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Fraktionierung von Proteinen aus Molke mit adsorptiven Membranen
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16540 N
Laufzeit: 01.01.2010
- 31.12.2012
Fördersumme: 327.100 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Die Fraktionierung und Isolierung biologisch aktiver
Proteine und Peptide aus komplexen Rohstoffen
wie Milch oder Molke ist eine wesentliche
Voraussetzung für deren innovativen
Einsatz, entweder aus Sicht der Biofunktionalität
oder zur Gestaltung neuartiger Strukturen. Auf
Grund der unterschiedlichen Ladungen einzelner
Proteine und Peptide, bedingt durch deren unterschiedliche
Zusammensetzung an Aminosäuren,
kommt besonders die Ionenaustauschchromatographie
(IEC) für deren Aufreinigung in
Frage. Chromatographische Prozesse sind kostenintensiv,
werden auf Grund höherer Wertschöpfung
in der Pharmaindustrie aber dennoch
als unit-operation eingesetzt. Die hohen Kosten
resultieren daraus, dass herkömmliche Chromatographieprozesse
langsamen intrapartikulären
Diffusionsvorgängen der Moleküle in die Gelkügelchen
der Chromatographiesäulen unterliegen.
Die hocheffizienten und sehr spezifisch wirkenden,
aber dichten Gelpackungen erzeugen erhebliche
Gegendrücke, welche hohe Ansprüche an
die Anlagen stellen. Ein Einsatz dieser Chromatographieverfahren
in der Lebensmittelindustrie
ergibt neben ökonomischen Problemen deshalb
oft zu geringe Durchsätze und zu langsame Prozessgeschwindigkeiten.
Bei dem Mitte der 90er Jahre entwickelten Verfahren
der Membran-Adsorptions-Chromatographie
(MAC) werden die Bindungsstellen der
IEC an Stelle der Gelkügelchen auf Membranen
bzw. in die Membranporen von Mikrofiltrationsmembranen
gekoppelt. Diese Hochdurchsatz-
Chromatographie-Methode bietet eine Reihe von
entscheidenden Vorteilen gegenüber konventionellen
Chromatographiesäulen, insbesondere
wesentlich höhere Flussraten und geringere Gegendrücke,
was einen ökonomischen Einsatz in
der Aufreinigung relevanter Biomoleküle aus Lebensmitteln
ermöglichen könnte. Dennoch ist
diese Technologie in der Lebensmittelbranche
noch kaum beachtet. Systematische wissenschaftliche
Untersuchungen zu ihrem Einsatz bei
Lebensmitteln unter industrierelevanten Bedingungen
stehen noch aus.
Eine Reihe von Inhaltsstoffen aus Molke (Laktoferrin,
Immunglobuline, α-Laktalbumin (α-La), -
Laktoglobulin (-Lg) oder Caseinomakropeptid
stellen auf Grund ihrer biofunktionellen Eigenschaften
interessante Ziele zur Aufreinigung dar.
Die Wertigkeit hochreiner Einzelfraktionen liegt
über der von Standardmolkenproteinprodukten.
Molke wird zurzeit überwiegend zu flüssigem
WPC, WPI und Molkenpulver weiterverarbeitet.
Süß- bzw. Sauermolke fallen bei der Herstellung
von Käse oder Quark sowie bei der KaseinproAiF
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duktion an (gesamt 11 Mio. t in 2006). Die
Fraktionierung einzelner Proteinfraktionen erfolgt
häufig über aufwändige Prozesskaskaden (Membrantrenntechnik,
Fällungsreaktionen, thermisches
Koagulieren oder Zentrifugation). Oft
kann kein natives Endprodukt hergestellt werden,
so dass die angestrebte biologische Aktivität
nicht mehr gegeben ist. Dementsprechend
besteht Interesse der Industrie an neuartigen
Fraktionierungsmethoden mit reduzierter Gesamtprozesszahl
und guter Skalierbarkeit.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung
und Optimierung eines neuen analytischen
Verfahrens zur membranbasierten chromatographischen
Fraktionierung relevanter Proteinfraktionen
aus Sauer- und Süßmolke.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
Ausführende Einrichtung
Zentralinstitut für Ernährungs- und Lebensmittelforschung (ZIEL)
