Substrate specificities of baking lipases for use in fine bakery goods
Creators: name: Stemler, Charlotte Dorothea
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2023
Subjects: baking
lipase
substrate specificity
enzyme
fine bakery goods
lipids
baking quality

description: Lipasen werden seit Jahrzehnten als clean-label Alternativen für herkömmliche Emulgatoren zur Verbesserung der Backeigenschaften von Brot eingesetzt. Für Feine Backwaren gibt es jedoch bisher nur wenige Anwendungen. Bei der Reaktion von Lipasen mit Butter, einem üblicherweise in Feinen Backwaren eingesetzten Fett, werden geruchsintensive kurzkettige Fettsäuren freigesetzt. Um deren Freisetzung und damit die Bildung von ranzigen Fehlaromen zu begrenzen, werden Lipasen mit geeigneten Fettsäuresubstratspezifitäten benötigt. Dazu wurden 17 Lipasen mithilfe des p-Nitrophenyl-Assays auf die Fettsäuren hin untersucht, die sie bevorzugt freisetzen. Das aus dem Assay resultierende, breite Spektrum an Fettsäuresubstratspezifitäten konnte bei der Reaktion mit Backfetten in neu entwickelten Modellemulsionen jedoch nicht bestätigt werden. Stattdessen war die Struktur der Grenzfläche entscheidend für die Freisetzung von Fettsäuren. Sieben Lipasen wurden aufgrund ihrer Reaktionsmuster im p-Nitrophenyl-Assay und ergänzenden, sensorischen Experimenten mit den Modellemulsionen für weitere Versuche ausgewählt. Die Einsatzmöglichkeiten von Lipasen in Feinen Backwaren mit unterschiedlichen Rezepturen wurden am Beispiel eines eifreien Rührkuchens, eines traditionellen Sandkuchens und einer hefebasierten Brioche untersucht. Die Lipasen beeinflussten die Eigenschaften von Kuchenteigen und Backwaren. Das Ausmaß der Veränderung hing dabei sowohl von der Rezeptur, als auch von der Lipase ab. Enthielt die Rezeptur intrinsische, oberflächenaktive Moleküle wie polare Ei-Lipide in Sandkuchen, waren die Effekte der Lipasen schwächer als in der Rezeptur ohne Ei. In Brioche wurden nur geringe bis keine Verbesserungen der Backqualität erreicht. Die Unterschiede der Lipasen wurden auf ihre Reaktionsmuster zurückgeführt. Diese Hypothese unterschiedlicher Reaktionsmuster wurde durch Lipidomics-Analysen von Lipase-behandelten Teig- und Kuchenproben weiter untersucht. Dazu wurde eine Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie Methode genutzt. Durch den Vergleich der Substratspezifitätsmuster der Lipasen mit den Ergebnissen zu ihren Auswirkungen auf die Backqualität wurden mögliche Schlüsselverbindungen für die Backqualität ermittelt. Bei Rührkuchen ist die Hydrolyse von Glyceroglycolipiden entscheidend, während in Sandkuchen Lysoglycerophospholipide mit Effekten auf die Textur in Verbindung gebracht wurden. In Brioche wurde die Reaktion der Lipasen nicht, wie ursprünglich vermutet, gehemmt, aber die Art der freigesetzten Lipide hatte keinen Einfluss auf die Backqualität. Zur Vorhersage der Eignung einer Lipase f ür den Einsatz in Feinen Backwaren wird ein Assay benötigt. Basierend auf den Ergebnissen der Lipidomics-Analysen ist die Substratspezifität von Lipasen entscheidend für ihre Wirkung. Daher wurde ein fluorimetrischer Assay entwickelt, um die Reaktion von Lipasen mit verschiedenen Substraten zu analysieren. Die mithilfe des Assays ermittelten Reaktionsmuster stimmten jedoch nicht mit den Reaktionsmustern aus Kuchen überein. Ähnlich wie bei den Ergebnissen für die Fettsäurensubstratspezifität war die Substratspezifität ebenfalls von der Verfügbarkeit von Substraten für die Reaktion abhängig. Diese Arbeit eröffnet neue Einblicke in die Reaktion von Lipasen und Mechanismen der (Fettsäuren)substratspezifität. Außerdem zeigte sie das Potenzial von Lipasen als Backhilfsmittel in Feinen Backwaren und ebnete den Weg für weitere zukünftige Anwendungen von Lipasen.