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dc.contributor.advisorBisping, Bernward (Prof. Dr.)
dc.contributor.authorBernhardt, Clemens
dc.date.accessioned2020-10-19T13:10:42Z-
dc.date.available2020-10-19T13:10:42Z-
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttps://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/6132-
dc.description.abstractFür eine vegane Lebensweise ist die Verfügbarkeit von Vitamin-B12-Quellen eingeschränkt. Dies führt bei Veganern dazu, dass sie sehr viel weniger als die geschätzte angemessene tägliche Zufuhr für Erwachsene von 4 µg Vitamin B12 pro Tag zu sich nehmen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, war es das Ziel dieser Arbeit, eine neue pflanzliche Quelle für Vitamin B12 zu erschließen und Tofu mit Pflanzenmaterial als festes Substrat submers zu cofermentieren, um es so mit Vitamin B12 anzureichern. Da nur wenige cobalaminproduzierende Bakterienarten bekannt sind, welche sich für Lebensmittelfermentationen eignen, wurde der Stamm Acetobacter pasteurianus DSM 3509 analysiert. Es wurde durch die im Folgenden beschriebenen Untersuchungen festgestellt,dass er die Fähigkeit besitzt, Cobalamin zu synthetisieren. Ein Prototrophietest und eine zusätzliche genetische Untersuchung des Gens der Uroporphyrinogen-III-Synthase deuteten auf die Fähigkeit hin, Cobalamin synthetisieren zu können. Durch einen modifizierten mikrobiologischen Test auf Basis von Lactobacillus delbrueckii ssp.lactis DSM 20355 wurden 4,57 ng/mL Cyanocorrinoide und 0,75 ng/mL nicht-corrinoidale Wachstumsfaktoren nachgewiesen. Das durch Immunaffinitätschromatographie in Cyanidform extrahierte und isolierte Produkt hatte das gleiche UV-Spektrum wie der Cyanocobalamin Standard und Coα-[α-(7-adenyl)]-(Coβ-cyano)-cobamid, auch bekannt als Pseudovitamin B12. Dies wird von Lactobacillus reuteri DSM 20016 hergestellt. Das chromatographisch getrennte Produkt von A. pasteurianus wurde einer massenspektrometrischen Analyse unterzogen. Dort erwies sich sein Fragmentierungsmuster als zu dem von Cyanocobalamin äquivalent, das auch von Propionibacterium freudenreichii ssp. freudenreichii DSM 20271 produziert wird und sich deutlich von Pseudovitamin B12 unterscheidet. Das Vorhandensein von A. pasteurianus in verschiedenen Lebensmittelprodukten, kann darin zur Cobalaminbildung führen. Aufgrund der begrenzten Mengen an Vitamin B12, die von A. pasteurianus gebildet wurden,wurde die Co-Fermentation von Tofu und Pflanzenmaterial mit L. reuteri und P. freudenreichii untersucht. Für die Prozessentwicklung wurden 68 essbare Pflanzen mit hohem Cobaltgehalt bzw. Artverwandte mittels ICP-MS auf ihren Cobaltgehalt hin analysiert. 49 Proben zeigten höhere Cobaltgehalte als der Tofu selbst. 41 davon wurden zusammen mit Tofu in einem Glukose-Fed-Batch-Verfahren mit Zusätzen von Betain und Riboflavin cofermentiert. Die elf Pflanzenmaterialien, die nach der Fermentation die höchsten Mengen an Vitamin B12 lieferten, wurden mit heißem Wasser extrahiert und für die Fermentation verwendet. Für die schließlich ausgewählten Cicer arietinum L. Samen wurde ein Optimierungsexperiment der Extraktion durchgeführt, indem die Quellzeit, das Brechen von Kichererbsen und die Kochtemperatur variiert wurden. Ein Regressionsmodell konnte an die Ergebnisse der Vitamin-B12-Gehalte angepasst werden, die zwischen 110 ng/mL und 171 ng/mL in der Fermentationsbrühe streuten. Das berechnete Modell besaß ein kreuzvalidiertes Bestimmtheitsmaß von Q2 = 0,54. Für die Ausbeute der Extraktion konnte ein Regressionsmodell mit einem kreuzvalidierten Bestimmtheitsmaß von Q2 = 0,94 berechnet werden. Die Bioverfügbarkeit von Cobalt ist pflanzenspezifisch und kann nicht auf seine Konzentration reduziert werden. Die höchste Konzentration an Vitamin B12, die während der Tofufermentation mit einem Kichererbsenextrakt erreicht wurde, betrug 0,171 µg/mL in der Fermentationsbrühe. Das entspricht dem Verzehr von 23 mL Fermentationsbrühe, um den Schätzwert für die angemessene tägliche Zufuhr bei Erwachsenen von 4 µg Cobalamin zu erreichen. Darüber hinaus ist es möglich, eine Vorhersage der Extraktausbeute während des Extraktionsprozesses für Kichererbsen zu treffen, so dass wirtschaftliche und ökologische Aspekte berücksichtigt werden können.de
dc.description.abstractThe availability of vegan sources for vitamin B12 is very limited. For vegans, this leads to daily intakes way below the presumed necessary amount for adults of 4 µg vitamin B12 per day. To counter this problem the aim of this work was to unlock a new plant-based source of vitamin B12 by co-fermenting tofu with plant material as a submerged solid substrate to enrich it with vitamin B12. As only a few cobalamin-producing bacterial species are known which are suitable for food fermentations, the strain Acetobacter pasteurianus DSM 3509 was investigated. It was found to have the capability to synthesize cobalamin. A survival test and a preliminary genetic study of the gene of uroporphyrinogen-III synthase indicated the ability to synthesize cobalamin. By a modified microbiological assay based on Lactobacillus delbrueckii ssp. lactis DSM 20355, 4.57 ng/mL of cyanocorrinoids and 0.75 ng/mL of noncorrinoid growth factors were detected. The product extracted and isolated by immunoaffinity chromatography in its cyanide form had the similar UV spectrum as standard cyanocobalamin and Coα-[α-(7-adenyl)]-(Coβ-cyano)-cobamide, also known as pseudovitamin B12, produced by Lactobacillus reuteri DSM 20016. The chromatographically separated product of A. pasteurianus was subjected to mass spectrometrical analysis. There, its fragmentation pattern turned out to be equivalent to that of cyanocobalamin produced by Propionibacterium freudenreichii ssp. freudenreichii DSM 20271 and clearly differs from pseudovitamin B12. Due to the presence of this species in several food products, there might be cobalamin in food fermented with these bacteria. Owing to the limited amount of vitamin B12 produced by A. pasteurianus, L. reuteri and P. freudenreichii were used for the co-fermentation of tofu and plant material. For the process development 68 edible plants with high reported cobalt content or related plants were screened by ICP-MS for their ability to deliver a cobalt source. 49 samples revealed higher cobalt concentrations than tofu itself. 41 of those were co-fermented with tofu in a glucose fed-batch process with the supplementation of betain and riboflavin. The 11 plant materials that resulted in the highest vitamin B12 concentration after fermentation were extracted with hot water and used for fermentation. For the finally selected Cicer arietinum L. seeds an optimization experiment of the extraction was performed by varying the soaking time, the breaking of chickpeas, and the cooking temperature. A regression model could be fitted to the optimization data for the results of vitamin B12 that scattered between 110 ng/mL and 171 ng/mL in the fermentation broth with a cross-validated Q2 = 0.54. For the yield of extraction a regression model could be fitted with a cross-validated Q2 = 0.94. The bioavailability of cobalt is plant dependent and cannot be reduced to its concentration. The highest concentration of vitamin B12 achieved throughout the tofu fermentation with chickpea extract was 0.171 µg/mL in the fermentation broth. This corresponds to the intake of 23 mL fermentation broth to meet the presumed necessary amount for adults of 4 µg. Furthermore the prediction of extract yield during the extraction process is possible for chickpeas so economic and environmental considerations can be taken into account.en
dc.language.isodede
dc.publisherStaats- und Universitätsbibliothek Hamburg Carl von Ossietzky
dc.rightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.subjectPseudovitamin B12de
dc.subjectIACde
dc.subjectPropionbacteriaen
dc.subjectAcetobacteren
dc.subjectLactobacillusen
dc.subjectVitamin B12en
dc.subjectPseudovitamin B12en
dc.subjectTofuen
dc.subject.ddc570 Biowissenschaften, Biologie
dc.titleUntersuchungen zur Bildung von Vitamin B12 durch Acetobacter pasteurianus und zur Co-Fermentation von Tofu und Pflanzenmaterial durch Propionibacterium freudenreichii und Lactobacillus reuteri für die Anreicherung mit Vitamin B12de
dc.typedoctoralThesis
dcterms.dateAccepted2019-11-08
dc.rights.ccNo license
dc.rights.rshttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
dc.subject.bcl35.23 Analytische Chemie: Allgemeines
dc.subject.bcl42.30 Mikrobiologie
dc.subject.bcl58.30 Biotechnologie
dc.subject.bcl58.34 Lebensmitteltechnologie
dc.subject.gndPropionsäurebakterien
dc.subject.gndAcetobacter
dc.subject.gndEssigsäurebakterien
dc.subject.gndLactobacillus
dc.subject.gndMilchsäurebakterien
dc.subject.gndVitamin B12
dc.subject.gndCobalamine
dc.subject.gndFolsäure
dc.subject.gndVitamin-B-Grup
dc.type.casraiDissertation-
dc.type.dinidoctoralThesis-
dc.type.driverdoctoralThesis-
dc.type.statusinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.thesisdoctoralThesis
tuhh.opus.id10195
tuhh.opus.datecreation2019-12-20
tuhh.type.opusDissertation-
thesis.grantor.departmentChemie
thesis.grantor.placeHamburg
thesis.grantor.universityOrInstitutionUniversität Hamburg
dcterms.DCMITypeText-
tuhh.gvk.ppn1689402881
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:18-101950
item.languageiso639-1other-
item.creatorOrcidBernhardt, Clemens-
item.grantfulltextopen-
item.creatorGNDBernhardt, Clemens-
item.advisorGNDBisping, Bernward (Prof. Dr.)-
item.fulltextWith Fulltext-
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen
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