Proteinfraktionierung bezeichnet die gezielte Auftrennung komplexer Proteinmischungen in ihre einzelnen Fraktionen – beispielsweise Albumine und Globuline – auf Basis unterschiedlicher physikochemischer Eigenschaften wie Löslichkeit, Molekülgrösse oder Ladung. In der Lebensmitteltechnologie und Proteinanalytik hat die membranbasierte Fraktionierung zunehmende Bedeutung. Hierbei kommen Membranen zum Einsatz, um Proteine ohne den Einsatz starker Chemikalien oder drastischer pH-Änderungen zu trennen. Ein zentrales Anwendungsfeld ist die Trennung von Albuminen und Globulinen aus pflanzlichen Proteinextrakten. Albumine sind im neutralen pH-Bereich gut wasserlöslich und meist kleiner als Globuline, die eine geringere Löslichkeit in diesem Bereich aufweisen und in verdünnten Salzlösungen bevorzugt löslich sind. Diese Unterschiede lassen sich bei der Membranfiltration gezielt nutzen. Mit technischen Systemen auf Basis → Ultrafiltration können Albumine und Globuline voneinander abgetrennt werden. Die Trennwirkung wird verstärkt durch Unterscheidung der Molekülgrösse (Siebwirkung), gezielte Einstellung der Pufferbedingungen, → Diafiltration, Temperatur, Druck und andere Parameter.
Membranverfahren bieten dabei ökologische und ökonomische Vorteile gegenüber klassischen Fällungs- oder Extraktionsverfahren, da sie kontinuierlich, lösungsmittelfrei und schonend arbeiten. Sie eignen sich daher besonders für die Entwicklung funktioneller Pflanzenproteinfraktionen mit definierten Eigenschaften für Lebensmittelanwendungen.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen Albuminen und Globulinen ist ihre Löslichkeit. Globuline sind in den für Lebensmittel typischen pH-Bereichen (4 - 7) oft schlecht löslich, während Albumine sehr gut löslich sind. Diese hohe Löslichkeit ist z. B. für die Schaumbildung von Vorteil.
Pflanzenproteine werden nach der Osborne-Klassifikation auf der Grundlage ihrer Löslichkeit klassifiziert.
Albuminproteine sind in Wasser und in einem pH-Bereich von 2 bis 10 löslich.
Globulinproteine sind in verdünnten Salzlösungen löslich und haben oft einen isoelektrischen Punkt zwischen 4 und 5. Bei diesen pH-Werten haben die Globuline eine Nettoladung von Null, was zu einer Aggregation und einer extrem geringen Löslichkeit führt. Dieser Effekt wird derzeit genutzt, um einen reinen globulinreichen Proteinextrakt zu erhalten, während die Albumine verworfen werden.
Grundsätzlich gilt:
| Proteinklasse | Löslichkeit |
|---|---|
| Albumine | Wasserlöslich |
| Globuline | Salzlöslich |
| Prolamine | Alkohollöslich |
| Gluteline | Säure- und basenlöslich |
Die herkömmliche Proteinextraktion, die so genannte Alkali-Säure-Fällungsmethode , beginnt mit einer Vorverarbeitung (Schälen, Entfetten und Mahlen). Das entstandene Mehl wird dann in Wasser dispergiert und der pH-Wert auf alkalische Werte (pH 8 - 13) eingestellt.
Ein hoher pH-Wert führt zu einer höheren Löslichkeit der Globuline, was die Proteinausbeute der Verfahren erhöht. Anschliessend werden die unlöslichen Bestandteile (häufig Stärke und Fasern) durch Zentrifugieren oder Dekantieren entfernt. Die lösliche Fraktion enthält Globuline, Albumine und andere gelöste Stoffe. Diese nicht eiweisshaltigen gelösten Stoffe enthalten Zucker, Phenole und Mineralien. Einige Bestandteile wirken als Nebengeschmack oder Antinährstofffaktoren, die durch Ausfällen am isoelektrischen Punkt entfernt werden. Die Globuline werden ausgefällt, während die nicht eiweisshaltigen gelösten Stoffe und die Albumine löslich bleiben. Diese beiden Ströme werden in einer zweiten Zentrifuge getrennt.