Impact of water content on enzymatic modification of wheat bran

Julkaisun otsikon käännös: Vesipitoisuuden vaikutus vehnäleseen entsymaattisessa muokkauksessa

Outi Santala

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Kasviperäisten materiaalien entsymaattinen muokkaus tehdään yleensä suuressa vesimäärässä, koska vesipitoisuuden vähentäminen useimmiten heikentää entsyymien toimintaa. Teollisissa prosesseissa vesipitoisuuden vähentäminen toisi taloudellisia hyötyjä, mutta toistaiseksi vesipitoisuuden vaikutusta kasvimateriaalien entsymaattisessa muokkauksessa elintarvikesovelluksia varten on tutkittu hyvin vähän. Jyvän kuorikerroksista koostuva vehnälese on yksi viljateollisuuden tärkeimmistä sivutuotteista. Lese on hyvä ravintokuidun, proteiinin ja fytokemikaalien lähde, mutta sen käyttö elintarvikkeissa on hankalaa, koska käsittelemätön lese yleensä heikentää tuotteen laatua. Työn tarkoituksena oli tutkia ja kehittää menetelmiä hydrolyyttisten entsyymien, erityisesti ksylanaasien, käyttämiseen matalassa vesipitoisuudessa vehnäleseen teknologisen toimivuuden lisäämiseksi elintarvikesovelluksissa. Vesipitoisuuden vaikutusta ksylanaasin toimintaan tutkittiin käsittelemällä vehnälesettä kaupallisella ksylanaasia sisältävällä entsyymiseoksella vesipitoisuuksissa 20–92 %. Työssä käytettiin erilaisia prosessointimenetelmiä, joissa lesettä sekoitettiin inkuboitaessa joko jatkuvatoimisesti tai vain lyhytaikaisesti käsittelyn alussa. Ksylanaasin toiminta mitattiin määrittämällä vehnän tärkeimmän ravintokuitukomponentin, arabinoksylaanin (AX) liukenemista. Vähimmäisvesipitoisuus, jossa ksylanaasi alkoi toimia jatkuvaa sekoitusta käytettäessä, oli 20:n ja 30 prosentin välillä, vastaten veden aktiivisuutta (aw) 0.83–0.89. Ksylanaasin toiminta tehostui huomattavasti vesipitoisuudessa 40 % (aw 0.93), jossa koostumukseltaan rakeinen materiaali muuttui yhtenäiseksi plastiseksi massaksi. AX:n liukeneminen jatkuvan sekoituksen prosessissa oli yhtä tehokasta 40:n ja 90 %:n vesipitoisuuksissa, mutta vesipitoisuuksissa 50–80 % AX:a liukeni vähemmän. Lisäksi osoitettiin, että verrattuna lapasekoittimeen lese-vesimassan esisekoitus ekstruuderilla ja sen aikaansaama plastisen massan muodostuminen tehosti ksylanaasin toimintaa ilman sekoitusta tapahtuvassa inkuboinnissa ≤54 %:n vesipitoisuudessa. Ekstruuderiavusteinen prosessi mahdollisti ksylanaasin tehokkaan toiminnan matalassa vesipitosuudessa ilman jatkuvaa sekoitusta. Tulokset osoittivat, että yhtenäisen, plastisen massan muodostuminen on tärkeää tehokkaalle entsyymin toiminnalle matalassa vesipitoisuudessa ja että entsyymin toimintaa on mahdollista tehostaa nostamatta vesipitoisuutta muuttamalla materiaali rakeisesta yhtenäiseksi massaksi ekstuuderin avulla. Käsittelyn vesipitoisuus tai prosessointimenetelmä ei vaikuttanut 65 %:n etanolipitoisuudessa saostetun vesiliukoisen AX:n (WEAX) keskimääräiseen molekyylipainoon yli 40 %:n vesipitoisuudessa. Kun käytettiin jatkuvaa sekoitusta, leseen vesiuutteen arabinoosi-ksyloosisuhde laski samalla tavalla vesipitoisuuksissa 40 ja 90 %, viitaten siihen että liuennut AX oli lähtöisin samoista leseen soluseinän osista riippumatta käytetyistä prosessiolosuhteista. Verrattuna 90 %:ssa käsiteltyyn leseeseen 40 %:n käsittelyn jälkeen lese sisälsi enemmän liukoisia ravintokuitupolysakkarideja, leseen proteiineissa havaittiin enemmän muutoksia ja leseen partikkelikoko ja vedensidontakapasitetti oli pienempi. Suuremmat muutokset matalassa 40 %:n vesipitoisuudessa käsitellyssä leseessä johtuivat todennäköisesti seoksen kompaktista rakenteesta ja siitä johtuvasta suuremmasta leikkausvoimien vaikutuksesta leseeseen. Partikkelikoon pienentäminen joko ennen käsittelyä lesettä jauhamalla tai käsittelyn aikana tehokkaan sekoituksen ja leikkausvoimien vaikutuksesta ja siitä seurannut partikkelien pinta-alan kasvu lisäsi AX:n liukenemista ja ksylanaasin toimintaa, mikä todennäköisesti johtui substraatin saatavuuden parantumisesta. Pieni partikkelikoko myös edesauttoi seoksen rakenteen muuttumista rakeisesta yhtenäiseksi massaksi, mikä myös tehosti entsyymin toimintaa. Muokatun leseen teknologinen toimivuus osoitettiin endospermijauhopohjaisissa puffatuissa ekstrudaateissa, joissa 20 % jauhoista oli korvattu leseellä. Lesettä käsiteltiin ensin kaupallisilla ksylanaasi- ja sellulaasientsyymeillä 48 %:n vesipitoisuudessa käyttämällä ekstruusioavusteista matalan vesipitoisuuden prosessia, jonka jälkeen lese kuivattiin joko uuni- tai kylmäkuivauksella. Muokatut lesetuotteet paransivat lesettä sisältävien ekstrudaattien rapeutta ja vähensivät niiden kovuutta ja tiheyttä. Ekstrudaattien ominaisuuksien parantumisen katsottiin johtuvan muokattujen leseiden kasvaneesta WEAX-pitoisuudesta ja pienentyneestä vedensidontakapasiteetista. Tulokset osoittivat, että leseen AX:n entsymaattinen liuottaminen ja leseen teknologisten ominaisuuksien parantaminen on mahdollista tehdä entsymaattisella muokkauksella 40–50 %:n vesipitoisuudessa, joka on selvästi matalampi kuin rajapitoisuus (70–80 %) jossa kaikki seoksen vesi on sitoutuneena leseeseen. Reaktioseoksen fysikaalinen koostumus, sekoitusmenetelmä sekä leseen partikkelikoko todettiin tärkeiksi tekijöiksi, jotka vaikuttavat muokkausprosessin tehokkuuteen matalassa vesipitoisuudessa. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää leseen teknologisen toimivuuden parantamiseen elintarvikesovelluksissa. Tulosten perusteella voidaan myös kehittää uusia entsymaattisia prosesseja kasvimateriaalien muokkaamiseksi matalassa vesipitoisuudessa.
    Julkaisun otsikon käännösVesipitoisuuden vaikutus vehnäleseen entsymaattisessa muokkauksessa
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Ojamo, Heikki, Vastuuprofessori
    • Poutanen, Kaisa, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    • Nordlund, Emilia, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-951-38-8149-8
    Sähköinen ISBN978-951-38-8266-2
    TilaJulkaistu - 2014
    OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Vesipitoisuuden vaikutus vehnäleseen entsymaattisessa muokkauksessa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä