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Anreicherung und Charakterisierung von Oligosacchariden aus Stutenmilch

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: MRI-MF-08-141
Laufzeit: 01.05.2015 - 30.09.2017
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Humanmilch enthält hohe Konzentrationen an komplexer Oligosacchariden, für die in neueren Studien neben der Förderung von Bifidobakterien im Darm, Abwehr von pathogenen Bakterien und Viren auch eine Immunmodulation und Förderung der gesunden Entwicklung von Darm und Immun¬system des Säuglings nachgewiesen wurde. Oligosaccharid-angereicherte Milchprodukte auf Basis von Kuh- oder Ziegenmilch erscheinen daher für die Entwicklung funktioneller gesundheitsfördernder Lebensmittel von besonderem Interesse. Untersuchungen der Oligosaccharide in Kuh-, Schaf-, Ziegen-, Stuten- und Kamelmilch haben große Spezies-spezifische Unterschiede in der Zusammensetzung der Oligosaccharide aufgezeigt. Insbesondere für Stutenmilch wird ein gesundheitsfördernder Effekt bei Neurodermitis und endzündlichen Darmerkrankungen beschrieben. Es ist deshalb das Ziel des Projektes, die Oligosaccharide aus Stutenmilch anzureichern und ihre Zusammensetzung und mögliche Bioaktivität zu charakterisieren.

Die Analyse der Milcholigosaccharide erfolgte mittels HPAEC-PAD/MS nach Altmann er at. (2015), die entsprechend für Stutenmilch zur Abtrennung störender Matrixeffekte modifiziert und validiert wurde. Die Oligosaccharidkonzentrationen wurden mithilfe externer Standards quantifiziert. Für die Hauptoligosaccharide 6‘-SL uns 3‘SL wurde eine Wiederfindung von 98.5 und 94.6 % und eine Wiederholbarkeit von unter 8 bzw. 13% erzielt. Zur Erfassung der biologischen Schwankungsbreite wurden 13 Einzelgemelke von Haflingern mit unterschiedlichen Lactationstadien analysiert. In der Stutenrohmilch wurde ein mittlerer Gehalt von 44,0 +/- 9,2 mg/l 3‘-SL und 14,7 +/- 3,4 mg/l 6‘-SL bestimmt. Neben diesen Hauptoligosacchariden konnte in den Stutenmilchproben, die hauptsächlich aus der 2.Hälfte der Lactation stammten, auch GalNac-Gal-Glc und LNnH in geringen Konzentrationen identifiziert werden. Zur Anreicherung der Milcholigosaccharide aus Stutenmilch wurde im direkten Vergleich zu Kuhmilch ein Nanofiltrationsverfahren entwickelt. Hierbei wurde nach Entfettung und Ultrafiltration das Magermilchpermeat mittels β-Galactosidase aus K. lactis Lactose-hydrolysiert. Im Vergleich zu Kuhmilch (Lactose-Restgehalt von 0,04%) wies das Stuten-Magermilchpermeat im Mittel hier einen etwas höheren Lactose-Restgehalt von 0,48% auf. Die Milcholigosaccharide wurden durch die eingesetzte β-Galactosidase nicht abgebaut. Durch die Transgalactosylierungsaktivität der β-Galactosidase wurden während der Hydrolyse zusätzlich relativ hohe Gehalte an Galactooligosacchariden, hauptsächlich 6‘-GL gebildet, die bei einer verlängerten Hydrolysezeit jedoch langsam wieder abgebaut werden. Zur Anreicherung der Oligosaccharide wurde das Lactose-hydrolysiertes, 1:2 verdünntes Stutenmagermilchpermeat mit zwei verschiedenen Membranen im Labormaßstab und mit einer Membran im Technikumsmaßstab nanofiltriert. Bei der Nanofiltration wurde zunächst bis zu einem Konzentrationsfaktor von 2 aufkonzentriert und anschließend mit 10 Diavolumen entmineralisiertem Wasser filtriert. Bei der Nanofiltration im Technikumsmaßstab wurde anschließend erneut aufkonzentriert. Die Wiederfindungen der Oligosaccharide im Nanofiltrationsretentat betrug zwischen 50,9% und 55,7% im Labormaßstab. Im Konzentrat des Versuchs im Technikumsmaßstab lagen die Wiederfindungen zwischen 29,1% und 82,8%. Das Verhältnis des Oligosaccharid- zum Trockenmassegehalt betrug zwischen 8,1% und 11,3% im Retentat des Versuchs im Labormaßstab und 32,5% im Konzentrat des Technikumsmaßstab. Die Nanofiltration von hydrolysierten Stutenmagermilchpermeaten stellt somit ein effektives Verfahren zur Anreicherung von Oligosacchariden dar. Zur weiteren Aufreinigung der Oligosaccharidfraktion wurde ein Festphasenextraktionsverfahren im Labormaßstab entwickelt, mit dem Restlactosegehalte von unter 1% in der Oligosaccharidfraktion erzielt werden konnten. Eine Untersuchung der Bioaktiviät der Oligosaccharidfraktionen (Meilenstein 4 und 5) wurde jedoch aufgrund geänderter Schwerpunkte im Institut nicht mehr durchgeführt.

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