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Projekt
Bedeutung und Kontrolle der mechanischen Beanspruchung stress-sensitiver Proteine bei der Formulierung im Premix-Emulgierprozess
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Stephan Drusch; Professor Dr.-Ing. Udo Fritsching; Professorin Dr. Anja Maria Wagemans
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2016 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315245834
Das Ziel des vorliegenden Projekts ist es, die mechanische Beanspruchung (Stress-Verweilzeitverhalten) von Proteinen und Bio-Agglomeraten sowie daraus resultierende prozessinduzierte Strukturänderungen bei der Weiterverarbeitung und Formulierung am Beispiel des Premix-Membranemulgierens quantitativ zu beschreiben. Aufbauend werden Beanspruchungs- und Schädigungsmechanismen für Proteine und Bio-Agglomerate identifiziert und Konzepte zur gezielten Steuerung des Prozesses innerhalb der verfahrenstechnischen Prozesskette abgeleitet. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Schädigung des Proteins vom Stress-Verweilzeitverhalten in der Membran abhängt. In der ersten Förderphase wurde auf Prozess- und Strukturebene die Schädigung des Modellproteins β-Lactoglobulin in Abhängigkeit vom Stress-Verweilzeitverhalten in der Membran untersucht. In der zweiten Phase sollen die systematischen Untersuchungen der Wechselwirkung von Proteinen miteinander und mit der Prozessumgebung um strukturmodifizierte Varianten des β-Lactoglobulins und die Aufklärung von Sorptionsphänomenen an der Membran erweitert werden. Die Änderung der komplexen Stoffeigenschaften wie Struktur und Oberflächeneigenschaften wurde mittels hochauflösender Proteinanalytik wie Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie und Circulardichroismus durchgeführt und wird um Osmometrie und analytische Ultrazentrifugation erweitert. Die eingesetzten Simulationstechniken werden auf Basis der Molekulardynamik ergänzt. Am Beispiel des Enzyms Lipase sollen in der zweiten Phase höhermolekularen Proteine mit komplexer Tertiär- und Quartärstruktur und die Änderung ihrer Produktivität untersucht werden und so Wissen über prozesstechnisch bedingte Beanspruchungen und Funktionalitätsverluste generiert werden. Zur Bearbeitung kooperieren das Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien in Bremen und die Lebensmitteltechnologie der Technische Universität Berlin mit ihren Kompetenzen in der Analytik und Modellierung auf Prozess- und Strukturebene. Über Einbindung des Fachgebiets Food Colloids der Technischen Universität Berlin sollen die Wechselwirkungs- und Sorptionsvorgänge aufgeklärt werden. Die Zusammenarbeit mit anderen SPP-Partnern führt zu einem vertieften Verständnis der prozesstechnisch bedingten Beanspruchungen, die die komplexen Stoffeigenschaften und das Prozessverhalten einer abstrahierten verfahrenstechnischen Beschreibung zugänglich machen und so eine Anpassung biogener Systeme auf die jeweilige Prozessumgebung ermöglicht.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
