< Terug naar vorige pagina

Project

De relatie tussen de nanostructuur en functionele eigenschappen van pectine op basis van interactie met metaalionen.

Pectine is een celwandpolysacharide dat voornamelijk geëxtraheerd wordt uit de afvalstromen van de citrus- en appelverwerkende industrie en vaak gebruikt wordt als additief in onder andere groenten- en fruitgebaseerde levensmiddelen. De voornaamste toepassing is als gelerend agens omwille van zijn capaciteit om tweewaardige kationen te binden, zoals Ca2+. Deze functionaliteit van pectine wordt grotendeels beïnvloed door zijn structurele eigenschappen, in het bijzonder door de graad van methylverestering (degree of methylesterification, DM) en graad van bloksgewijsheid (absolute degree of blockiness, DBabs). De relatie tussen deze structuureigenschappen van pectine en de Ca2+ binding of gelering werden reeds uitgebreid bestudeerd. Desalniettemin ontbreekt tot op heden een fundamenteel inzicht in de interactie tussen pectine en Ca2+. Bovendien is zeer weinig informatie beschikbaar over hoe de structuureigenschappen van pectine de binding met andere tweewaardige kationen beïnvloeden, zoals Fe2+ of Zn2+. Nochtans bestaat de hypothese dat de binding van dergelijke kationen aan pectine kan leiden tot andere specifieke functionaliteiten. Zo kan bijvoorbeeld de binding van essentiële divalente kationen (zoals Zn2+) aan pectine leiden tot een verlaagde biotoegankelijkheid tijdens de vertering, wat mogelijk resulteert in mineraal deficiënties. Pectine is immers een dieetvezel die niet wordt afgebroken tijdens de vertering in de dunne darm. Daarnaast wordt verondersteld dat de binding van Fe2+ aan pectine kan resulteren in een vertraging van de lipide oxidatie in emulsie-gebaseerde levensmiddelen en dus bijdraagt tot het antioxiderend vermogen van pectine. Op die manier zou pectine kunnen fungeren als natuurlijk antioxidant en zo het gebruik van artificiële antioxidanten zoals ethyleendiaminetetraazijnzuur (EDTA) mogelijk reduceren, wat interessanter geacht wordt voor de consument. Bijgevolg is het doel van dit doctoraat om fundamenteel inzicht te verwerven in het effect van de DM en DBabs van pectine op de interactie met Fe2+, Zn2+ of Ca2+ en de geassocieerde functionaliteiten, in het bijzonder het antioxiderend vermogen en de rol in de Zn2+ biotoegankelijkheid.

Pectinestalen met vergelijkbare graad van methylverestering (DM) maar verschillende patronen (DBabs) werden aangemaakt via enzymatische (gebruik makend van wortel pectine methylesterase) of basische (met NaOH) demethylesterificatie startend van hoog-methylveresterd citruspectine. In eerste instantie werd de interactie van deze pectinestalen met Fe2+, Zn2+ of Ca2+ bestudeerd via evenwichts-adsorptie experimenten. Dit resulteerde in adsorptie-isothermen die werden gemodelleerd op basis van het Langmuir adsorptie-isotherm model ter kwantificatie van de maximale bindingscapaciteit en gerelateerde interactie-energie. De resultaten van deze studie toonden aan dat pectine met afnemende DM of toenemende DBabs meer Fe2+, Zn2+ of Ca2+ kon binden. De maximale bindingscapaciteit was bovendien voornamelijk beïnvloed door de DM, terwijl de interactie-energie eerder door de DBabs bepaald werd. De pectinestalen vertoonden de hoogste bindingscapaciteit en interactie-energie voor Zn2+, gevolgd door Ca2+ en Fe2+. Daarnaast werden ook de thermodynamische eigenschappen van de pectine-kation interacties, in het bijzonder de pectine-Zn2+ binding, bestudeerd door isotherme titratie calorimetrie (ITC). Deze resultaten vormden een aanvulling op deze van de evenwichts-adsorptie experimenten. ITC toonde immers aan dat de Zn2+ binding aan pectine een endotherme reactie is, waarbij een positieve entropieverandering de ongunstige endothermische enthalpieverandering domineerde. De pectine-Zn2+ interactie verloopt daarnaast via een twee-stap mechanisme met eerst monocomplexatie en de vorming van point-like cross-links, gevolgd door dimerizatie.

Vervolgens werd bestudeerd in welke mate de DM en DBabs van pectine en de gerelateerde interactie met Zn2+ invloed hadden op de Zn2+ biotoegankelijkheid. Dit werd verwezenlijkt door het uitvoeren van een in vitro gesimuleerde vertering van pectineoplossingen die werden aangereikt met Zn2+. Een afnemende DM of toenemende DBabs resulteerde in een dalende Zn2+ biotoegankelijkheid, wat te wijten is aan een grotere bindingscapaciteit van pectine. Desalniettemin bleken kleinere hoeveelheden Zn2+ biotoegankelijk te zijn dan verwacht kon worden op basis van de eerder vastgestelde maximale Zn2+-bindingscapaciteit van pectine. Dit wijst op mogelijke binding van Zn2+ aan galzouten of enzymen die tijdens de in vitro gesimuleerde vertering werden toegevoegd. Daarnaast werd de mogelijk competitie tussen Ca2+ en Zn2+ voor binding aan pectine tijdens de digestie onderzocht en een lage concentratie Ca2+ (ongeveer 0.33 mM) had geen duidelijk effect op de Zn2+ biotoegankelijkheid.

Met het oog op het gebruik van natuurlijke antioxidanten ter reductie van synthetische, werd tot slot het antioxiderend vermogen van de pectinestalen bestudeerd in lijnzaad/zonnebloem olie-in-water (o/w) emulsies (5% w/v), die werden aangereikt met Fe2+. Het peroxidegetal werd bepaald in functie van de bewaartijd. Laag DM pectine en een verhoogde pectine concentratie hadden een positief effect op het antioxiderend vermogen omwille van een verhoogde Fe2+ bindingscapaciteit. Het antioxiderend vermogen van pectine was echter lager dan dit van EDTA. Bovendien destabiliseerde pectine de o/w emulsie door flocculatie (bridging of depletion flocculation). 

 

Datum:1 okt 2014  →  31 dec 2018
Trefwoorden:Pectine met metaalionen
Disciplines:Levensmiddelenwetenschappen en (bio)technologie, Microbiologie, Systeembiologie, Laboratoriumgeneeskunde, Andere chemie, Voeding en dieetkunde, Productie van landbouwdieren, Engineering van biomaterialen, Biologische systeemtechnologie, Biomateriaal engineering, Biomechanische ingenieurswetenschappen, Andere (bio)medische ingenieurswetenschappen, Milieu-ingenieurswetenschappen en -biotechnologie, Industriële biotechnologie, Andere biotechnologie, bio-en biosysteem ingenieurswetenschappen
Project type:PhD project