Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Reduktion der Bitterkeit von fermentierten Milchprodukten mit erhöhtem Calciumgehalt durch Selektion geeigneter Starterkulturen - Einfluss milchendogener und exogener Peptidasen

In fermentierten Milchprodukten, wie konzentriertem Joghurt, Frisch- und Schnittkäse, können Bitterpeptide enthalten sein, die durch die Spaltung von Milchproteinen durch Peptidasen gebildet werden. In höherer Konzentration werden diese Peptide von den Konsumenten sensorisch wahrgenommen und können zur Ablehnung des Produkts führen.

Peptidasen können endogen in der Milch enthalten sein, wie Cathepsine und Plasmin, Bitterpeptide können aber auch durch die enzymatische Aktivität der Starterkulturen entstehen.

Ziel des Vorhabens ist es, die Bitterkeit von fermentierten Milchprodukten zu reduzieren oder gänzlich zu vermeiden. Dazu sollen die milchendogenen Peptidasen sowie die Peptidasen der Starterkulturen näher betrachtet werden. Besonderes Augenmerk soll hierbei auf den Einfluss des Calciumgehalts gelegt werden, da in konzentrierten Milchprodukten ein erhöhter Gehalt von Calcium-Ionen vorliegt und solche fermentierten Produkte eine verstärkte Bitterkeit aufweisen. Weiterhin soll der Einfluss von pH-Wert und Temperatur auf die Expression der Peptidasegene und Oligopeptidtransportsysteme sowie die enzymatischen Aktivitäten der Starterkulturen bzw. die enzymatische Bildung von Bitterpeptiden in einem Modellsystem untersucht werden, um hieraus Lösungsstrategien für die Hersteller abzuleiten.

Frische fermentierte, milchprotein- und calciumangereicherte Lebensmittel besitzen ein steigendes Marktpotenzial und sind damit gerade für KMU interessant. Die Ergebnisse werden es Kulturenherstellern ermöglichen, Starterkulturen spezifisch für die Anwendung in Milchkonzentraten zu entwickeln. KMU der Milchindustrie werden auf dieser Basis innovative Produkte für Menschen mit besonderer Ernährungsanforderung, z.B. Sportler und Senioren, entwickeln können.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde ein Mikro-Frischkäsesystem für CoF- und FCo-Frischkäse etabliert. Die Endprodukte wurden sensorisch und mittels HPLC-MS/MS analysiert. Es wurde micellares Casein Pulver mit nativem und reduziertem Calciumgehalt hergestellt. Außerdem wurde β-Casein mit hoher Reinheit gewonnen. Die Hypothese, dass Peptidase-negative Lactococcus Stämme zu CoF-Frischkäse mit signifikant reduzierter Bitterkeit führen, wurde bestätigt. Bei Fermentation von micellarem Casein mit reduziertem β-Caseingehalt zu CoF-Frischkäse wurde kein Unterschied zu FCo-Frischkäse aus dem Handel detektiert.

Ein Assay zur Transkriptionsanalyse der Gene prtP, oppA und codY wurde etabliert. Die Transkriptmengen aller Gene waren während der Kultivierung unter stark erhöhten Calciumkonzentrationen stark erniedrigt, in MCB pH 5,5 sowie MCB + 5 mM CaCl2 wurden erhöhte Transkriptionslevels für prtP sowie erniedrigten Transkriptionsniveaus von oppA und codY detektiert. Die Transkriptionsstärke aller Gene war während der Kultivierung in beiden Milchkonzentrat-Ansätzen vermindert. Es ist davon auszugehen, dass die sensorisch festgestellte Bitterkeit von der Transkription unabhängig ist.

Es wurden ein quantitativer Nachweis von Cathepsin D mittels Fluoreszenz-Substrat sowie ein qualitativer Western Blot etabliert. Weder in Escherichia coli noch in Komagataella phaffii wurde eine ausreichende Menge an Cathepsin D hergestellt. Die Versuche wurden mit kommerziellem Cathepsin durchgeführt. Cathepsin D wird durch gängige Pasteurisation (72°C, 32 s) nicht vollständig inaktiviert. Durch Abtrennung der in Rohmilch enthaltenen somatischen Zellen wurde die Cathepsin D-Aktivität um 40% gesenkt, und durch eine anschließende Hocherhitzungsbehandlung eine von Cathepsin D-Aktivität freie Milch hergestellt. Es wurde in MCB gezeigt, dass eine Verringerung des pH-Wertes, eine Erhöhung der Calciumkonzentration oder des Proteingehaltes die PrtP-Aktivität erhöht.