FLANDERS' FOOD RADAR

Hoe de gelsterkte van Ca2+-pectine gels wijzigen?

Op 16 december 2011 verdedigde Eugénie Doungla Ngouémazong (K.U.Leuven Labo Levensmiddelentechnologie) haar doctoraatswerk ‘Pectine fine structure and the rheological characteristics of Ca2+-pectin gels: towards understanding structure-function relations of pectin’.

Pectine, een plantaardig celwandpolysaccharide, is een natuurlijk, multifunctioneel ingrediënt in een brede waaier aan levensmiddelensystemen doordat het hen de gewenste textuur en reologische eigenschappen kan verlenen. Pectine dankt zijn veelvuldig gebruik vaak aan het vermogen om Ca2+-gels te vormen. De reologische karakteristieken van deze Ca2+-pectine gels, en dan voornamelijk de gelsterkte, worden beïnvloed door de structuureigenschappen van het lineaire homogalacturonandomein van pectine. Het gebruik van pectines met gewijzigde structuur hangt af van hun functionaliteit en dus van een gedetailleerd inzicht in de structuur-functie relaties van pectine. Die laatsten vormen dan ook het onderwerp van deze studie.

Eerst werd het effect van gedeeltelijke demethylesterificatie van homogalacturonan op de reologische eigenschappen van Ca2+-pectine gels bestudeerd. Pectines met variërende graad en patroon van methylverestering werden geproduceerd door gecontroleerde ontestering van hoogveresterd citruspectine met behulp van chemische saponificatie, fungaal pectin methylesterase (PME) of plantaardig PME. Het patroon van methylverestering (PM) werd gekwantificeerd aan de hand van de indicatieve parameter “absolute degree of blockiness” (DBabs). Mathematische relaties tussen de graad van methylverestering (DM) en DBabs van de pectines, geproduceerd via de verschillende ontesteringsmethodes, toonden duidelijk de verschillen in verdelingspatroon van de methylesters.

De gekarakteriseerde pectines werden vervolgens gebruikt voor het bereiden van Ca2+-pectine gels met onderscheiden Ca2+ concentraties. De reologische karakteristieken (gelontwikkeling, gelaard en gelsterkte) van de geproduceerde gels werden geëvalueerd met behulp van oscillatorische testen met kleine amplitude. Voor alle drie de ontesteringsmethodes varieerden de karakteristieken met Ca2+ concentratie, DM en DBabs. Afhankelijk van DBabs (voor de drie ontesteringsmethodes) werd de toename in gelsterkte niet enkel gerelateerd aan een toename in het aantal junctiezones per pectineketen, maar ook aan een toename in de grootte van de junctiezones en het aantal gedimeriseerde ketens in de gel.

In een tweede luik werd de invloed van gedeeltelijke depolymerisatie van de zijketens van rhamnogalacturonan I op de functionaliteit van pectine onderzocht. Wateroplosbaar pectine werd geëxtraheerd uit wortel en een deel ervan werd onderworpen aan een gecontroleerde wortel PME behandeling, zodat ontesterd pectine werd geproduceerd. Beide pectines werden vervolgens behandeld met een mengsel van endo-arabinanase en α-L-arabinofuranosidase. De gedeeltelijke onttakking van pectine resulteerde in een daling van het Ara gehalte met ongeveer 50%. Gels bereid met semiverdunde oplossingen van de partieel onttakte pectines vertoonden gelijkaardige ontwikkelingsprofielen als de overeenkomstige niet-onttakte polymeren. De eerstgenoemde gels vertoonden echter wel een lagere gelsterkte, een beperkter elastisch karakter en een zwakkere aard in vergelijking met de laatstgenoemde. Deze observaties suggereren dat naast Ca2+ brugvorming ook de aanwezigheid van lange Ara-bevattende zijketens een belangrijke rol speelt in de reologische karakteristieken van Ca2+-pectine gels.

In de praktijk vertonen deels ontesterde pectines vaak PMs die het resultaat zijn van gecontroleerde alsook van ongecontroleerde ontesteringsreacties. In een laatste luik werd getracht om het effect van dergelijke “gemengde” PMs op de reologische karakteristieken van Ca2+-pectine gels na te gaan, gebruikmakend van polygalacturonzuur (poly-D-GalA) als model voor onttakt pectine. Eerst werd een ongecontroleerde PM geïnduceerd via onvolledige chemische methylesterificatie. Vervolgens werd een gecontroleerde ontestering uitgevoerd (via chemische saponificatie, fungaal PME of plantaardig PME), zodat uiteindelijk partieel veresterde poly-D-GalAs (afgekort als mPGAs) met variërende DM en gemengde PM werden verkregen. De finale PMs van de mPGAs bleken niet enkel afhankelijk van de mate en de methode van het ontesteringsproces maar ook van de PM als gevolg van de initiële ongecontroleerde methylesterificatie. Hetzelfde gold voor de reologische karakteristieken van de afgeleide gels. De experimentele resultaten wezen ook op een bijdrage van extreem korte, niet-coöperatieve junctiezones tot de gelsterkte van Ca2+-mPGA gels.

Er kan worden besloten dat, naast de Ca2+ concentratie, ook de structuureigenschappen van zowel homogalacturonan als rhamnogalacturonan I verantwoordelijk zijn voor de reologische karakteristieken van Ca2+-pectine gels. Bovendien blijken alle modificatieprocessen van homogalacturonan de reologische eigenschappen van Ca2+-pectine gels cruciaal te bepalen. De verworven inzichten in de structuur-functie relaties van pectine zullen het mogelijk maken om potentiële applicaties van Ca2+-gels van hoogveresterde pectinesystemen te verkennen en het gebruik van laagveresterde pectines te verbreden. De bepaling van de exacte grootte en het exacte aantal junctiezones die pectinegels karakteriseren blijft echter een uitdaging.

Nuttige links