Mannans as film formers and emulsion stabilizers

Mannans are abundant plant polysaccharides found in the endosperm of certain leguminous seeds (guar gum galactomannan, GG; locust bean gum galactomannan, LBG), in the tuber of the konjac plant (konjac glucomannan, KGM), and in softwoods (galactoglucomannan, GGM). This study focused on the effects of the chemical structure of mannans on their film-forming and emulsion-stabilizing properties. Special focus was on spruce GGM, which is an interesting new product from forest biorefineries. A plasticizer was needed for the formation of films from mannans other than KGM and the optimal proportion was 40% (w/w of polymers) glycerol or sorbitol. Galactomannans with lower galactose content (LBG, modified GG) produced films with higher elongation at break and tensile strength. The mechanical properties of GG-based films were improved by decreasing the degree of polymerization of the polysaccharide with moderate mannanase treatments. The improvement of mechanical properties of GGM-based films was sought by blending GGM with each of poly(vinyl alcohol) (PVOH), corn arabinoxylan (cAX), and KGM. Adding other polymers increased the elongation at break of GGM blend films. The tensile strength of films increased with increasing amounts of PVOH and KGM, but the effect of cAX was the opposite. Dynamic mechanical analysis showed two separate loss modulus peaks for blends of GGM and PVOH, but a single peak for all other films. Optical and scanning electron microscopy confirmed good miscibility of GGM with cAX and KGM. In contrast, films blended from GGM and PVOH showed phase separation. GGM and KGM were mixed with cellulose nanowhiskers (CNW) to form composite films. Addition of CNW to KGM-based films induced the formation of fiberlike structures with lengths of several millimeters. In GGM-based films, rodlike structures with lengths of tens of micrometers were formed. Interestingly, the notable differences in the film structure did not appear to be related to the mechanical and thermal properties of the films. Permeability properties of GGM-based films were compared to those of films from commercial mannans KGM, GG, and LBG. GGM-based films had the lowest water vapor permeability when compared to films from other mannans. The oxygen permeability of GGM films was of the same magnitude as that of commercial polyethylene / ethylene vinyl alcohol / polyethylene laminate film. The aroma permeability of GGM films was low. All films were transparent in the visible region, but GGM films blocked the light transmission in the ultraviolet region of the spectra. The stabilizing effect of GGM on a model beverage emulsion system was studied and compared to that of GG, LBG, KGM, and cAX. In addition, GG was enzymatically modified in order to examine the effect of the degree of polymerization and the degree of substitution of galactomannans on emulsion stability. Use of GGM increased the turbidity of emulsions both immediately after preparation and after storage of up to 14 days at room temperature. GGM emulsions had higher turbidity than the emulsions containing other mannans. Increasing the storage temperature to +45 ºC led to rapid emulsion breakdown, but a decrease in storage temperature increased emulsion stability after 14 days. A low degree of polymerization and a high degree of substitution of the modified galactomannans were associated with a decrease in emulsion turbidity.

Viilin varahapatteen kehittäminen

Kirjallisuuskatsauksessa käsiteltiin viiliä hapanmaitotuotteena, viilin arviointimenetelmiä sekä viilihapatteissa käytettyjen hapatekantojen vaikutuksia maidossa ja niiden vuorovaikutuksia toisiinsa. Lisäksi pohdittiin viilihapatteiden bakteriofaageja, niiden ehkäisyä sekä solunsisäisiä että -ulkoisia faagiresistenssimekanismeja. Kokeellisessa osassa tutkittiin, onko nykyisten tuotantohapatteiden koostaminen yksittäiskannoista mahdollista, sekä koostettiin uusista Lactococcus lactis ssp. cremoris -kannoista varahapate. Hapatteiden käyttökelpoisuutta tutkittiin rakennemittauksin ja aistinvaraisin menetelmin. Varahapatteen faagikestävyyttä testattiin valmistamalla viiliä ja infektoimalla viilit faaginäytteillä. Hapatekannat viljeltiin fermentorissa, konsentroitiin sentrifugoimalla ja pakastettiin –75 °C:ssa. Hapatteet koostettiin noin 1 päivä ennen viilin valmistusta. Viilit arvioitiin aistinvaraisesti 3–6 hengen ryhmässä ja viileille tehtiin rakennemittaukset (kiinteys, sakeus ja koossapysyvyys) sekä kemialliset analyysit. Aistinvaraisen arvioinnin tulokset käsiteltiin tilastollisesti ja tulosten perusteella tehtiin uudet kantakombinaatiot ja viilit. Tuotantohapatekannoilla valmistetut viilit arvioitiin kolmitestillä (n = 10–11) ja uusilla kannoilla valmistetut viilit arvioitiin profiilitestillä (n = 8). Lisäksi viileille tehtiin rakennemittaukset ja kemialliset analyysit. Varahapatekoosteilla valmistettujen viilien pH laski 4,5:een faagin läsnäollessa 0–10 tunnin viiveellä verrattuna faagivapaisiin viileihin, kun taas tuotantohapatteet eivät hapantuneet faagin läsnäollessa. Aromintuottajat eivät kasvaneet viileissä kunnolla, kun hapate koostettiin yksittäiskannoista. Kolmitestissä ei erotettu nykyisillä tuotantohapatteilla valmistettua viiliä yksittäin koostetusta hapatteesta, eli hapatteita on mahdollista koostaa yksittäiskannoista. Varahapatteilla koostetut viilit poikkesivat profiilitestissä tuotantohapatteella koostetusta viilistä ulkonäkö- ja rakenneominaisuuksiltaan. Makuominaisuuksien suhteen ei viilien välille saatu eroa.

Ruismallasuute vähägluteenisessa kauraleivonnassa

Tutkielman kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin kauran leivontateknologisia ominaisuuksia, entsyymiaktiivista leivontaa ja ruismaltaan hyödyntämistä vähägluteenisessa leivonnassa. Kokeellisessa osiossa tutkittiin ruismallashapantaikinasta valmistetun uutteen vaikutusta kaurataikinan viskositeettiin ja kauraleivän ominaisuuksiin. Työn tarkoituksena oli kehittää maultaan ja rakenteeltaan onnistunut rukiinmakuinen kauraleipä. Ruismaltaan entsyymien annettiin pilkkoa keliaakikolle haitallisia rukiin prolamiineja hapantaikinaprosessissa. Hapantaikinasta erotettiin uute sentrifugoimalla. Leivontakokeisiin käytettiin entsyymiaktiivista ja kuumentamalla inaktivoitua uutetta. Uutteella korvattiin taikinavettä 15, 25 ja 30 % (taikinan painosta). Leivonta toteutettiin miniatyyrikoossa, vuokaleivontana 20 g:n taikinapaloja käyttäen. Taikinoiden viskositeetti mitattiin tarkoituksena seurata beetaglukaanin hydrolyysiä. Rukiin makua mitattiin koulutetun raadin avulla. Happaman uutteen lisäys laski taikinan pH-arvoa noin 5,8:sta noin 4,4:ään. Entsyymiaktiivisen uutteen lisäys laski taikinan viskositeettia ja inaktivoitu uute puolestaan kasvatti sitä. Leipien sisus tiivistyi, jolloin mitatut sisuksen kovuudet kasvoivat uutteen lisäyksen myötä. Uutelisäys paransi leipien makua ja aromia. Uutteen vaikutuksesta leipien huokoset olivat pienempiä ja ne jakaantuivat tasaisemmin leipämatriisiin. Jos uutetta käytettiin inaktivoituna, leipien murenevuus kasvoi. Tutkimuksessa kehitetyn teknologian avulla oli mahdollista valmistaa hyvänlaatuinen, rukiinmakuinen kauraleipä myös ilman että uutteen entsyymit inaktivoitiin keittämällä. Tähän vaikutti ilmeisesti taikinan alhainen pH, joka inhiboi alfa-amylaasia, ja kauratärkkelyksen korkea liisteröitymislämpötila, jolloin entsyymien inaktivoituminen paiston aikana tapahtui ennen kuin tärkkelys tuli alttiiksi liialliselle pilkkoutumiselle. Tämä mahdollistaa uutteen käytön osana leivontaprosessia ilman inaktivointia. Hapantaikinafermentaatio osana gluteenitonta leivontaa havaittiin toimivaksi yhdistelmäksi, sillä se paransi leivän väriä, makua ja rakennetta. Myös leivän homeeton aika parani jo vähäisenkin uutelisäyksen vaikutuksesta. Näyttää siltä, että tämän teknologian avulla on mahdollista tuoda esille pitkään kaivattua rukiin makua vähägluteenisten kauraleipien valikoimassa. Laskennallisesti ja aiempiin tuloksiin tukeutuen, voitiin päätellä, että leivän prolamiinipitoisuudessa on mahdollista päästä tasolle 63,5 mg/kg, mutta jatkokehityksen avulla päästäisiin luultavasti vielä parempiin tuloksiin.