Metal-catalysed oxidation of cereal prolamins for gluten-free applications

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2436-4
Title: Metal-catalysed oxidation of cereal prolamins for gluten-free applications
Author: Huang, Xin
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences, Food Technology - Cereal Technology
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Gluten-free foods are defined by their lack of prolamins that trigger coeliac disease. In order for foods derived from Triticeae grains to be considered as gluten-free, the prolamins need to be eliminated. Previously, enzymatic degradation of cereal prolamins has been intensively studied. In the present work, another method is investigated, namely the metal-catalysed oxidation of prolamins. The aim was to modify prolamin peptides and proteins, and to examine the modifications, in order to reduce their immunological activities. The metal-catalysed oxidation was first examined on model peptides, including repetitive sequences of prolamin peptides and a model coeliac-toxic peptide (33-mer), and then tested on C-hordein, a model monomeric barley prolamin, and finally on whole hordein, thus covering the range from peptides to a whole protein. The fragmentation of prolamin peptides and proteins was observed to be a consequence, partly due to proline oxidation. On the other hand, aggregation also occurred, through dityrosine formation, disulfide bridges or carbonyl interactions. The amino acid profile and protein structure affected the oxidation behaviours and resulted in various modifications that were compared after metal-catalysed oxidation treatments. The immunoreactivity of oxidised peptides, C-hordein or whole hordein decreased in R5 antibody-based measurements that are used in gluten-free detection. The present study demonstrated that cereal prolamins can be modified by metal-catalysed oxidation, and their immunoreactivities against R5 antibody were reduced. The information of their oxidative modifications offers a new alternative to be utilised in the elimination of prolamins for gluten-free applications.Viljatuotteet ovat gluteenittomia, mikäli niistä puuttuu keliakiaa aiheuttavat prolamiinit. Jotta Triticeae -heimoon kuuluvista viljoista voidaan valmistaa gluteenittomia tuotteita, tulee niistä poistaa viljan sisältämät prolamiinit. Prolamiinien eliminointia on tutkittu paljon käyttämällä proteolyyttistä hajotusta. Tässä työssä tutkittiin mahdollisuutta viljojen prolamiinien hajotukseen metallikatalysoidun hapetuksen avulla. Tavoitteena oli muokata prolamiineja ja niiden peptideiä pienemmän immunologisen aktiivisuuden omaaviksi yhdisteiksi ja tutkia hapetuksen myötä muodostuneita reaktiotuotteita. Metallikatalysoitua hapettumista tutkittiin ensin mallipeptideillä, kuten niin sanotulla 33-meerillä, jossa esiintyy tunnettuja keliakian kannalta haitallisia prolamiinipeptidien aminohappojärjestyksiä. Näytteenä oli myös ohrasta puhdistettu C-hordeiini (ohran monomeerinen prolamiini) ja lopuksi koko hordeiini. Näin hapetuksen kohteena oli prolamiinin kaikki tasot peptideistä kokonaiseen proteiiniin. Prolamiinipeptidien ja proteiinien fragmentoituminen aiheutui osittain proliinien hapettumisesta. Toisaalta myös aggregoitumista esiintyi dityrosiini- ja disulfidisidosten kautta tai karbonyylien reagoidessa muiden ryhmien kanssa. Aminohappoprofiili ja proteiinin rakenne vaikuttivat prolamiinien hapettumiseen, ja siten hapettumisen myötä tapahtuneet muutokset olivat vaihtelevia. Hapetettujen peptidien, C-hordeiinin ja koko hordeiinin immunoreaktiivisuus pieneni R5-vasta-aineeseen pohjautuvassa gluteenittomuusmäärityksessä. Tutkimus osoitti, että viljojen prolamiineja voi muokata metallikatalysoidulla hapetuksella, jolloin niiden immunoreaktiivisuus R5-vasta-aineen suhteen pienenee. Oksidatiivinen muokkaus tarjoaa uuden vaihtoehdon prolamiinien eliminoinnille gluteenittomissa sovelluksissa.
URI: URN:ISBN:978-951-51-2436-4
http://hdl.handle.net/10138/166751
Date: 2016-09-30
Subject: food Science-Cereal Technology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
metalcat.pdf 1.569Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record