Occurrence and properties of steryl ferulates and glycosides in wheat and rye

Cereal kernels are known to contain a number of minor components that possess beneficial health attributes. In this thesis rye and wheat were studied as sources of steryl ferulates and steryl glycosides and their behaviour in processing were evaluated. Further, enzymatic hydrolysis of these conjugates was studied, as well as the capacity of steryl ferulates to inhibit lipid oxidation at different temperatures. Steryl ferulates were shown to have a strong positive correlation with dietary fibre contents in milling fractions from the outer parts of the kernels obtained from a commercial scale mill. Highest contents of steryl ferulates were found in the bran in both cereals, with the content decreasing once moving towards the inner parts of the kernel. Variation in the contents of steryl ferulates was higher in wheat fractions than rye fractions. Steryl glycosides, on the other hand, had either negative or no correlation with dietary fibre, and the range of the steryl glycoside contents was much narrower than that of steryl ferulates in both cereals. There were significant differences in the sterol compositions of these steryl conjugates when compared with each other or with the total plant sterols in the corresponding fractions. Properties of steryl ferulates and steryl glycosides were evaluated after common processing methods and in enzymatic hydrolysis. Thermal and mechanical processing had only minor or no effects on the contents of steryl conjugates from rye and wheat bran. Enzymatic treatments on the other hand caused some changes, especially in the contents of glycosylated sterols. When steryl ferulates extracted from rye or wheat bran were subjected to enzymatic treatments by steryl esterase, significant differences in the rates of hydrolysis were observed between steryl ferulates from different sources with differing sterol compositions. Further, differences were also observed between enzymes from different sources. Steryl glycosides were shown to be hydrolysed by β-glucosidase (cellobiase) from A. niger, but less with β-glucosidases from other sources. Steryl ferulates showed good antioxidant activity at both moderate and high temperatures. In bulk and emulsion systems of methyl linoleate at 40°C steryl ferulates extracted from rye and wheat bran inhibited hydroperoxide formation much more effectively than synthetic steryl ferulates or those extracted from rice (γ-oryzanol), demonstrating that the sterol composition has an effect on the activity. At cooking (100°C) and frying temperatures (180°C) sitostanyl ferulate was shown to inhibit polymer formation significantly and, especially at 100°C, comparably to α-tocopherol. The rate of antioxidant degradation was slower for sitostanyl ferulate, showing higher heat stability than α-tocopherol. When evaluated as a mixture, no synergistic effect was observed between these two antioxidants. The data presented in this thesis provides information that may henceforth be applied when evaluating the intakes of steryl conjugates from cereal sources, as well as their possible influences as minor bioactive components. Wheat and rye both are good sources of steryl ferulates and steryl glycosides and, especially with steryl ferulates, what may be lost out to some other cereals on quantity is compensated with quality of the sterol composition.

Viljatuotteet sisältävät useita bioaktiivisia yhdisteitä, kuten kasvisterolit, fenoliset hapot, tokoferolit, folaatit ja alkyyliresorsinolit, joiden pitoisuudet viljoissa saattavat olla verrattain pieniä, mutta joilla tiedetään olevan positiivisia vaikutuksia ihmisten aineenvaihdunnassa. Näiden ravinnon pienkomponenttien tutkimus on viimeaikoina lisääntynyt merkittävästi, sillä niiden arvellaan tehostavan ravintokuidun positiivisia terveysvaikutuksia. Näitä "kuidun kanssamatkustajia" tiedetään löytyvän erityisesti täysjyväviljatuotteista sekä jyvän ulompia kuoriosia sisältävistä kuitupitoisista myllytysjakeista. Väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin viljamateriaaleille tyypillisten steryyliferulaattien sekä steryyliglykosidien esiintymistä rukiissa ja vehnässä. Steryyliferulaatit ovat kasvisterolien ja fenolisen ferulahapon muodostamia estereitä ja steryyliglykosidit puolestaan kasvisterolien hiilihydraattijohdoksia. Pitoisuusmääritysten lisäksi tutkittiin erilaisten prosessointimenetelmien mahdollista vaikutusta sterolijohdosten pitoisuuksiin ja saatavuuteen leseistä, sekä sterolijohdosten entsymaattista pilkkoutumista. Lisäksi analysoitiin steryyliferulaattien hapettumisenestokykyä erilaisissa lämpötiloissa ja mallisysteemeissä. Sekä rukiin että vehnän steryyliferulaattipitoisuus korreloi vahvasti myllytysnäytteiden ravintokuitupitoisuuden kanssa, eli jyvien uloimmista kerroksista olevissa näytteissä, joissa kuitupitoisuus oli suuri, myös steryyliferulaattien pitoisuus oli suuri. Hajonta erilaisten myllytysnäytteiden steryyliferulaattipitoisuuksissa oli huomattavasti isompi erilaisten vehnä- kuin ruisnäytteiden välillä. Steryyliglykosidien pitoisuuksissa ei havaittu vastaavaa positiivista korrelaatiota kuitupitoisuuden kanssa ja pitoisuuksien vaihtelu eri näytteiden välillä oli huomattavasti pienempi kuin steryyliferulaattipitoisuuksien hajonta. Steryyliferulaattien ja steryyliglykosidien sterolikoostumukset poikkesivat sekä toisistaan että kokonaissterolikoostumuksesta merkittävästi. Prosessoinnin vaikutuksia steryyliferulaattien ja -glykosidien pitoisuuksiin tutkittiin erilaisten mekaanisten, lämpö- ja entsymaattisten käsittelyiden jälkeen. Tutkituista käsittelymenetelmistä mekaaniset ja lämpökäsittelyt eivät juurikaan muuttaneet sterolijohdosten pitoisuuksia ruis- ja vehnäleseissä. Sen sijaan entsymaattiset käsittelyt vaikuttivat erityisesti steryyliglykosidien pitoisuuksiin sekä yleisesti ottaen sterolien saatavuuteen leseistä. Prosessoinnin vaikutusten lisäksi leseestä eristettyjen steryyliferulaattien ja steryyliglykosidien entsymaattista pilkkoutumista tutkittiin mallikokeissa. Steryyliesteraasi-entsyymi pilkkoi rukiin ja vehnän steryyliferulaatteja tehokkaammin kuin riisistä eristettyjä steryyliferulaatteja, joiden sterolikoostumus on erilainen. Steryyliglykosidit hydrolysoituivat mikrobiperäisellä β-glukosidaasilla, mutta esimerkiksi mantelin β-glukosidaasi ei tutkimuksen koeolosuhteissa pilkkonut steryyliglykosideja. Hydrolysoitumisominaisuuksien lisäksi rukiin ja vehnän steryyliferulaatit osoittautuivat riisin steryyliferulaatteja tehokkaammiksi myös hapettumisen estäjinä eli antioksidantteina. Antioksidanttitehokkuutta arvioitiin erilaisissa rasvamalleissa (bulkkirasva ja emulsiot) ja lämpötiloissa (ml. keitto- ja paistolämpötilat). Steryyliferulaattien antioksidanttiteho oli alhaisempi kuin hyvin tunnetun antioksidantin, α-tokoferolin. Toisaalta steryyliferulaattien tuhoutuminen mallisysteemissä oli α-tokoferolin tuhoutumista hitaampaa. Steryyliferulaatin ja α-tokoferolin hapettumisenestokyvyssä ei havaittu synergististä yhteisvaikutusta. Väitöskirjatutkimuksessa saatuja tuloksia voidaan hyödyntää arvioitaessa steryyliferulaattien ja -glykosidien saantia ruis- ja vehnätuotteista, sekä arvioitaessa niiden ominaisuuksia ravinnon hyödyllisinä bioaktiivisina yhdisteinä. Ruis ja vehnä ovat erittäin hyviä steryyliferulaattien ja -glykosidien lähteitä ja erityisesti steryyliferulaattien kohdalla niiden optimaalinen sterolikoostumus antaa lisäarvoa verrattaessa eri viljalajeja steryyliferulaattien lähteenä.

unknown accessibility

ei tietoa saavutettavuudesta

okänd tillgänglighet