TY - THES A1 - Le, Ngoc Duc T1 - Investigation of the potential allergenicity and coloration of peanut and hazelnut regarding different high-temperature processing methods N2 - Peanut and hazelnut are important sources of protein and are often processed using methods like roasting, baking, frying, and cooking. However, since both are major allergens, it is crucial to study how processing affects their potential to cause allergic reactions. This doctoral research is part of the ErdHase project, which aims to understand the impact of high-temperature processing on the biochemical and physical properties these nuts. The first goal of the study was to determine suitable parameters to define the processing degree of peanuts and hazelnuts, such as L* (lightness) and the browning index (BI). Their reference values, which depend on raw materials and market preferences, were derived based on commercial products and experimental roast models. The study employed various processing methods including drum roasting, infrared roasting, deep frying (for peanut), and fluid-bed roasting (for hazelnut). To study the effects of temperature and time on coloration and moisture, response surface methodology (RSM) was used. This approach was considered effective in reducing the number of experiments needed while maintaining reliable results. As temperature and time increased, the moisture content decreased, and the browning increased, which was consistent with prior research. Additionally, the study found that the ∆E2000 total color difference was more accurate than ∆E76 for assessing the total color difference between processed samples and commercial products. Combining all the collected data, it could be seen that for both Virginia and Runner peanuts and hazelnut, infrared roasting reduced the MC faster and drum roasting affected the color more drastically at the same temperature compared to other approaches. Deep frying of peanut and fluid bed roasting of hazelnut requires higher temperature profiles to achieve a comparable effect. The second part of the research focused on optimizing protein extraction from both raw and processed peanuts and hazelnuts. An extraction protocol using Tris-containing buffer with mild heating was developed and optimized using RSM, yielding good results with minimal denaturation of proteins. The study also showed the protein composition of processed peanuts and hazelnuts using SDS-PAGE and NativePAGE. Processing methods like roasting and frying reduced the protein yield, and allergen bands were detected, although patient-specific IgE binding varied. Further research involved the development of buckwheat-based foods (cream alternative and cookies) to test for the allergenicity in ELISA. Infrared and drum roasting was found to have the greatest impact on allergen recovery. Additionally, a food-grade protease was applied for improving allergen extraction. This enzyme significantly increased allergen recovery without affecting ELISA performance, offering a potential solution to the problem of low extractability of processed allergens. In summary, the presented doctoral thesis, on the one hand, provided additional investigations regarding different high-temperature processing methods on coloration and moisture content of peanut and hazelnut. It confirmed previous observation, defined a new approach of combining L* and BI to evaluate processed products. On the other hand, on the biochemical aspect of processed peanuts and hazelnuts, this work provided an optimized extraction protocol that potentially works for a wide spectrum of processed samples. In addition, incurred buckwheat-based products and enzyme-assisted extraction for ELISA showed promising results for future applications regarding their potential allergenicity. N2 - Erdnüsse und Haselnüsse sind wichtige Proteinquellen und werden häufig durch Methoden wie Rösten, Backen, Frittieren und Kochen verarbeitet. Da beide zu den Hauptallergenen gehören, ist es entscheidend, zu untersuchen, wie die verschiedenem Verarbeitungsansätze ihre potenzielle Allergenität beeinflussen. Diese Doktorarbeit ist Teil des Projekts ErdHase, das darauf abzielt, die Auswirkungen der Hochtemperaturverarbeitung auf die biochemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Nüsse zu verstehen. Das erste Ziel war es, geeignete Parameter zu bestimmen, um den Verarbeitungsgrad von Erdnüssen und Haselnüssen zu definieren, wie z. B. L* (Helligkeit) und den Bräunungsindex (BI). Ihre Referenzwerte, die von den Rohmaterialien und den Marktpräferenzen abhängen, wurden auf Basis kommerzieller Produkte und experimenteller Röstmodelle abgeleitet. Verwendet wurden verschiedene Verarbeitungstechniken, einschließlich Trommelrösten, Infrarot-Rösten, Frittieren (für Erdnüsse) und Wirbelschicht-Rösten (für Haselnüsse). Um die Auswirkungen von Temperatur und Zeit auf die Färbung und den Feuchtegehalt zu untersuchen, wurde Response-Surface-Methodology (RSM) eingesetzt. Dieser Ansatz erwies sich als effektiv, um die Anzahl der benötigten Experimente zu reduzieren und gleichzeitig zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Mit steigender Temperatur und Zeit nahm der Feuchtigkeitsgehalt ab, und die Bräunung nahm zu, was mit früheren Studien übereinstimmte. Zudem wurde festgestellt, dass der ΔE2000 genauer war als der ΔE76, um den gesamten Farbunterschied zwischen verarbeiteten Proben und kommerziellen Produkten zu bewerten. Die Zusammenführung aller gesammelten Daten zeigte, dass sowohl bei Virginia- als auch bei Runner-Erdnüssen und Haselnüssen das Infrarot-Rösten den Feuchtegehalt schneller reduzierte, während das Trommelrösten die Farbe bei gleicher Temperatur stärker beeinflusste im Vergleich zu anderen Prozessierungen. Das Frittieren von Erdnüssen und das Wirbelschicht-Rösten von Haselnüssen erforderten höhere Temperaturprofile, um einen vergleichbaren Effekt zu erzielen. Der zweite Teil der Forschung konzentrierte sich auf die Optimierung der Proteinextraktion aus rohen und verarbeiteten Erdnüssen und Haselnüssen. Ein Extraktionsprotokoll unter Verwendung eines Tris-haltigen Puffers mit milder Erwärmung wurde entwickelt und mit RSM optimiert, was gute Ergebnisse mit minimaler Denaturierung von Proteinen lieferte. Die Studie zeigte ebenfalls die Proteinzusammensetzung von Erdnüssen und Haselnüssen mittels SDS-PAGE und NativePAGE. Methoden wie Rösten und Frittieren reduzierten den Proteinertrag, und Allergensignaturen wurden nachgewiesen, wobei die IgE-Bindung von Patient zu Patient variierte. Weitere Forschungen betrafen die Entwicklung von Buchweizen-basierten Lebensmitteln (Sahne-Alternative und Kekse) für den Allergentest mittels ELISA. Es wurde festgestellt, dass Infrarot- und Trommelröstung den größten Einfluss auf die Allergenwiederfindung hatte. Zudem wurde ein lebensmittelssichere Protease angewendet, um die Allergenextraktion zu verbessern. Dieses Enzym erhöhte die Allergenwiederfindung erheblich, ohne die Leistung von ELISA zu beeinträchtigen, und bietet eine mögliche Lösung für das Problem der niedrigen Extrahierbarkeit von verarbeiteten Allergenen. Zusammenfassend lieferte die vorliegende Doktorarbeit einerseits zusätzliche Untersuchungen zu den Auswirkungen verschiedener Hochtemperatur-Verarbeitungsmethoden auf die Färbung und den Feuchtegehalt von Erdnüssen und Haselnüssen. Sie bestätigte frühere Beobachtungen und definierte einen neuen Ansatz zur Kombination von L* und BI zur Bewertung verarbeiteter Produkte. Andererseits lieferte diese Arbeit auf biochemischer Ebene der verarbeiteten Erdnüsse und Haselnüsse ein optimiertes Extraktionsprotokoll, das potenziell für ein breites Spektrum an verarbeiteten Proben funktioniert. Darüber hinaus zeigten die entwickelten Buchweizen-basierten Produkte und die enzymunterstützte Extraktion für ELISA vielversprechende Ergebnisse für zukünftige Anwendungen in Bezug auf ihre potenzielle Allergenität. Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-1055 N1 - This thesis was accepted on November 12, 2024 as a doctoral dissertation in fulfilment of the requirements for the degree Doktor der Naturwissenschaften (Doctor rerum naturalium - Dr. rer. nat.) by Hochschule Geisenheim University and Justus-Liebig-University Giessen, Faculty 09 - Agricultural Sciences, Nutritional Sciences and Environmental Management. VL - 2025 SP - i EP - 259 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER -