Surface-active proteins from Fusarium spp. and their role in gushing in carbonated beverages [Elektronische Ressource] / Georg Lutterschmid. Gutachter: Rudi F. Vogel ; Martin Krottenthaler. Betreuer: Rudi F. Vogel

Georg Lutterschmid

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TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Lehrstuhl für Technische Mikrobiologie Surface-active proteins from Fusarium spp. and their role in gushing in carbonated beverages Georg Lutterschmid Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. H.-C. Langowski Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. R. F. Vogel 2. Priv.-Doz. Dr. M. Krottenthaler Die Dissertation wurde am 26.01.2011 bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt am 28.03.2011 angenommen. II Danksagung An dieser Stelle möchte ich mich bei meinem Doktorvater Prof. Dr. Rudi F. Vogel herzlich für die Möglichkeit bedanken, diese Arbeit am Lehrstuhl für Technische Mikrobiologie durchführen zu können. Danke für die konstruktive Unterstützung, die Organisation der Finanzierung, und das immer offene Ohr für Fragen und Diskussionen. Mein Dank gilt auch Prof. Dr. Ludwig Niessen für die Betreuung der Arbeit und die wertvolle Unterstützung bei fachlichen Fragestellungen. Vielen Dank für das angenehme Arbeitsklima und die kreativen sowie erheiternden Gedankenentwicklungen in manch freien Minuten. Mein Dank gilt ebenso PD Dr.

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• Biologie

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• Publié le: 01 janvier 2011
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TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN
Lehrstuhl für Technische Mikrobiologie
Surface-active proteins from Fusarium spp. and their role in gushing in carbonated
esagerbev Georg Lutterschmid

Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung,
Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen
Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften
genehmigten Dissertation.
Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. H.-C. Langowski
Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. R. F. Vogel
2. Priv.-Doz. Dr. M. Krottenthaler
Die Dissertation wurde am 26.01.2011 bei der Technischen Universität München eingereicht und
durch die Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt
am 28.03.2011 angenommen.

II

Danksagung
An dieser Stelle möchte ich mich bei meinem Doktorvater Prof. Dr. Rudi F. Vogel herzlich
für die Möglichkeit bedanken, diese Arbeit am Lehrstuhl für Technische Mikrobiologie
durchführen zu können. Danke für die konstruktive Unterstützung, die Organisation der
Finanzierung, und das immer offene Ohr für Fragen und Diskussionen.
Mein Dank gilt auch Prof. Dr. Ludwig Niessen für die Betreuung der Arbeit und die
wertvolle Unterstützung bei fachlichen Fragestellungen. Vielen Dank für das angenehme
Arbeitsklima und die kreativen sowie erheiternden Gedankenentwicklungen in manch freien
en.nutiMMein Dank gilt ebenso PD Dr. Martin Krottenthaler für die Übernahme des Koreferats und
Prof. Dr. Horst-Christian Langowski für die Übernahme des Prüfungsvorsitzes.
Für die gute und angenehme Zusammenarbeit möchte ich mich bei meinem
Projektkollegen Matthias Stübner bedanken, mit dem die fachlichen Diskussionen immer
zielführend und nie langweilig waren.
Vielen Dank möchte ich meinen Bürokollegen Simone Freiding, Kristina Gramlich und
Patrick Preissler sowie allen Doktoranden- und Arbeitskollegen sagen für das angenehme
und freundschaftliche Klima, ebenso Angela Seppeur, Monika Hadek, Georg Maier,
Maggie Schreiber, Stefan Bottesch und Jana Kolew für die stete Hilfsbereitschaft, Susan
Illing für die vielen Gefriertrocknungen am Anfang der Arbeit und meinen Studenten Monika
Muranyi, Henning Wiesner und Stefanie Körner für ihren Beitrag zu dieser Arbeit.
Bei der Simon H. Steiner, Hopfen GmbH, Mainburg und bei der Privatbrauerei Erdinger
Weißbräu, Werner Brombach GmbH möchte ich mich für das zur Verfügung Stellen der
Hopfenprodukte bzw. des Bonaqa bedanken.
Ebenso gilt mein Dank der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen
"Otto von Guericke" e.V. (Projekt AiF 14551), der Wissenschaftsförderung der Deutschen
Brauwirtschaft e.V. (WiFö) und der Weihenstephaner Jubiläums-Stiftung 1905 für die
Finanzierung der Arbeit.
Bei meinen Eltern möchte ich mich am meisten bedanken, da sie mich während des
Studiums und der Promotion immer unterstützt haben, und bei meiner Freundin Sabrina für
ihr Verständnis und die stete Motivation.

iationsvbbreA ApAf APS tma IPCB YMGB MMB MYMB BSA APSCCBB-G250
EPCD DHA MFD TDT ADTEFcHyd3p
FcHyd5p
2bHf ICH DTHO pI LBMW OC TNB 1PLTns EPAG CRP pF pG pL PM pR pS

Alkaline foam protein A from Fusarium graminearum
Ammonium persulfate
Atmosphere
5-bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate
Buffered glycerol complex medium
Buffered minimal methanol medium
Buffered methanol complex medium
Bovine serum albumin
3-(cyclohexylamino)-1-propanesulfonic acid
Coomassie Brilliant Blue G-250
Diethylpyrocarbonate
Dehydrated humulinic acid
N,N-Dimethylformamid
Dithiothreitol
Ethylenediaminetetraacetic acid
Class I hydrophobin FcHyd3p from Fusarium culmorum
Class II hydrophobin FcHyd5p from Fusarium culmorum
Class II hydrophobin Hfb2 from Trichoderma reesei
Hydrophobic interaction chromatography
Hop oil type dry
Isoelectric point
Lysogeny broth
Molecular weight cut off
Nitro blue tetrazolium chloride
Non-specific lipid transfer protein 1 from Hordeum vulgare (barley)
Polyacrylamide gel electrophoresis
Polymerase chain reaction
Pressure of fluid
Pressure in the gas bubble
Laplace pressure
Protein marker
Reservoir pressure
Skin pressure

III

FPVD mrp DSS OCS PCET EDEMT TFA MWT inicrT sriT g x DYP SDYP Γ

Polyvinylidenfluorid
Rounds per minute
Sodium dodecyl sulphate
Super optimal broth with catabolite repression
Tris(2-carboxyethyl)phosphine
N,N,N,N-tetramethylethylendiamine
Trifluoroacetic acid
Technische Mikrobiologie Weihenstephan
N-(2-Hydroxy-1,1-bis(hydroxymethyl)ethyl)glycine
Tris(hydroxymethyl)aminomethane
Gravity
Yeast extract peptone dextrose medium
Yeast extract peptone dextrose medium with sorbitol
Skin compression

IV

V

Index1 Introduction................................................................................................................................ 1
1.1 Gushing ........................................................................................................................... 1
1.1.1 Primary gushing ....................................................................................................... 1
1.1.2 Secondary gushing .................................................................................................. 3
1.2 Physical background for the phenomenon of gushing ....................................................... 3
1.2.1 Release of carbon dioxide from supersaturated solutions ......................................... 3
1.2.2 Processes upon opening of a carbonated beverage ................................................. 5
1.2.3 Stabilized microbubbles in aqueous fluids ................................................................ 6
1.2.4 Composition of the bubble skin ................................................................................. 8
1.2.5 Bubble growth .......................................................................................................... 9
1.2.6 Prerequisites for the generation of gushing ..............................................................10
1.3 Factors causing primary gushing .....................................................................................11
1.3.1 Surface-active proteins from fungi ...........................................................................11
1.3.1.1 Hydrophobins......................................................................................................12
1.3.1.2 Fungispumins .....................................................................................................14
1.3.2 Surface-active proteins from plants .........................................................................14
1.4 Influence of hop compounds on gushing .........................................................................15
1.5 Aim of the study ..............................................................................................................17
2 Materials and methods ..............................................................................................................18
2.1 Materials .........................................................................................................................18
2.1.1 Instrumentation .......................................................................................................18
2.1.2 Consumables ..........................................................................................................19
2.1.3 Kits .........................................................................................................................19
2.1.4 Organisms ..............................................................................................................20
2.1.5 Enzymes .................................................................................................................20
2.1.6 Chemicals ...............................................................................................................21
2.1.7 Buffers and solutions ...............................................................................................23
2.1.7.1 TAE buffer (50x) .................................................................................................23
2.1.7.2 SDS PAGE according to Schägger and Jagow (1987) .........................................24
2.1.7.3 Solutions for coomassie staining of protein gels ..................................................25
2.1.7.4 Silver staining according to Blum et al. (1987) .....................................................26
2.1.7.5 Negative (Imidazole-Zn) staining .........................................................................27

VI

2.1.7.6 CAPS buffer for semi-dry blotting ........................................................................27
2.1.7.7 Buffer for Western Blots ......................................................................................27
2.1.7.8 Buffer for anion exchange chr