Cereal Dietary Fibre - Physicochemical Properties and Suitability for Addition to Low-Fat Meat Products

Abstract

It is well known that dietary fibre is good for the health. Cereals, and in particular the outer parts of the cereal kernels, are rich in dietary fibre. Rye bran, wheat bran, oat bran and barley fibre have been investigated regarding their suitability as additives in low-fat meat products. Two types of meat products, frankfurter-type sausages and meatballs have been evaluated in this thesis. In the sausages the meat protein network governs the texture and water-holding properties, whereas the meatballs have a more particulate structure, where a more crumble texture is perceived and the water-holding capacity is lower.



Cereal bran particles can be difficult to add to a food-system without also adding a disagreeable sensation of grittiness. Evaluations of how the size and concentration of small rye bran particles in a continuous phase of varying viscosity influence the sensory perception of grittiness were performed. The threshold for the sensation of grittiness resulting from rye bran particles in a starch gel was very low and independent of the particle size. The particles were detected already at concentrations of 0.1-0.3%, despite the fact that they were so small (20-180 μm). The rheological properties of the suspension medium did not influence the detection threshold. One reason for this obvious perception of grittiness of rye bran particles could be their irregular shape and hardness.



One way of altering these adverse properties of the bran particles could be by treating them with hydrolytic enzymes. The xylanases and endoglucanases evaluated in this thesis did not increase the water-holding capacity of the rye or wheat bran or the viscosity of the aqueous phase. The water-holding capacity was probably reduced because of the lower amount of insoluble material after solubilization by the enzymes, while the lower viscosity showed that the solubilized dietary fibre were degraded into smaller molecules which could no longer contribute to the viscosity.



Due to the gelling ability of the inherent β-glucan of the oat bran upon heating, it was found to be the most suitable for addition to low-fat sausages. These sausages exhibited low process and frying losses, together with high values of both firmness and sensory acceptance. The barley fibre gave a poor texture of the sausages and was the least preferred. This barley β-glucan could not form a gel, probably because of a smaller molecular weight and a less favourable structure, compared to the oat β-glucan. Rye bran is suitable for addition to meatballs, probably due to its particulate nature, which is more acceptable in this type of meat product, where the gelling properties are not as important as in sausages.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Kostfiber kallas de kolhydrater från växtriket som inte bryts ner under matsmältningen och därför når tjocktarmen i stort sett opåverkade. Kostfiber finns till exempel i våra fyra sädesslag, havre, råg, korn och vete, vilka alla är cerealier. Framför allt är det de yttre delarna av cerealiekärnorna, klidelen, som innehåller mycket kostfiber. I cerealier är de vanligaste kostfiberna arabinoxylan, betaglukaner och cellulosa. Dessa kan ha olika egenskaper beroende på hur stora molekylerna är och om de är lösliga i vatten eller inte. Kostfiber har flera hälsosamma egenskaper och livsmedelsverket rekommenderar att vuxna ska få i sig 25-35 gram per dag. De flesta får dock inte i sig dessa mängder. Ett sätt att öka kostfiberintaget är att berika vanliga livsmedel med mer kostfiber. Det många av oss däremot får i oss för mycket av är fett. Genom att minska fetthalten och samtidigt öka fiberinnehållet i produkter som korv och köttbullar kan dessa produkter, som många äter mycket av, bli nyttigare.



För att livsmedel med mer kostfiber ska kunna accepteras av konsumenter bör varken smak eller konsistens av produkten förändras för mycket. Oavsett hur hälsosam en livsmedelsprodukt anses vara är det inte troligt att den kommer att bli särskilt väl mottagen om den inte smakar bra. Syftet med denna studie har därför varit att undersöka hur man kan påverka kostfibers egenskaper och hur dessa bör vara för att köttprodukter ska kunna berikas med mer kostfiber och ändå inte skilja sig allt för mycket från de produkter vi är vana vid.



Rågkli innehåller framför allt olösliga kostfiber. När dessa tillsätts i livsmedel är risken att de upplevs som en otrevlig sandighet i munnen. För att undersöka hur storleken av rågpartiklarna påverkar hur tydligt denna sandighet känns, fick en grupp människor smaka rågpartiklar av olika storlekar och koncentrationer. Resultatet visade att vi känner av partiklar väldigt tydligt även om dessa är så små som 20 μm och vid en så låg koncentration som 0.2%. Rågpartiklarna var blandade i saftkräm, gjord på olika koncentrationer av stärkelse och därmed med en varierande konsistens. Det visade sig att detta inte påverkade vid vilken koncentration av partiklarna sandigheten började kännas.



Enzymer är proteiner som kan påskynda en kemisk reaktion. Det finns enzymer som gör att kostfiber bryts ner till mindre molekyler. Detta kan leda till att arabinoxylaner eller betaglukaner som tidigare inte var lösliga i vatten, efter enzymbehandling nu blir det. Detta i sin tur kan göra att viktiga egenskaper förändras. En undersökning gjordes för att ta reda på om detta kunde vara en metod som gynnade tillsättningen av rågkli och vetekli till livsmedel. Flera olika enzymer testades och förändringar i kostfiberinnehåll, vattenhållande förmåga, konsistens och partikelstorlek hos råg och vetekli undersöktes. Ingen av enzymerna som användes i studien hade någon positiv effekt vad gällde den vattenhållande förmågan. Effekterna av till exempel hur mycket kostfiber som lösliggjordes var dock olika för enzymerna och studien gav viktig kuskap om enzymernas egenskaper. Rågkli som behandlats med tre av dessa enzymer testades senare att användas som fibertillsats i korv och köttbullar.



Det slutliga målet var att tillverka korv och köttbullar med sänkt fetthalt och med tillsatt fiber. Korv och köttbullar skiljer sig åt på så sätt att ingredienserna i korv är mer finfördelade och en högre salthalt används, vilket leder till ett tätare nätverk mellan köttproteinerna. Köttbullar däremot har en mer partikular struktur där proteinnärverket inte dominerar lika mycket. Köttbullar och korv innehåller vanligtvis mycket fett. När fetthalten i en köttprodukt sänks kan flera problem uppstå. I korv av typen falukorv, förstärker fett det köttproteinnätverk som bildas under uppvärmning och som ger produkten dess konsistens och är avgörande för hur väl korven kan hålla kvar vatten och fett under tillagning. För att kunna göra en rättvis jämförelse mellan de olika cerealietillsatserna med avseende på kostfiberinnehållet hölls denna faktor konstant vid 1%. De flesta andra parametrar som påverkar konsistens och vattenhållande förmåga i köttprodukterna hölls också konstanta, som kvoten mellan vatten och köttproteiner och mängden stärkelse.



Rågkli som hade blivit behandlat på olika sätt tillsattes till korv och köttbullar och egenskaper som fasthet, vattenhållande förmåga och smak bedömdes. Rågkli som hade behandlats med de olika enzymerna visade sig ha en positiv effekt när de tillsattes i korv, jämfört med tillsats av rågkli utan någon behandling. Det visade sig dock att det alternativet som var allra bäst var när rågkli behandlats på liknande sätt som de med enzymer, i 50 gradigt vatten i 4 timmar, fast utan några tillsatta enzymer. Troligtvis gynnade denna behandling de enzymer som naturligt finns i rågkli och de gjorde kostfibern mer vattenlöslig, samtidigt som den svällde och var på så sätt bättre på att hålla kvar vatten i köttprodukterna. De enzymerna som hade tillsats gjorde kostfibern också mer vattenlöslig, men var aningen för effektiva och bröt ner kostfiberna till för små molekyler som inte var lika bra på att förbättra konsistens eller vattenhållande förmåga hos köttprodukterna.



Havrekli, rågkli och kornfiber tillsattes i korv och köttbullar med sänkt fetthalt. Havrekli var det alternativ som passade bäst i en lågfettskorv. Dessa korvar tyckte smakpanelen smakade bäst och de hade en fastare konsistens än korvarna med rågkli eller kornfiber. Dessa korvar förlorade inte heller så mycket vatten när de stektes. Korvarna med havrekli var jämförbar med referenskorvar med samma fett och stärkelse halt men utan tillsatt havrekli med avseende på stekförluster, smak och konsistens. När konsistensen hos en uppslammning av endast vatten, potatisstärkelse och respektive cerealie undersöktes, visade det sig att havrekli kunde bilda en gel vid uppvärmning och gav en betydligt fastare konsistens än kornfiber, vilket gav förklaringen till de bättre korvarna. Kornfibern innehöll mycket lösligt betaglukan, men det visade sig att denna höga koncentration av betaglukan från korn materialet hade en negativ inverkan på korvarnas konsistens.



Rågkli passade bättre som tillsats i köttbullar. Anledningen till att de accepterades bättre i denna köttprodukt var troligtvis att partiklar av rågkli passade bättre in i köttbullarnas köttstruktur som är av mer partikulär natur än korv, och förmågan att bilda gel och på så sätt påverka konsistensen är inte lika viktig för denna produkt.

• author: Petersson, Karin
• supervisor: Ann-Charlotte Eliasson; Eva Tornberg
• opponent: Professor Salovaara, Hannu, University of Helsinki, Finland
• organization: Department of Food Technology, Engineering and Nutrition
• publishing date: 2012
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Food Engineering
• keywords: dietary fibre, cereals, oat bran, rye bran, wheat bran, barley fibre, hydrolytic enzymes, physicochemical properties, low-fat sausages, low-fat meatballs, sensory perception, texture
• pages: 172 pages
• defense location: Lecture Hall K:A, Centre for Chemistry and Chemical Engineering, Getingevägen 60, Lund University, Faculty of Engineering
• defense date: 2012-09-14 09:00:00
• ISBN: 978-91-7422-306-4
• language: English
• LU publication?: yes
• id: dd8835de-7a39-45f4-8acf-1ba590382bac (old id 3008554)
• date added to LUP: 2016-04-04 13:55:37
• date last changed: 2018-11-21 21:17:13