Reaktionsorte und Funktionalität enzymatisch vernetzter Caseinmicellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurde die Proteinquervernetzung von Caseinen mittels mikrobieller Transglutaminase auf molekularer Ebene untersucht. Die Hypothese, wonach die Reaktivität individueller Caseine entscheidend von der micellaren Vorstrukturierung dirigiert wird, konnte bestätigt werden. Während α-Caseine schlechter und κ-Casein stärker durch mTG in der Caseinmicelle vernetzt werden kann als im Natriumcaseinat, nimmt die micellare Vorstrukturierung keinen Einfluss auf die Reaktivität des β-Caseins. Hieraus konnte geschlussfolgert werden, dass sich β-Casein relativ locker in die Micelle integriert und vorrangig in hydrophilen, gut von mTG erreichbaren Regionen in der Caseinmicelle befinden muss. Die α-Caseine hingegen müssen aufgrund ihrer in der Micelle herabgesetzten Reaktivität stark im Inneren der Caseinmicelle fixiert sein. Davon ausgehend konnte ein Micellmodel vorgeschlagen und erfolgreich publiziert werden. Diese modellhafte Vorstellung wurde weiter bekräftigt durch die Beladungsexperimente mit hydrophoben Substanzen (vorrangig Linolsäure) und durch die strukturelle Charakterisierung β-Casein depletierter Micellen. Das micellare β-Casein lässt sich durch Linolsäure nahezu vollständig aus der Micelle verdrängen, was seine lockere, vorrangig hydrophobe Einbindung in die Micelle bestätigt. Zudem kann aus den Experimenten geschlussfolgert werden, dass β-Casein das mobilste der micellaren Caseinen darstellt. Die über den gesamten Projektzeitraum entwickelte und optimierte Methode zur Erfassung entstandener Isopeptide mittels LC-MS-qTOF lieferte erstmalig Aussagen nicht nur über reaktive Stellen in der Micelle, sondern auch über deren Reaktionspartner und eröffnet damit die Möglichkeit einer dreidimensionalen Betrachtung des micellaren Aufbaus. Zusätzlich lieferten insbesondere die im Alkalischen inkubierten Micellen interessante Erkenntnisse nicht nur über den micellaren Aufbau, sondern eröffneten auch potentielle, neue Beladungsstrategien. Zum einen konnte die vergleichende Betrachtung der Reaktivität individueller Caseine bei pH 6,8 und bei pH 7,9 das aufgestellte Micellmodell weiter bekräftigen, da durch eine alkalische Aufquellung der Micelle α-Caseine wieder besser für mTG zugänglich wurden. Zum anderen eröffnete die Alkaliquellung in Verbindung mit der entgegenwirkenden Proteinquervernetzung eine neue Beladungsstrategie, die dann auch erfolgreich am Beispiel des Lysozyms etabliert wurde.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2016, Einfluss einer Alkalisierung auf die Vernetzung boviner Caseinmicellen mittels mikrobieller Transglutaminase. 45. Deutscher Lebensmittelchemikertag (München/Germany)
Duerasch, A., Wissel, J., Henle, T.
- 2017, Enzymatic Crosslinking of Casein Micelles under Alkaline Conditions. Conference Chemical Reactions in Foods VIII (Prag, Czech Republic)
Duerasch, A., Wissel, J., Henle, T.
- 2017, Enzymatic crosslinking of milk proteins: Identification of reactive sites in casein micelles using de novo sequencing. 10th NIZO Dairy Conference (Papendal/Netherlands)
Duerasch, A., Machill, S., Brunner, E., Henle, T.
- 2017, Interaktion von Lysozym mit Caseinmicellen. 46. Deutscher Lebensmittelchemikertag (Würzburg/Germany)
Duerasch, A., Lessing, S., Henle, T.
- 2018, Bedeutung von β-Casein für die Struktur von Caseinmicellen. 47. Deutscher Lebensmittelchemikertag (Berlin/Germany)
Duerasch, A., Hogh, K., Herrmann, P., Henle, T.
- 2018, Re-assembling of alkali-treated casein micelles by microbial transglutaminase. J. Agric. Food Chem., 66, 11748−11756
Duerasch, A., Wissel, J., Henle. T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b04000)
