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LactoMag

Ziel

Beim Herstellen fermentierter Milchprodukte wie Quark, Frischkäse oder Skyr fallen mehr als 2 Mio. Tonnen Sauermolke pro Jahr in Deutschland an. Im Gegensatz zu Süßmolke, die eine hochwertige Proteinquelle darstellt, ist eine Weiterverarbeitung von Sauermolke aufgrund des niedrigen pH-Wertes (pH < 4,8) und ihrer Zusammensetzung (hohe Salzfracht, Vorhandensein von Mikroorganismen, geringer Proteingehalt) eine technologische Herausforderung. Die Verwertung von Sauermolke findet überwiegend in der Form von Viehfutter oder als Substrat für die Biogaserzeugung statt. Damit stellt sich die Frage: Welche Stoffe könnten aus Sauermolke gewonnen werden, um die Wertschöpfung und Nachhaltigkeit von Sauermilchprodukten zu steigern?

Lactoferrin ist ein funktionelles Molkenprotein, das in geringer Konzentration in Molke vorkommt (c < 100 mg/L). So fördert Lactoferrin die Eisenresorption im Darm und wirkt sich positiv auf das Knochenwachstum aus. Neben seiner antimikrobiellen Wirkung, sind aktuell die antiviralen Eigenschaften, die sich unter anderem gegen SARS-CoV, Hepatitis B und C oder HIV Erreger richten, von besonderem Interesse. Im Lebensmittel-/Life-Science Bereich findet Lactoferrin Verwendung als Nutrazeutika, Zusatz in Sportler- und Säuglingsnahrung oder zur Konservierung von Fleisch.

Bisher wird Lactoferrin über chromatografische Verfahren aus Süßmolke oder Magermilch gewonnen. Diese Verfahren erfordern große Aufwendungen hinsichtlich der eingesetzten Ressourcen. Ziel des Verbundprojektes ist das Erforschen eines ressourceneffizienten Verfahrens zur Gewinnung von Lactoferrin aus ungenutzten Nebenströmen. Hierzu soll Sauermolke in einem ersten Schritt durch Filtration konditioniert werden. Angestrebt wird ein möglichst hoher Lactoferringehalt. In einem zweiten Prozessschritt soll Lactoferrin mittels magnetischer Adsorbentien aus der konditionierten Molke isoliert und gereinigt werden.

Ergebnisse

Zu Beginn des Projekts lag der Schwerpunkt auf der Etablierung geeigneter Methoden zur Lactoferrinbestimmung. Hierzu wurde eine RP-HPLC Methode entwickelt, mit der sich die bovinen Molkenproteine Lactoferrin, Lactoperoxidase, Serumalbumin, α-Lactalbumin und β-Lactoglobulin in Molke quantifizieren lassen. Ergänzend wurde ein kompetitiver ELISA etabliert (siehe Abbildung 1), der bereits geringe Lactoferringehalte (< 1 mg/L) zuverlässig in unterschiedlichen Matrizes detektiert. Die Analyse der Molken verschiedener Hersteller offenbarte starke Schwankungen bezüglich des Proteingehalts und dessen Zusammensetzung. Abhängig von den Prozessbedingungen während der Verarbeitung zu den verschiedensten Milchprodukten, variierte der Lactoferringehalt in den getesteten Sauermolken (=Nebenstrom) zwischen 0 - 80 mg/L.

Mittels Cross-flow Filtration lassen sich auch geringe Konzentrationen um den Faktor 20 erhöhen, wodurch eine effiziente Isolierung und Reinigung in den nachfolgenden Prozessschritten ermöglicht wird. Der hierzu eingesetzte Magnetseparator wurde hinsichtlich verfahrenstechnischer Kenngrößen (Flussrate, Verweilzeit, Partikelrückhaltung) charakterisiert und ein geeignetes Adsorbermaterial steht zur Verfügung.

Verwertung

Das Verfahren soll dazu beitragen die Wertschöpfung der Milchverarbeitung zu steigern und den Rohstoff Milch nachhaltig zu verwerten. Die Nachfrage nach Lactoferrin steigt seit Jahren, weshalb neue Rohstoffquellen, wie z. B. Sauermolke erschlossen werden müssen, indem innovative Verfahren und sequentielle Prozesse erforscht und entwickelt werden. Neben der wissenschaftlichen Verwertung in Form von Beiträgen auf Tagungen und in Fachjournalen, besteht ein Bestreben nach internationalen Schutzrechten.