Self-aggregating properties of inulin in a dilute solution

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The creation of functional food products based on inulin-containing vegetable raw materials can provide the population with functional diabetic nutrition. In this regard, investigation of the technological parameters of obtaining inulin from Jerusalem artichoke tubers (Helianthus tuberosus L.) and determination of its quantitative characteristics seem highly relevant. This study aims to determine the qualitative characteristics of inulin obtained from Jerusalem artichoke tubers by both flash extraction and conventional methods. Jerusalem artichoke inulin samples were obtained by the flash extraction method at a high temperature of 105 °C during both shorter and longer periods of time and by the conventional method at a temperature of 75 °C in a neutral medium. The hydrodynamic properties and molecular weight of the samples demonstrated the self-aggregating properties of this biopolymer. Inulin obtained by the flash extraction method consists of two fractions: low-molecular weight inulin and high-molecular weight aggregate represented by a polysaccharide complex. These aggregates can be formed both by inter- and intramolecular interactions of various inulin fractions in the solution. As expected, their isolation using conventional methods appeared impossible: the method of concentration yielded a number of subfractions on the UV membrane and a large amount of aggregated water-insoluble microgel. At the same time, inulin obtained by the conventional method consists of one fraction, although having a high degree of polydispersity. In order to obtain high-quality inulin intended for nutritional and prophylactic purposes, it is preferable to use the flash extraction method over short periods of time.

About the authors

A. S. Nasriddinov

V. I. Nikitin Institute of Chemistry, National Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

A. I. Ashurov

V. I. Nikitin Institute of Chemistry, National Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

Email: ashurboy_1593@mail.ru

Sh. E. Kholov

V. I. Nikitin Institute of Chemistry, National Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

Email: shavkat.kholov@yandex.ru

I. B. Ismoilov

V. I. Nikitin Institute of Chemistry, National Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

Email: ikromjon.bomurodi92@mail.ru

S. R. Usmanova

V. I. Nikitin Institute of Chemistry, National Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

Email: surayo.usmanova@gmail.com

Z. K. Mukhidinov

V. I. Nikitin Institute of Chemistry, National Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

Email: zainy@mail.ru

References

  1. Anderson-Dekkers I., Nouwens-Roest M., Brigitte P., Vaughan E. Inulin. In: Handbook of Hydrocolloids. Third ed. Chapter 17. Amsterdam: Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition, 2021. P. 537–562. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820104-6.00015-2.
  2. Kontogiorgos V. Stabilisers. Inulin. In: Encyclopedia of Dairy Sciences. Third ed. NY: Academic Press, 2022. Vol. 2. P. 689–694. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818766-1.00321-4.
  3. BeMiller J. N. Inulin and Konjac Glucomannan. In: Carbohydrate Chemistry for Food Scientists. Amsterdam: Elsevier Inc., AACC International, 2019. P. 253–259. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812069-9.00010-8.
  4. Kozhukhova M. A., Nazarenko M. N., Barkhatova T. V., Khripko I. A. Obtaining and identification of inulin from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) tubers // Foods and Raw Materials. 2015. Vol. 3, no. 2. P. 13–22. https://doi.org/10.12737/13115.
  5. Chiavaro E., Vittadini E., Corradini C. Physicochemical characterization and stability of inulin gels // European Food Research and Technology. 2007. Vol. 225. P. 85–94. https://doi.org/10.1007/s00217-006-0385-y.
  6. Mensink M. A., Frijlink H. W., van der Voort Maarschalk K., Hinrichs W. L. J. Inulin, a flexible oligosaccharide I: Review of its physicochemical characteristics // Carbohydrate Polymers. 2015. Vol. 130. P. 405–419. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.05.026.
  7. Mudgil D., Barak S. Classification, Technological Properties, and Sustainable Sources. In: Dietary Fiber: Properties, Recovery, and Applications. Chapter 2. NY: Academic Press, 2019. P. 27–58. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816495-2.00002-2.
  8. Манукян Л. С., Кочикян В. Т., Андреасян Н. А., Афян К. Б., Балаян А. М. Выделение инулина из различного растительного сырья // Биологический журнал Армении. 2014. N 4. С. 71–75.
  9. Ma X. Y., Zhang L. H., Shao H. B., Xu G., Zhang F., Ni F. T., et al. Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus), a medicinal salt-resistant plant has high adaptability and multiple-use values // Journal of Medicinal Plants Research. 2011. Vol. 5, no. 8. P. 1272–1279.
  10. Ашуров А. И., Джонмуродов А. С., Мухидинов З. К., Усманова С. Р., Партоев К. Интенсификация процесса получения полисахаридов из корнеклубней топинамбура // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2019. N 3. C. 208–214.
  11. Shoaib M., Shehzada A., Omarc M., Rakha A., Raza H., Sharif H. R., et al. Inulin: properties, health benefits, and food applications // Carbohydrate Polymers. 2016. Vol. 147. P. 444–454. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.04.020.
  12. Colwell J. A. Type II diabetes, pre-diabetes, and the metabolic syndrome // The Journal of the American Medical Association. 2011. Vol. 306, no. 2. P. 215–238. https://doi.org/10.1001/jama.2011.970.
  13. Jackson P. P. J., Wijeyesekera A., Theis S., Harsselaar J., Rastall R. A. Food for thought! Inulintype fructans: does the food matrix matter? // Journal of Functional Foods. 2022. Vol. 90. P. 104987. https://doi.org/10.1016/j.jff.2022.104987.
  14. Шаненко Е. Ф., Силаева М. А., Ермолаева Г. А. Топинамбур – сырье профилактического питания // Вопросы питания. 2016. Т. 85. N S2. С. 219.
  15. Amjadi S., Almasi H., Hamishehkar H., Khaledabad M. A., Lim L.-T. Cationic inulin as a new surface decoration hydrocolloid for improving the stability of liposomal nanocarriers // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2022. Vol. 213. P. 112401. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2022.112401.
  16. Franck A. Technological functionality of inulin and oligofructose // British Journal of Nutrition. 2002. Vol. 87, no. S2. P. 287–291. https://doi.org/10.1079/BJN/2002550.
  17. Barclay T., Ginic-Markovic M., Cooper P., Petrovsky N. Inulin – a versatile polysaccharide with multiple pharmaceutical and food chemical uses // Journal of Excipients and Food Chemicals. 2010. Vol. 1, no. 3. P. 27–50.
  18. Ronkart S. N., Deroanne C., Paquot M., Fougnies C., Blecker C. S. Impact of the crystallization pathway of inulin on its mono-hydrate to hemihydrate thermal transition // Food Chemistry. 2010. Vol. 119, no. 1. P. 317–322. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.06.035.
  19. Dan A., Ghosh S., Moulik S. P. Physicochemical studies on the biopolymer inulin: a critical evaluation of its self-aggregation, aggregationmorphology, interaction with water, and thermal stability // Biopolymers. 2009. Vol. 91, no. 9. P. 687– 699. https://doi.org/:10.1002/bip.21199.
  20. Muhidinov Z. K., Teshaev Kh., Jonmurodov A., Khalikov D., Fishman M. Physico-chemical characterization of pectic polysaccharides from various sources obtained by steam assisted flash extraction (SAFE) // Macromolecular Symposia. 2012. Vol. 317-318, no. 1. P. 142–148. https://doi.org/10.1002/masy.201100108.
  21. Muhidinov Z. K., Bobokalonov J. T., Ismoilov I. B., Strahan G. D., Chau H. K., Hotchkiss A. T., et al. Characterization of two types of polysaccharides from Eremurus hissaricus roots growing in Tajikistan // Food Hydrocolloids. 2020. Vol. 105. P. 105768. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.105768.
  22. Li W., Zhang J., Yu C., Li Q., Dong F., Wang G., et al. Extraction, degree of polymerization determination and prebiotic effect evaluation of inulin from Jerusalem artichoke // Carbohydrate Polymers. 2015. Vol. 121. P. 315–319. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.12.055. 2
  23. Lo ́pez-Molina D., Navarro-Mart ́ınez M. D., Melgarejo F. R., Hiner A. N. P., Chazarra S., Rodríguez-López J. N. Molecular properties and prebiotic effect of inulin obtained from artichoke(Cynara scolymus L.) // Phytochemistry. 2005. Vol. 66, no. 12. P. 1476–1484. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2005.04.003.
  24. Kitamura S., Hirano T., Takeo K., Mimura M., Kajiwara K., Stokke B. T., et al. Conformation of (2→1)-β-d-fructan in aqueous solution // International Journal of Biological Macromolecules. 1994. Vol. 16, no. 6. P. 313–317. https://doi.org/10.1016/0141-8130(94)90062-0.
  25. Wolff D., Czapla S., Heyer A. G., Radosta S., Mischnick P., Springer J. Globular shape of high molar mass inulin revealed by static light scattering and viscometry // Polymer. 2000. Vol. 41, no. 22. P. 8009–8016. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00168-3.
  26. Podzimek S. Light scattering, size exclusion chromatography and asymmetric flow field flow fractionation powerful tools for the characterization of polymers, protein and nanoparticles. New Jersey: Hoboken Publisher, 2011. P. 333. https://doi.org/10.1002/9780470877975.
  27. French A. D. Accessible conformations of the B-D-(2–1)-and-(2–6)-linked D-fructans inulin and levan // Carbohydrate Research. 1988. Vol. 176, no. 1. P. 17–30.
  28. Vereyken I. J., van Kuik J. A., Evers T. H., Rijken P. J., de Kruijff B. Structural requirements of the fructan–lipid interaction // Biophysical Journal. 2003. Vol. 84, no. 5. P. 3147–3154. https://doi.org/ 10.1016/s0006-3495(03)70039-3.
  29. Timmermans J. W., Slaghek T. M., Iizuka M., Van den Ende W., De Roover J., van Laere A. Isolation and structural analysis of new fructans produced by chicory // Journal of Carbohydrate Chemistry. 2001. Vol. 20, no. 5. P. 375–395. https://doi.org/10.1081/CAR-100105711.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».