Rapsproteine: Mehr als nur ein Nebenprodukt der Öl- und Biodieselindustrie?

Von M.Sc. Tanja Becke

Rasterkraftmikroskopie und Kraftspektroskopie zur unterstützenden Analyse von Rapsproteinisolaten an der Hochschule für angewandte Wissenschaften München.

Raps ist neben Soja und Sonnenblume eine der führenden Ölpflanzen Deutschlands und weltweit.1 Bei der Gewinnung des Pflanzenöls für die Biodiesel-, oder Speiseölherstellung bleiben je nach Extraktionsart Rapsextraktionsschrot und/oder Rapspresskuchen als Nebenprodukte zurück. Beides wird bis heute hauptsächlich in der Tierfütterung, teilweise in der Biogasgewinnung und zur Düngung eingesetzt.2

Durch eine physikochemische, thermische und/oder enzymatische Weiter-verarbeitung könnten aus dem Presskuchen/Extraktionsschrot Rapsproteine gewonnen werden, die durch ihre funktionellen Eigenschaften nicht nur für die Lebensmittelindustrie, sondern auch für andere industrielle Anwendungen von großem Interesse sind.3,4

Jedoch wird das aus dem Presskuchen, oder Extraktionsschrott gewonnene Protein-Endprodukt durch viele verschiedene Faktoren während der Ölgewinnung, sowie der weiteren Verarbeitung und Lagerung, beeinflusst.

Die Innovationsallianz „Technofunktionelle Proteine“ hat es sich zur Aufgabe gemacht, optimale Proteinextraktions- und Modifikationsmethoden zu bestimmen, um wirtschaftlich interessante Proteinisolate für die Anwendung in verschiedenen Industriesektoren zu liefern.

Rasterkraftmikroskopie

Die Hochschule für angewandte Wissenschaften München unterstützt dabei das Industriekonsortium durch die Analyse der gewonnen Proteinisolate mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM). Zum Einsatz kommt hier ein AFM in Kombination mit einem optischen Mikroskop (Abb. 1).

Abb. 1: Rasterkraftmikroskop NanoWizard® (JPK Instruments) in Kombination mit dem Inversen Mikroskop Axiovert 200 (Carl Zeiss)
Abb. 1: Rasterkraftmikroskop NanoWizard® (JPK Instruments) in Kombination mit dem Inversen Mikroskop Axiovert 200 (Carl Zeiss)

Als weit verbreitete Methode zur Untersuchung von Proteinstrukturen dient das AFM in einem ersten Schritt der groben Analyse der unterschiedlichen Rapsisolate, die je nach Extraktionsmethode  hauptsächlich aus den Proteinen Cruziferin, Napin und/oder Untereinheiten/Fragmenten, sowie Zuckern, Asche und Fetten bestehen.5

Abbildung 2 zeigt die Topographie von drei ausgewählten Rapsproteinisolaten. Die Bildausschnitte zeigen ein Proteinhydrolysat ((A) 41% Proteinanteil), ein Ultrafiltrat ((B) 74% Proteinanteil) und ein Proteinextrakt, das mittels pH Fällung gewonnen wurde ((C) 83% Proteinanteil). Neben den unterschiedlichen Proteinkonzentrationen, liegt der Hauptunterschied im Molekulargewicht der Proteine, das mittels SDS-PAGE bestimmt wurde und sich in der Höhe, sowie dem Durchmesser der Moleküle im AFM Bild wiederspiegelt ((A) <5kDa; (B) 5-10kDa; (C) 25-30kDa).


Weiteres Vorgehen

Zukünftig soll eine genauere Aussage über die Struktur einzelner Proteine/Moleküle getroffen, sowie die nanomechanischen/adhärenten Eigenschaften der unterschiedlichen Rapsproteinisolate gegenüber unterschiedlichen Oberflächen mittels der AFM-basierten Kraftspektroskopie bestimmt werden. Durch anschließende Korrelation der Ergebnisse mit den Daten, der durch die Projektpartner durchgeführten Funktions- und Anwendungstests, sollen gezielt Struktur-Funktions-Beziehungen abgeleitet werden, die das Gesamtbild industriell nutzbarer Isolate vervollständigen können.

Literatur

  • 1 FAOSTAT - FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS, Statistics Division, Daten von 2012. Homepage: http://faostat3.fao.org/home/E, aufgerufen am 2.9.2015.
  • 2 Neue Vielfalt für Rapskuchen, F. Gerlach. Forum New Power, 2007, 3, 30-31.
  • 3 Some characteristics and functional properties of rapeseed protein prepared by ultrasonication, ultrafiltration and isoelectric precipitation, X.Y. Dong, L.L. Guo, F. Wei, J.F. Li, M.L. Jiang, G.M. Li, Y.D. Zhao, H. Chen. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2011, 91, 1488-98.
  • 4 Functionality of oilseed protein products: a review, A. Moure, J. Sineiro, H. Domínguez, J.C. Parajó. Food Research International, 2006, 39, 945–963.
  • 5 Rapssamenproteine – Struktur, Eigenschaften, Gewinnung und Modifizierung, J. Kroll, P. Krause, H.M. Rawel. Deutsche Lebensmittel Rundschau, 2007, 3, 109-118.