Einfluss verschiedener Zusätze auf die Funktionalität, Proteinzusammensetzung und Sekundärstruktur von Gluten

Vitalkleber wird hauptsächlich in der Backwarenindustrie zur Verbesserung der Backqualität von Mehlen mit geringem Proteingehalt eingesetzt. In anderen Industriezweigen stellt Vitalkleber auf Grund des geringen Preises ebenfalls eine gefragte Proteinquelle gegenüber teureren tierischen oder pflanzlichen Proteinen dar.
In Folge natürlicher Umweltschwankungen des Rohstoffs Weizen und der dadurch herstellerbedingten Anpassung der Prozessparameter der Stärkeextraktion, sind eine Vielzahl unterschiedlicher Qualitäten des Nebenprodukts Vitalkleber mit veränderlicher Glutenproteinzusammensetzung und -funktionalität kommerziell erhältlich. ... mehrDieser Umstand schränkt die Nutzung von Vitalkleber für die Produktoptimierung von Backwaren und Endprodukten in anderen Anwendungsbereichen ein.
Da die Stärkegewinnung einen in sich geschlossenen, etablierten Prozess darstellt, wäre ein der Glutenisolation nachgeschalteter Schritt zur Modifikation der Vitalklebereigenschaften praktikabel. Daher wurden die Salze NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2, der Emulgator Polysorbat 20, Ascorbinsäure und die Enzyme Transglutaminase, Lipase, Xylanase und Cellulase in verschiedenen Konzentrationen in ein isoliertes, vollständig ausgebildetes, natives Glutennetzwerk eingearbeitet und die Proben anschließend bei 40 °C und 80 °C getrocknet und unter standardisierten Bedingungen vermahlen.
Die im Labormaßstab hergestellten Glutenproben wurden umfassend chemisch-analytisch auf ihre Glutenproteinzusammensetzung und Sekundärstruktur untersucht. Ergänzt wurden diese Analysen durch rheologische Messungen zur Bestimmung funktioneller Eigenschaften.
Die Charakterisierung der Feucht- und Vitalkleberproben zeigte, dass alle Zusätze bis auf Enzyme in der Lage waren, die Gluteneigenschaften in unterschiedlichem Ausmaß zu beeinflussen. Alle Zusätze führten zu einer Änderung der Glutenproteinzusammensetzung und -funktionalität. Die Salze beeinflussten zudem die Anteile der Sekundärstrukturelemente sowie die Konformation der Disulfidbindungen. Die beobachteten Veränderungen ließen auf durch die Zusätze induzierte Änderungen kovalenter und nicht-kovalenter Bindungen schließen. Der Effekt der Salze konnte dabei nicht auf die Anordnung der Ionen in der Hofmeisterreihe zurückgeführt werden. Es zeigte sich jedoch ein ähnliches Verhalten monovalenter und divalenter Salze.
Der Zusatz von Salzen in einer der Glutenisolation nachgeschalteten Behandlung zeigte Möglichkeiten zum Ausgleich von Temperatureffekten auf die Glutenproteinzusammensetzung und -funktionalität auf. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Mehlqualität die Wirkungsweise der Zusätze maßgeblich mitbestimmt, die Gründe für unterschiedliche Eigenschaften der resultierenden Glutenproben aber vermutlich in anderen Faktoren als allein im Proteingehalt begründet sind.
Die Studie zeigte somit das Potential zur posttranslationalen Änderung der Glutenproteinzusammensetzung und -funktionalität durch verschiedene Zusätze auf. Dieses Wissen eröffnet und erweitert neue und bestehende Anwendungsmöglichkeiten für den Einsatz von Vitalkleber in der Lebensmittel- und Non-Food-Industrie.

Vital gluten is primarily used in the bakery industry to enhance the baking quality of flours with low protein content. Its low cost also makes it a popular protein source in other industries, offering an alternative to more expensive animal or plant-based proteins.
Due to natural environmental fluctuations in the raw material wheat and the resulting manufacturer-related adjustments of the process parameters of starch extraction, a large number of different qualities of the by-product vital gluten with varying gluten protein composition and functionality are commercially available. ... mehrThis circumstance limits the use of vital gluten for product optimization of baked goods and end products in other application areas.
Since starch extraction is a self-contained, well established process, a downstream after-treatment step of isolated gluten to modify the vital gluten properties would be practicable. Therefore, the salts NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2, the emulsifier polysorbate 20, ascorbic acid and the enzymes transglutaminase, lipase, xylanase and cellulase were added to a pre-isolated, fully developed, native gluten network in different concentrations and the samples were dried at 40 °C and 80 °C and then milled under standardized conditions.
The gluten samples produced on a laboratory scale were comprehensively analysed chemically for their gluten protein composition. These analyses were supplemented by rheological measurements to determine functional properties.
The characterisation of the wet and vital gluten samples showed that all additives except the enzymes influenced the gluten properties to varying degrees. All additives led to a change in the gluten protein composition and functionality, while the salts also influenced the proportions of secondary structure elements and the conformation of disulphide bonds. The observed changes indicated alterations in covalent and non-covalent bonds induced by the additives. The effect of the salts could not be attributed to the order of the ions in the Hofmeister series, but the behavior of monovalent and divalent salts was similar.
The addition of salts to gluten in an after-treatment step revealed possibilities for compensating temperature effects on gluten protein composition and functionality. In addition, the quality of the flour had a significant influence on the effect of the additives, but the reasons for the different properties of the resulting gluten samples were probably due to factors other than the protein content alone.
The study thus demonstrated the potential for post-translational modifications of gluten protein composition and functionality by various additives. This knowledge unlocks and broadens both new and existing applications for the use of vital gluten in the food and non-food industry.