Auswahl kommerzieller Pflanzenproteinisolate für die Mikropartikulierung am Rheometer

Die Mikropartikulierung pflanzlicher Proteine bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Entwicklung pflanzlicher Fettersatzsysteme. Durch gezielte thermomechanische Behandlung lassen sich Proteinmikropartikulate erzeugen, die in Größe und Form Fetttröpfchen ähneln und so als Fettersatzstoffe eingesetzt werden können. Ziel dieser Arbeit war es, die Mikropartikulierung pflanzlicher Proteine am Beispiel von Erbsen- und Kartoffelproteinisolaten systematisch zu untersuchen und den Einfluss zentraler Prozessparameter auf die Bildung der Mikropartikulate zu analysieren. Im Rahmen eines umfassenden Screenings wurden zunächst verschiedene kommerziellerhältliche Erbsen- und Kartoffelproteinisolate hinsichtlich Pulvereigenschaften, Molekulargewichtsverteilung, thermischem Verhalten und Löslichkeit charakterisiert. Dabei zeigten sich deutliche strukturelle und funktionelle Unterschiede zwischen den beiden Proteinquellen, die sich später im Mikropartikulierungsverhalten widerspiegelten. Auf Grundlage der Ergebnisse des Screenings erfolgte die Auswahl jeweils eines Erbsen- und Kartoffelproteinisolats, welche für die Untersuchung der Mikropartikulierung im Rheometer genutzt wurden. Die Prozessbedingungen im Rheometer wurden gezielt an die thermomechanische Belastung im Extruder angepasst, um eine spätere Übertragbarkeit zu ermöglichen. Es zeigte sich ein besonders deutlicher Einfluss der Temperatur, wobei für Erbsenprotein 140 °C und für Kartoffelprotein 100 °C zu Partikelgrößen nahe dem gewünschten Größenbereich von 0,5 bis 10 µm führten. Die Scherrate beeinflusste die Partikelgrößenverteilungen nur gering, dennoch ist davon auszugehen, dass sie für den Fragmentierungsprozess selbst notwendig ist. Höhere Proteinkonzentrationen führten bei Erbsenprotein zu gleichmäßigeren, monomodalen Verteilungen, während Kartoffelprotein gelartige Strukturen bildete. Die Variation des pH-Werts und der Ionenstärke bestätigte den erwarteten Einfluss elektrostatischer Wechselwirkungen, wobei die kleinsten Partikel im nativen pH-Bereich entstanden. Ein erster Scale-up-Versuch im Doppelschneckenextruder zeigte, dass eine Übertragung der im Rheometer identifizierten günstigsten Temperatur und Scherrate nur zu teilweise ähnlichen Ergebnissen führte. Die Partikelgrößenverteilungen wiesen größere Partikel sowie eine breitere Verteilung auf, bestätigten jedoch eine grundsätzliche Reduktion der Partikelgröße sowie einen ähnlichen Einfluss der Proteinkonzentration. Die Ergebnisse verdeutlichten das Potenzial pflanzlicher Proteine für die Mikropartikulierung, zeigten aber zugleich den Bedarf an weiterführender Prozessoptimierung, insbesondere für Mikropartikulierung im Extruder.