Bioprocessing with enzymes and lactic acid bacteria for production of new functional faba bean ingredients

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Laitila, Arja
dc.contributor.advisor Sozer, Nesli
dc.contributor.author Karsma, Anni
dc.date.accessioned 2015-11-19T11:29:20Z
dc.date.available 2015-11-19T11:29:20Z
dc.date.issued 2015-11-10
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/18693
dc.description.abstract Faba bean (Vicia Faba L.) is a nutritious high protein crop widely cultivated for uses of both food and feed. Its use has limited due to presence of anti-nutritional factors, including phytic acid, bitter taste and poor technological functionality. Phytic acid is the major storage of phosphorus in cereals and legumes lowering the bioavailability of proteins and micronutrients. The aim of this master’s thesis was to study the impacts of bioprocessing with enzymes and lactic acid bacteria on both nutritional and textural value of faba bean flour. Food-grade phytase was applied for degradation of phytic acid in faba bean matrix. Fermentation technology with lactic acid bacteria was studied in aim to improve both technological and nutritional quality of faba bean. The specific objective studied with the aim of improving the technological properties of faba bean matrix with in situ exopolysaccharide, dextran production. The final step was to study the functionality of bioprocessed faba bean ingredients in extrusion. Extrusion process is a high-temperature short-time, modern and versatile operation widely used commercially to produce high-value expanded breakfast and snack foods based on cereals. Enzyme treatments were performed with food-grade phytase with three different enzyme activity doses (2, 10 and 20 U) and three treatment times (1, 2 and 4 h). Lactic acid bacteria fermentation was performed with Weissella confusa VTT E-143403, Leuconostoc lactis VTT E-032298 and Lactobacillus plantarum VTT E-78076. Fermentations were carried in small (0.5 kg) and in large (10-15 kg) scale. Extrusion was performed with twin-screw extruder using the bioprocessed faba bean as a raw material. Raw a material was mixed with rice flour (100 %, 50 % and 25 % addition levels of faba bean). Bioprocessing modified the nutritional value and texture of faba bean flour. Phytase treatment reduced phytic acid over 80 % improving also mineral and amino acid profile of faba bean. Faba bean flour was an excellent material for in situ dextran production. With W. confusa, 6.5 % dextran yield was achieved. Fermentation reduced the flatulence causing oligosaccharides and improved the amino acid and mineral composition. Bioprocessed faba bean flour showed moderate improvement on mechanical properties of extrudates. Maillard reactions caused challenge in extrusions with protein-rich material, especially in fermented samples with in situ produced dextran. However, fermentation with L. plantarum gave 55 % increase in crispiness index and reduced hardness 45 % at addition level of 25 %. en
dc.description.abstract Härkäpapu (Vicia Faba L.) on ravinteikas proteiinipitoinen viljelykasvi, jota käytetään laajasti sekä eläin- että ihmisravintona. Härkäpavun käyttöä joudutaan kuitenkin rajoittamaan sen sisältämien antinutritiivisten tekijöiden vuoksi. Näihin kuuluu muun muassa fytiinihappo, joka on pääasiallinen fosforivarasto vilja- ja palkokasveissa. Lisäksi käyttöä rajoittavat heikot teknologiset ominaisuudet. Tämän diplomityön tavoite oli tutkia entsyymien ja maitohappobakteerien vaikutuksia härkäpavun ravitsemuksellisiin ominaisuuksiin ja rakenteeseen. Fytiinihapon hydrolysoinnisa hyödynnettiin elintarvikkeiden valmistukseen sopivaa fytaasikäsittelyä. Tavoitteena oli parantaa härkäpapumatriisia in situ – tuotetulla eksopolysakkaridilla, dekstraanilla. Lopuksi tutkittiin bioprosessoidun härkäpavun toimivuutta ekstruusiossa. Ekstruusioteknologia on moderni ja monipuolinen prosessointimenetelmä, joka perustuu korkeisiin lämpötiloihin ja lyhyeen prosessointiaikaan. Ekstruusion avulla voidaan tuottaa viljapohjaisia puffattuja aamu- ja välipalatuotteita. Entsyymikäsittelyt toteutettiin kolmella entsyymiaktiivisuusannoksella (2, 10 ja 20 U) sekä kolmella käsittelyajalla (1, 2 ja 4 h). Maitohappobakteerikäyminen toteutettiin Weissella confusa VTT E-143403-, Leuconostoc lactis VTT E-032298- sekä Lactobacillus plantarum VTT E-78076-kannoilla. Fermentoinnit tehtiin sekä pienessä (0,5 kg) että isossa (10–15 kg) mittakaavassa. Ekstruusio toteutettiin kaksiruuviekstruuderilla käyttäen bioprosessoitua härkäpapua raaka-aineena. Raaka-aine sekoitettiin riisijauhon kanssa 100 %, 50 % ja 25 % härkäpapumateriaalipitoisuuksilla. Bioprosessointi vaikutti sekä ravitsemuksellisiin ominaisuuksiin että härkäpapumateriaalin rakenteeseen. Fytaasikäsittelyllä vähennettiin fytiinihapon määrää jopa 80 %. Käsittely paransi samalla härkäpavun mineraali- ja aminohappoprofiilia. Härkäpapujauho oli erinomainen alusta dekstraanin in situ-tuottamiseen. W. confusa-kannalla saavutettiin 6,5 % dekstraanisaanto. Lisäksi fermentoinnilla vähennettiin ilmavaivoja aiheuttavia oligosakkarideja sekä parannettiin aminohappo- ja mineraalikoostumusta. Bioprosessoidulla härkäpavulla saavutettiin kohtalaisia parannuksia ekstrudaattien mekaanisiin ominaisuuksiin. Lisäksi tutkittiin valikoitujen maitohappobakteerien vaikutuksia härkäpapujauhon ravitsemuksellisen arvon ja teknologisen toimivuuden parantamisessa. Fermentointi L. plantarum-kannalla lisäsi rapeusindeksiä 55 % sekä vähensi tuotteen kovuutta 45 % (25 % lisäystasolla). fi
dc.format.extent 87+16
dc.language.iso en en
dc.title Bioprocessing with enzymes and lactic acid bacteria for production of new functional faba bean ingredients en
dc.title Entsyymit ja maitohappobakteerit funktionaalisten härkäpapuainesosien bioprosessoinnissa fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword faba bean en
dc.subject.keyword exopolysaccharides en
dc.subject.keyword dextran en
dc.subject.keyword phytic acid en
dc.subject.keyword extrusion cooking en
dc.subject.keyword lactic acid bacteria fermentation en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201511205250
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 Nordström, Katrina
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