Entwicklung verbesserter Methoden zur Beurteilung

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1 TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Lehrstuhl für Lebensmittelchemie Entwicklung verbesserter Methoden zur Beurteilung der Kleberqualität von Weizenmehlen Silvia Maria Thanhäuser Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Chemie der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. Peter Schieberle Prüfer der Dissertation: 1. apl. Prof. Dr. Peter Köhler 2. Univ.-Prof. Dr. Michael Schuster Die Dissertation wurde am bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Chemie am angenommen.

2 Zusammenspiel I I Abkürzungsverzeichnis VI 1 Einleitung Weizen Weichweizen {triticum aestivum) Inhaltsstoffe von Weizenmehl Backqualitätsklassen Weizenkleber Zusammensetzung, Genetik und Struktur der Kleberproteine Klassifizierung und Struktur der Weizenproteine Molekulargewichtsverteilung der Kleberproteine Endogene Einflussfaktoren: Genetischer Ursprung der Kleberproteine und deren Untereinheiten Exogene Einflussfaktoren: Umwelt und Düngung Aminosäurezusammensetzung der Weizenproteinfraktionen und -typen Strukturmodell des Gluteninpolymers Kleberquantität und -qualität - Relevanz für die Teigeigenschaften Backqualität - von Kleberquantität und -qualität Die Rolle der Kleberproteine wahrend der Teigentwicklung und des Backprozesses Methoden zur Bestimmung der Kleberqualität Indirekte Qualitätsparameter: Vorhersage der Backqualität Standardcharakterisierung und bestehende Methoden Backversuche Chromatographische Bestimmung der Proteinzusammensetzung Proteinspezifische Farbstoffe zur Proteinquantifizierung Bedarf an neuen Analysenmethoden in der Qualitätskontrolle 40

3 II 2 Problemstellung und Zielsetzung 41 3 Ergebnisse und Diskussion Proben Grundbestimmungen Feuchtigkeitsgehalt (ICC-Nr. 110/1) Aschegehalt (ICC-Nr. 104/1) Rohproteingehalt nach Dumas (ICC-Nr. 167) Feuchtklebergehalt (in Anlehnung an ICC-Nr. 137/1) Diskussion Rheologie Wasserabsorption und Teigentwicklungszeiten (in Anlehnung an ICC-Nr. 115/1) Kleber-und Teigzugversuche Diskussion Sedimentationstests Sedimentationstest nach Zeleny (ICC-Nr. U6) SDS-Sedimentationstest nach Axford (in Anlehnung an AACCI-Nr. 56/70) Diskussion SDS-PAGE Qualitative und semi-quantitative Zusammensetzung der HMW-UE Diskussion Backversuche im Mikromaßstab Mikro-Rapid-Mix Test Mikro Backtest Diskussion ReMix-Versuche Rohproteingehalte der Weizenkleber Backversuche Diskussion 72

4 III 3.8 Modifizierte Osborne-Fraktionierung Qualitative RP-HPLC-Analyse/Identifizierung der Weizenproteinfraktionen Quantitative RP-HPLC-Analyse der Weizenproteinfraktionen Diskussion SDS/GMP-Fraktionierung Qualitative RP-HPLC-Analyse/Identifizierung der Weizenproteinfraktionen Qualitative GP-HPLC-Analyse/Identifizierung der Weizenproteinfraktionen Quantitative RP-HPLC-Analyse der Weizenproteinfraktionen Quantitative GP-HPLC-Analyse der Weizenproteinfraktionen Verbrennungsanalytische Bestimmung des Gluteninmakropolymers Gravimetrische Bestimmung des Gluteninmakropolymers Diskussion Analyse des GMP-Gehaltes an verschiedenen Punkten der Brotherstellung Analyse der Proteinfraktionen und -typen mittels GP-HPLC Diskussion Isolierung und Charakterisierung von Referenzproteinen Referenzen für G1.1A, GLUT, SDSL und GMP Referenzen für HMW-UE und I.MW-Uli Diskussion Colorimetrie und Fluorimetrie Acid orange 12 Assay Bicinchoninsäure Assay Bradford Assay Fluorescamin Assay Amidoschwarz Assay Überprüfung der entwickelten Methode Diskussion 156

5 IV 3.13 Statistischer Zusammenhang aller Ergebnisse Statistischer Zusammenhang zwischen indirekten Qualitätsparametern und den Ergebnissen der Backversuche Statistischer Zusammenhang zwischen den mittels Colorimetrie/ Fluorimetrie und HPLC bestimmten Proteinparametern Statistischer Zusammenhang zwischen den mittels Amidoschwarz Assay bestimmten Proteinparametern und den Ergebnissen der Backversuche Diskussion Experimenteller Teil Chemikalien, Reagenzien und Materialien Herstellung von Mehl und Kleber Grundbestimmungen Feuchtigkeitsgehalt (ICC-Nr. 110/1) Aschegehalt (ICC-Nr. 104/1) Rohproteingehalt nach Dumas (ICC-Nr. 167) Feuchtklebergehalt (in Anlehnung an ICC-Nr. 137/1) Rheologie Wasserabsorption und Teigentwicklungszeiten (in Anlehnung an ICC-Nr. 115/1) Kleber- und Teigzugversuche Sedimentationstests Sedimentationstest nach Zeleny (ICC-Nr. 116) SDS-Sedimentationstest nach Axford (in Anlehnung an AACCI-Nr. 56/70) SDS-PAGE Backversuche im Mikromaßstab Mikro-Rapid-Mix Test Mikro-Backtest ReMix-Backversuche 183

6 V 4.8 Mehlfraktionierung Modifizierte Osborne-Fraktionierung SDS/GMP Fraktionierung Isolierung von Referenzproteinen Chromatographische Methoden Umkehrphasen-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (RP-HPLC) Gelpermeations-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (GP-HPLC) ESI-Quadrupol-Time-of-Flight Massenspektrometrie (ESI-QTOF-MS) Weitere Quantifizierungsmethoden für das Gluteninmakropolymer Verbrennungsanalytische Bestimmung des Gluteninmakropolymers Gravimetrische Bestimmung des Gluteninmakropolymers Analyse des GMP-Gehaltes an verschiedenen Punkten der Brotherstellung Colorimetrie und Fluorimetrie Acid orange 12 Assay Bicinchoninsäure Assay Bradford Assay Fluorescamin Assay Amidoschwarz Assay Nachweis- und Bestimmungsgrenzen Statistische Analyse Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang 220