Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Struktur-Funktionalitäts-Beziehungen bei Vitalkleber

Bei der industriellen Gewinnung von Weizenstärke fällt Gluten als wichtigstes Kup-pelprodukt an, welches nach Trocknung und Pulverisierung unter der Bezeichnung Vitalkleber gehandelt wird. Die Verwendung unterschiedlicher Weizensorten und -qualitäten für die Stärkeproduktion bedingt jedoch schwankende Zusammensetzun-gen, Qualitäten und damit Funktionalitäten des Vitalklebers. Dies erschwert den funktionsorientierten Einsatz von Vitalkleber in der Lebensmittelindustrie, z. B. in Backwaren. Da durch die Novellierung der Düngeverordnung zur Begrenzung von Nährstoffüberschüssen zukünftig geringere Proteingehalte in Getreide zu erwarten sind, wird der Einsatz von Vitalkleber in Backwaren mit gezielter Funktionalität an Bedeutung gewinnen, um die bisherige Qualität weizenbasierter Produkte kompensierend zu erhalten.

Unbekannt ist bisher jedoch, inwieweit die funktionellen Eigenschaften der Vitalkleber mit der Zusammensetzung, der Struktur und den chemisch-physikalischen Eigenschaften korreliert sind. Ziel des Vorhabens ist deshalb die Aufklärung der Beziehungen zwischen der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung der Haupt- und Minorkomponenten und der Funktionalität von Vitalkleber hinsichtlich seiner Eignung als Backhilfsmittel und Proteingel (ähnlich Seitain). Es soll eine schnelle und insbesondere in KMU einfach durchführbare Methode entwickelt werden, die je nach Einsatzgebiet die zu erwartende Funktionalität von Vitalkleber vorhersagen kann.

Die Erkenntnisse werden einen zielgerichteten Einsatz von Vitalkleber anhand von Qualitätsklassen in Lebensmittelsystemen ermöglichen; dieser erfolgt bislang zu-meist nur empirisch. Die zielgerichtete Verwendbarkeit bestimmter Vitalkleber würde zum Einen für die Hersteller in höheren Verkaufspreisen resultieren und zum Andern eine Vielzahl von KMU der Lebensmittelindustrie in die Lage versetzen, qualitativ höherwertigere Produkte herzustellen.

Ergebniszusammenfassung:

Strukturelle und chemische Eigenschaften von 46 industriellen Vitalklebern wurden charakterisiert. Dabei zeigte sich, dass sich die Anzahl an freien Thiolen und Disulfidbrücken in den Proben stark unterscheiden können. Die weitere Zusammensetzung (Aschegehalt, Stärkegehalt, Lipidgehalt) und alle weiteren Untersuchungen (zB. Partikelgröße, Nahinfrarotspektroskopie) zeigten bei den Proben zwar leichte Unterschiede, welche jedoch nicht mit der Funktionalität des Proteins korreliert werden konnten.

Die Herstellung (Trocknung und Vermahlung) von standardisiert hergestelltem Vitalkleber zeigt einen Einfluss auf die rheologischen Merkmale, welche Aussagen ermöglichen über die Netzwerkstärke und Verknüpfungsrate. Dabei spielt mit großer Wahrscheinlichkeit der erhöhte Energieeintrag und Temperaturanstieg bei der Vermahlung eine wichtige Rolle. Allerdings führte der thermische und mechanische Stress nicht zu einem Funktionalitätsverlust.

Primäre und sekundäre Bindungsarten wurden ebenfalls untersucht. Hier zeigte sich, dass die Störung primärer Bindungsarten, wie kovalenter Bindungen mittels Ultraschall kaum Effekt zeigt. Dies bedeutet, dass hydratisierter Vitalkleber sehr schnell neue Netzwerkverknüpfungen ausbilden kann. Die Störung sekundärer Bindungsarten mit 1-Propanol bewirkte eine Reduktion von alpha-Helix-Strukturen, welche eine bleibende Veränderung zu einem schwächeren Netzwerk bewirkte.

Die Analysen ermöglichten eine Einteilung der Vitalkleber in drei Qualitätsklassen, welche die Prädikate „gut“, „mittel“ und „schlecht“ enthalten. Richtwert war hierbei die Performance in Mikrobackversuchen. Der Glutenaggregationstest, der Mikrozugversuch und das Gliadin-zu-Glutenin-Verhältnis wurden als Alternativmethoden zur Vorhersage der Funktionalität der Vitalkleber getestet. Kombiniert man die ersten beiden Methoden, kann man eine Vorhersagewahrscheinlichkeit von 65,2% erzielen.