Hydrolysiertes Quinoa-Protein wird einer zweistufigen Desodorierung unterzogen

Hydrolysiertes Quinoa-Protein(HQP) stößt in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie auf großes Interesse, da es sehr nahrhaft ist, nützliche Eigenschaften aufweist und aus Pflanzen stammt. Der Hydrolyseprozess erzeugt jedoch häufig schlechte Gerüche, hauptsächlich aufgrund flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) wie Aldehyde, Ketone und schwefelhaltige Chemikalien. Dies schränkt seinen Einsatz ein. In diesem Artikel geht es um eine zweistufige Desodorierungsmethode für HQP, die sowohl physikalische Adsorption als auch enzymatische Behandlung nutzt, um schlechte Gerüche zu beseitigen, ohne die Fähigkeit des Proteins, seine Aufgabe zu erfüllen, zu beeinträchtigen. Aktuelle Studienergebnisse unterstützen eine Diskussion des Mechanismus, der Optimierungsparameter und der Anwendungsauswirkungen des zweistufigen Prozesses. Diese Methode ist eine nützliche Möglichkeit, die sensorische Qualität von HQP zu verbessern, wodurch es in der Industrie nützlicher wird.

Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) ist ein proteinreiches Pseudogetreide (12–22 % Trockengewicht) mit einem ausgewogenen Aminosäureprofil, einschließlich essentieller Aminosäuren wie Lysin, das in Getreidekörnern typischerweise fehlt (Repo-Carrasco et al., 2003). Die Hydrolyse von Quinoa-Protein unter Verwendung von Enzymen (z. B. Alkalase, Papain) oder Säure-/Base-Behandlungen führt zuhydrolysiertes Quinoa-Proteinmit verbesserter Löslichkeit, Verdaulichkeit und Bioaktivität, was es zu einem vielversprechenden Inhaltsstoff in funktionellen Lebensmitteln und Körperpflegeprodukten macht (Miranda et al., 2021).

 

Trotz dieser Vorteile entwickelt HQP während der Hydrolyse häufig unangenehme Gerüche. Diese Gerüche entstehen durch den Abbau von Lipiden und Aminosäuren: Durch die Lipidoxidation entstehen Aldehyde (z. B. Hexanal, Nonanal) mit grasigen oder fettigen Noten, während beim Aminosäureabbau Schwefelverbindungen (z. B. Methanthiol) und Amine mit faulen oder fischigen Gerüchen entstehen (Gao et al., 2022). Solche unangenehmen Gerüche mindern die Verbraucherakzeptanz und behindern das Marktpotenzial des hydrolysierten Quinoa-Proteins. Herkömmliche Desodorierungsmethoden wie Wärmebehandlung oder Lösungsmittelextraktion können die Proteinstruktur und -funktionalität beeinträchtigen und einen gezielteren Ansatz erforderlich machen.

Der zwei{0}stufige Desodorierungsprozess ist darauf ausgelegt, sowohl flüchtige als auch halb{1}flüchtige geruchsneutrale-Verbindungen durch aufeinanderfolgende physikalische und biologische Behandlungen zu bekämpfen und so eine hohe Desodorierungseffizienz bei minimaler Auswirkung auf die Proteineigenschaften sicherzustellen.

Erster Schritt: Physikalische Adsorption mittels modifizierter Adsorbentien

Im ersten Schritt werden modifizierte Adsorbentien eingesetzt, um primäre flüchtige -Gerüche zu entfernen. Aktivkohle (AC) und -Cyclodextrin (-CD) werden aufgrund ihrer porösen Struktur und hydrophoben Hohlräume häufig verwendet, die VOCs über Van-der-Waals-Kräfte und die Bildung von Einschlusskomplexen einfangen (Li et al., 2020). Zu den Optimierungsparametern gehören Adsorptionsmitteldosierung, Temperatur und Kontaktzeit. Untersuchungen zeigen, dass 2 % (Gew./Vol.) AC in Kombination mit 1,5 % (Gew./Vol.) -CD, angewendet bei 30 Grad für 60 Minuten, eine Reduzierung der Aldehyde und Schwefelverbindungen in HQP um 65–70 % erreichen (Zhang et al., 2023). Die Modifikation von AC mit Chitosan erhöht seine Hydrophilie, verhindert eine unspezifische Bindung mit hydrophilen Peptiden und konservierthydrolysiertes Quinoa-Protein(Wang & Liu, 2022). Dieser Schritt entfernt effizient nieder-molekulare-VOCs, hat jedoch nur begrenzte Auswirkungen auf halb-flüchtige Verbindungen und Geruchsvorläufer, was eine zweite Behandlung erforderlich macht.

Zweiter Schritt: Enzymatische Behandlung zum Abbau von Geruchsvorläufern

Im zweiten Schritt werden Enzyme eingesetzt, um restliche Geruchsvorläufer und halbflüchtige Verbindungen abzubauen. Lipoxygenase (LOX) und Cystein-Desulfhydrase (CD) werden aufgrund ihrer Spezifität ausgewählt: LOX katalysiert den Abbau von Lipidhydroperoxiden (Geruchsvorläufern), während CD schwefelhaltige Aminosäuren (z. B. Cystein) in geruchlose Produkte umwandelt (Huang et al., 2021). Optimale Bedingungen für die enzymatische Behandlung sind ein pH-Wert von 6,5–7,0, 40 Grad und eine Enzymdosis von 0,1 % (w/v) (LOX:CD=3:1) für 45 Minuten. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der VOCs insgesamt um 25–30 %, wobei Hexanal und Methanthiol gezielt angegriffen werden (Zhang et al., 2023). Die enzymatische Behandlung vermeidet harte Bedingungen und bewahrt die Molekulargewichtsverteilung des hydrolysierten Quinoa-Proteins und bioaktive Peptide (z. B. antioxidative Peptide mit IC50-Werten).<5 mg/mL).

Der zweistufige Prozess entfernt unangenehme Gerüche durch komplementäre Mechanismen: Die physikalische Adsorption zielt auf vorhandene VOCs ab, während die enzymatische Behandlung Vorläufer eliminiert, um eine Geruchsneubildung zu verhindern. Die Analyse mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) zeigt, dass der Gesamt-VOC-Gehalt in HQP nach dem zweistufigen Prozess von 876 µg/kg auf 124 µg/kg abnimmt, wobei die wichtigsten Geruchsstoffe (Hexanal, Methanthiol) um 92 % bzw. 88 % reduziert werden (Gao et al., 2022). Die sensorische Bewertung durch ein geschultes Gremium (n=10) bestätigt eine signifikante Verringerung der Geruchsintensität (S<0.05), with HQP scoring 7.8/10 for overall acceptability, compared to 3.2/10 for untreated hydrolyzed quinoa protein (9-point hedonic scale). Functional properties, including solubility (92% vs. 90% untreated) and emulsifying activity index (38 m²/g vs. 37 m²/g untreated), remain largely unchanged, indicating minimal protein denaturation (Miranda et al., 2021).

Das in zwei Schritten desodorierte HQP wurde erfolgreich in pflanzlichen Getränken, Säuglingsanfangsnahrung und Gesichtsseren eingesetzt. In einem pflanzlichen Milchprototyp zeigte HQP (5 % w/v) eine verbesserte sensorische Akzeptanz, wobei 82 % der Verbraucher es gegenüber unbehandelten hydrolysierten Quinoa-Proteinformulierungen bevorzugten (Li et al., 2023). In Kosmetika verbesserte desodoriertes HQP die Hautfeuchtigkeit (35 % höhere Reduzierung des transepidermalen Wasserverlusts), ohne Reizungen zu verursachen, was auf die erhaltene Peptidaktivität zurückzuführen ist (Zhao et al., 2022).

Aus industrieller Sicht ist der Prozess skalierbar und kosteneffektiv: Modifizierte Adsorbentien können regeneriert werden und Enzyme sind im industriellen Maßstab leicht verfügbar. Die Ökobilanz zeigt eine um 20 % geringere Umweltbelastung im Vergleich zur lösungsmittelbasierten Desodorierung und steht damit im Einklang mit nachhaltigen Fertigungstrends (Chen et al., 2023).

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Referenzen:

• Chen, L., Wang, Y. & Zhao, J. (2023). Ökobilanz von Desodorierungsprozessen für pflanzliche Proteinhydrolysate.Zeitschrift für sauberere Produktion, 392, 136312.
• Gao, H., et al. (2022). Flüchtige organische Verbindungen in hydrolysiertem Quinoa-Protein: Identifizierung und Korrelation mit Fehlgeruch.Lebensmittelchemie, 382, 132345.
• Huang, X., et al. (2021). Enzymatischer Abbau schwefelhaltiger Geruchsvorläufer in Proteinhydrolysaten.Zeitschrift für Agrar- und Lebensmittelchemie, 69(12), 3621–3629.
• Li, S., et al. (2020). Adsorption flüchtiger -Gerüche in pflanzlichen Proteinhydrolysaten unter Verwendung von -Cyclodextrin-Kompositen.Lebensmittelhydrokolloide, 107, 105987.
• Li, M., et al. (2023). Sensorische und funktionelle Bewertung von desodoriertem hydrolysiertem Quinoa-Protein in pflanzlichen Getränken.Pflanzliche Lebensmittel für die menschliche Ernährung, 78(2), 215–223.