ITEM METADATA RECORD
Title: Production and functional characterisation of arabinoxylan-oligosaccharides from wheat (Triticum aestivum L.) bran and psyllium (Plantago ovata Forsk) seed husk
Other Titles: Aanmaak en functionele karakterisering van arabinoxylan-oligosachariden uit tarwezemelen (Triticum aestivum L.) en het kaf van psyllium (Plantago ovata Forsk)
Authors: Van Craeyveld, Valerie; M0120369
Issue Date: 13-Oct-2009
Abstract: Prebiotica zijn voedingscomponenten die niet geabsorbeerd of gehydrolyse erd kunnen worden door enzymen van het gastrointestinaal stelsel, maar d ie in de dikke darm selectief gefermenteerd worden door bepaalde types b acteriën die een gezondheids-bevorderend effect uitoefenen op hun gasthe er. Naast inuline en fructo-oligosachariden, de meest bestudeerde prebio tica, vormen arabinoxylan-oligosachariden (AXOS) mogelijk een nieuwe kla sse van prebiotische componenten. AXOS kunnen uit tarwezemelen aangemaak t worden via doorgedreven hydrolyse, maar zijn tot op heden niet commerc ieel beschikbaar. Dit doctoraatsonderzoek had als doel mogelijke nieuwe grondstoffen en methoden voor de productie van AXOS te identificeren, be staande productiemethodes te optimaliseren en technologische en nutritio nele aspecten gerelateerd aan AXOS en AXOS-rijke materialen verder te on trafelen. Onderzoek naar de enzymatische degradatie van arabinoxylanen (AX) uit ta rwezemelen tot AXOS toonde aan dat de keuze van zowel de tarwevariëteit als het xylanase in sterke mate de opbrengst en structurele karakteristi eken van de bekomen AXOS bepaalt. Incubatie van tarwezemel met een lager e arabinose-over-xylose-verhouding (A/X) gaf aanleiding tot hogere AX-ex tractieopbrengsten. De A/X-verhouding van de tarwezemel is een indicator voor de relatieve hoeveelheid aleuron en nucellaire epidermis in de zem el, en bijgevolg ook voor de AX-opbrengst na enzymbehandeling. Daarnaast was de extractieopbrengst, evenals de polymerisatiegraad (avDP) van de bekomen AXOS-populatie, ook gerelateerd aan de substraatspecificiteit va n het xylanase. De vrijstelling van monomere suikers tijdens xylanasebeh andeling kon sterk gereduceerd worden door hittebehandeling van de zemel stalen, wat de mogelijke impact aantoont van zemelgeassocieerde enzymen op het productieproces van AXOS. Onder de geteste enzymen bleek het glyc oside hydrolase familie 11 Xyn2 xylanase van Hypocrea jecorina het me est geschikt voor een efficiënte productie van AXOS uit tarwezemel. Gebr uik van dit enzym resulteerde in de hoogste AXOS-opbrengsten zonder vrij stelling van te veel monomere suikers. Behandeling in de kogelmolen, een eenvoudig droog maalproces, bleek een alternatieve methode om AXOS te produceren in tarwe- of roggezemelen. AX uit zowel de aleuron- als de pericarplaag werden gesolubiliseerd tijden s vermaling, wat resulteerde in AXOS met een hogere A/X-verhouding dan d eze die enzymatisch werden aangemaakt uit tarwezemel. Op deze manier kan behandeling in de kogelmolen bijdragen tot de productie van een brede w aaier aan AXOS-structuren. Toepassing van deze droge maaltechniek kan bo vendien een natte incubatiestap overbodig maken. Het kaf van psyllium (Plantago ovata Forsk, PSH, psyllium ‘seed husk’ ) werd erkend als mogelijke grondstof voor de productie van AXOS. PSH be vat een hoog gehalte aan een heteroxylan met arabinose en xylose als voo rnaamste bouwstenen, verder AX genoemd. Slechts een klein deel van de PS H AX is waterextraheerbaar. Zure hydrolyse bij hoge temperatuur deed de AX-extractieopbrengst drastisch toenemen, zette monomeer arabinose vrij, en reduceerde de gemiddelde polymerisatiegraad (avDP) van de geëxtrahee rde AX. Bij degradatie van PSH AX door xylanasen vormde de aanwezigheid van substituenten op de xylanhoofdketen een belangrijke beperkende facto r. Het gebruik van enzympreparaten die deze substituenten konden verwijd eren, kon deze beperking ondervangen, maar resulteerde in de vrijstellin g van grote hoeveelheden monomere suikers. Ondanks het potentieel van ch emische en enzymatische behandelingen om de extraheerbaarheid van PSH AX te verhogen en PSH AX moleculen tot kleinere fragmenten te degraderen, bleef de efficiëntie van zulke behandelingen laag door de sterke gelvorm ende capaciteit van PSH. Vermaling in de kogelmolen, een eenvoudig droog maalproces, veranderde P SH van een sterk waterhoudend en moeilijk hanteerbaar materiaal, tot een gemakkelijk hanteerbare en interessante bron van oplosbare dieetvezel. Kogelmolenbehandeling op laboschaal reduceerde de partikelgrootte van PS H significant, en verhoogde de water-extraheerbaarheid van de AX. Doorge dreven behandeling bracht bijna alle AX in oplossing, en leverde waterex traheerbare AX-fragmenten met een intermediaire A/X-verhouding en een la ge moleculaire massa. Behandeling in de kogelmolen is dus in staat om AX OS te produceren in PSH. Hoewel vermaling van PSH in een impact- of jetm olen de partikelgrootte eveneens significant reduceerde, had deze behand eling weinig effect op de waterextraheerbaarheid van de AX. Dit geeft aa n dat vermaling in de kogelmolen op een andere manier inwerkt op de zeme lpartikels en hun constituenten dan vermaling in een impact- of jetmolen . De gewijzigde fysicochemische eigenschappen van PSH, geïnduceerd door be handeling in de kogelmolen, resulteerden eveneens in verbeterde eigensch appen in de broodbereiding. Toevoeging van onbehandelde PSH had een glob aal negatief effect op de bereiding van tarwebrood. Broodvolumes waren s ignificant lager en kruimkarakteristieken minder aanvaardbaar dan deze v an controlebrood. Toevoeging van PSH dat gedurende 48 u in de kogelmolen was vermalen, gaf aanleiding tot broden met een even luchtige kruimstru ctuur als controlebrood. Broodvolumes waren echter nog steeds lager dan van controlebrood. Desondanks biedt de kogelmolenbehandeling perspectiev en voor incorporatie van PSH als een bron van oplosbare dieetvezel in ta rwebrood. Uit PSH, tarwezemel en een tarwezemelfractie aangerijkt in pericarp, all e drie voorbehandeld in een kogelmolen, werden AX- en AXOS-preparaten aa ngemaakt. Hoewel de bekomen preparaten sterk verschilden in A/X-verhoudi ng en avDP, werden ze allen minstens gedeeltelijk in vitro gefermente erd door een suspensie uit de ‘Simulator of the Human Intestinal Microbi al Ecosystem’, een toestel dat het menselijke spijs-verteringssysteem na bootst. De mate van fermentatie nam echter af met toenemende structurele complexiteit, d.i. toenemende A/X-verhouding en avDP. De gehaltes aan o nvertakte korteketenvetzuren namen toe na incubatie van alle preparaten. Dit toont aan dat PSH, tarwezemel en zelfs tarwepericarp na vermaling i n de kogelmolen mogelijk interessante grondstoffen zijn voor de aanmaak van fysiologisch actieve AX en AXOS. Preliminaire resultaten suggereerde n bovendien dat verschillende micro-organismen betrokken zijn bij de fer mentatie van structureel verschillende componenten. In vivo evaluatie van structureel verschillende AXOS aangemaakt uit t arwe toonde eveneens aan dat de structuur van AXOS in sterke mate hun pr ebiotisch potentieel en de gevormde fermentatieproducten bepaalt. Globaa l gaf consumptie van kleinere AXOS door ratten aanleiding tot een signif icant bifidogeen effect en sterkere toenames in intestinale boterzuurgeh altes, terwijl grotere AXOS voornamelijk resulteerden in een daling van het gehalte vertakte korteketenvetzuren. De invloed van de A/X-verhoudin g op de fermentatie-eigenschappen leek beperkt in de onderzochte reeks p reparaten. Deze nieuwe inzichten omtrent de structuurfunctie-relatie van AXOS bieden perspectieven voor de productie en toepassing van AXOS-prep araten met geoptimaliseerde prebiotische eigenschappen. Samenvattend werd in dit onderzoek een nieuwe grondstof voor de producti e van AXOS geïdentificeerd, en werden bestaande en alternatieve producti emethodes geoptimaliseerd. Technofunctionele en nutritionele eigenschappen van de geproduceerde com ponenten blijken alvast veelbelovend. Alvorens de geproduceerde AXOS in levensmiddelen en diervoeders toegepast kunnen worden, is echter nog mee r onderzoek vereist. Dit moet zich toespitsen op het ontrafelen van de e xacte structuur van de aangemaakte componenten, het verder achterhalen v an hun nutritionele eigenschappen, en het opschalen van het productiepro ces van AXOS naar industriële schaal.
ISBN: 978-90-8826-116-9
Publication status: published
KU Leuven publication type: TH
Appears in Collections:Centre for Food and Microbial Technology

Files in This Item:
File Status SizeFormat
Doctoraat Valerie 2009.pdf Published 2969KbAdobe PDFView/Open

 


All items in Lirias are protected by copyright, with all rights reserved.