Exploring the functionality of in situ produced dextran in high-protein or wholegrain enriched wheat bread

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6204-5
Title: Exploring the functionality of in situ produced dextran in high-protein or wholegrain enriched wheat bread
Author: Wang, Yaqin
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry
Doctoral Programme in Food Chain and Health
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020-06-26
ISSN: 2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6204-5
http://hdl.handle.net/10138/316202
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Utilization of grain legumes (such as faba bean) and minor cereals (such as sorghum and millet) is constantly growing since consumers are increasingly interested in sustainable, plant based and health promoting foods. Grain legumes and minor cereals are raw materials with high nutritional quality due to high content of protein, dietary fibre and other bioactive compounds. Utilization of these grains is challenging as they have negative impact on product texture and flavour. Sourdough technology is one of the “clean label” options to improve technological functionality of these grains. The aim of this thesis was to study the influence of faba bean, sorghum and millet on technological and nutritional properties of composite wheat bread. Wheat flour was replaced with faba bean (30%), sorghum or millet flours (50%), which were either native or fermented. Utilization of native flours had detrimental effect on the rheological properties of dough as well as the volume, texture and sensory properties of bread in comparison to 100% wheat control breads. In contrast, mildly acidified and dextran-containing flours improved all properties of composite breads. The functionality of sourdough was based on sufficient production of dextran and mild acidification. Faba bean sourdough fermented with Weissella confusa VTT E-143403 (dextran content of 5.2% dry weight) improved the specific volume (21%) and texture of breads, especially softness (12%). However, faba bean sourdough fermented with Leuconostoc pseudomesenteroides DSM 20193 (dextran content of 3.6% d.w.) decreased bread volume and increased crumb hardness, probably due to the higher acidification. Furthermore, efficacy to improve shelf-life (delay staling rate) was shown to be linked to slower starch retrogradation and improved water retention. Sourdough fermentation also increased the level of free phenolic compounds in millet and sorghum. Fermentation of millet decreased starch in vitro digestibility (lower predicted glycemic index), while improving the in vitro digestibility of proteins. These changes may be attributed to the production of organic acids and concomitant activation of hydrolytic enzymes like glycoside hydrolase, cellulases, esterases and proteases. Utilization of tailored sourdough technology had a significant impact on the sensory properties of sorghum breads. Sourdough fermentation of sorghum without dextran increased unpleasant flavour properties such as acidic, bitter flavour and aftertaste, probably due to increased content of acids and small molecular weight polyphenols (e.g. caffeic acid). This study showed that dextran containing sorghum breads had less intensive acidic and bitter flavour and milder aftertaste even though the actual acidity and polyphenol compositions was the same as in control breads. This revealed the exceptional ability of dextran to mask acidic and bitter flavour notes. This observation was further verified by adding purified dextran (0.12−0.96% bread weight) to white wheat bread together with acid and bitter flavour compounds (lactic/acetic acid and caffeine). When the amount of dextran was sufficient (> 0.43% b.w.), the perceived intensity of acidic and bitter flavours in the bread decreased. This thesis demonstrated efficient production of dextran in situ in faba bean, sorghum and millet flours during sourdough fermentation, which facilitates production of nutritionally high quality composite breads without additives. Additionally, this thesis revealed for the first time the ability of dextran to modify sensation of acidic and bitter flavours, which allows future product innovations in plant based foods.Palkokasvien (kuten härkäpapu) ja eräiden viljojen (kuten durra ja hirssi) käyttö lisääntyy jatkuvasti, koska kuluttajia kiinnostavat yhä enemmän kestävästi tuotetut, kasvipohjaiset ja terveelliset elintarvikkeet. Vilja- ja palkokasvit sisältävät runsaasti proteiineja, ravintokuituja, polyfenoleja ja muita bioaktiivisia yhdisteitä, minkä ansiosta niiden ravitsemuksellinen laatu on hyvä. Palkokasveista, durrasta ja hirssistä tehtyjen jauhojen käyttäminen on kuitenkin haastavaa, sillä ne vaikuttavat usein negatiivisesti tuotteen aistinvaraisiin ominaisuuksiin, kuten rakenteeseen ja makuun. Hapanjuurikäyminen eli raskitus on lisäaineeton keino muokata näiden raaka-aineiden käyttökelpoisuutta esimerkiksi leivonnassa. Tässä työssä tutkittiin raskitettua härkäpapua, hirssiä tai durraa sisältävien leipien reologisia, teknologisia, ravitsemuksellisia sekä aistinvaraisia ominaisuuksia. Valkoisesta vehnäjauhosta oli korvattu osa joko härkäpapu- (30%), hirssi- (50%) tai durrajauholla (50%), jotka olivat joko käsittelemättömiä tai hapatettu maitohappobakteereilla. Käsittelemättömien jauhojen käyttö leivonnassa huononsi taikinan reologisia ominaisuuksia ja leivän ominaistilavuutta, rakennetta ja makua. Miedosti hapatetut, dekstraania sisältävät raskit paransivat kaikkia leivän ominaisuuksia. Raskin teknologinen funktionaalisuus perustui in situ tuotetun dekstraanin riittävään pitoisuuteen sekä raskileivän mietoon happamuustasoon. Weissella confusa VTT E-143403 kannalla raskitetun härkäpavun käyttö (dekstraania 5.2% kuivapainosta) paransi merkittävästi leivän tilavuutta ja rakennetta. Leuconostoc pseudomesenteroides DSM 20193 kannalla raskitettu jauho (3.6% dekstraania) pienensi leivän ominaistilavuutta, sekä lisäsi leivän rakenteen kovuutta, todennäköisesti johtuen merkittävästi suuremmasta happamuudesta. Fermentoidun raskin kyky pidentää leivän säilyvyyttä osoitettiin liittyvän hidastuneeseen tärkkelyksen uudelleen kiteytymiseen ja parantuneeseen vedensidontaan. Raskitus lisäsi durran ja hirssin vapaiden fenolien pitoisuutta. Hirssin raskitus vähensi tärkkelyksen sulavuutta in vitro (alentunut ennustettu glykeeminen indeksi). Hirssileivän proteiinin sulavuus in vitro sitä vastoin parani merkitsevästi raskituksen seurauksena. Nämä muutokset johtuivat todennäköisesti orgaanisten happojen muodostumisesta sekä tiettyjen hydrolyyttisten entsyymien, kuten glykosidihydrolaasin, sellulaasien, esteraasien ja proteaasien aktivoitumisesta. Raskituksella oli myös merkittävä vaikutus durraa sisältävän leivän aistittaviin ominaisuuksiin. Durran perinteinen raskitus ilman dekstraania lisäsi merkitsevästi epämiellyttävinä koettuja happamuutta, karvautta ja jälkimakua, todennäköisesti lisääntyneiden orgaanisten happojen ja pienimolekyylisten polyfenolien vapautumisen johdosta (voimakas karvas maku). Tämä tutkimus osoitti, että dekstraania sisältävässä durraleivässä nämä epämiellyttävinä koetut maut aistittiin merkitsevästi vähemmän voimakkaina, huolimatta leipien samanlaisesta happo- ja polyfenolikoostumuksesta, mikä paljasti dekstraanin poikkeuksellisen kyvyn pienentää aistittua karvautta ja happamuutta. Vaikutus todennettiin lisäämällä puhdistettua dekstraania (0.12-0.96% leivän painosta) mallivehnäleipään, johon lisättiin happaman ja karvaan aistimuksen aikaansaavia happoja ja kofeiinia. Dekstraanin lisäys riittävänä pitoisuutena (> 0.43%) pienensi merkittäväsi happaman ja karvaan maun voimakkuutta. Tämä väitöskirja osoitti, että dekstraania voidaan tuottaa tehokkaasti härkäpapu-, durra- ja hirssijauhoissa raskituksen aikana, mikä mahdollistaa ravitsemuksellisesti korkeatasoisten leipien valmistuksen ilman lisäaineita. Tässä työssä osoitettiin myös ensimmäistä kertaa dekstraanin kyky muokata happaman ja karvaan maun aistimista, mikä mahdollistaa uudet tuoteinnovaatiot kasvipohjaisissa tuotteissa.
Subject: food 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
explorin (2).pdf 2.915Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record