< Terug naar vorige pagina
Pectine, een belangrijke component in de celwand van planten, draagt bij tot de integriteit en stevigheid van plantenweefsels. Deze polysacharide heeft bijgevolg een grote invloed op de textuur en reologische kenmerken van fruit- en groentegebaseerde levensmiddelen. De functionele eigenschappen van pectine hangen af van de moleculaire structuur van dezemacromolecule, die zowel enzymatisch als niet-enzymatisch gewijzigd kanworden. Tijdens levensmiddelenprocesvoering treden verschillende wijzigingen op in de structuur van pectine waardoor deze celwandcomponent een belangrijk aandachtspunt vormt voor voedingstechnologen die de textuur en reologische eigenschappen van plantgebaseerde producten willen sturen.Tot nu toe werd de proces-structuur-functie relatie van pectine in levensmiddelen hoofdzakelijk onderzocht door middel van fysisch-chemische analyses van geïsoleerd celwandmateriaal, waardoor ruimtelijke informatie verloren gaat. Vandaag de dag bieden monoklonale anti-pectine antilichamen, oorspronkelijk ontwikkeld in de context van de plantcelwandbiologie,nieuwe mogelijkheden aangezien deze probes de exacte lokalisatie van welbepaalde pectinestructuren in intacte celwanden in plantenweefsels toelaten. Antilichamen die aan het homogalacturonan(HG)-deel van pectine binden zijn van bijzonder belang voor levensmiddelentechnologen. HG in het algemeen en de methylveresteringsgraad (DM) van HG in het bijzonder bepalen namelijk sterk de functionaliteit van pectine in levensmiddelen. Hetdoel van deze studie was om de anti-HG antilichamen in een geïntegreerde methodologische aanpak te implementeren om zo diepgaand inzicht te verwerven in de structuur-functie relatie van pectine gedurende de procesvoering van plantgebaseerde levensmiddelen.</>
In een eerste stap werd het potentieel van de anti-HG antilichamen om het effect van procesvoering op pectine in fruit en groenten na te gaan onderzocht. In het bijzonder werden de bindingsspecificiteiten van deze probes ten opzichte van pectines en gemethoxyleerde polygalacturonzuren met een welbepaalde graad en een welbepaald patroon van ontestering bepaald. Om deze monoklonale antilichamen in situ</> te kunnen gebruiken in levensmiddelen werd bovendien een microscopische methode ontwikkeld en geïmplementeerd. Vervolgenswerden vier verschillende casestudies</> uitgevoerd (op broccoliweefsel, broccolipuree, wortelpuree en tomaatgebaseerde suspensies) waarin de proces-structuur-functie relaties van pectine werden onderzocht door middel van een combinatie van traditionele, fysisch-chemische analyses van pectine en het ex situ</> en in situ</> gebruik van anti-HG antilichamen.Broccoli, wortel en tomaat werden onderworpen aan verscheidene thermische, hogedruk en mechanische behandelingen waardoor de structuur van pectine, en bijgevolg de functionele eigenschappen van deze polysacharide, wijzigden.</>
Thermische procesvoering van broccoli en wortel veroorzaakte een thermosolubilisatie en β-eliminatieve depolymerisatie van pectine. Hierdoor verzwakte de adhesie tussen aangrenzende cellen en werd broccoliweefsel zacht, terwijl syneresisfenomenen in broccoli- en wortelpuree beperkt werden. In situ</> visualisatie van pectine met de anti-HG antilichamen JIM7 en LM20 toonde aan dat hoogveresterde, wateroplosbare pectinepolymeren na thermische behandeling loskwamen van de celwand. Voorbehandelingen die de activiteit van pectinmethylesterase (PME) stimuleerden resulteerden daarentegen in een daling van de DM van pectine en,overeenkomstig, een toename in Ca2+-gebonden pectine ten koste van zwakgebonden wateroplosbaar pectine. De versterkte intercellulaire adhesie zorgde voor een verminderde textuurdegradatie van broccoliweefsel tijdens de daaropvolgende thermische behandeling en een hogere weerstand van broccoli- en wortelweefsel tegen fysische desintegratie bij pureebereiding. Voor wortel werd deze wijziging in pectinestructuur gereflecteerd in een puree met hoge consistentie en een grote mate van scheiding tussen de serum- en pulpfase. Het anti-HG antilichaam PAM1 onthulde dat procesgeïnduceerde ontestering van pectine door endogeen PME voornamelijk plaatsvond in de tricellulaire juncties van aangrenzende cellen in broccoli enin onderscheiden regios van de celwand, grenzend aan het plasmamembraan, in wortel. In tomaat hingen procesgeïnduceerde pectinewijzigingen niet enkel af van de activiteit van PME, maar ook van de activiteit van hetdepolymeriserend enzym polygalacturonase (PG). Wanneer PG selectief werd geïnactiveerd, meer bepaald in hogedruk behandelde tomaten, leidde de demethoxylatie van pectine door PME tot een stijging in de hoeveelheid Ca2+-gebonden pectine en een sterkere intercellulaire adhesie, net als inbroccoli en wortel. Immunolabeling van pectine toonde aan dat in intacte tomaten de ontestering van pectine endogeen gereguleerd was door de fysische beperking van PME-activiteit in de celwand terwijl in gedesintegreerde tomaten intensieve ontestering van pectine kon optreden in de volledige celwand. Hogedruk homogenisatie, een mechanische behandeling gebruikt om een sterkere weefseldesintegratie te bekomen, beïnvloedde ten slotte de pectineoplosbaarheid afhankelijk van de plantenmatrix. </>
</>Dit werk toont aan dat anti-HG antilichamen zeer bruikbaar zijn om de proces-structuur-functie relaties van pectine in levensmiddelen op te helderen. Deze probes bieden namelijk de mogelijkheid om lokale veranderingen in pectinestructuur in situ</> na te gaan. De resultaten vormen een wetenschappelijke basis om aandachtspunten in de context van de textuur enreologische kenmerken van plantgebaseerde levensmiddelen tijdens procesvoering te identificeren en zo mogelijk de kwaliteit van levensmiddelen bij te sturen.</></>
Project
Structuur-functie eigenschappen van pectine: de rol van in situ pectinenetwerkvorming in weefselsystemen.
Pectine, een belangrijke component in de celwand van planten, draagt bij tot de integriteit en stevigheid van plantenweefsels. Deze polysacharide heeft bijgevolg een grote invloed op de textuur en reologische kenmerken van fruit- en groentegebaseerde levensmiddelen. De functionele eigenschappen van pectine hangen af van de moleculaire structuur van dezemacromolecule, die zowel enzymatisch als niet-enzymatisch gewijzigd kanworden. Tijdens levensmiddelenprocesvoering treden verschillende wijzigingen op in de structuur van pectine waardoor deze celwandcomponent een belangrijk aandachtspunt vormt voor voedingstechnologen die de textuur en reologische eigenschappen van plantgebaseerde producten willen sturen.Tot nu toe werd de proces-structuur-functie relatie van pectine in levensmiddelen hoofdzakelijk onderzocht door middel van fysisch-chemische analyses van geïsoleerd celwandmateriaal, waardoor ruimtelijke informatie verloren gaat. Vandaag de dag bieden monoklonale anti-pectine antilichamen, oorspronkelijk ontwikkeld in de context van de plantcelwandbiologie,nieuwe mogelijkheden aangezien deze probes de exacte lokalisatie van welbepaalde pectinestructuren in intacte celwanden in plantenweefsels toelaten. Antilichamen die aan het homogalacturonan(HG)-deel van pectine binden zijn van bijzonder belang voor levensmiddelentechnologen. HG in het algemeen en de methylveresteringsgraad (DM) van HG in het bijzonder bepalen namelijk sterk de functionaliteit van pectine in levensmiddelen. Hetdoel van deze studie was om de anti-HG antilichamen in een geïntegreerde methodologische aanpak te implementeren om zo diepgaand inzicht te verwerven in de structuur-functie relatie van pectine gedurende de procesvoering van plantgebaseerde levensmiddelen.</>
In een eerste stap werd het potentieel van de anti-HG antilichamen om het effect van procesvoering op pectine in fruit en groenten na te gaan onderzocht. In het bijzonder werden de bindingsspecificiteiten van deze probes ten opzichte van pectines en gemethoxyleerde polygalacturonzuren met een welbepaalde graad en een welbepaald patroon van ontestering bepaald. Om deze monoklonale antilichamen in situ</> te kunnen gebruiken in levensmiddelen werd bovendien een microscopische methode ontwikkeld en geïmplementeerd. Vervolgenswerden vier verschillende casestudies</> uitgevoerd (op broccoliweefsel, broccolipuree, wortelpuree en tomaatgebaseerde suspensies) waarin de proces-structuur-functie relaties van pectine werden onderzocht door middel van een combinatie van traditionele, fysisch-chemische analyses van pectine en het ex situ</> en in situ</> gebruik van anti-HG antilichamen.Broccoli, wortel en tomaat werden onderworpen aan verscheidene thermische, hogedruk en mechanische behandelingen waardoor de structuur van pectine, en bijgevolg de functionele eigenschappen van deze polysacharide, wijzigden.</>
Thermische procesvoering van broccoli en wortel veroorzaakte een thermosolubilisatie en β-eliminatieve depolymerisatie van pectine. Hierdoor verzwakte de adhesie tussen aangrenzende cellen en werd broccoliweefsel zacht, terwijl syneresisfenomenen in broccoli- en wortelpuree beperkt werden. In situ</> visualisatie van pectine met de anti-HG antilichamen JIM7 en LM20 toonde aan dat hoogveresterde, wateroplosbare pectinepolymeren na thermische behandeling loskwamen van de celwand. Voorbehandelingen die de activiteit van pectinmethylesterase (PME) stimuleerden resulteerden daarentegen in een daling van de DM van pectine en,overeenkomstig, een toename in Ca2+-gebonden pectine ten koste van zwakgebonden wateroplosbaar pectine. De versterkte intercellulaire adhesie zorgde voor een verminderde textuurdegradatie van broccoliweefsel tijdens de daaropvolgende thermische behandeling en een hogere weerstand van broccoli- en wortelweefsel tegen fysische desintegratie bij pureebereiding. Voor wortel werd deze wijziging in pectinestructuur gereflecteerd in een puree met hoge consistentie en een grote mate van scheiding tussen de serum- en pulpfase. Het anti-HG antilichaam PAM1 onthulde dat procesgeïnduceerde ontestering van pectine door endogeen PME voornamelijk plaatsvond in de tricellulaire juncties van aangrenzende cellen in broccoli enin onderscheiden regios van de celwand, grenzend aan het plasmamembraan, in wortel. In tomaat hingen procesgeïnduceerde pectinewijzigingen niet enkel af van de activiteit van PME, maar ook van de activiteit van hetdepolymeriserend enzym polygalacturonase (PG). Wanneer PG selectief werd geïnactiveerd, meer bepaald in hogedruk behandelde tomaten, leidde de demethoxylatie van pectine door PME tot een stijging in de hoeveelheid Ca2+-gebonden pectine en een sterkere intercellulaire adhesie, net als inbroccoli en wortel. Immunolabeling van pectine toonde aan dat in intacte tomaten de ontestering van pectine endogeen gereguleerd was door de fysische beperking van PME-activiteit in de celwand terwijl in gedesintegreerde tomaten intensieve ontestering van pectine kon optreden in de volledige celwand. Hogedruk homogenisatie, een mechanische behandeling gebruikt om een sterkere weefseldesintegratie te bekomen, beïnvloedde ten slotte de pectineoplosbaarheid afhankelijk van de plantenmatrix. </>
</>Dit werk toont aan dat anti-HG antilichamen zeer bruikbaar zijn om de proces-structuur-functie relaties van pectine in levensmiddelen op te helderen. Deze probes bieden namelijk de mogelijkheid om lokale veranderingen in pectinestructuur in situ</> na te gaan. De resultaten vormen een wetenschappelijke basis om aandachtspunten in de context van de textuur enreologische kenmerken van plantgebaseerde levensmiddelen tijdens procesvoering te identificeren en zo mogelijk de kwaliteit van levensmiddelen bij te sturen.</></>
Datum:1 okt 2008 → 30 sep 2012
Trefwoorden:Pectine
Disciplines:Levensmiddelenwetenschappen en (bio)technologie
Project type:PhD project