Engineering of Dietary Fibres

QC 20260518

Abstract

Livsmedelsindustrin är en utav Sveriges största industrier och generar ett överflöd av sidoströmmar. En sådan är kli från sädesslag bestående utav extraherbara kostfibrer med möjligheten att omvandlas till nya material såsom korslänkade hydrogeler via lackas. Denna avhandling kommer att utforska valoriseringen utav dessa fiberhydrogeler genom enzymatisk modifiering, nya leveransapplikationer och potentiella prebiotiska egenskaper för att integrera påtagliga matförluster i en cirkulär ekonomi med fördelar för folkhälsan.

Feruloylerade arabinoxylaner tidigare extraherade ifrån vete (WAX) -och rågkli (RAX) behandlades med selektiva arabinofuranosidaser för lyckad borttagning av arabinossubstitutioner som saknar ferulsyra därmed blottar xylanstamnätet. Detta ledde till en minskning av korslänkningar i WAX och RAX-hydrogeler. Reologiska och morfologiska egenskaper påverkades av detta med ökad viskoelasticitet och nätverkstruktur för RAX-hydrogeler medan WAX-hydrogeler upplevde en motsatteffekt.

Överblivna β-glukaner i WAX och RAX-extrakt undersöktes. Deras molekylvikt skilde sig ifrån kommersiella β-glukaner från sädesfrövita men förhållanden mellan cellotriosyl och cellotetraosyl överensstämde med tidigare uppmätta β-glukaner. Borttagning av β-glukaner med ett lichenas innan korslänkning via lackas resulteradei minskade viskoelastiska egenskaper för WAX-hydrogeler och en ökning för RAX hydrogeler. Borttagningen av β-glukaner blottar troligen arabinoxylanerna likt borttagningen av arabinos. Frystorkning vid lägre temperaturer innan regenerering ledde till minskade porer hos hydrogelerna men ökad porositet hos RAX och minskad i WAX, vilket i sin tur ledde till en minskning av viskoelastiska egenskaper hos WAX hydrogeler och ökning hos RAX-hydrogeler. Skillnaderna mellan kemiska och fysiska interaktioner mellan arabinoxylannätverken hos WAX och RAX ligger troligen bakomderas skilda beteende. Hydrogeler från WAX och RAX lyckades inkapsla och behålla specifika biomolekyler av varierande storlek och egenskaper som ett koncepttest.Porstorlek och porositet påverkade inte kvarhållandet av mindre molekyler såsom glukos och tryptofan men gjorde det för större proteiner. Tillskott av xylanas från magtarmbakterie frigav de inkapslade molekylerna.

Den vanliga magtarmbakterien Bacteroides ovatus lyckades växa på extrakt och hydrogeler från WAX, RAX och CAX (arabinoxylan från majs) och producera kortkedjade fettsyror som sekundära metaboliter därmed betona potentiellt prebiotiska egenskaper hos extrakten och hydrogelerna. Strukturella och biokemiska skillnader sinsemellan kolkällorna påverkade tillväxt, metabolitproduktion samt enzymuttryck relaterat till nedbrytning utav arabinoxylaner. Denna avhandling har påvisat att kostfibrers värde kan på ett effektivt sätt höjas genom att modifiera dem mot mångsidiga hydrogeler som bidrar till en cirkulär ekonomi och förbättrad folkhälsa.

Link to DiVA