Inleiding
Variaties in tarwekwaliteit zijn een grote zorg voor de tarweverwerkende industrie, gezien ze zowel kleine continue als grote jaar-tot-jaar aanpassingen van de procescondities vergen en de kwaliteit van het eindproduct kunnen wijzigen. Dergelijke kwaliteitsvariaties kunnen niet alleen veroorzaakt worden door glutenproteïnen en a-amylasen, maar ook doorarabinoxylanen, xylanasen en xylanase-inhibitoren. In haar doctoraatsonderzoek ging Emmie Dornez op zoek naar de variabiliteit en verdeling van arabinoxylanen, xylanasen en xylanase-inhibitoren in tarwe en hun invloed op de tarwekwaliteit voor broodbereiding
ArabinoxylanenArabinoxylanen (AX) zijn niet-zetmeel polysachariden die voorkomen in celwanden van granen (en werden vroeger ook wel pentosanen genoemd). Ze komen voor onder twee vormen: waterextraheerbare AX (WE-AX) en niet-waterextraheerbare AX met verschillende fysico-chemische eigenschappen. Deze unieke functionele eigenschappen maken dat zij een sterke invloed hebben graangebaseerde processen en eindproductkwaliteit.
Xylanasen Xylanasen worden vaak beschouwd als de belangrijkste AX-afbrekende enzymen, gezien ze AX intern knippen en zo een grote invloed hebben op hun functionele eigenschappen.
Xylanase-inhibitoren In tarwe komen ook verschillende xylanase-inhibitoren voor, met name TAXI, XIP en TLXI, die microbiële xylanasen inactiveren. Belang van deze drie componenten
Gezien het gekende belang van deze drie componenten bij de onder andere de productie van brood, pasta en bier, de gluten-zetmeelscheiding en de bewaring van gekoelde degen, kan verwacht worden dat variaties in de gehaltes van deze componenten geassocieerd met tarwe eveneens een impact zullen hebben op de kwaliteit voor tarweverwerkende toepassingen. |
Karakterisering en kwantificering van tarwegeassocieerde xylanasen
De xylanasen die voorkomen op tarwe worden niet enkel door de plant zelf aangemaakt, maar zijn ook deels afkomstig van micro-organismen die voorkomen op de buitenste lagen van de tarwekorrels.
Gezien alle courante methoden om xylanase-activiteiten in tarwe te meten wellicht de eigenlijke xylanase-activiteit onderschatten, werd een nieuwe methode ontwikkeld om alle tarwegeassocieerde xylanasen op een geschikte manier te bepalen. De methode was gebaseerd op een fysische scheiding van de microbiële xylanasen van de endogene xylanasen en xylanase-inhibitoren door tarwekorrels te wassen, gevolgd door klassieke xylanase-activiteitsmetingen. De totale tarwekorrelgeassocieerde xylanase-activiteit kon dan berekend worden als de som van de xylanase-activiteit in de wasvloeistof, overeenkomend met de microbiële xylanasepopulatie, en deze in de gewassen korrels, overeenkomend met de endogene xylanasepopulatie. De nieuw ontwikkelde methode laat niet enkel toe om totale xylanase-activiteiten te bepalen, maar ook om de bijdrages van microbiële en endogene xylanasen tot deze totale xylanase-activiteit in te schatten.
De resultaten toonden aan dat een grote discrepantie bestond tussen de courant gemeten schijnbare xylanase-activiteiten en de totale tarwegeassocieerde xylanase-activiteiten door de aanwezigheid van een overgrote meerderheid van inhibitiegevoelige microbiële xylanasen in tarwe.
Variabiliteit van AX, xylanasen en xylanase-inhibitoren in tarwe als functie van genetische, klimatologische en agronomische factoren
Tarwevariëteit blijkt de belangrijkste bepalende factor voor de variabiliteit in microbiële xylanasen, terwijl de interactie tussen variëteit en oogstjaar bepalend is voor het grootste deel van de variabiliteit in endogene xylanasen (zie Tabel). De impact van oogstjaar op de geobserveerde variabiliteit is zeer waarschijnlijk te wijten aan verschillen in klimatologische condities. Jammer genoeg is dit niet iets wat tarweproducenten in de hand hebben. Eén manier om de effecten van klimatologische omstandigheden te controleren is het veranderen van de oogstdatum, uiteraard enkel als de omstandigheden een dergelijke keuze toelaten. Verder werd het duidelijk dat agronomische factoren, zoals fungicidebehandeling en N-bemesting, slechts beperkte invloed hebben op de tarwegeassocieerde xylanase-activiteiten.
De variabiliteit in AX en xylanase-inhibitoren werd ook bestudeerd en blijkt voornamelijk functie van genetische verschillen tussen variëteiten. Selectie van geschikte tarwevariëteiten kan dus een efficiënte manier zijn om problemen veroorzaakt door een dergelijke variabiliteit te reduceren.
Tabel: Ranges en gemiddelde waarden per jaar voor AX (%), xylanase (EU/g) en xylanase-inhibitorgehaltes (ppm) in tarwekorrels van 6 variëteiten geoogst in 3 jaren en schatting van de bijdrages van variëteit (V), oogstjaar (J), hun covariatie (VxJ) en niet-verklaarbare variabiliteit (Res.) tot de totale variabiliteit (100 %).
| Range | Gemiddelde per jaar | Verklaarde variabiliteit (%) | |||||||
| 2002 | 2003 | 2004 | 2002 | 2003 | 2004 | (V) | (J) | (V*J) | Res. |
Totaal AX | 6.6-7.0 | 6.1-7.2 | 5.8-7.1 | 6.72a | 6.52a | 6.62a | 18 | 0 | 35 | 46 |
WE-AX | 0.6-0.9 | 0.5-1.0 | 0.4-0.7 | 0.72a | 0.62b | 0.56b | 57 | 37 | 5 | 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Endogeen xylanase | 0.2-2.5 | 0.1-0.3 | 0.1-0.5 | 0.70a | 0.12b | 0.14b | 21 | 19 | 57 | 3 |
Microbieel xylanase | 0.5-3.7 | 0.2-1.5 | 0.5-2.8 | 1.49a | 0.69b | 1.17ab | 63 | 15 | 19 | 3 |
Totaal xylanase | 0.8-6.3 | 0.3-1.8 | 0.6-3.3 | 2.19a | 0.81b | 1.31ab | 52 | 17 | 30 | 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
TAXI | 28-107 | 17-126 | 58-138 | 81b | 91ab | 110a | 77 | 16 | 3 | 4 |
XIP | 263-331 | 253-353 | 193-355 | 299a | 303a | 281a | 69 | 3 | 17 | 10 |
Legende: waarden met eenzelfde letter in één rij zijn niet significant verschillend van elkaar; res.=residueel
Verdeling van AX, xylanasen en xylanase-inhibitoren over industriële maalstromen
De verdeling van xylanasen over verschillende maalstromen werd onderzocht, samen met de variabiliteit van AX en xylanase-inhibitoren en meer standaard parameters, zoals as-, zetmeel- en proteïnegehaltes en a-amylase-activiteiten. Zemelfracties waren significant rijker aan xylanase-activiteiten en aan AX en xylanase-inhibitorgehaltes dan de kiemfractie, en nog meer, dan de bloemfracties. Xylanase-activiteiten varieerden enorm tussen de verschillende bloemfracties en waren sterk positief gecorreleerd met het asgehalte en negatief met het zetmeelgehalte. Dit toont aan dat de xylanase-activiteit in bloem sterk afhangt van de hoeveelheid zemelcontaminatie en dat microbiële en/of aleuronspecifieke xylanasen, die voorkomen in de buitenste korrellagen, als contaminatie in bloem terechtkomen.
Impact van tarwegeassocieerde xylanasen op deeg- en broodbereiding
Gezien aangetoond werd dat de xylanase-activiteiten sterk variëren in tarwe(bloem) werd de impact van variërende gehaltes aan xylanase-activiteit in tarwebloem op de AX-populatie in deeg na mengen en rusten bestudeerd. Het in oplossing gaan van AX tijdens de mengfase van de broodbereiding werd voornamelijk door fysische fenomenen veroorzaakt. Enzymatische solubilizatie kwam amper voor, wellicht omwille van de relatief korte mengtijd. Tijdens dedeegrust waren de hoeveelheid WE-AX en het gehalte aan reducerende xylose die gevormd werden goed gecorreleerd met de xylanase-activiteit van de bloem. Dit toont aan dat de AX-hydrolyse gebeurde door tarwebloemgeassocieerde xylanasen. De effecten van de tarwebloemgeassocieerde xylanasen op de AX-populatie tijdens deeg en broodbereiding werden voornamelijk veroorzaakt door endogene xylanasen. De bijdrage van microbiële xylanasen was over het algemeen beperkt, wat verklaard kan worden door ofwel een beperkte contaminatie van tarwebloem met microbiële enzymen tijdens vermalen of door een sterke inactivatie van deze microbiële xylanasen die in bloem terecht komen bij vermaling door xylanase-inhibitoren. De maximaal mogelijke effecten van alle tarwekorrelgeassocieerde microbiële xylanasen zijn echter veel groter, wat variabiliteitsproblemen kan veroorzaken bij verwerking van tarwemeel.
Bron
Emmie Dornez en Christophe Courtin
Doctoraatsthesis Emmie Dornez (2007): ‘Inzicht in de verdeling en variabiliteit van endoxylanasen in tarwe en hun functionaliteit tijdens de broodbereiding' – promotoren prof. Jan Delcour en prof. Christophe Courtin (Katholieke Universiteit Leuven)
