Validering av prebiotiska och antioxidanta effekter av vetekli hemicellulosor i bakprodukter

Wheat bran is the largest by-product of wheat flour production with approximately 300,000 tonnes in Sweden. Bran is mainly used in animal feed, as human digestion is not fully able to absorb it. Wheat bran contains valuable biomolecules, such as dietary fiber (arabinoxylans, AX) and phenolic compounds (ferulic acid). Further processing of wheat bran therefore shows great potential for the production of food ingredients with prebiotic properties for improved health and well-being. In the proposed project we will scale up a process for isolating bioactive high molecular weight feruloylated F-AX and oligosaccharides using only subcritical water and enzymes. We will validate the prebiotic and antioxidative effects of the F-AX fractions extracted from wheat bran, as well as their effect to extend the shelf life of bread. This will increase the profitability for wheat bran, and will offer new bread products with increased durability that possibly contribute to better health and well-being.

Vetekli är den största biprodukt från vetemjölproduktionen med cirka 300 000 ton i Sverige. Kli används främst i
djurfoder, då människans matsmältning inte fullt klarar av att tillgodogöra sig kliet. Vetekli innehåller värdefulla
biomolekyler, såsom kostfiber (arabinoxylaner, AX) och fenoliska ämnen (ferulasyra). Vidareförädling av vetekli innebär därför en potential för en livsmedelsingrediens med prebiotisk effekt för förbättrad hälsa och välbefinnande. I projektet kommer vi att skala upp en process för att isolera bioaktiva högmolekylära feruloylerade F-AX och oligosackarider genom att använda bara subkritisk vatten och enzymer. Vi kommer att validera de prebiotiska och antioxidativa effekterna hos F-AX fraktionerna extraherade från vetekli, samt deras effekt för att förlänga hållbarheten hos bröd utan bakningshjälpmedel. Detta kommer att öka lönsamheten för vetekli, och erbjuda nya brödprodukter med ökad hållbarhet som eventuellt bidrar till en bättre hälsa.

Vetekli är den största biprodukten från vetemjölsproduktionen och används främst som djurfoder. Vetekli innehåller värdefulla kostfibrer med stor potential för att tillverka livsmedelsingredienser med prebiotiska egenskaper. I projektet har vi demonstrerat uppskalningen av produktionen av 4 kostfiberfraktioner från vetekli med olika molekylvikten och ferulsyrainnehållet. Processen visade hög reproducerbarhet i utbyten och sammansättning. Veteklifiberfraktionerna hade en distinkt effekt på funktionalitet hos mikrobiota utan att påverka sammansättningen. Metaboliterna från fekal fermentering visade dock ingen skyddande effekt på tarmpermeabiliteten. Tillsatsen av veteklifibrer påverkade bakningsegenskaperna utan att förändra konsumenternas acceptans av färskt eller lagrat bröd. Detta projekt bidrar till den industriella tillverkningen av kostfibrerna från vetekli som brödförbättrare, med betydande konsekvenser för hållbarheten och hälsofördelarna hos spannmålsproduktion.

Vetekli, som omgärdar sädeskornen, är den största biprodukt från vetemjölproduktionen med cirka 300 000 ton i Sverige. Kli används främst i djurfoder, då människans matsmältning inte fullt klarar av att tillgodogöra sig kliet. I oförädlad form kan endast en bråkdel av kli säljas som ingrediens till livsmedel. Detta beroende på dess egenskaper, såsom den höga halten av olöslig fiber, dess beska och bitterhet samt negativ färg. Vetekli innehåller dock 50-60% polysackarider (varav 40 % är arabinoxylaner, en viktigt kostfiber), 20 % protein, och fenoliska ämne (ferulasyra). Kostfibrar från vetekli skulle kunna utnyttjas till högvärdiga tillämpningar inom multifunktionella livsmedelsprodukter.
Den tvärbundna molekylära strukturen hos vetekli medför stora svårigheter för isolering av deras inhemska biomolekyler och deras biotekniska förvandling. Traditionellt har aggressiva alkaliska processer använts för att extrahera hemicellulosor, vilket förstör de fenoliska ämnena. Genom att använda subkritisk vattenextraktion och enzymer kan polymeriska kostfibrer (feruloylerad arabinoxylaner, F-AX) och oligosackarider (F-AXOs) erhållas, som samtidigt bibehåller de fenoliska ämnena (ferulasyra). De extraherade kostfibrer från vetekli har stor potential inom livsmedelsområdet. Lösliga fibrer har värdefulla egenskaper i bakning genom dess vattenbindande förmåga, vilket kan leda till förlängd hållbarhet i bröd. Dessutom är AX smakneutrala och svagt gulfärgade vilket undviker de nackdelarna som enzymbehandlat vetekli ger.
Arabinoxylan kostfibrer främjar också hälsofördelar i magtarmkanalen på grund av dess prebiotiska effekten. Kostfibrer kan ge upphov till kortkedjiga fettsyror såsom propionsyra och smörsyra, som antas bidra till minskad risk för sjukdom. Dessa fettsyror bildas när tjocktarmens mikroflora bryter ner ämnen från maten som passerat utan att brytas ner i tunntarmen. Smörsyra kan motverka oxidativ stress och reducera antalet förstörda DNA-molekyler i isolerade celler från tjocktarmen. Smörsyra har även anti-inflammatoriska effekter och kan stärka tarmens barriärfunktion, d.v.s. minska tarmens genomsläpplighet av oönskade ämnen. En rad olika sjukdomar tros numera bero på en ökad genomsläpplighet i tarmen, till exempel ulcerös kolit, IBS samt diabetes typ-2. Parallellt kan de fenoliska ämnena fånga reaktiva syreföreningar som bildas av celler speciellt under inflammatoriska processer, celldöd och åldrande. De gynnsamma effekterna med livsmedel som främjar smörsyraproduktion i tarmen samt innehar antioxidativa egenskaper visar att sådana produkter kan ha en preventiv potential och minska risken för sjukdom.
I projektet har vi demonstrerat uppskalningen av produktionen av 4 kostfiberfraktioner från vetekli med olika molekylvikten och ferulsyrainnehållet. Processen använder subkritiskt vattenextraktion (vatten i hög tryck och temperatur) och enzymatiska behandligar. Processen visade hög reproducerbarhet i utbyten och sammansättning. Veteklifiberfraktionerna hade en distinkt effekt på funktionalitet hos mikrobiota utan att påverka sammansättningen. Metaboliterna från fekal fermentering visade dock ingen skyddande effekt på tarmpermeabiliteten. Tillsatsen av veteklifibrer påverkade bakningsegenskaperna utan att tydligt förändra konsumenternas acceptans av färskt eller lagrat bröd.
Detta projekt bidrar till den industriella tillverkningen av lösliga kostfibrerna från vetekli som brödförbättrare. Detta kommer att öka lönsamhet för vetekli, och erbjuda nya brödprodukter med ökad hållbarhet, som dessutom bidrar till en bättre hälsa.