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! 

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. 

Fazit

Welche Sensoren wurden verwendet?

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Viskosität

Viskositätssensor VLO-M2

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