Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen der Struktur und der eisrekristallisationshemmenden Wirkung von Carrageenen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Carrageene sind Polysaccharide, die aus den Zellwänden von Rotalgen gewonnen und in isolierter Form als Verdickungsmittel, Gelbildner oder Stabilisatoren verwendet werden. Dazu sind Carrageene in der Lage, die Rekristallisation von Eis zu hemmen. Allerdings kamen in den meisten bisherigen Studien nur ausgewählte, strukturell nicht näher charakterisierte Carrageene zum Einsatz. Zudem wurden die in den Carrageenen enthaltenen Kationen bisher nicht beachtet. Dementsprechend ist nichts darüber bekannt, wie sich die strukturelle Zusammensetzung von Carrageenen auf die eisrekristallisationshemmende (IRI-)Aktivität auswirkt. Im Rahmen dieses Projektes sollten daher verschiedene Carrageene im Detail charakterisiert sowie modifiziert werden, um bei einer anschließenden Messung der IRI-Aktivität Rückschlüsse auf die vorliegenden Struktur-Wirkungsbeziehungen ziehen zu können. Eine Analyse der strukturellen Zusammensetzung 17 verschiedener Carrageene mithilfe etablierter Analysemethoden zeigte, dass die Herstellerangaben nicht immer den tatsächlich vorliegenden Strukturen entsprechen, dass eine beträchtliche strukturelle Heterogenität vorliegt und dass sich die Proben bzgl. der enthaltenen Kationen unterscheiden. Um genauere Einblicke in die Struktur zu erhalten, wurden spezifische Carrageenasen in rekombinanter Form gewonnen und zur Hydrolyse ausgewählter Carrageene verwendet. Die Hydrolyseprodukte wurden anschließend mittels HPLC-MS bzw. HPSEC-RI analysiert. Mithilfe dieses Ansatzes konnten Unterschiede bzgl. des Vorkommens größerer Blöcke aus einzelnen Struktureinheiten sowie deren Größe nachgewiesen werden. Die im Detail charakterisierten Carrageene wurden anschließend in verschiedene monokationische Formen (Kalium, Calcium und z.T. Natrium) überführt bzw. von Vorläuferstrukturelementen befreit und auf ihre IRI-Aktivität analysiert. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass die Funktionalität der Carrageene sowohl von der molekularen Struktur als auch von den enthaltenen Kationen abhängt. Ein reines κ-Carrageen wies in der Kaliumform die höchste IRI-Aktivität auf, weitere Proben mit hohen Anteilen bzw. langen Blöcken aus κ-Strukturelementen zeigten sich ebenfalls sehr aktiv. Dagegen waren ι-Carrageen und Proben mit einem hohen Anteil an ι-Strukturelementen weniger aktiv. In der Calciumform wiesen κ-/ι-Hybridcarrageene eine deutlich verbesserte Funktionalität auf. Insgesamt ist ein gewisser Anteil an κ-Strukturelementen bzw. eine nicht oder wenig sulfatierte DA-Einheit essentiell für eine hohe IRI-Aktivität. Die Ergebnisse des Projektes liefern somit ein vertieftes Verständnis über den Zusammenhang von Carrageenstruktur und IRI-Aktivität, was zukünftig eine Anpassung der Carrageenherstellung sowie eine gezieltere Anwendung der erhaltenen Carrageene ermöglicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Strukturelle Charakterisierung verschiedener kommerziell erhältlicher Carrageene, LChG „Tweet-your-poster-event 2020“
Hale, J. & Wefers, D.
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Ice recrystallization inhibition of commercial κ-, ι-, and λ-carrageenans. Journal of Food Engineering, 290, 110269.
Kiran-Yildirim, Bercem; Hale, Julia; Wefers, Daniel & Gaukel, Volker
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Analyse von Carrageenen mittels Hydrophilic interaction liquid chromatography und Massenspektrometrie (HILIC-MS), 50. Deutscher Lebensmittelchemikertag, Hamburg
Hale, J. & Wefers, D.
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Entwicklung einer HILIC-MS-Methode zur Charakterisierung kommerziell erhältlicher Carrageene, Arbeitstagung des Regionalverbands Südwest der LChG, Karlsruhe
Hale, J. & Wefers, D.
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Commercially available carrageenans show broad variation in their structure, composition, and functionality.
Hale, Julia; Gerhäuser, Julian; Gaukel, Volker & Wefers, Daniel
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Ice recrystallization inhibition activity of chemically defined carrageenans.
Hale, Julia; Furch, Alisa; Gerhäuser, Julian; Gaukel, Volker & Wefers, Daniel
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Strukturelle Zusammensetzung und funktionelle Eigenschaften verschiedener Carrageene, GDL-Symposium Hydrokolloide IX, Stuttgart
Hale, J., Gerhäuser, J., Gaukel, V. & Wefers, D.
