TY - BOOK

T1 - Synthese von Wirkstoffen für Lebensmittel durch degradative Enzyme aus Basidiomycota

AU - Günther, Thorben

N1 - Dissertation

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Mit zunehmender Industrialisierung der Lebensmittelproduktion werden Produkten vermehrt Wirkstoffe wie Farb-, Konservierungs- und Aromastoffe zugesetzt, um sie aufzuwerten. Hierbei wird von Konsumenten das Prädikat „natürlich“ bevorzugt, das beispielsweise durch die enzymatische Produktion dieser Wirkstoffe erhalten wird. Hier bieten sich Basidiomycota als Genspender an, da sie als Hauptdestruenten von Pflanzenresten ein breites jedoch bisher nur unzureichend beschriebenes Spektrum an potenten degradativen Enzymen bieten. In dieser Arbeit wurde an der natürlichen Produktion der Raucharomakomponente 4 Vinylguajakol (4 VG) sowie dem potentiellen Konservierungsstoff 2,6-Dimethoxychinon (DMBQ) durch degradative basidiomycetische Enzyme gearbeitet. In einer ersten Studie wurde eine Ferulasäuredecarboxylase aus Schizophyllum commune (ScoFAD) als erstes Enzym seiner Art aus Basidiomycota identifiziert und erfolgreich im lebensmittelgeeigneten Expressionswirt Komagataella phaffii heterolog produziert. Im Vergleich mit bakteriellen und ascomycetischen Enzymen zeigte die ScoFAD mit 0,16 mmol L 1 die höchste Affinität zu ihrem einzigen Substrat Ferulasäure. Die katalytische Effizienz übertraf die homologer Enzyme mit 4.779 L s-1 mmol-1 um mehr als den Faktor 50. Die ScoFAD wurde kovalent auf AminoLink Plus Agarose immobilisiert und zeigte in einem kontinuierlichen Prozess über mehrere Tage Aktivität. So wurde mit der Synthese von natürlichem 4-VG als Schlüsselkomponente des Raucharomas der Weg für neue, nachhaltige und sichere Raucharomen geebnet. DMBQ besitzt antibakterielle und antifungale Eigenschaften und wurde in vorangegangenen Arbeiten als in-vitro-Oxidationsprodukt von Malvidin nachgewiesen. In einer zweiten Studie wurden erstmals komparative Analysen des DMBQ-Gehalts verschiedener Weine durchgeführt. Das Chinon wurde lediglich in den malvidinhaltigen Proben mit Konzentrationen zwischen 28 und 137 µg L 1 nachgewiesen, was auf das Vorhandensein des gleichen Bildungsweges in vivo hindeutete. Es konnten erstmals in-vivo-Bildungskinetiken in homogenisierten roten Früchten aufgenommen werden, die eine Zelldekompartementalisierung als Auslöser der DMBQ-Bildung zeigten. Zudem wurde ein Bioprozess etabliert, der die Produktion des Chinons unter food-grade-Bedingungen mit Ausbeuten von 94 % und 65 mg DMBQ/100 g Weintrester mittels einer Laccase aus Pleurotus pulmonarius ermöglicht.

AB - Mit zunehmender Industrialisierung der Lebensmittelproduktion werden Produkten vermehrt Wirkstoffe wie Farb-, Konservierungs- und Aromastoffe zugesetzt, um sie aufzuwerten. Hierbei wird von Konsumenten das Prädikat „natürlich“ bevorzugt, das beispielsweise durch die enzymatische Produktion dieser Wirkstoffe erhalten wird. Hier bieten sich Basidiomycota als Genspender an, da sie als Hauptdestruenten von Pflanzenresten ein breites jedoch bisher nur unzureichend beschriebenes Spektrum an potenten degradativen Enzymen bieten. In dieser Arbeit wurde an der natürlichen Produktion der Raucharomakomponente 4 Vinylguajakol (4 VG) sowie dem potentiellen Konservierungsstoff 2,6-Dimethoxychinon (DMBQ) durch degradative basidiomycetische Enzyme gearbeitet. In einer ersten Studie wurde eine Ferulasäuredecarboxylase aus Schizophyllum commune (ScoFAD) als erstes Enzym seiner Art aus Basidiomycota identifiziert und erfolgreich im lebensmittelgeeigneten Expressionswirt Komagataella phaffii heterolog produziert. Im Vergleich mit bakteriellen und ascomycetischen Enzymen zeigte die ScoFAD mit 0,16 mmol L 1 die höchste Affinität zu ihrem einzigen Substrat Ferulasäure. Die katalytische Effizienz übertraf die homologer Enzyme mit 4.779 L s-1 mmol-1 um mehr als den Faktor 50. Die ScoFAD wurde kovalent auf AminoLink Plus Agarose immobilisiert und zeigte in einem kontinuierlichen Prozess über mehrere Tage Aktivität. So wurde mit der Synthese von natürlichem 4-VG als Schlüsselkomponente des Raucharomas der Weg für neue, nachhaltige und sichere Raucharomen geebnet. DMBQ besitzt antibakterielle und antifungale Eigenschaften und wurde in vorangegangenen Arbeiten als in-vitro-Oxidationsprodukt von Malvidin nachgewiesen. In einer zweiten Studie wurden erstmals komparative Analysen des DMBQ-Gehalts verschiedener Weine durchgeführt. Das Chinon wurde lediglich in den malvidinhaltigen Proben mit Konzentrationen zwischen 28 und 137 µg L 1 nachgewiesen, was auf das Vorhandensein des gleichen Bildungsweges in vivo hindeutete. Es konnten erstmals in-vivo-Bildungskinetiken in homogenisierten roten Früchten aufgenommen werden, die eine Zelldekompartementalisierung als Auslöser der DMBQ-Bildung zeigten. Zudem wurde ein Bioprozess etabliert, der die Produktion des Chinons unter food-grade-Bedingungen mit Ausbeuten von 94 % und 65 mg DMBQ/100 g Weintrester mittels einer Laccase aus Pleurotus pulmonarius ermöglicht.

U2 - 10.15488/10891

DO - 10.15488/10891

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -