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Untersuchung des Einflusses definierter thermo-mechanischer Belastungen auf die Reaktionsausbeute von Protein-Polysaccharid-Konjugaten

Untersuchung des Einflusses definierter thermo-mechanischer Belastungen auf die Reaktionsausbeute von Protein-Polysaccharid-Konjugaten
Typ:BA/MA
Datum:ab sofort
Betreuer:

Dr.-Ing. M. Azad Emin

Das gestiegene Ernährungsbewusstsein der Verbraucher führt zu stetig steigenden Anforderungen an Lebensmittel und ihre Zusatzstoffe. Hierbei geht der Trend zu natürlichen, nicht synthetischen Zusätzen. Als natürliche Emulgatoren werden bereits Proteine eingesetzt, die Emulsionen stabili-sieren können. Der industrielle Einsatz der Proteine kann jedoch aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Umgebungsbedingungen, wie z.B. der Temperatur, des pH-Wertes und der Ionenkonzentration nicht in allen Lebensmittelsystemen gewährleistet werden. Durch eine kovalente Verknüpfung der Proteine mit Polysacchariden können die funktionellen Eigenschaften, wie z.B. die Emulgierfähigkeit oder auch die Temperaturstabilität deutlich verbessert werden. Die kovalent verknüpften Moleküle werden Protein-Polysaccharid-Konjugate genannt. Die Reaktion ist von vielen Parametern wie der Temperatur, Reaktionszeit, dem Wassergehalt, dem pH-Wert sowie der Rohstoffkonzentration und -art abhängig.
Bislang gibt es jedoch noch kein kontinuierliches Verfahren zur industriellen Herstellung der Protein-Polysaccharid-Verbindungen. Ein Extruder kann prinzipiell als kontinuierlich arbeitender Reaktor gesehen werden und zeichnet sich durch gute Wärmeübertragung, gute Durchmischung und bei hohen Durchsätzen geringe Energiekosten aus. Allerdings können aufgrund der simultan wirkenden Prozessparameter die einzelnen Einflüsse von Temperatur, Scherrate, Druck, Verweilzeit und Durchmischung auf die Reaktion nicht kontrolliert untersucht werden.
Um die für die Konjugatbildung während des Prozesses verantwortlichen Mechanismen zu verste-hen, ist es notwendig, den Einfluss fundamentaler physikalischer Parameter wie der Scherrate, der Verweilzeit und der Temperatur zu verstehen. Da die tatsächlich im Extruder auftretenden mecha-nischen und thermischen Belastungen lokal stark variieren, ist es eine große Herausforderung diese zu bestimmen. Um den Einfluss der grundlegenden Prozessparameter auf die Konjugatbildung untersuchen zu können, müssen daher zunächst kontrollierte Prozessbedingungen eingestellt werden. Hierfür kann eine Scherzelle eingesetzt werden.
Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss der reaktionsbeeinflussenden Parameter auf die Bildung von Protein-Polysaccharid-Konjugaten unter definierten Bedingungen zu untersuchen. Die Versuche werden in einer Scherzelle durchgeführt. Anschließend sollen die strukturellen Eigenschaften wie folgt charakterisiert werden:

  • Löslichkeit via Zentrifugieren und gravimetrischer Messung des Pellets
  • Konjugatbildung mittels SDS-Polyacrylamid Gelelectrophorese
  • Konjugatausbeute der löslichen kovalent gebundenen Reaktionsprodukte via Size Exclusion Chromatography

Prof. Dr.-Ing. H. P. Schuchmann
Beginn:     ab sofort
Betreuer:    Dr.-Ing. M. Azad Emin