Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5614
Main Title: Impact of an enzymatic hydrolysis on the functional properties of globular proteins
Translated Title: Einfluss einer enzymatischen Hydrolyse auf die funktionellen Eigenschaften globulärer Proteine
Author(s): Tamm, Frederic
Advisor(s): Drusch, Stephan
Referee(s): Drusch, Stephan
Schwarz, Karin
Flöter, Eckhard
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Lipophile, bioaktive Substanzen, wie z. B. Lipide mit einem hohen Gehalt an Omega-3- Fettsäuren, haben einen positiven Einfluss auf die menschliche Gesundheit, allerdings sind sie auch anfällig für Autoxidation, welches ihre Verwendung limitiert. Folglich werden Mikroverkapselungstechniken zur Stabilisierung dieser Inhaltsstoffe benötigt, welche im Folgenden ihren Einsatz in Lebensmitteln ermöglichen. Die Mikroverkapselung mittels Sprühtrocknung von Emulsionen findet in diesem Zusammenhang häufig Anwendung, allerdings werden hierfür grenzflächenaktive Verkapselungsmaterialien benötigt. Während des Emulgier- und Sprühtrocknungsprozesses stabiliseren diese Emulgatoren die Emulsionstropfen gegen Deformation in Form von Scherung und Dilatation. Des Weiteren ist die chemische Stabilisierung des oxidationsempfindlichen Lipids während der Prozesse und der anschließenden Lagerung essentiell, welches im Idealfall ebenfalls von dem grenzflächenaktiven Emulgator erfüllt wird. In der vorliegenden Studie erfolgte die Mikroverkapselung von Fisch- und Rapsöl mittels der Sprühtrocknung von Emulsionen, welche mit β-Laktoglobulin (β-LG), Erb- senprotein (PPI) oder enzymatischen Hydrolysaten dieser Proteine stabilisert wurden. Zur Hydrolyse wurden zwei Endopeptidasen mit unterschiedlicher Spezifität in ihrem Spaltungsverhalten eingesetzt, welches die Funtionalität der Hydrolysate stark beeinflusste. Bovines Trypsin zeigte im Gegensatz zu Alcalase ein höheres Potenzial Pep- tidmischungen mit verbesserten funktionellen Eigenschaften zu erzeugen. Die strukturelle Integrität der Grenzflächenfilme wurde durch die enzymatische Hydrolyse nicht negativ beeinflusst. Zusätzlich zeigten die Hydrolysatfilme eine erhöhte Widerstandskraft gegen Deformation während der Grenzflächenrheologieexperimente (in Form von Scherung und Dilatation). Die Verbesserung der funktionellen Eigenschaften war stärker ausgeprägt für PPI, da β-LG im unmodifizierten Zustand bereits eine deutlich höhere Funtionalität aufwies. Die elektrostatische Anlagerung von enzymatisch modifiziertem Pektin an β-LG und β-LG-Hydrolysate hergestellt mit Trypsin beeinflusste die Grenzflächenadsorption der Proteine und Hydrolysate stark und hing maßgeblich vom Modifikationsgrad des Pektin und dem Hydrolysegrad des β-LG ab. Des Weiteren resultierte aus der Anwesenheit von Pektin eine erhöhte physikalische Stabilität der Grenzflächenfilme während der grenzflächenrheologischen Experimente, der Emulsionsherstellung und der Sprühtrocknung. Zusätzlich konnte die chemische Stabilität der mikroverkapselten Öle durch enzymatische Hydrolyse im Vergleich zum unmodifizierten Substrat deutlich erhöht werden. Wie stark die Lipidoxidation verzögert wurde, hing stark von dem verwendeten Enzym und dem Hydrolysegrad ab. Neben der Erhöhung der physikalischen Stabilität des Öls konnte durch die Anwesenheit von Pektin auch die Lipidoxidation in mikroverkapseltem Fischöl verzögert werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen deutlich das Potential von enzymatischen Hydrolysaten, hergestellt aus globulären Proteinen, Lipide sowohl physikalisch als auch chemisch zu stabilisieren.
Lipophilic bioactive compounds sensitive to autooxidation, like lipids rich in omega-3 fatty acids, provide beneficial health effects but exhibit limited applicability in their pure form. Accordingly, microencapsulation techniques are needed to transform these bioactives into stable ingredients and enable their incorporation into food matrices for fortification. Microencapsulation by spray-drying of emulsions is frequently used in this regard, however interfacially-active wall materials are needed to stabilise the interface of the emulsion droplets against shear and dilatational deformation during the emulsification and spray-drying process. Furthermore, chemical stabilisation of the sensitive lipid is crucial during the processes and subsequent storage, which is ideally also provided by the interfacially-active wall material. In the present study, fish oil and rapeseed oil were microencapsulated by spray-drying of emulsions stabilised by β-lactoglobulin (β-LG), pea proteins (PPI) or with enzymatic hydrolysates thereof. Two endopeptidases with different cleaving specificity were used for hydrolysis, which strongly affected the functionality of the hydrolysates. In contrast to alcalase, bovine trypsin proved to be more suitable to produce peptide mixtures with improved functional properties, respectively. Enzymatic hydrolysis did not negatively affect the structural integrity of the interfacial layers during the spray-drying process. In addition, hydrolysate layers exhibited increased resilience to deformation during inter- facial rheology experiments (under shear and dilatation). The improvement of the functional properties due to enzymatic hydrolysis was more distinct for PPI compared to β-LG, since unmodified β-LG already possessed considerably better funtionality. Electrostatic attachment of enzymatically modified pectin to β-LG and its tryptic hydrolysates affected their interfacial adsorption, which strongly depended on the molecular characteristics of pectin and the degree of hydrolysis of β-LG. Furthermore, pectin rein- forced the physical stability of the interfacial layers during interfacial rheology, emulsification and spray-drying. Furthermore, the chemical stability of the microencapsulated lipophilic compounds sensitive to autoxidation was clearly increased by all protein hydrolysates compared to the unmodified substrates. However, the extent of the retardation of lipid oxidation was strongly affected by the specificity of the enzyme and the degree of hydrolysis. Besides the increase in the physical stability of the lipids, the presence of pectin in the formulation also slowed down lipid oxidation of the microencapsulated fish oil. The results of the present study clearly indicate the potential of hydrolysates from globular proteins to both physically and chemically stabilise lipids.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6030
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5614
Exam Date: 29-Jul-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 13-Dec-2016
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::500 Naturwissenschaften::500 Naturwissenschaften und Mathematik
DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::660 Chemische Verfahrenstechnik::664 Lebensmitteltechnologie
Subject(s): enzymatic hydrolysis
functional properties
microencapsulation
lipid oxidation
interfacial properties
enzymatische Hydrolyse
funktionelle Eigenschaften
Mikroverkapselung
Lipidoxidation
Grenzflächeneigenschaften
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie » Publications

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