Master's Thesis

Modification of plant protein isolate properties

Final Thesis 5.64 MB

Author of thesis: Bc. Tereza Vojtasová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zuzana Slavíková, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D.

Abstract:

Increasing emphasis on sustainability drives the search for new ways to utilize by-products of the food industry. Materials such as wheat bran and hemp press cake represent valuable, but still insufficiently used sources of plant proteins. However, their broader application is limited by inferior functional and sensory properties, which can be purposefully modified using appropriate modification techniques.
This diploma thesis is focused on the study of the effects of physical and biological modifications on the properties of protein materials from wheat bran, hemp, and soy. The theoretical part focused on plant proteins in terms of their nutritional, functional, and sensory properties, further described proteins from wheat bran, hemp, and soy, possible modification methods, and analytical approaches for the characterization of protein isolates. In the experimental part, protein isolates were modified using autoclaving, ultrasound, cold plasma treatment and fermentation. This was followed by the characterization of their functional and structural properties. Additionally, the effect of spray drying and freeze-drying on wheat bran protein isolates was evaluated.
The results showed that the applied modification methods influenced the functional properties of protein materials in different ways depending on their origin, composition, and structure. The most pronounced changes were observed after autoclaving, which led to increased water  and oil holding capacity as well as improved solubility. Ultrasound treatment had a milder effect and primarily enhanced solubility, while increasing amplitude resulted in larger particle sizes and increased water-holding capacity. Fermentation mainly affected solubility due to microbial activity and pH reduction. Cold plasma treatment, under the applied conditions, did not significantly affect functional properties but negatively influenced the odour of the protein samples. In terms of drying methods, the pilot scale spray dried sample showed properties most similar to the freeze-dried sample; however, it exhibited higher solubility and slightly lower water  and oil holding capacity. The results demonstrate the potential of selected modification methods to improve the functional properties of plant proteins and support their more efficient utilization in food applications.

Keywords:

plant protein isolates, wheat bran protein, hemp protein, soy protein, modification, functional properties, water  and oil holding capacity, solubility, autoclaving, ultrasound, cold plasma, fermentation, spray drying, freeze-drying

Date of defence

28.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Co jste očekávali od ošetření proteinů studeným plazmatem? Dochází k lepší stravitelnosti? Během obhajoby jste ukázala SDS gel, můžete prosím objasnit, co se na gelu nachází? Co nám tento výsledek říká o změně proteinů? Zmiňujete vliv modifikačních postupů, můžete to více rozvést? doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. Jak byly vzorky sušeny? Byly vzorky získány komerčně? Zmiňujete, že vzorky byly sušeny pomocí sprejové sušárny, kde docházelo k vysušení? Zmínila jste, že při ošetření plasmatem docházelo u některých vzorku ke změně aroma, můžete to objasnit? Jak to bylo hodnoceno? Byla provedena senzorická analýza? prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. Jakou funkčnost do potraviny vnesete bílkovinou, která třeba více váže vodu? Můžete to objasnit? Co myslíte změnou funkčnosti potravin? Myslíte, že Vámi použitými metodami lze upravit alergenitu pšeničného lepku? Může docházet k opětovné změně bílkovin po jejich požití? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Food Science and Biotechnology

Study programme

Chemistry of Natural Products (NPCP_CHPL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zuzana Slavíková, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Terezy Vojtasové je zaměřena na problematiku funkčních vlastností rostlinných proteinových izolátů a možnosti jejich modifikace. Jedná se o velmi aktuální téma, které využívá poznatků základního výzkumu v oblasti struktury proteinů pro jejich následné uplatnění nejen v potravinářském průmyslu. Pro práci byla využita řada modifikačních technik (např. studené plazma, sonifikace aj.), jejichž vliv na strukturu a funkční vlastnosti různých proteinů dosud není dostatečně popsán. Práce tak přispívá k rozšíření poznatků o možnostech cílené úpravy rostlinných proteinů a jejich potenciální využití při vývoji nových potravinářských produktů.
Studentka si řešenou problematiku velmi dobře nastudovala a dokázala se v ní výborně zorientovat. Při zpracování diplomové práce využívala převážně aktuální zahraniční odbornou literaturu. Samostatně přicházela s podnětnými návrhy na optimalizaci experimentální činnosti a osvojila si řadu pokročilých metod pro analýzu vlastností proteinů. Při laboratorní práci postupovala samostatně, pečlivě a spolehlivě. Zejména při rutinních a časově náročných analýzách prokázala vysokou míru trpělivosti a systematičnosti, což jsou důležité předpoklady pro kvalitní vědeckou práci. Pravidelně konzultovala jak zpracovávaný text, tak interpretaci získaných výsledků. Výsledky práce byly kvalitně a komplexně zpracovány s využitím vhodných metod pokročilé statistické analýzy.
Odvedená činnost a kvalita zpracované diplomové práce Bc. Terezy Vojtasové odpovídá požadavkům kladeným na vysokoškolské kvalifikační práce. Práci hodnotím známkou A a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Terezy Vojtasové se zabývá aktuální a významnou problematikou modifikace vlastností rostlinných proteinových izolátů s důrazem na jejich možné využití v potravinářství. Téma práce reflektuje současné trendy zaměřené na udržitelnost, využití vedlejších produktů potravinářského průmyslu a hledání alternativních zdrojů bílkovin. Práce je zpracována přehledně, systematicky a vykazuje velmi dobrou odbornou úroveň.

Po formální i obsahové stránce je práce logicky členěna. Teoretická část poskytuje rozsáhlý a dobře strukturovaný přehled problematiky rostlinných proteinů, jejich nutričních, funkčních i senzorických vlastností a současně detailně popisuje jednotlivé modifikační postupy a analytické metody používané při charakterizaci proteinových izolátů. Pozitivně hodnotím zejména návaznost jednotlivých kapitol a schopnost autorky propojit obecné poznatky s konkrétními proteinovými materiály studovanými v experimentální části. Text působí konzistentně a čtivě, přičemž odborné informace jsou formulovány srozumitelně a ve vhodné odborné úrovni.

Experimentální část práce je velmi rozsáhlá a z hlediska laboratorního zpracování nadstandardně náročná. Autorka pracovala s několika typy proteinových materiálů (pšeničné otrubové proteiny, konopné proteinové koncentráty a sójové izoláty) a aplikovala na ně více typů fyzikálních i biologických modifikací, konkrétně autoklávování, ultrazvuk, studené plazma a fermentaci. Současně byla hodnocena i problematika různých metod sušení. Oceňuji široký rozsah použitých analytických metod zahrnující stanovení rozpustnosti, vaznosti vody a oleje, velikosti částic, zeta potenciálu, SDS-PAGE i FTIR analýzu. Zvolený experimentální design umožnil komplexní posouzení změn funkčních i strukturních vlastností proteinových materiálů.

Velmi kladně hodnotím způsob prezentace a diskuse výsledků. Výsledky jsou přehledně zpracovány formou tabulek a grafů a jsou systematicky komentovány. U grafů bych možná ocenil přidání vysvětlivek zkratek jednotlivých úprav apod. pro rychlejší orientaci. Autorka se nesoustředí pouze na popis naměřených hodnot, ale snaží se jednotlivé změny interpretovat na základě známých mechanismů ovlivňujících strukturu a chování proteinů. Diskuse je vhodně doplněna porovnáním s relevantní odbornou literaturou, což svědčí o dobré orientaci autorky v dané problematice. V některých částech by bylo možné diskusi ještě více prohloubit, zejména podrobnějším vysvětlením rozdílného chování jednotlivých proteinových materiálů při stejném typu modifikace, nicméně celkově považuji úroveň diskuse za velmi dobrou.

Za významný přínos práce považuji zejména komplexní porovnání vlivu různých modifikačních metod na funkční vlastnosti několika typů rostlinných proteinů a současně posouzení jejich potenciálního využití v potravinářských aplikacích. Výsledky ukazují, že jednotlivé metody modifikace mají rozdílný efekt v závislosti na původu a struktuře proteinového materiálu, což představuje cenný poznatek pro další aplikovaný výzkum i praktické využití. Přínosná je rovněž část věnovaná porovnání lyofilizace a sprejového sušení, která má z hlediska průmyslové aplikace značný význam.

Závěry práce jsou formulovány jasně, přehledně a odpovídají získaným experimentálním výsledkům. Autorka vhodně shrnuje hlavní poznatky práce a zároveň upozorňuje na možnosti dalšího výzkumu a praktického využití studovaných materiálů. Předloženou diplomovou práci doporučuji k obhajobě s hodnocením A-výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. V práci bylo zjištěno, že studené plazma za použitých podmínek významně neovlivnilo funkční vlastnosti proteinových izolátů. Jaké změny experimentálních parametrů by podle Vás mohly vést k výraznějším efektům?
  2. U autoklávování došlo ke zlepšení rozpustnosti a vaznosti vody i oleje. Jaké potenciální nevýhody by však tato metoda mohla mít z hlediska nutriční hodnoty nebo senzorických vlastností proteinů při průmyslovém využití?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová