| Popis: |
De laatste jaren is de interesse in rogge enorm toegenomen omwille van het toegenomen besef van zijn nutritionele waarde en omwille van enkele interessante technologische eigenschappen van zijn constituenten zetmeel en arabinoxylanen (AX).Roggezetmeel zou nuttig kunnen zijn in bepaalde levensmiddelensystemen omwille van zijn specifieke karakteristieken. Momenteel, echter, is er enkel beperkte informatie beschikbaar over zowel de fysico-chemische eigenschappen als over de structurele karakteristieken van roggezetmeel. De eigenschappen van de AX en hun enzymatische degradeerbaarheid zijn, in grote mate, beïnvloed door hun structurele karakteristieken. De structuren van zowel de rogge water-extraheerbare AX (WE-AX) als van de alkali-extraheerbare AX (AE-AX) werden reeds vroeger bestudeerd. Twee structurele modellen werden voorgesteld voor de rogge WE-AX. Echter, tot hiertoe bestaan er nog geen structurele modellen voor de rogge AE-AX.Het doel van dit doctoraal proefschrift is inzicht te verwerven in de fysico-chemische en structurele eigenschappen van roggezetmeel enerzijds en de structurele variabiliteit van de rogge WE-AX en AE-AX anderzijds. In het eerste deel van deze studie werd zetmeel geïsoleerd uit commerciële roggebloem met verschillende isoleringprocedures. Een isoleringprocedure op basis van een protease behandeling werd bestudeerd als alternatief voor een autolyse proces en een alkalische extractie methode eerder gebruikt door Schierbaum en medewerkers (1991). Alle drie de procedures resulteerden in zetmeel met een gelijkaardige, hoge zuiverheid. Het gebruik van proteolytische enzymen zoals pronase, in de isolering van roggezetmeel toonde aan dat zulke behandeling resulteerde in de hoogste zetmeelopbrengst. Vergeleken met roggezetmeel geïsoleerd met de autolyse en alkalische procedures, had roggezetmeel geïsoleerd met de pronase methode A-type granules met eenzelfde gemiddelde deeltjesgrootte, maar vertoonde lagere start-, piek- en eindverstijfselingstemperaturen. Roggezetmeel geïsoleerd met de pronase procedure had ook een ietwat hogere relatieve kristalliniteit, een hogere pasting -temperatuur, een lagere piekviscositeit en een lagere breakdownviscositeit dan zetmeel geïsoleerd met de autolyse procedure. Ontvetten van de roggebloem vóór de isolering van zetmeel met de pronase behandeling had geen invloed op de opbrengst, zuiverheid en verstijfselingstemperaturen van het zetmeel, maar veranderde wel de relatieve kristalliniteit en het viskeus gedrag van het zetmeel. Zetmeel geïsoleerd uit ontvette roggebloem had een hogere relatieve kristalliniteit, een lagere piekviscositeit en hogere setback- en eindviscositeiten dan zetmeel geïsoleerd uit niet-ontvette roggebloem.Zetmeel werd ook geïsoleerd uit tarwebloem met het autolyse proces en de pronase gebaseerde isoleringprocedure. De geïsoleerde tarwe- en roggezetmelen hadden een gelijkaardige zuiverheid, maar voor tarwezetmeel werd een hogere opbrengst bekomen. De tarwezetmelen hadden A-type granules met kleinere gemiddelde deeltjesgrootte, hogere verstijfselingstemperaturen en hogere pasting -temperaturen, hogere piek- en breakdownviscositeiten en lagere setback- en eindviscositeiten dan de roggezetmelen. Aangezien het fysisch gedrag van zetmeel gedeeltelijk verklaard zou kunnen worden door de structuur van het zetmeel, werden in een volgende set van experimenten structurele aspecten van roggezetmeel, geïsoleerd met de pronase gebaseerde isoleringprocedure, bestudeerd. Bovendien werd onderzocht of er verschillen bestaan in fysico-chemische en structurele eigenschappen tussen drie roggestalen. Er werd ook een vergelijking gemaakt tussen de fysico-chemische en structurele eigenschappen van rogge- en tarwezetmeel. De fysico-chemische eigenschappen van de zetmelen van de drie roggestalen waren gelijkaardig aan elkaar en aan deze geobserveerd voor het commerciële roggezetmeel in het vorige deel van dit doctoraal proefschrift. Echter, één roggezetmeel vertoonde een verschillend gedrag in viscositeit, met een lagere breakdownviscositeit en hogere setback- en eindviscositeiten dan de andere roggezetmelen. De verschillen tussen de fysico-chemische eigenschappen van rogge- en tarwezetmeel waren analoog aan deze gerapporteerd in het eerste deel van dit doctoraal proefschrift.De zetmelen werden daarna gefractioneerd in hun componenten, nl. amylose, intermediair materiaal en amylopectine, om enkele structurele eigenschappen van de amylose- en amylopectinemoleculen te bestuderen. De resultaten van opbrengst, joodbinding en Sepharose CL-2B chromatografie toonden aan dat de componenten goed gefractioneerd waren. Voor de amylosemoleculen werden enkele verschillen in piek polymerisatiegraad (PG) gevonden tussen de drie roggezetmelen en tussen de rogge- en tarwezetmelen. Structurele eigenschappen van de amylopectinemoleculen van de drie roggestalen, zoals b-amylolyse limieten, gemiddelde ketenlengtes (CLs), externe ketenlengtes (ECLs), interne ketenlengtes (ICLs), ketenlengteverdelingen en interne ketenlengteverdelingen, waren gelijkaardig. Er werden dus geen verschillen in amylopectine structuur geobserveerd tussen de drie gebruikte roggezetmelen. De structuur van tarwe-amylopectine, echter, was een beetje verschillend van deze van rogge-amylopectine, aangezien het een hogere b-amylolyse limiet, gemiddelde CL en ECL, en een lagere ICL had. Het tarwe-amylopectine bevatte ook minder ketens met een PG 6-12, meer ketens met PG 13-24 en meer BL ketens dan rogge-amylopectine. Op basis van literatuurgegevens kon het fysisch gedrag van de rogge- en tarwezetmelen in relatie gebracht worden met hun structurele karakteristieken. In het tweede deel van dit doctoraal proefschrift werden de structurele eigenschappen van roggebloem WE-AX en AE-AX bestudeerd door extensieve fractionering en degradatie experimenten. WE-AX werden geëxtraheerd uit roggebloem met gedeïoniseerd water, terwijl AE-AX werden geïsoleerd uit het niet-water-extraheerbare deel, na verwijdering van zetmeel, door opeenvolgende extractie met een verzadigde barium hydroxide oplossing, gedeïoniseerd water, 1.0 M natriumhydroxide en opnieuw gedeïoniseerd water. De geïsoleerde WE-AX hadden een lagere arabinose tot xylose (A/X) verhouding en een hogere gemiddelde PG en schijnbaar piek moleculair gewicht (MW) dan de geïsoleerde AE-AX. Het substitutiepatroon van de geïsoleerde WE-AX en AE-AX was ook verschillend, waarbij de geïsoleerde WE-AX hogere gehaltes niet- en monogesubstitueerde xylose residu s en substantieel lagere gehaltes digesubstitueerde xylose residu s bevatten. Roggebloem AE-AX waren dus algemeen meer gesubstitueerd, voornamelijk digesubstitueerd, met arabinose residu s dan roggebloem WE-AX. Zowel de geïsoleerde WE-AX als de geïsoleerde AE-AX werden door een stapsgewijze ethanolprecipitatie gefractioneerd. In beide gevallen steeg de A/X verhouding van de bekomen AX fracties met stijgende ethanolconcentratie. Voor de WE-AX werd dit voornamelijk gereflecteerd in een daling van de gehaltes niet-gesubstitueerde xylose residu s en een toename van de gehaltes mono- en digesubstitueerde xylose residu s. Voor de AE-AX daalden en stegen de gehaltes niet- en digesubstitueerde xylose residu s, respectievelijk, terwijl de gehaltes monogesubstitueerde xylose residu s ongeveer constant bleven met stijgende ethanolconcentratie. Het schijnbaar piek MW van de AX van de WE-AX fracties nam toe met stijgende ethanolconcentratie. De AX van de AE-AX fracties vertoonden variabiliteit in zowel de gemiddelde PG van de xylan-ruggengraat als in schijnbaar piek MW met stijgende ethanolconcentratie. Fractionering van de geïsoleerde WE-AX en AE-AX resulteerde dus in structureel verschillende AX fracties. De structureel verschillende WE-AX en AE-AX fracties werden dan afgebroken door endoxylanasen met verschillende substraatspecificiteit. Voor alle enzymen werden met toenemende A/X verhouding van de WE-AX of AE-AX substraten producten met hoger schijnbaar piek MW bekomen. De verschillende endoxylanasen vormden verschillende AX fragmenten, waarbij het endoxylanase met een lage substraatspecificiteit fragmenten vormde met laag schijnbaar piek MW en het endoxylanase met een hoge substraatspecificiteit fragmenten vormde met hoger schijnbaar piek MW. Voor de AE-AX werden de gemiddelde PG van de xylan-ruggengraat en de gehaltes reducerend eind xylose (RX), gevormd na incubatie van de AE-AX fracties met de endoxylanasen, ook bepaald. In lijn met de schijnbare piek MW data, nam de gemiddelde PG toe met stijgende A/X verhouding van de AE-AX substraten. Het gehalte RX gevormd door de endoxylanasen steeg met stijgend gehalte niet-gesubstitueerde xylose residu s aanwezig in de AE-AX substraten. De resultaten tonen aan dat de enzymatische degradeerbaarheid van de AX sterk beïnvloed is door hun structuur enerzijds en de substraatspecificiteit van de endoxylanasen anderzijds. Om de structurele variabiliteit van de roggebloem AE-AX verder uit te klaren, werden de gedegradeerde AE-AX fracties gefractioneerd door ethanolprecipitatie. Een breed gamma van AX fragmenten met variabele structurele eigenschappen werd bekomen. De gehaltes niet-gesubstitueerde xylose residu s van deze AX fragmenten daalden lineair, terwijl de gehaltes mono- en digesubstitueerde xylose residu s lineair toenamen met stijgende A/X verhouding. De gemiddelde PG van de xylan-ruggengraat toonde een sterke toename met stijgende A/X verhouding. Deze resultaten suggereren dat de roggebloem AE-AX uit een continuum van structuren bestaan. Dit doctoraal proefschrift draagt bij tot een beter inzicht in de structurele karakteristieken van roggezetmeel zowel als van rogge WE-AX en AE-AX. Het fysico-chemisch gedrag van roggezetmeel kan gerelateerd worden aan de structurele aspecten van de amylose- en amylopectinemoleculen. Voor roggebloem AE-AX suggereerden de resultaten het bestaan van een continuum van structuren. Voor roggebloem WE-AX, echter, is verdere studie nodig om een gelijkaardige hypothese te bevestigen of te ontkennen. status: published |
