ISBN 9783843919555

978-3-8439-1955-5, Reihe Ingenieurwissenschaften

Kathrin Engelhardt
Proteinadsorption an der Wasser-Luft-Grenzfläche: Einfluss der molekularen Struktur auf die Schaumstabilität

169 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Geschmack, Textur und Aussehen von Lebensmittelschäumen sind wichtige Produkteigenschaften, welche durch die im Schaum vorhandenen Wasser-Luft-Grenzflächen auf molekularer Ebene mitbestimmt und beeinflusst werden. Die Herstellung von Schäumen mit hoher Stabilität stellt auf Grund der Komplexität des Produkts und der Vielzahl von Einflussfaktoren eine verfahrenstechnische Herausforderung dar. Grenzflächen in Schäumen sind Gegenstand intensiver Forschung, da deren Stabilität zum Einen durch die molekulare Zusammensetzung aus Proteinen, Tensiden und Elektrolyt und zum Anderen durch die hierarchische Struktur des Schaums – vom Molekül bis zur äußerst komplexen lamellaren Struktur des Schaums – bestimmt wird.

Proteine adsorbieren beim Aufschäumen an Wasser-Luft-Grenzflächen und bilden Netzwerke aus, die zur Stabilisierung der Schaumlamelle bzw. der Grenzfläche beitragen können. Die genauen Zusammenhänge zwischen Einflussfaktoren auf die Adsorption, Konkurrenzadsorption zwischen Proteinen und Tensiden etc. auf die Schaumeigenschaften sind allerdings bisher nicht vollständig verstanden. Ein solches Verständnis ist aber notwendig, um die Schaumstabilität gezielt steuern zu können.

Die für Schäume wichtige Wasser-Luft-Grenzfläche wird in dieser Arbeit mit der nichtlinearen optischen Methode der Summen-Frequenz-Spektroskopie (SFS) untersucht. Dabei geben Schwingungsspektren im Spektralbereich der CH–, OH– und Amid–Schwingungen Aufschluss über das Adsorptionsverhalten von verschiedenen Proteinen. Des Weiteren kann mit Hilfe von Ellipsometrie die Dicke der Proteinschicht bestimmt werden.

Untersucht wurden verschiedene Einflussfaktoren des Elektrolyten auf die Adsorption von Proteinen. SFS ermöglicht dabei z.B. eine direkte Bestimmung der isoelektrischen Punkte von Proteinen an der Wasser-Luft-Grenzfläche. Des Weiteren kann die erhöhte Schaumstabilität von β-Lactoglobulin am isoelektrischen Punkt auf eine Änderung der molekularen Struktur der Grenzfläche zurückgeführt werden. Am isoelektrischen Punkt findet eine Ladungsumkehr an der Grenzfläche statt. Diese kann auch mit Hilfe von Salzen verschiedener Ionenstärke oder durch die Bildung von Protein-Tensid-Komplexen hervorgerufen werden und führt zu erhöhten Schichtdicken der adsorbierten Proteinschicht, die wiederum die Schaumstabilität erhöhen. Damit konnte gezeigt werden, dass durch Einstellung der molekularen Grenzflächeneigenschaften Schaumstabilitäten gesteuert werden können.