Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen der Struktur und der eisrekristallisationshemmenden Wirkung von Carrageenen

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel Wefers
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413076269

Eisrekristallisationsprozesse sind einer der Hauptfaktoren für Qualitätseinbußen bei der Gefrierlagerung. Dies ist vor allem bei gefrorenen Lebensmitteln, aber auch in anderen Bereichen wie bei der Zell- und Organlagerung relevant. Daher besteht ein großes Interesse, die Eisrekristallisation durch den Zusatz von rekristallisationshemmenden Substanzen zu unterdrücken. Es konnte bereits gezeigt werden, dass das häufig zur Gelbildung eingesetzte Hydrokolloid kappa-Carrageen die Eisrekristallisation hemmt. Allerdings wurden in den bisherigen Studien lediglich nicht näher strukturell charakterisierte kappa-Carrageene eingesetzt. Dementsprechend ist nichts über die verantwortlichen Strukturen und die rekristallisationshemmende Wirkung anderer Carrageenarten bekannt. Da die aus Algen gewonnenen Carrageene eine komplexe und oft nur vereinfacht betrachtete Struktur aufweisen, ist zur Ableitung von Struktur-Wirkungsbeziehungen eine detaillierte strukturelle Analyse der verwendeten Proben notwendig. Um vergleichbare Bedingungen bei der Ermittlung der Rekristallisationshemmung zu erhalten und um den Einfluss einzelner Strukturelemente auf diese zu ermitteln, muss zudem eine chemische bzw. enzymatische Modifizierung der Carrageene vorgenommen werden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, die eisrekristallisationshemmende Wirkung verschiedener Carrageene systematisch zu untersuchen. Dazu werden zunächst verschiedene kommerziell erhältliche Carrageene mittels moderner chromatographischer und spektroskopischer Analysetechniken auf die vorliegenden Polysaccharidstrukturen hin untersucht. Basierend auf der strukturellen Zusammensetzung werden anschließend verschiedene Carrageene für eine gezielte Modifizierung ausgewählt. Dabei sollen mittels chemischer Methoden zum einen natürlicherweise enthaltene Strukturelemente entfernt werden, zum anderen sollen die in ausgewählten Carrageenproben enthaltenen Kationen ausgetauscht werden. Für eine detailliertere strukturelle Untersuchung besonders heterogener Carrageene sowie für eine gezielte Modifikation bestimmter Strukturelemente sollen zudem verschiedene carrageenspaltende Enzyme gewonnen und im Detail charakterisiert werden. Die eisrekristallisationshemmende Wirkung der chemisch und enzymatisch modifizierten Carrageene wird schließlich unter identischen Bedingungen in einem etablierten Modellsystem ermittelt. Mit den durchgeführten Untersuchungen soll ein detailliertes Verständnis der eisrekristallisationshemmenden Wirkung von Carrageenen entwickelt werden. Es ist zu erwarten, dass die gewonnenen Erkenntnisse einen grundsätzlichen Beitrag zur weiteren Aufklärung von rekristallisationsinhibierenden Mechanismen leisten. Die Kenntnis der Struktur-Wirkungsbeziehungen erlaubt zudem eine gezieltere Auswahl von Carrageenen zur Rekristallisationshemmung und kann helfen, die Herstellungsprozesse von Carrageenen auf eine möglichst hohe eisrekristallisationshemmende Wirkung hin zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen