A comprehensive investigation on the properties of seaweed (Sargassum tenerrimum) protein isolates: Addressing the knowledge gap on drying methods
Diese Studie zeigt, dass Proteinisolate aus der Makroalge *Sargassum tenerrimum*, die mittels Gefriertrocknung, Vakuumtrocknung oder Sprühtrocknung verarbeitet wurden, hochwertige, sichere und bioaktive Proteine mit ausgeprägten strukturellen und funktionellen Eigenschaften liefern, wobei die Sprühtrocknung überlegene Emulgier- und Schaumbildungseigenschaften bietet, während die Gefriertrocknung einen höheren Phenolgehalt bewahrt.
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In einer Welt, in der die menschliche Bevölkerung bis zur Mitte des Jahrhunderts voraussichtlich auf fast zehn Milliarden Menschen anwachsen wird, ist die Suche nach neuen Quellen für hochwertige Lebensmittel zu einer dringenden Notwendigkeit geworden. Während Tiere lange Zeit den Großteil des pflanzlichen Proteins geliefert haben, treibt der ökologische Preis der Viehzucht Wissenschaftler dazu, den Blick auf den Ozean als Alternative zu richten. Seetang, die riesigen Wälder des Meeres, ist dafür bekannt, reich an Mineralien, Ballaststoffen und Vitaminen zu sein, doch sein Potenzial als primäre Proteinquelle blieb weitgehend ungenutzt. Die Herausforderung liegt darin, dass Seetang komplexe Organismen sind; ihre Zellen sind zäh und voller Verbindungen, die die Extraktion des darin enthaltenen Proteins erschweren können. Zudem muss das Protein nach der Extraktion getrocknet werden, um es lagern und verwenden zu können, aber die Methode, mit der das Wasser entfernt wird, kann die Struktur des Proteins, seine Fähigkeit, sich mit anderen Zutaten zu vermischen, und seinen Nährwert grundlegend verändern. Das Verständnis darüber, wie verschiedene Trocknungstechniken diese empfindlichen marinen Proteine beeinflussen, ist der Schlüssel dazu, Seetang in eine lebensfähige, nachhaltige Nahrungsquelle für die Zukunft zu verwandeln.
Forscher der Kerala University of Fisheries and Ocean Studies und des Central Institute of Fisheries Technology in Indien machten sich daran, dieses spezifische Rätsel unter Verwendung eines gängigen Braunen Seetangs, bekannt als Sargassum tenerrimum, zu lösen. Sie begannen damit, den Seetang aus den Küstengewässern des Palk Bay im Süden Indiens zu ernten, zu reinigen und in ein feines Pulver zu mahlen. Mithlich eines chemischen Prozesses, bei dem der Säuregehalt des Wassers verändert wird, um das Protein aus der Pflanzenmasse herauszuziehen, isolierten sie das Protein vom restlichen Seetang. Dies ergab ein flüssiges Proteinextrakt, das sie anschließend in drei Chargen aufteilte. Jede Charge wurde mit einer anderen industriellen Methode getrocknet: Eine wurde gefroren und unter Vakuum getrocknet, um Eis direkt zu entfernen, eine andere wurde in einer Vakuumkammer bei moderater Temperatur getrocknet, und die dritte wurde in einen heißen Luftstrom gesprüht, um fast augenblicklich zu trocknen. Das Ziel war es zu sehen, welche dieser drei Methoden das beste Endprodukt in Bezug auf Proteingehalt, Sicherheit und die Funktionsfähigkeit des Pulvers in Lebensmitteln lieferte.
Die Ergebnisse zeigten, dass alle drei Methoden erfolgreich ein proteinreiches Pulver erzeugten, die Qualität jedoch je nach der Art der Wasserentfernung erheblich variierte. Das sprühgetrocknete Pulver enthielt mit etwa 66 Prozent den höchsten Anteil an Protein, dicht gefolgt von der gefriergetrockneten Probe mit etwa 65 Prozent, während die vakuumgetrocknete Probe mit knapp unter 50 Prozent den geringsten Wert aufwies. Wichtig war, dass die Forscher die Pulver auf gefährliche Schwermetalle wie Blei, Quecksilber und Cadmium testeten und feststellten, dass keine in nachweisbaren Mengen vorhanden waren, was bestätigte, dass der Extraktionsprozess den Seetang effektiv gereinigt hatte. Die Wahl der Trocknungsmethode änderte jedoch die chemische Zusammensetzung des Pulvers. Die gefriergetrocknete Probe behielt die höchste Menge an natürlichen Pflanzenverbindungen, sogenannten Phenolen, die für ihre gesundheitlichen Vorteile bekannt sind, während die hohe Hitze des Sprühtrocknungsprozesses diese Verbindungen leicht reduzierte. Trotzdem zeigte das sprühgetrocknete Pulver eine starke Fähigkeit, schädliche freie Radikale zu neutralisieren, was darauf hindeutet, dass es immer noch über eine signifikante antioxidative Kraft verfügt.
Als die Wissenschaftler die physikalische Natur der Pulver untersuchten, wurden die Unterschiede noch deutlicher. Unter einem leistungsstarken Mikroskop erschienen die sprühgetrockneten Partikel als winzige, hohle Sphären – eine Form, die durch die schnelle Trocknung flüssiger Tropfen entsteht. Im Gegensatz dazu sah das gefriergetrocknete Pulver wie geschrumpfte, wabenartige Flocken aus, und die vakuumgetrocknete Probe bestand aus zerbrochenen, krümeligen Stücken. Diese strukturellen Unterschiede waren entscheidend, als die Forscher testeten, wie sich die Pulver in Wasser und Öl verhielten. Das gefriergetrocknete Pulver löste sich am besten in Wasser auf, insbesondere wenn das Wasser leicht alkalisch war, was es zum vielseitigsten für die Herstellung glatter Mischungen machte. Es bildete auch die stabilsten Emulsionen, was bedeutet, dass es Öl und Wasser effektiv zusammenhalten konnte – eine entscheidende Eigenschaft für die Herstellung von Dressings oder cremigen Lebensmitteln. Das sprühgetrocknete Pulver hingegen war zwar etwas weniger löslich, zeichnete sich aber durch eine hervorragende Schaumbildung aus, indem es sich beim Aufschlagen erheblich ausdehnte, was für leichte, luftige Texturen in Lebensmitteln nützlich sein könnte.
Die Studie kam zu dem Schluss, dass das Gefriertrocknen zwar die empfindlichsten strukturellen und funktionellen Eigenschaften des Seetang-Proteins bewahrte und es somit zur überlegenen Wahl für hochwertige Lebensmittelanwendungen machte, das Sprühtrocknen jedoch eine attraktive Alternative bot. Die sprühgetrocknete Methode lieferte ein Pulver mit hohem Proteingehalt und hervorragenden Schaumbildungseigenschaften und gilt aufgrund seiner operativen Merkmale als geeignete Methode für die kommerzielle Produktion. Die Forscher fanden heraus, dass der Trocknungsprozess die Kernstruktur des Proteins oder dessen Fähigkeit, Bakterien zu bekämpfen, nicht zerstörte, da die Pulver eine starke Aktivität gegen häufige lebensmittelbedingte Krankheitserreger zeigten. Letztendlich zeigt die Arbeit, dass Seetang-Protein eine sichere und wirkungsvolle Ressource ist, und dass die Wahl der Trocknungsmethode es Lebensmittelherstellern ermöglicht, das Endprodukt auf spezifische Bedürfnisse zuzuschneiden – sei es maximale Nährstoffretention oder effiziente, groß angelegte Produktion.
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