Potravinová technológia IEL - biotechnológia

IEL Potravinová technológia/biotechnológia Optimalizácia procesu na izoláciu proteínov z Lupinus angustifolius L. cv. Vitabor a jeho potenciál ako prírodnej náhrady tuku I naugurálna - D dizertačná práca na získanie titulu doktorský inžinier (Dr.-Ing.) Vysokej poľnohospodárskej fakulty Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität zu Bonn, prezentované dňa: 19. júla 011 Dipl.- Ing. Daniela Sussmann z Essenu

Konečná optimalizácia procesu

I Rečník: Spoluriešiteľ: Deň ústnej skúšky: Rok vydania: Prof. Dr.-Ing. habil. Benno Kunz prof. Dr. Matthias Wüst 09.1.011 011

III Nomenklatúra Zoznam použitých skratiek, symbolov, indexov a jednotiek. SKRATKY FWW A AG ANOVA B BSA C CCD Co. cv. D DGE E F FC FWW G Gl. GmbH H HCl IP IVV JK Faktorová interakcia medzi dvoma faktormi ph E Aktiengesellschaft Analýza odchýlok RSV Hovädzie sérum Albumín c NaCl Centrálny kompozitný dizajn Compagnie Cultivar TE Nemecká spoločnosť pre výživu t E EWV Faktor zameraný na tvár T Rovnica spoločnosť s ručením obmedzeným ph F Kyselina chlorovodíková Isoelektrický bod Inštitút pre procesné inžinierstvo a balenie t Z t S k. A. Nešpecifikované Komanditná spoločnosť KG L. Linné

IV L. Lupinus LOF Nedostatok fit M r P Molekulová hmotnosť p-hodnota (angl. Probability) n.a. Nie je možné určiť N dusík NaCl chlorid sodný NaOH hydroxid sodný OHG Offene Handelsgesellschaft TS suchá látka U revolúcia FORMULA A β 0 β ij priesečník súradnicového konštantného koeficientu B nárast v grafe C koncentrácia c P koncentrácia proteínu v mg ml -1 c koncentrácia NaCl soli v mol L -1 T delta -T, teplotný rozdiel D difúzny koeficient E adsorpcia v nm výťažok extrakcie EA v% pomer EWV extrakt-voda g zrýchlenie v dôsledku gravitácie/9,81 m s - K soliaca konštanta alebo Boltzmannova konštanta 1,3806504 10-3 JK -1 Ln prirodzený logaritmus, prírodný Logaritmus log 10 Logaritmus k základni 10 L i dolná hranica v rov. (4.9) - (4.11) m hmotnosť v g n Množstvo látky zložky A PGA celkový výťažok proteínu v% ph E ph hodnota počas extrakcie

V ph F ph hodnota extraktu počas zrážania q Počet prichádzajúcich čiastkových objektívnych funkcií v rov. (4.1) R koeficient determinácie R korigovaný koeficient determinácie adj R prognózny koeficient determinácie pred RSV t pomer surovina-soľný roztok čas v min T teplota v C T i cieľová hodnota v Eq. (4.9) - (4.11) r i priorita (ekv. (4.1)) U i horná hranica v ekv. (4.9) - (4.11) vizuálne hodnotenie vizte (kapitola 4.4.3) D objektívna funkcia (funkcia vhodnosti v rovnici (4.1)) di parciálne objektívne funkcie (rovnica (4.9) - (4.11)) iyi faktor i cieľová premenná i INDIKÁTY AEF NaCl PSZ zložka A extrakcia zrážky chlorid sodný bielkoviny sedimentácia odstredenie JEDNOTKY C stupne Celzia bar tlak D daltony g Gravitačné zrýchlenie (9,80665 ms -) g gramy h hod J Joule k Kilo

VI L liter M molárny mol mol µm mikrometer min minúta mm milimeter N newton S sedimentačný koeficient s druhá U revolúcia

IX Obsah Poďakovanie. II Abstrakt. VII Abstrakt. VIII Obsah. IX 1 Úvod. 1 Teoretické východiská. 4.1 Nahradenie tuku a tukov 4.1.1 Funkcia tuku v potravinách. 4.1. Náhrady tuku a náhrady tuku. 5.1.3 Bielkoviny ako náhrady tukov. 5. Vlčí bôb 7.1 Vývoj pestovanej rastliny vlčí bôb a jeho kultivačné oblasti. 7. Štruktúra a zloženie semien Lupinus angustifolius L. a ich bielkovín. 8.3 Využitie semien vlčieho bôbu vo výžive ľudí. 10.3 Charakterizácia procesu izolácie bielkovín z vlčieho bôbu 11.3.1 Transportné procesy extrakcie pevnou látkou - kvapalinou. 1.3. Zrážanie bielkovín z koncentrovaného soľného roztoku. 14.4 Optimalizácia procesu pomocou plánovania štatistických testov 15.4.1 Definícia pojmov. 15.4. Všeobecný postup optimalizácie procesu. 16.4.3 Vyhodnotenie výsledkov skúšky. 18.4.4 Grafické znázornenie. 19

X.4.5 Polyoptimizácia pre niekoľko cieľových veľkostí a faktorov. 19 3 Cieľ práce. 0 4 Materiál a metódy. 1 4.1 Predbežná úprava použitých strukovinových semien 3 4. Proces výroby izolátu micelárneho proteínu 4 4.3 Optimalizácia procesu izolácie proteínov 6 4.3.1 Identifikácia významných parametrov procesu (skríning). 6 4.3. Porovnanie surovín. 7 4.3.3 Konečná optimalizácia procesu. 9 4.4 Metódy analýzy 31 4.4.1 Stanovenie sušiny a obsahu popola. 31 4.4. Stanovenie obsahu bielkovín (Dumas a Biuret). 31 4.4.3 Vizuálne hodnotenie (viste). 3 5 výsledkov. 34 5.1 Významné faktory procesu 35 5.1.1 Dôležitosť účinkov a modelovanie. 5.1. Grafické znázornenie FWW. 38 5. Výber surovín 43 5.1 EA pre rôzne suroviny. 46 5 . PGA pre rôzne suroviny. 49 5.3 Validácia vybraných modelov. 51 5.4 Izolovajte kvalitu rôznych strukovín. 5 5.3 Konečná optimalizácia procesu 54 5.3.1 EA s rôznymi kombináciami úrovní faktorov. 55 5.3. PGA na rôznych kombináciách úrovní faktorov. 57 5.3.3 viz pre rôzne kombinácie úrovní faktorov. 59

XI 5.3.4 Validácia modelov. 60 5.3.5 Polyoptimizácia. 61 6 Diskusia. 64 6.1 Významné procesné faktory pri izolácii proteínov 64 6.1.1 Faktory výťažku z extrakcie (EA). 65 6.1. Faktory celkového výťažku bielkovín (PGA). 68 6.1.3 Faktory kvality izolátu (viste). 71 6.1.4 Zhrnutie a záver skríningu. 7 6. Výber surovín 73 6.1 Výťažok z extrakcie (EA) pri porovnaní surovín. 73 6 . Celkový výťažok bielkovín (PGA) pri porovnaní surovín. 75 6.3 Izolujte kvalitu rôznych strukovín. 76 6.4 Zhrnutie a záver porovnania surovín. 77 6.3 Konečná optimalizácia procesu 78 6.3.1 EA v závislosti od významných faktorov. 78 6.3. PGA ako funkcia významných faktorov. 80 6.3.3 Validácia modelov. 6.3.4 Polyoptimizácia. 83 6.3.5 Zhrnutie a záver optimalizácie procesu. 83 7 Zhrnutie. 85 8 Bibliografia. 88 9 Príloha. 100

1. Úvod 3 Minimalizácia výťažku bielkovín pri zachovaní štruktúry izolátu podobného tuku. Toto je nevyhnutný základ pre priemyselnú implementáciu izolácie proteínov. Táto práca teda rozhodujúcim spôsobom prispieva k výrobe náhrad rastlinných tukov na báze bielkovín. Optimalizácia výťažnosti a kvality výrobkov spĺňa požiadavky potravinárskeho priemyslu a spotrebiteľov, pokiaľ ide o chutné potravinové výrobky s nízkym obsahom tuku.