Methyl ferulate and isolated feruloylated non-digestible oligosaccharides (NDOs) from sugar-beet pulp and wheat bran were used as substrates to evaluate the levels of feruloyl esterase (FAE) activity and substrate specificity of twenty multi-enzymatic preparations. The synthesis of feruloylated monosaccharides by FAEs expressed in the six best multi-enzymatic preparations from Bacillus spp. (Ceremix), Humicola spp. (Depol 740L), Aspergillus oryzae (Flavourzyme), Bacillus amyloliquefaciens (Multifect P 3000), Bacillus subtilis (RP-1), and Trichoderma reesei (Depol 670L) was investigated using a surfactant-less organic microemulsion system as reaction medium. The highest bioconversion yield of feruloylated arabinose (37%) and galactose (61%) was obtained using Multifect P 3000 and Depol 670L as biocatalysts, respectively, in n-hexane, 1-butanol and 3-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES)–NaOH buffer reaction mixture (51:46:3, v/v/v). Using n-hexane, 2-butanone and MES–NaOH (51:46:3, v/v/v), Depol 670L resulted in the highest bioconversion yield of feruloylated xylose (37%). Feruloylated arabinose, galactose and xylose demonstrated potential antioxidant properties and their chemical structures were confirmed by APCI-MS. Depol 740L from Humicola spp. was enriched on FAE activity (2.5-fold) by ammonium sulfate precipitation. The enriched FAE extract exhibited the highest esterifying activity for the feruloylation of sucrose (13%) in n-hexane, 2-butanone and MES-NaOH (51:46:3, v/v/v). As compared to their corresponding ferulic acid, the feruloylated di- and NDOs demonstrated similar or higher potential antioxidant properties. By varying the media composition, the highest bioconversion yields were obtained in n-hexane, 2-butanone and MES-NaOH (log P of 1.8) using arabinobiose (8%), xylobiose (9%) and raffinose (11%) as glycoside substrates. However, using galactobiose as substrate, the highest bioconversion yield (27%) was obtained in n-hexane, 1,4-dioxane and MES-NaOH (log P of 1.6). RSM, based on a five level, four-factor central composite rotatable design revealed that enzyme amount and substrate molar ratio were the most important variables for the bioconversion yield of feruloylated raffinose. The optimum synthesis conditions were as follows: temperature of 35°C; ferulic acid to raffinose molar ratio of 3:1; water content of 3% (v/v); and enzyme amount of 345 enzymatic FAE units. The predicted value was 12.0% (119.7 μM) and the actual experimental value was 11.9% (119.4 μM). / Férulate de méthyle et les oligosaccharides non digestibles (ONDs) féruliques isolés de la pulpe de betterave et du son de blé ont été utilisés comme substrats afin d'évaluer les niveaux d'activité féruloyl estérase (FAE) et sa spécificité dans 20 préparations multi-enzymatiques. La synthèse de monosaccharides féruliques par les FAEs exprimées dans les six meilleures préparations de Bacillus spp. (Ceremix), Humicola spp. (Depol 740L), Aspergillus oryzae (Flavourzyme), Bacillus amyloliquefaciens (Multifect P 3000), Bacillus subtilis (RP-1), et de Trichoderma reesei (Depol 670L) a été étudiée en utilisant un système de microémulsion sans surfactants comme milieu réactionnel. Les rendements les plus élevés d'arabinose (37%) et de galactose (61%) féruliques ont été obtenus en utilisant, respectivement, Multifect P 3000 et Depol 670L comme biocatalyseurs et le mélange n-hexane, 1-butanol et acide 3-(N-morpholino) éthane-sulfonique (MES)-NaOH (51:46:3, v/v/v) comme milieu réactionnel. En utilisant n-hexane, 2-butanone et MES-NaOH, Depol 670L démontrait le meilleur rendement de bioconversion de xylose férulique (37%). L'arabinose, galactose et xylose féruliques ont démontré des propriétés antioxydant potentielles et leurs structures chimiques ont été confirmées par APCI-MS. Depol 740L a été enrichie par l'activité FAE (2,5 fois) par précipitation au sulfate d'ammonium. L'extrait FAE enrichi a démontré une activité d'estérification élevée pour la féruloylation du saccharose (13%) dans le mélange n-hexane, 2-butanone et MES-NaOH. Par rapport à l'acide férulique, les di- et ONDs féruliques ont démontré des propriétés antioxydant similaires ou supérieures. En faisant varier la composition du milieu réactionnel, les rendements les plus élevés ont été obtenus dans n-hexane, 2-butanone et MES-NaOH (log P 1,8) en utilisant arabinobiose (8%), xylobiose (9%) et raffinose (11%) comme substrat glycosidique. Mais, en utilisant galactobiose, le meilleur rendement (27%) a été obtenu dans n-hexane, 1,4-dioxane et MES-NaOH (log P 1,6). RSM, basée sur un composite central rotatif de 5 niveaux et 4 facteurs a démontré que la quantité d'enzyme et le rapport molaire des substrats (acide férulique:raffinose) étaient les variables les plus importantes pour le rendement de raffinose férulique. Les conditions de synthèse optimales ont été déterminées comme suite: T 35°C; rapport molaire des substrats 3:1; teneur en eau 3% (v/v); et quantité d'enzyme 345 unités FAE. La valeur prédite a été 12% (119.7 μM) et la valeur réelle expérimentale a été 11.9% (119.4 μM).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.97035 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Couto, Jessica |
| Contributors | Salwa Karboune (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Food Science and Agricultural Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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