PROTAX – Enzymatisch induzierte Protein-AX Netzwerke in glutenfreien Systemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mario Jekle
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik ; Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493413680

Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten in den letzten Jahren, können glutenfreie (gf) Backwaren noch nicht das Qualitätslevel von weizenbasierten Produkten erreichen. Die am besten vergleichbare Brotqualität wird mit Roggen erzielt, was auf seine Hauptbestandteile Arabinoxylane (AX), Proteine (hauptsächlich Gluten) und Stärke und deren Interaktionen zurückzuführen ist. Um Gluten zu ersetzen, ist bisher die Zugabe mehrerer Zusatzstoffe unerlässlich, um qualitativ akzeptable gf Brote herzustellen. Besonders das Hydrokolloid HPMC, ein chemisch modifiziertes Cellulosederivat, weist dabei eine gute Leistung auf. Natürliche Hydrokolloide hingegen haben eine mäßige oder nur geringe Stabilisierung von gf Teigsystemen gezeigt. Aktuelle Untersuchungen ergaben, dass Arabinoxylane (AX) aufgrund ihrer Vernetzungsfähigkeit durch Ferulasäurereste das Glutennetzwerk in begrenztem Umfang imitieren können.Getreidebasierte Proteine und AX sind geeignete Substrate für die oxidative Vernetzung mittels Laccase, Tyrosinase oder Oxidase-Enzymen durch Ferulasäure, Tyrosin und in geringem Maße durch Cysteinreste. Diese neuartige Vernetzung könnte die Struktur und Textur glutenfreier Systeme verbessern und dadurch die Rückhaltung von biologisch produziertem Gas zu verbessern. Das Einbringen von hydrophoben Proteinen soll dabei im Vergleich zu reinen Kohlenhydraten wie AX überlegene Eigenschaften aufzeigen. Hafer, Mais und Reis wurden aufgrund ihres hohen Gehalts und der Qualität der genannten Komponenten als vielversprechender Rohstoff identifiziert. Eine Anreicherung ihrer Protein und AX Bestandteile und deren anschließenden enzymatischen Vernetzung könnte ein außerordentliches Potential zur Verbesserung der Backeigenschaften darstellen.Für das Vorhaben wird ein interdisziplinärer Ansatz gewählt, der Getreidetechnologie (Vermahlung, Fraktionierung), Biotechnologie (enzymunterstützte Vernetzung), Physik (Teigrheologie), Polymerchemie und Analytik umfasst. Zur Aufklärung der Strukturbildungsmechanismen werden umfassende Methoden zur Charakterisierung der Getreidepolymere und v.a. der entwickelten Netzwerke eingesetzt (u.a. HP-SEC, MALDI TOF MS, CLSM, NMR). Die experimentelle Differenzierung in imitierende Teigmodelle und in komplexe Realsysteme ermöglicht unter Einbezug mit statistischen und Modellierungsansätzen das eigenschaftsgetriebene Strukturdesign der gf Produkte.Das Konzept des Projekts zeigt einen multidisziplinären und innovativen Ansatz zur Verbesserung von gf Produkten. Das vorausgehende Projekt PENTOGLU zeigte dabei bereits das hohe Potenzial der Verwendung von AX. Die Innovation des vorliegenden Vorhabens liegt in der enzymatischen Vernetzung der AX mit Proteinen zum Aufbau neuer Netzwerke. Eine Studie konnte bereits die oxidative Vernetzung von AX und Caseinproteinen aufzeigen. In getreidebasierten Systemen wurde diese innovative Funktionalisierung zum Strukturaufbau bisher jedoch noch nicht untersucht und verwendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Stefano D' Amico; Dr. Denisse Bender