Role of lipid-modifying enzymes in oat and faba bean: synthesis of off-flavour compounds

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5545-0
Title: Role of lipid-modifying enzymes in oat and faba bean: synthesis of off-flavour compounds
Author: Yang, Zhen
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry
Doctoral Programme in Food Chain and Health
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2019-11-29
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-5545-0
http://hdl.handle.net/10138/306824
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Role of lipid-modifying enzymes in oat and faba bean Increasing utilization of plant materials and especially their proteins is a global trend. One of the challenges in using grains and legumes as sources of protein is the off-flavour that is associated with them. Many of the undesirable flavour compounds are formed from lipids as a result of complex enzymatic and chemical reactions. To understand and control lipid-modifying enzymes is essential to prolong the shelf life of cereal and legume ingredients and products, and raise consumer acceptance towards them. The aim of this thesis was to study the role of lipid-modifying enzymes in oat and faba bean. To reach this aim, the levels of and variations in the lipid-modifying enzyme activities present in oat and faba bean seeds from selected cultivars and cultivation years were studied (Study I). In addition, the formation of non-volatile oxidised fatty acids (NVOFAs) by lipid-modifying enzymes in oat was investigated (Study II). Finally, the role of lipid-modifying enzymes in the formation of volatile off-flavour compounds in faba bean foods was studied (Study III). The results of Study I showed the presence of marked lipase and peroxygenase activities oat, while lipase and lipoxygenase (LOX) activities occurred in faba bean. The enzyme activities were affected by sample cultivars and cultivation years. Lipase activity in faba bean was surprisingly high, and it could effectively start lipid-derived off-flavour formation as soon as the seed structure is broken and it has access to inherent or added lipids as substrates. Study II showed that NVOFAs occurred in the flours of non-heat treated oat grains, and their amounts increased remarkably during the storage of oat samples. The formation of NVOFAs was in line with the release of free fatty acids by oat lipase. In addition, the formation of NVOFAs in the flour of heat-treated oat grains was quite small. In the third study, the optimum pH of faba bean lipase was found at 7.5-8, and for LOX the optimum pH was at 6. The LOX pathway produced various types and amounts of volatile lipid oxidation products using different substrates. In addition, adding rapeseed oil in emulsions increased the formation of volatile lipid oxidation products, and adding rapeseed oil fatty acids increased it even more. This study also showed that the pH levels greatly affected the extent of the reactions. Overall, this thesis evaluated the role of reactions catalysed by lipid-modifying enzymes together with chemical lipid oxidation for their potential to form lipid-derived off-flavours in oat and faba bean. The lipid-modifying enzymes should be properly inactivated to prevent the causing of potential problems. By studying comprehensively the lipid modifying enzymes, we are able to produce knowledge which assists in developing high-quality oat and faba bean based foods.Kauran ja härkäpavun lipidejä muokkaavat entsyymit haju- ja makuvirheiden aiheuttajina Tällä hetkellä kasviproteiinien käyttöä pyritään lisäämään maailmanlaajuisesti. Yksi viljojen ja palkokasvien proteiinien käytön haasteista on näihin liitetyt haju- ja makuvirheet, joita varsinkin länsimaiset kuluttajat vierastavat. Monet näistä epämiellyttämistä hajua ja makua aiheuttavista yhdisteistä ovat syntyneet lipideistä monimutkaisten entsymaattisten ja kemiallisten reaktioiden avulla. Jotta vilja- ja palkokasviproteiinien ja niistä valmistettujen elintarvikkeiden säilyvyys ja miellyttävyys voitaisiin taata, raaka-aineiden lipidejä muokkaavien entsyymien toimintaa tulisi ymmärtää ja hallita. Tämän työn tavoitteena oli tutkia kauran ja härkäpavun lipidejä muokkaavien entsyymien merkitystä haju- ja makuvirheitä aiheuttavien yhdisteiden synnyssä. Väitöstutkimuksen ensimmäisessä osassa havaittiin, että tutkituissa kauranjyvänäytteissä (eri lajikkeet, kasvukaudet) oli runsaasti lipaasi- ja peroksigenaasiaktiivisuutta sekä vastaavasti härkäpapunäytteissä lipaasi- ja lipoksigenaasiaktiivisuutta. Lipaasi aloittaa lipidien muokkauksen hydolysoimalla niitä. Lipoksigenaasi hapettaa monityydyttymättömiä rasvahappoja tuottaen hydroperoksideja, joista voi edelleen syntyä mm. haihtuvia hapettumistuotteita. Peroksigenaasi voi muokata hydroperoksideista mahdollisesti karvaita haihtumattomia tuotteita: epoksi- ja hydroksirasvahappoja. Tutkimuksen toisessa osassa havaittiin, että lämpökäsittelemättömässä kaurassa tapahtui varastoinnin aikana runsaasti lipaasin aiheuttamaa lipidien hydrolyysiä ja syntyi peroksigenaasin tuottamana haihtumattomia epoksi- ja hydroksirasvahappoja. Kauranjyvien tarkoituksenmukainen lämpökäsittely esti muutokset lipideissä, ja näin ollen paransi tuotteen säilyvyyttä. Tutkimuksen kolmannessa osassa osoitettiin, että härkäpavun lipaasi- ja lipoksigenaasiaktiivisuudet olivat suurimmillaan hieman eri pH-arvoissa, mutta on mahdollista, että pH:n ollessa lähellä neutraalia, molemmat entsyymit toimivat. Mikäli härkäpavut jauhettiin ilman entsyymiaktiivisuuksia tuhoavaa lämpökäsittelyä, veteen sekoitettu härkäpapujauhe käynnisti välittömästi lipoksigenaasin aloittaman hapettumisketjun. Sekä härkäpavun omista lipideistä että seokseen lisätystä kasviöljystä syntyi nopeasti haihtuvia hapettumistuotteita. Tämä väitöstutkimus osoitti, että kaurassa ja härkäpavussa olevat lipidejä muokkaavat entsyymit yhdessä kemiallisten reaktioiden kanssa voivat aiheuttaa merkittäviä haju- ja makuvirheitä. Näin ollen lipidejä muokkaavien entsyymien hallinta on keskeistä valmistettaessa korkealaatuisia kaura- ja härkäpaputuotteita.
Subject: Food Chemistry
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
Roleofli.pdf 2.269Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record