Optimized bioprocessing for improved nutritional and technological quality of wheat fractions

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Katina, Kati
dc.contributor.author Suutarinen, Elena
dc.date.accessioned 2014-05-22T06:44:49Z
dc.date.available 2014-05-22T06:44:49Z
dc.date.issued 2014-05-06
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/13107
dc.description.abstract Wheat bran contains a majority of the beneficial bioactive compounds present in the wheat kernel, such as vitamins, minerals and phenolic compounds, including ferulic acid. The bran matrix and chelating agents, such as phytic acid, reduce the bioavailability of the bioactive compounds. Bioprocessing, meaning the fermentation and enzymatic processing of wheat bran, is a method for reducing negative technological qualities while liberating and thus increasing the availability of bioactive compounds for absorption in the human digestive system. The aim of this master’s thesis was to determine the optimal bioprocessing conditions for wheat bran in order to reach increased ferulic acid and decreased phytic acid content in bread dough while maintaining suitable technological properties. A high content of soluble arabinoxylan, a pentosan, is associated with good dough properties, but excessive levels cause increased stickiness, an undesirable property. The effect of bioprocessing conditions on the content of free ferulic acid, phytic acid, soluble pentosans and total dietary fibre as well as on acidity and microbiota in wheat bran as well as on the stickiness of bran fortified doughs were studied by using experimental design and response surface modelling. Two wheat bran fractions, native wheat bran and wheat concentrate, were treated with two enzyme mixes with an endoxylanase main activity (Depol 740L or Dyadic) at varying levels (8, 40 or 200 nkat xylanase / g dry matter) in combination with different levels of fresh baker’s yeast (0%, 0.63% or 1.27%). The bioprocessing time was 6, 13 or 20 hours. The experimental design and the use of response surface modelling allowed detailed studying of the effect of different processing conditions and their respective levels on wheat bran properties. Bioprocessing had a significant effect on the free ferulic acid content, as the target increase of +200% was achieved already with relatively mild processing conditions with both wheat fractions. The target phytic acid reduction of -50% was partly achieved with wheat bran with a maximum reduction of -46%. The phytic acid content of heat-treated wheat concentrate, however, could not be decreased with the bioprocessing treatment. A high solubilization of pentosans was also attained through bioprocessing (up to +380%) while maintaining tolerable stickiness values in fortified dough (50-65 g). The results of this study indicate that the technological quality of fortified bread dough can be improved through bioprocessing. The results also imply that bioprocessing is a functional tool in improving the bioavailability of ferulic acid through increased solubility, and that of minerals though the degradation of phytic acid. en
dc.description.abstract Vehnälese, tarkoittaen vehnäjyvän kuorikerroksia, sisältää valtaosan jyvän terveydelle hyödyllisistä bioaktiivisista yhdisteistä. Tällaisia yhdisteitä ovat useat vitamiinit, mineraalit ja fenoliset yhdisteet kuten ferulahappo. Leseen rakenne ja mineraaleja sitovat yhdisteet, kuten fytiinihappo, rajoittavat kuitenkin yhdisteiden biosaatavuutta. Leseen bioprosessointi fermentoimalla ja entsyymikäsittelyllä parantaa sen teknologisia ominaisuuksia sekä vapauttaa bioaktiivisia yhdisteitä ja siten saattaa lisätä niiden biosaatavuutta ruuansulatuksessa. Työn tavoite oli määrittää optimaaliset bioprosessointiolosuhteet liukoisen ferulahapon pitoisuuden lisäämiseksi sekä fytiinihappopitoisuuden vähentämiseksi menettämättä Bioprosessointiolosuhteiden vaikutusta ferulahappo- ja fytiinihappopitoisuuteen, pentosaanien ja ravintokuidun määrään, happamuuteen, mikrobistoon sekä raskista tehdyn taikinan tarttuvuuteen tutkittiin koesuunnittelun ja tilastollisen vastepintamallinnuksen keinoin. Kahta lesejaetta, käsittelemätöntä vehnälesettä ja vehnäkonsentraattia, käsiteltiin kahden ksylanaasipääaktiivisuuden omaavan entsyymin (Depol 740L tai Dyadic) eri lisäyksillä (8, 40 tai 200 nkat ksylanaasia / g kuiva-ainetta) yhdessä leivinhiivan kanssa (0 %, 0,63 % tai 1,27 % lisäys). Prosessoinnin kesto oli 6, 13 tai 20 tuntia. Koetuloksista rakennetut mallit kuvasivat eri prosessointiolosuhteiden yhdistelmien vaikutusta leseen ominaisuuksiin. Bioprosessointi lisäsi merkittävästi vapaan ferulahapon määrää, ja tavoitteena ollut +200 %:n lisäys saavutettiin jo miedola bioprosessoinnilla molempien lesejakeiden kohdalla. Fytiinihapon vähentämistavoite oli -50 %. Vehnäleseessä bioprosessoinnilla saatiin aikaan merkittävä fytiinihappopitoisuuden väheneminen, enimmillään -46 %. Lämpökäsitellyn vehnäkonsentraatin fytiinihappopitoisuus ei laskenut käsittelyn seurauksena. Bioprosessointiolosuhteilla saatiin aikaan myös merkittävä pentosaanien liukoisuuden lisääntyminen molemmissa lesejakeissa (jopa +380 %) ilman liiallista taikinan tarttuvuuden nousua (tarttuvuus 50-65 g). Tulokset osoittavat, että sopivilla bioprosesossointiolosuhteilla voidaan lisätä ferulahapon vapautumista ja vähentää fytiinihapon määrää ja siten parantaa mineraalien saatavuutta. fi
dc.format.extent 105 + 30
dc.language.iso en en
dc.title Optimized bioprocessing for improved nutritional and technological quality of wheat fractions en
dc.title Bioprosessoinnin optimointi vehnäjakeiden ravitsemuksellisten ja teknologisten ominaisuuksien parantamiseksi fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword wheat bran en
dc.subject.keyword bioprocessing en
dc.subject.keyword ferulic acid en
dc.subject.keyword phytic acid en
dc.subject.keyword vehnälese fi
dc.subject.keyword biprosessointi fi
dc.subject.keyword ferulahappo fi
dc.subject.keyword fytiinihappo fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201405221869
dc.programme.major Biotekniikka ja elintarviketekniikka fi
dc.programme.mcode KE3002 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Laakso, Simo
dc.programme KEM - Kemian tekniikan koulutusohjelma fi
dc.location PK fi


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account