Enzymatisch induzierte Protein-AX Netzwerke in gf Systemen

Die Herstellung glutenfreier Teige und Brote ist immer noch eine technologische Herausforderung. Trotz Einsatz von vielen Zusatzstoffen ist die Qualität von glutenfreiem Gebäck immer noch geringer als vergleichbare Produkte aus Weizen, Gerste und Roggen. Besonders oft wird HPMC (Hydroxypropylmethyl-CelluloseE 464) als Bindemittel eingesetzt, um im glutenfreiem Teig mehr Zusammenhalt zu erzeugen. Großes Potential für weitere Optimierungen liegt in glutenfreien Getreidearten wie Mais und Hafer, in welchen strukturgebende Inhaltsstoffe wie Proteine und spezielle Ballaststoffe, sogenannte Arabinoxylane, gezielt für die Stabilisierung von Teigen genutzt werden können. Durch den Einsatz von Enzymen können die Proteine und Arabinoxylane zu einem Netzwerk verbunden werden, wodurch der Teig stabilisiert wird. Dies führt zu Teigen mit verbesserten Eigenschaften wie Elastizität und Gashaltevermögen. In diesem Projekt soll ein neuer Ansatz verwirklicht werden, indem ein Netzwerk aus Proteinen und Arabinoxylanen für glutenfreie Backwaren genutzt wird. Zuerst werden Hafer- und Mais-Sorten auf den Gehalt an Protein und Ballaststoffen hin untersucht, zudem deren Qualität zur Vernetzung beurteilt. Der Fokus liegt auf der Aminosäure Tyrosin im Protein und der Gehalt an Ferulasäure in den Arabinoxylanen. Zudem werden verschiedene Enzyme darauf hin untersucht, wie gut Proteine und Arabinoxylane verknüpft werden. Hierzu werden moderne analytische Methoden verwendet. Ausgewählte Sorten werden anschließend genutzt, um durch Vermahlung und Extraktion angereicherte Fraktionen dieser Struktur gebenden Bestandteile zu gewinnen. Diese werden dann in Modell-Teig- Systemen durch spezielle Enzyme vernetzt, wodurch Strukturen ähnlich dem Gluten-Netzwerk entstehen, Anschließend werden diese intensiv charakterisiert. Diese neuartigen Netzwerke aus Protein und Arabinoxylan haben das Potential die Teigeigenschaften von glutenfreien Gebäck zu verbessern und können dadurch wesentlich zu einer Verbesserung der Produktqualität beitragen.

Glutenfreie Getreideprodukte spielen eine immer wichtigere Rolle für Menschen mit Zöliakie sowie für Konsument:innen, die sich bewusst glutenfrei ernähren. Trotz wachsender Nachfrage weisen glutenfreie Backwaren im Vergleich zu Weizenprodukten häufig Nachteile auf, insbesondere hinsichtlich Volumen, Textur, Elastizität und Stabilität. Das Forschungsprojekt PROTAX hatte das Ziel, diese strukturellen Schwächen systematisch zu adressieren und neue Lösungsansätze auf Basis der in Getreide enthaltenen Biopolymere zu entwickeln. Im Mittelpunkt des Projekts standen Proteine und Arabinoxylane aus den glutenfreien Getreiden Reis, Mais und Hafer. Zunächst wurden geeignete Rohstoffe identifiziert und mithilfe angepasster Trocken und Nassfraktionierungsverfahren gezielt angereichert. Die Ergebnisse zeigten, dass durch geeignete Prozessbedingungen protein und faserreiche Fraktionen hergestellt werden können, weitgehend ohne deren funktionelle Eigenschaften zu beeinträchtigen. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz dieser Fraktionen in glutenfreien Lebensmitteln. Ein zentrales Ergebnis von PROTAX war der Nachweis, dass sich enzymatische Behandlungen gezielt nutzen lassen, um funktionelle Netzwerke zwischen Proteinen und Arabinoxylanen aufzubauen. Besonders wirkungsvoll erwies sich die Kombination aus Glucoseoxidase und Peroxidase, die unter milden Bedingungen stabile Vernetzungen ermöglichte. Diese enzymatisch induzierten Netzwerke verbesserten in Modellteigen deutlich die Elastizität, strukturelle Stabilität und Gasrückhaltefähigkeit, wobei die Effekte besonders ausgeprägt in reisbasierten Systemen waren. Darüber hinaus zeigte das Projekt, dass nicht nur kovalente Bindungen, sondern auch nichtkovalente Wechselwirkungen eine entscheidende Rolle für die Stabilisierung glutenfreier Systeme spielen. Entscheidend ist dabei das ausgewogene Zusammenspiel von Protein, Arabinoxylan und Wasser: Proteine stärken vor allem die Struktur und Elastizität, während Arabinoxylane das Volumen fördern, bei sehr hohen Mengen jedoch die Teigstruktur auch destabilisieren können. Das optimale Verhältnis dieser Komponenten erwies sich daher als Schlüsselfaktor. Begleitend kamen moderne analytische Methoden, rheologische Messungen und mathematische Modellierungen zum Einsatz, um die komplexen StrukturFunktionsBeziehungen besser zu verstehen. Insgesamt liefert PROTAX neue grundlegende Erkenntnisse und praxisnahe Strategien zur Verbesserung glutenfreier Getreideprodukte. Die Ergebnisse bilden eine solide Basis für die Entwicklung stabilerer und qualitativ hochwertiger glutenfreier Lebensmittel auf Grundlage natürlicher Rohstoffe und biotechnologischer Verfahren.