DFG-Projekt: Bakterielle Exopolysaccharide – Zusammenhang zwischen chemischer Struktur, intrinsischer Viskosität und Technofunktionalität

Hydrokolloide werden vielen Lebensmitteln zur Verbesserung von Textur und Stabilität zugesetzt. Der Einsatz von Milchsäurebakterien, die während der Fermentation Exopolysaccharide (EPS) bilden, kann bei fermentierten Lebensmitteln signifikant zur Entwicklung von Clean-Label Produkten mit so wenigen Zusatzstoffen wie möglich beitragen. Aus der strukturellen Heterogenität der von Milchsäurebakterien synthetisierten Homo- und Heteropolysaccharide resultieren Unterschiede in ihrer makromolekularen Charakteristik und damit auch in ihrer intrinsischen Viskosität oder in ihren technofunktionellen Eigenschaften. In unseren Vorgängerprojekten DFG JA 2033/1 haben wir Erkenntnisse zur reproduzierbaren Gewinnung von ausreichend großen Mengen EPS aus unterschiedlichen Streptococcus thermophilus Stämmen, zur Isolierung von EPS ohne strukturelle Veränderungen und zu den makromolekularen und technofunktionellen Eigenschaften von EPS gewonnen. Außerdem wurden in Zusammenarbeit mit der FG Wefers Informationen zur molekularen Struktur ausgewählter EPS erarbeitet. Aufgrund der großen strukturellen Vielfalt von EPS aus Milchsäurebakterien und der vielfältigen Einflussfaktoren gibt es allerdings nur wenige fundierte Aussagen zum Einfluss der Struktur auf die Technofunktionalität von EPS. Ziel dieses Projektes ist es, eindeutige Zusammenhänge zwischen einzelnen Strukturmerkmalen (Verzweigungsgrad, Verknüpfungstypen, Molekülmasse) und der intrinsischen Viskosität sowie der Technofunktionalität ausgewählter EPS aufzustellen. Dazu werden in situ Synthesen von verschiedenen Heteropolysacchariden im Bioreaktor durchgeführt und α-Glucane ex situ mittels rekombinanter Enzyme gewonnen. Durch Variation der Synthesebedingungen und nachträgliche Modifikationen (mechanisch und enzymatisch) werden EPS generiert, die sich bei gleicher Molekülmasse jeweils nur in einem Strukturmerkmal (beispielsweise dem Verzweigungsgrad) unterscheiden. Zur schnellen sowie detaillierten Analyse der molekularen Struktur werden neben etablierten, modernen analytischen Ansätzen auch neue Schnellmethoden entwickelt. Diese basieren auf der chromatographischen Analyse oligomerer Fragmente nach einer partiellen Hydrolyse der EPS mittels Säure oder, falls möglich, mittels spezifischen Enzymen. Wir erwarten fundierte Erkenntnisse zum Zusammenhang zwischen der molekularen Struktur und den makromolekularen und technofunktionellen Eigenschaften der EPS, die sich auf weitere EPS übertragen lassen.

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