Wissens-Zwinker: Konzentrationsmessung Protein

Dieser Wissenszwinker widmet sich der Konzentrationsmessung von Protein in Wasser über die physikalischen Größen Dichte und Viskosität. Als Beispiel wurde kommerziell erhältliches Molkenprotein verwendet, dessen Konzentration wir im Bereich von ±0.07 %w mit einem VLO-M2 bestimmen konnten. Unser Shake ist nun perfekt, und wir helfen gerne auch beim Optimieren Ihrer Proteinlösungen! 

Warum dieser Test?

Haben Sie sich auch schon gefragt, warum trotz hartem Training im Gym die Gains ausbleiben? Hatten Sie auch schon den Proteinshake im Verdacht? Wer weiß schon, wie viel Protein da wirklich drin ist, vor allem wenn man nicht penibel alles abwiegt… Mit einem Dichte- und Viskositätssensor VLO-M2 haben wir uns auf die Suche nach Antworten gemacht. Ganz im Geiste des „Dry January“ widmen wir uns mit diesem Wissenszwinker ausnahmsweise einmal nicht alkoholischen Getränken, sondern dem Whey-Protein. 

Aber ganz abgesehen vom Spaßfaktor, den das Mischen, Messen und Trinken von Proteinshakes mit sich bringt: Wässrige Proteinlösungen werden nicht nur bei der Herstellung von Molkeprodukten, z.B. für die Fitnessindustrie, benutzt, sondern sind auch wichtige Pfeiler der modernen Biotech- und Pharmaindustrie. Das Molke-Eiweiß bietet sich als kostengünstiges Beispiel zum Einstieg in die vielfältige Welt der Proteine an. 

Was ist ein Wissens-Zwinker?

Kennen Sie das Bedürfnis manchmal schnell etwas zu messen, zu zeichnen oder zu basteln? Dabei zählt die Geschwindigkeit bis zum Resultat mehr als die perfekte (wissenschaftliche) Herangehensweise. Aus diesem Grund haben wir bei uns einen Wissens-Zwinker eingeführt. Sozusagen Wissenschaft mit einem Augenzwinkern. Dabei wollen wir nicht wissenschaftlich etwas beweisen, sondern schnell etwas pragmatisch aufzeigen. Bei Interesse vertiefen wir diese Ergebnisse gerne mit Ihnen und Ihrem Projekt.

Ergebnisse

Mittels einer Waage wurden Gemische mit verschiedenen Konzentrationen an handelsüblichem Molkeneiweiß-Isolat in Wasser hergestellt. Die Konzentrationen wurden so gewählt, dass der Bereich in der Nähe der Verzehrempfehlung des Herstellers abgedeckt wurde. Die Empfehlung lautet, 25g Pulver (was ca. 3 gestrichenen Esslöffeln entspricht) in 300 ml Wasser aufzulösen. Bei einer angenommenen Dichte von ca. 1kg/l für Wasser entspricht dies einer Konzentration von ca. 8.3 %w. Unsere Gemische bewegten sich entsprechend im Bereich von 4.5 %w bis 12.5 %w. Dichte und Viskosität dieser Gemische wurden mit einem VLO-M2 bei Umgebungsbedingungen (ca. 24°C, Atmosphärendruck) gemessen und ergaben folgende Konzentrationsabhängigkeiten (blaue Punkte): 

 
 
 
Beide Graphen zeigen eine sehr schöne Abhängigkeit der Messwerte von der Proteinkonzentration. Bei der Dichte ist der Zusammenhang nahezu linear, und bei der Viskosität kann er sehr gut quadratisch angenähert werden (gestrichelte Linien). Unter Berücksichtigung der Messgenauigkeiten des VLO-M2 für die beiden physikalischen Größen, welche ±0.2 kg/m³ bei der Dichte und ±0.2 mPas bei der Viskosität betragen, bietet sich eindeutig die Dichte zur Konzentrationsberechnung bei den untersuchten Bedingungen an. Die Viskosität als zusätzliche Messgröße kann aber sehr interessant sein, falls eine zusätzliche Komponente wie z.B. Zucker oder Alkohol/Lösungsmittel hinzukommt. Auch bei höheren Konzentrationen dürfte die Viskosität dann durch die quadratische Abhängigkeit sehr stark auf Konzentrationsänderungen reagieren.
 
Der lineare Fit bei der Dichteabhängigkeit zeigt eine Steigung von 2.74 kg/m³ pro Gewichtsprozent. Bei der hohen Messgenauigkeit von ±0.2 kg/m³ des VLO-M2 wäre somit eine Konzentrationsbestimmung des Molkeneiweißes in Wasser mit ca. ±0.07 %w Genauigkeit möglich (nach Feldabgleich/Wiederholbarkeit sogar die Hälfte davon).
 
Natürlich mussten wir mit diesem Wissen direkt die Zubereitungsempfehlung von 3 gestrichenen Esslöffeln in 300 ml Wasser überprüfen und landeten beim orangen Punkt in den obigen Graphen. Die erwartete Konzentration wäre 8.3 %w, die gemessene Dichte würde aber einer wesentlich tieferen Konzentration von ca. 5.5 %w entsprechen. Eine Erhöhung der Eiweiß-Menge um ca. 50% wäre also in unserem Fall nötig, um der Verzehrempfehlung nachzukommen. Als Randbemerkung sei noch gesagt, dass das verwendete Wasser für den „richtigen“ Proteinshake etwas kühler war (ca. 22°C), weshalb die Viskosität in diesem Beispiel auch höher ausfiel. Der Effekt auf die Wasser-Dichte ist mit ca. 0.4 kg/m³ für die 2°C Differenz relativ klein und würde bei dieser Berechnung etwa 0.15 %w Molkeneiweiß entsprechen. 

Welche Sensoren wurden verwendet?

Viskositätssensor VLO-M2

  • Klicken Sie hier um mehr über unseren Sensor zu erfahren.

Fazit

Gemische aus Molkeneiweiß und Wasser im Bereich von 4.5 %w bis 12.5 %w wurden auf Dichte und Viskosität vermessen, und eine klare Konzentrationsabhängigkeit konnte festgestellt werden. Unter Annahme eines linearen Fits für die Dichtedaten würden wir eine Konzentrationsmessung mit ca. ±0.07 %w Genauigkeit für den VLO-M2 erwarten. Interessant wäre hier das Messen anderer Proteine, welche z.B. im Medizin- oder Pharmabereich in relevanten Konzentrationen anzutreffen sind.
 
Zusätzlich konnten wir unser Proteinshake-Rezept optimieren durch Benutzung, Messen und Vergleichen der Zubereitungsempfehlung: TrueDyne Sensors AG empfiehlt ab sofort bei Benutzung des nicht-kalibrierten Messmittels „Esslöffel-aus-der-TrueDyne-Schublade“ eine Erhöhung der Dosis um 50% auf 4.5 EL Proteinpulver auf 300 ml Wasser. 

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