was checked. For hydrolyzed whey protein isolate fractionation, pH did not significantly affect permeate flux, recovery and transmission. The increase of the ionic strength by addition of 150 mM NaCl resulted in a significantly increased permeat flux for pH 7, pH 8 and pH 9. However, the recovery rate was significantly reduced for pH 8 and pH 9. The chromatographically determined molecular size distribution of the fractions revealed a largely pH-independent retention of structures ≥ 20 kDa in the retentate, with simultaneously high retention of structures ≤ 1.35 kDa and low proportion of compounds ≥ 20 kDa in the permeate. The increase in the ionic strength had a positive effect on the proportion of compounds ≥ 20 kDa in the permeate. For hydrolyzed algae chlorella vulgaris fractionation, pH did not significantly affect permeate flux and recovery. The increase of the the ionic strength led to significantly lower permeate flux for pH 7 and pH 11. Regardless of the pH, mainly structures ≤ 1.35 kDa were found in the retentate and permeate. The increase of the ionic strength led to increased proportions of structures ≥ 20 kDa in the retentate for pH 3, pH 6 and, to a lesser extent, pH 8. In the sensory evaluation of the fractions of hydrolysed whey protein isolate a very weak "sweet" taste was noted in the retentate and a weak "salty" taste was identified in the permeate. The retentate fraction of hydrolyzed algae chlorella vulgaris were described as weak "salty", as well as very weak "umami", the permeate fraction was described as slightly "salty", as well as very weak "sour" and "umami". The "bitter" expression of the caffeine standard (0.22 g/l) could be significantly reduced by adding permeate (1 g/l). The use of ultrasound (35 kHz), as well as alternate membrane materials, did not prove suitable for optimizing the fractionation process in this study. The proportion of molecules < 2 kDa could be reduced for feed concentration between 1% (w/v) and 4% (w/v) by dialysis. | eng |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Friedrich, Markus Stefan | |
| dcterms.dateAccepted | 2019-06-05 | |
| dcterms.extent | XXX, 336 Seiten |