Role of lipids and phytate in oxidative stability of cereal beta-glucan

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4269-6
Julkaisun nimi: Role of lipids and phytate in oxidative stability of cereal beta-glucan
Tekijä: Wang, Yujie
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Tiivistelmä: β-Glucan (β-(1→3),(1→4)-D-glucan) is the major non-starch polysaccharide in oats and barley, and it is well-known due to its physiological and technological benefits, which are related to the ability to increase the luminal or solution viscosity. However, cereal β-glucan is susceptible to degradation during processing and storage, which may deteriorate the product stability and/or β-glucan functionality. Oxidative degradation of β-glucan has been shown in aqueous systems. In multi-phased food systems containing lipids, the oxidative stability of β-glucan has not yet been studied. In these systems, lipid oxidation is a major source of radicals which can cause co-oxidation of other components. The aim of the study was to understand the oxidative stability of cereal β-glucan during lipid oxidation, and the simultaneous role of β-glucan in retarding lipid oxidation. Furthermore, the study investigated the contribution of the residual phytate in β-glucan to the oxidative stability of β-glucan. Results showed that lipid oxidation induced significant degradation of β-glucan in an oil-in-water emulsion model, as evidenced by a decrease in viscosity and decrease in molecular weight of β-glucan. The increase in the degree of oil oxidation, the concentration of transition metal or the storage temperature caused a greater extent of β-glucan degradation. Simultaneously, a retardation of lipid oxidation was observed in the emulsions containing β-glucan. The mechanism was further investigated by using purified oat and barley β-glucans with different molecular weights. Initially, it seemed that retardation of lipid oxidation was determined by the β-glucan source and the molecular weight. However, the retardation was found to correlate with the content of residual phytate in the β-glucan samples. When the phytate was removed, the retardation of lipid oxidation by β-glucan disappeared regardless of the β-glucan source and molecular weight. Therefore, the residual phytate in the β-glucan samples, instead of β-glucan structural features, played a major role in the retardation of lipid oxidation. The study further proved that the residual phytate protected the β-glucan from oxidative degradation. Under oxidative conditions, oat β-glucan containing a high amount of phytate was more stable than barley β-glucan containing less phytate. The oat β-glucan became as vulnerable as barley β-glucan to the oxidative degradation when the residual phytate was removed. The addition of phytic acid also retarded the degradation of β-glucan, which was affected by the ratio of phytic acid to iron (Fe) and the presence of competitors such as ascorbic acid. The studies indicate that oxidized lipids and co-passengers of β-glucan can influence the oxidative stability of β-glucan, and consequently influence its technological and physiological functionality.Beetaglukaani ((1→3),(1→4)-β-D-glukaani) on kauran ja ohran tärkein kuitupolysakkaridi. Sen fysiologiset ja teknologiset edut liittyvät sen kykyyn suurentaa viskositeettia ruoansulatuskanavassa ja liuoksissa. Viljan beetaglukaani on altis pilkkoutumiselle prosesseissa ja säilytyksessä, minkä vuoksi tuotteiden beetaglukaanin pysyvyys ja funktionaalisuus voi heiketä. Beetaglukaanin oksidatiivinen pilkkoutuminen on osoitettu yksinkertaisissa Fenton-reaktiomalleissa, mutta pilkkoutumista ei ole aiemmin tutkittu monimutkaisemmissa lipidejä sisältävissä malleissa. Näissä olosuhteissa lipidien hapettuminen on radikaalien tärkein lähde. Tutkimuksen tavoitteena oli ymmärtää viljan beetaglukaanin pysyvyyttä lipidien hapettumisen yhteydessä ja beetaglukaanin roolia lipidien hapettumisen hidastajana. Lisäksi tutkittiin beetaglukaanin mukana kulkevan jäännösfytaatin osuutta beetaglukaanin oksidatiivisessa pysyvyydessä. Lipidien hapettuminen johti beetaglukaanin merkittävään pilkkoutumiseen öljy vedessä –emulsio-mallissa, jolloin beetaglukaanin viskositeetti ja molekyylipaino pienenivät. Beetaglukaanin pilkkoutuminen oli sitä merkittävämpää, mitä suurempi oli öljyn hapettumisaste, siirtymämetallien pitoisuus tai varastointilämpötila. Beetaglukaania sisältävissä emulsioissa havaittiin myös lipidien hapettumisen hidastumista. Mekanismia tutkittiin eri molekyylipainoisilla puhtailla kauran ja ohran beetaglukaaneilla. Ensin beetaglukaanin kyky hidastaa lipidien hapettumista vaikutti liittyvän beetaglukaanin lähteeseen ja molekyylipainoon. Jatkossa kuitenkin ilmeni, että hapettumisen hidastuminen liittyi beetaglukaaninäytteiden sisältämän jäännösfytaatin pitoisuuteen. Kun fytaatti poistettiin, beetaglukaanin kyky hidastaa lipidien hapettumista hävisi riippumatta beetaglukaanin lähteestä tai molekyylipainosta. Beetaglukaaninäytteiden jäännösfytaatti oli tärkein tekijä lipidien hapettumisen hidastumisessa. Lisäksi jäännösfytaatti suojasi beetaglukaania oksidatiiviselta pilkkoutumiselta. Hapettavissa olosuhteissa kauran beetaglukaani oli stabiilimpi kuin ohran beetaglukaani, sillä kauranäytteissä oli suurempi pitoisuus fytaattia kuin ohranäytteissä. Myös kauran beetaglukaani altistui oksidatiiviselle pilkkoutumiselle, kun sen sisältämä jäännösfytaatti poistettiin. Myös fytiinihapon lisäys hidasti beetaglukaanin pilkkoutumista, ja pilkkoutumisen reaktionopeus riippui fytiinihapon ja raudan moolisuhteesta ja kilpailevien yhdisteiden, kuten askorbiinihapon, läsnäolosta. Tutkimus osoitti, että hapettuneet lipidit ja beetaglukaanin mukana kulkeutuvat yhdisteet voivat vaikuttaa beetaglukaanin oksidatiiviseen pysyvyyteen ja siten niillä voi olla merkitystä beetaglukaanin teknologisessa ja fysiologisessa funktionaalisuudessa.
URI: URN:ISBN:978-951-51-4269-6
http://hdl.handle.net/10138/234674
Päiväys: 2018-06-01
Avainsanat:
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
ROLEOFLI.pdf 1.089MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot