Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4139
Main Title: Spray drying of soybean oleosomes
Translated Title: Sprühtrocknung von Sojabohnen-Oleosomen
Author(s): Maurer, Sania
Advisor(s): Vilgis, Thomas A.
Knorr, Dietrich
Referee(s): Knorr, Dietrich
Vilgis, Thomas A.
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Mit stetigem Wachstum des Weltmarktes für funktionale Lebensmittel, ist auch die Nachfrage nach neuen Materialien und Produkten gestiegen. In der Lebensmittelindustrie wurden Oleosome bereits als vorteilhaft als voremulgierte Zusatzstoffe oder Träger von bioaktiven Inhaltsstoffen entdeckt. Pflanzensamen sind reich an Oleosomen, die als kleine subzellulare Öltröpfchen während der Keimung entstehen. Innerhalb der Samen liegen sie als voremulgiertes Öl vor, das reich an ungesättigten Fettsäuren und von einer Monoschicht aus Phospholipiden und Proteinen, dem Oleosin, umschlossen ist. Die Oleosine sind mit einer hydrophoben Peptidsequenz in dem Ölkern verankert, während die hydrophilen Sequenzen an der Oberfläche der Oleosome bleiben. Das Oleosin spielt eine entscheidende Rolle für die Stabilität und Funktion der Oleosome. Um die Nährwerte des Öls und die Funktion der Oleosome zu bewahren, ist Sprühtrocknung eine vielversprechende Technik. Oleosome aus Sojabohnen wurden in dieser Arbeit zum ersten Mal sprühgetrocknet. Für die Mikroverkapselung der Oleosome wurde Maltodextrin verwendet. Um eine hohe Effizienz der Ölverkapselung zu erreichen, mussten optimale Prozessparameter gefunden werden. Vor der Sprühtrocknung wurden Stabilitätstests durchgeführt, um die Sprühfähigkeit der Oleosome feststellen zu können. Zusätzlich wurde die Relevanz des Oleosins für die physikochemischen Eigenschaften und die Stabilität der Oleosome untersucht. Die Anwendung enzymatischer Verdauung und zahlreicher Charakterisierungsmethodiken ermöglichten es, die molekularen Veränderungen der Oleosinstruktur mit den veränderten makroskopischen Eigenschaften der Oleosome in Verbindung zu setzen. Die Erkenntnisse aus den Messungen lieferten eine Verbesserung des Verständnisses der Mechanismen, die hinter der Pulverentstehung und den damit verbundenen Pulvereigenschaften stehen. Versuchsreihen zeigten, dass Oleosome bis 100 °C temperaturstabil, aber nur begrenzt scherstabil sind. Die enzymatische Verdauung zerstörte die Fähigkeit des Oleosins, Öl-Wasser- und Luft-Wasser-Grenzflächen zu stabilisieren und veränderte die Eigenschaften der Oleosome. Messungen zeigten, dass Oleosome an der Luft-Wasser-Grenzfläche aufplatzen und sich ihr Inhalt auf der Oberfläche verteilt. Sowohl dieser Effekt, als auch die geringe Menge an Verkapselungsstoffen in den Oleosomen, könnten zu der niedrigen Ausbeute bei der Sprühtrocknung von reinen Oleosom-Emulsionen und damit großen Mengen an freiem Öl geführt haben. Mit der Zugabe von Maltodextrin konnte die Verkapselungseffizienz wesentlich verbessert werden.
The continuous growth of the global market for functional foods has significantly increased the demand for new materials and products. The food industry discovered oleosomes as beneficial as pre-emulsified additives or carriers of bioactive ingredients. Plant seeds are rich in oleosomes, which are small subcellular oil droplets expressed during seed development and maturation. Within seeds, they exist as pre-emulsified oil high in unsaturated fatty acids, stabilised by a monolayer of phospholipids and proteins, called oleosins. Oleosins are anchored into the oil core with a hydrophobic domain, while the hydrophilic domains remain on the oleosome surface. The oleosins play a major role in the stability and function of oleosomes. To preserve the nutritional value of the oil and the function of oleosomes, spray drying is a promising technique. Soybean oleosomes have been spray dried for the first time. For the microencapsulation of oleosomes, maltodextrin was used. To achieve a high oil encapsulation efficiency, optimal process parameters needed to be established. Prior to spray drying, stability tests were performed to evaluate the applicability of oleosomes for spray drying. In addition, the importance of the oleosins for the physicochemical properties and stability of oleosomes was investigated. The application of enzymatic digestion and various characterisation techniques made it possible to correlate molecular changes of the oleosin structure with changing macroscopic properties of oleosomes. The results helped to better understand mechanisms of drying behind powder formation and the associated powder properties. Studies on the stability of oleosomes revealed that they are stable to temperatures up to 100 °C but only to a limited extent to shear stresses. After enzymatic digestion, oleosins lost their ability to stabilise oil-water and air-water interfaces and the macroscopic properties of oleosomes have changed. Measurements revealed that oleosomes rupture at the air-water interface and spread their constituents on the surface layer. This effect, as well as the low load of encapsulating agents in oleosomes might have lead to the poor spray drying efficiency of pure oleosome emulsions, resulting in excessive amounts of free oil. With the addition of maltodextrin, the oil encapsulation efficiency was significantly improved.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-55571
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4436
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4139
Exam Date: 24-Jun-2014
Issue Date: 18-Aug-2014
Date Available: 18-Aug-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Sprühtrocknung
Sojabohnen-Oleosome
Oleosin
Phospholipide
Sojaöl
Spray drying
soybean oleosomes
oleosin
phospholipids
soybean oil
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