Reaktionsorte und Funktionalität enzymatisch vernetzter Caseinmicellen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Henle
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271806234

Die enzymatische Vernetzung von Casein mittels mikrobieller Transglutaminase (mTG) wird in der Lebensmittelindustrie zur gezielten Beeinflussung der funktionellen Proteineigenschaften eingesetzt. In der lebensmittelwissenschaftlichen Literatur dominieren anwendungsorientierte bzw. technisch-phänomenologische Untersuchungen. Die durch mTG induzierten strukturellen Proteinmodifikationen sind bislang ebenso wie molekulare Grundlagen der Enzymreaktion noch sehr wenig erforscht. Caseine liegen im Gesamtsystem Milch in Form von Micellen vor. Das Projekt geht von der durch Vorarbeiten des Antragstellers gestützten Hypothese aus, dass die Selektivität der Vernetzung von Casein durch mTG entscheidend durch die Micellstruktur dirigiert wird. Abhängig von der Einbindung individueller Caseine in die Micelle müssen definierte Angriffspunkte (d.h. Glutamin- und Lysinreste) resultieren, die durch mTG selektiv umgesetzt werden. Dies wiederum bildet die Grundlage für die Ausbildung strukturierter Caseinnetzwerke mit definierten funktionellen Eigenschaften. Für das Projekt ergeben sich damit zwei grundlegende Zielstellungen. (i) Reaktionsorte der enzymatischen Vernetzung individueller Caseine in Caseinmicellen Es wird geklärt, an welchen Reaktionsorten innerhalb der Caseinsequenzen eine Vernetzung durch mTG erfolgt und wie die micellare Struktur der Caseine die Enzymreaktion beeinflusst. Individuelle Caseine (alpha s1-, alpha s2-, beta- und kappa-Casein), nicht micellares Natriumcaseinat sowie aus Rohmilch isolierte Caseinmicellen werden mit mTG umgesetzt und die durch mTG angreifbaren "hot spots" mittels LC/MS nach enzymatischer Hydrolyse identifiziert. Dabei werden zwei Strategien (indirekte Ermittlung reaktiver Glutamin- bzw. Lysinreste durch Markierung mit Dansylcadaverin bzw. Triglycin; direkte Erfassung isopeptidhaltiger Spaltpeptide) verfolgt. (ii) Funktionelle Charakterisierung mTG-vernetzter Caseinmicellen Es werden Untersuchungen zur Größe und Stabilität sowie zu den Wechselwirkungen enzymatisch vernetzter Caseinmicellen ("Nanokapseln") mit ausgewählten Lebensmittelbestandteilen durchgeführt. Es wird geklärt, wie die intramicellare Vernetzung das Verhalten der Caseinmicelle gegenüber destabilisierenden Agenzien (Ethanol, EDTA, Peptidasen) beeinflusst. Experimente zur Assoziation bzw. Einkapselung ausgewählter Gastmoleküle (Lysozym, Phosphoserin, beta-Carotin) werden Informationen über die innere Struktur der Micelle und über Wechselwirkungen zwischen Caseinmicellen und Ligandmolekülen liefern. Das Projekt wird maßgeblich zum Verständnis des Ablaufs der mTG-induzierten Vernetzung von Caseinmicellen beitragen, grundlegende Aussagen zum Aufbau der Caseinmicelle vor und nach enzymatischer Vernetzung ermöglichen und Anwendungsperspektiven für enzymatisch vernetzte Caseinmicellen als Nanokapseln für physiologisch interessante Verbindungen aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen