Associative behavior of spruce galactoglucomannans in aqueous solutions and emulsions

Visa fullständig post



Permalänk

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6704-0
Titel: Associative behavior of spruce galactoglucomannans in aqueous solutions and emulsions
Författare: Bhattarai, Mamata
Medarbetare: Helsingfors universitet, agrikultur-forstvetenskapliga fakulteten
Doktorandprogrammet i livsmedelskedjan och hälsa
Utgivare: Helsingin yliopisto
Datum: 2020-11-25
Språk: en
Permanenta länken (URI): http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6704-0
http://hdl.handle.net/10138/321034
Nivå: Doktorsavhandling (sammanläggning)
Abstrakt: Galactoglucomannans (GGMs) are principal hemicelluloses in softwood tissues. Spruce GGM obtained from different recovery approaches are currently studied for applications as emulsifiers and stabilizers of dispersed systems. Natural polysaccharides, owing to their origin from a complex matrix, have an intrinsic affinity for the association. Their associative properties are affected by the recovery approach since it influences purity and intrinsic characteristics (e.g., molar mass, degree of substitution). Understanding the impact of the GGM recovery approach on its associative behavior, currently limited, is essential to comprehend the stabilization mechanism of GGM in dispersed systems as well in the expansion of its functional applications. This doctoral project investigated the associative behavior of GGM at a semi-dilute concentration of 1% in an aqueous medium and its effect in an oil-in-water emulsion system, with GGM recovered from spruce sawdust/wood chips using pressurized hot water extraction, BLN process (modified pressurized hot water extraction process), and effluent of the thermo-mechanical pulping process. All studied GGM samples existed in the form of polysaccharide molecules and supramolecular fraction. It was observed that the recovery approach and sample purity affected the molar mass of the polysaccharide fraction as well as the share and structural properties of the supramolecular fraction. The supramolecular fraction was observed to be either colloidal aggregates, agglomerates, solid particles, or a combination in varying proportions. Next, these samples were studied in emulsions. Differences in the macromolecular state of samples were found to influence interfacial morphology and stability of emulsions. Following, the associative behavior of purified GGM obtained from the pressurized hot water extraction process was studied at acidic, neutral, and alkaline pH and upon addition of sodium chloride. Associative behavior of the sample displayed a positive correlation with acidic pH condition and time, improving emulsion stability. The sample exhibited an upper limit of GGM to oil ratio for efficient emulsification and stabilization ability, implying the presence of a limited amount of active emulsifying component. Currently, novel biomaterials are being developed from wood biomass. The findings of this study contributed to the characterization of colloidal properties of GGM at a nanometric scale, thereby enhancing its scope of future applications. These findings regarding the solubility of GGM would also be relevant in existing operations of paper and pulping industries, as well as for aspiring biorefineries in identifying optimal GGM recovery approach.Luonnonvarojen ylikulutus ja ilmastonmuutoksen aiheuttama epävarmuus lisäävät tarvetta kestäville, kustannustehokkaille ja toiminnallisille elintarviketeollisuuden raaka-aineille tulevien vuosikymmenten aikana. Puu on uudistuva luonnonvara, josta saatava biomassa ja sen jakeet tarjoavat lupaavan ratkaisun näihin haasteisiin. Kuusen galaktoglukomannaanit (GGM) ovat puun hemiselluloosia, joilla on lupaavia ominaisuuksia emulsioiden stabilointiaineina eli hydrokolloideina. Hydrokolloideihin kuuluu pääosin polysakkarideja, joiden käytöllä on pitkä perinne elintarviketeollisuuden tuotteissa tuomaan haluttua rakennetta ja suutuntumaa. Hydrokolloidien avulla muodostetaan ja säilytetään rakenneominaisuuksia mm. emulsioissa – öljyn ja veden muodostamissa dispersioissa, jotka ovat monien arkisten tuotteidemme kuten salaatinkastikkeiden, liemien ja jogurttien tavanomaisia rakenteita. Polysakkaridien kyky muuttaa elintarvikkeiden mikrorakennetta riippuu niiden liukoisuudesta, mikä taas vaihtelee polysakkaridien uutto-olosuhteiden vaikutuksesta. GGM:n liukoisuutta ja sen vaikutusta GGM:n toimintaan hydrokolloidina ei kuitenkaan tunneta vielä hyvin. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin GGM:a, joka oli eristetty kolmella eri tavalla: sahanpurun tai puulastujen paineistetulla kuumavesiuutolla, BLN-prosessiksi kutsutulla muokatulla kuumavesiuutolla ja termomekaanisen massanvalmistuksen prosessivedestä keräämällä. Tutkimuksen tuloksena havaittiin, että GGM:n eristysmenetelmä vaikutti huomattavasti sen liukoisuuteen ja tämän seurauksena toiminnallisuuteen emulsioissa. GGM liukeni veteen osittain. Tarkka määritys toisiaan täydentävillä ajanmukaisilla menetelmillä osoitti, että osittain liukoinen GGM esiintyi vedessä eri kokoisina yhteenliittyminä (partikkeleina). Nämä kolloidaaliset rakenteet muodostuivat oletettavasti GGM:n sisäisistä vuorovaikutuksista tai yhteenliittymistä muiden puun komponenttien kanssa, kuten ligniinin, ligniiniperäisten fenolisten yhdisteiden tai uuteaineiden kanssa. Liukoisuusaste ja kolloidaalisten rakenteiden ominaisuudet riippuivat eristysmenetelmästä ja GGM:n puhtaudesta. BLN-prosessista saatava puhdas GGM liukeni veteen parhaiten, mutta sen hydrokolloidiominaisuudet olivat heikommat kuin muilla eristystavoilla saaduilla GGM-näytteillä, etenkin paineistetulla kuumavesiuutolla eristetyllä GGM:lla. Osittaisen liukoisuuden aiheuttamat kolloidaaliset rakenteet vaikuttivat GGM:n toimintaan hydrokolloideina. Luontaisten – mahdollisesti natiivin GGM:n järjestäytymistä mukailevien – rakenneominaisuuksien paljastaminen rakentaa uutta tietoa, jota tarvitaan lignoselluloosan kehittämiseen toiminnallisiin sovelluksiin. GGM on luonnossa yleinen, uudistuva ja kestävän kehityksen mukainen raaka-aine, jolla on lupaavat toiminnalliset ominaisuudet korvaamaan muita hydrokolloideja ja tarjoamaan kasvipohjaisen vaihtoehdon elintarvike-, kosmetiikka- ja farmasian teollisuuden tarpeisiin, joissa emulsiopohjaiset tuotteet ovat yleisiä. Tutkimuksen tuottama perustieto GGM:sta mahdollistaa niiden erilaiset sovellukset esimerkiksi biopohjaisissa kalvoissa, täyteaineina ja biopolttoaineissa sellaisenaan tai muokattuina. Tutkimuksen osoittama eristysmenetelmän vaikutus hydrokolloidiominaisuuksiin auttaa kehittämään raaka-aineiden tuotantoa biojalostamoissa teknologiset ja taloudelliset lähtökohdat huomioiden.
Subject: food Technology
Licens: Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.


Filer under denna titel

Totalt antal nerladdningar: Laddar...

Filer Storlek Format Granska
bhattarai_mamata_dissertation_2020.pdf 5.449Mb PDF Granska/Öppna

Detta dokument registreras i samling:

Visa fullständig post