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Charakterisierung der Struktur und Dynamik von proteinstabilisierten Schäumen
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 17124 N
Laufzeit: 01.01.2011
- 31.12.2014
Fördersumme: 409.900 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
In der Lebensmittelproduktion spielen Schäume, u.a. im Bereich der milchbasierten Produkte, eine bedeutende Rolle. Das Einbringen von Luft in Lebensmittel gehört zu den wachstumsstärksten Grundoperationen in der Lebensmittelindustrie. Die Charakterisierung der Schaumbildungseigenschaften von Milch in Abhängigkeit beeinflussender Parameter ist dabei sowohl von hohem wissenschaftlichen als auch von wirtschaftlichem Interesse: Zum einen in Hinblick auf die Entwicklung moderner Produkte aus Kaffee und Milch, beispielsweise Cappuccino und Latte macchiato, zum anderen aber auch in Bezug auf die Schaumbildungseigenschaften der Proteine aus Milcherzeugnissen, die als Zutat in den verschiedensten Lebensmittelsystemen eingesetzt werden.
Aufgrund der molekularen bzw. strukturellen Komplexität von Proteinen und Schäumen ist die Verbindung zwischen den physikochemischen Eigenschaften der Proteine und den resultierenden Schaumstrukturen allerdings noch nicht umfassend aufgeklärt. Es besteht eine große Nachfrage nach quantitativen Methoden, wie z.B. der 2D-Radioskopie oder der 3D-Mikro-Computertomographie (3D-μCT), mit denen die Mikrostruktur geschäumter Lebensmittel präzise charakterisiert und daraus resultierend fundierte Struktur-Funktions-Beziehungen abgeleitet werden können. Der Bereich der proteinbasierten Schaumbildung und -stabilisierung ist, z.B. auch in Bezug auf die kompetitive Adsorption von Proteinen, noch nicht ausreichend aufgeklärt.
Zentrale Frage für die Praxis ist die Adsorptions- und Strukturbildungsdynamik an der Grenzfläche einerseits in Abhängigkeit von den molekularen bzw. strukturellen Eigenschaften der grenzflächenaktiven Stoffe, andererseits in Abhängigkeit von miteinander konkurrierenden Vorgängen wie der Geschwindigkeit der Grenzflächenbesetzung, der Blasenkoaleszenz und der auftretenden Strömungskräfte. Röntgentechnische Labormethoden für eine zerstörungsfreie Analyse von Schäumen sind bisher noch zu langsam, um nichterstarrte Schäume sowie dynamische Schaumbildungsprozesse charakterisieren zu können. Zwar können moderne CT-Geräte heute bereits sehr hohe Auflösungen bis in einen Bereich von < 1 μm erzielen, die Messzeiten liegen jedoch bei bis zu mehreren Stunden. Ebenso erfordern auswertbare Volumendaten eine gute Kontrastbildgebung; beide Kriterien stehen allerdings im Widerspruch zueinander.
Ziel des Forschungsvorhabens, Teilprojekt (TP) 3 des DFG/AiF-Clustervorhabens 'Proteinschäume in der Lebensmittelproduktion: Mechanismen-aufklärung, Modellierung und Simulation', ist die umfassende Charakterisierung des Verhaltens und der Dynamik strukturell und größenbezogen unterschiedlicher Milchproteinkomponenten an der Luft/Wasser-Grenzfläche am Beispiel von aCMP, gCMP, β-Lactoglobulin und β-Casein so-wie Natriumcaseinat und Caseinmicellen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
