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Oligo- and polysaccharides isolated from the mucilage of Opuntia ficus-indica and Opuntia joconostle cladodes
characterization and potential use as a pharmaceutical prebiotic ingredient
Jose Manuel Cruz Rubio
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus d. Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Pharmazie)
Betreuer*in
Helmut Viernstein
DOI
10.25365/thesis.75073
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-15619.85477.601369-2
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Kladiodien von Opuntia ficus-indica sind in der mexikanischen Küche ein beliebtes gesundheitsförderndes Nahrungsmittel; bei regelmäßiger Konsumation erreicht man eine Blutzucker-senkende und auch prebiotische Wirkung. Wasserlösliche Bestandteile sind weitgehend für diese Effekte verantwortlich. In der vorliegenden Dissertation wurden die hoch- und niedermolekularen Komponenten mit hydrothermischen Verfahren extrahiert und auf ihre molekulare Zusammensetzung sowie deren prebiotische Wirkung untersucht. Zusätzlich konnte die Veränderung der Zusammensetzung in den Kladodien durch unterschiedliche Trocknungsprozesse bezogen auf Frischmaterial gezeigt werden.
Die hochmolekularen Komponenten, die Mucilage, bestehen hauptsächlich aus neutralen und sauren Heteropolysacchariden, deren Zusammensetzung und Struktur, extrahiert aus Opuntia ficus-indica und Opuntia joconostle, detailliert untersucht wurden.
In beiden Spezies wurden vier unterschiedliche Heteropolysaccharid- Fraktionen aufgefunden. Die neutrale Fraktion besteht aus Galaktosyl-(60 -70%), Arabinosyl-(20-30%) und Xylosylresten(10-15%) mit geringen Anteilen an Fukosyl-, Rhamnosyl- und Galakturonsäureresten (DP etwa 1500). Selektive Enzymspaltung, reduktive Methylierungsanalyse und NMR Daten belegen eindeutig Arabino-galaktane mit ß-1,4-gebundenen Galaktosylresten in der Hauptkette und Arabinosylresten in den Seitenketten mit terminalen Xylosylresten. Die drei restlichen sauren Fraktionen enthalten einen steigenden Anteil an Galakturonsäureresten (DP zwischen 1000 und 1500); in diesen Fraktionen wurden Domänen von Arabinogalaktanen verifiziert.
Laktobazillen und Bifidobakterien nutzen die totale Mucilage als Kohlenstoffquelle. Die neutrale Fraktion wurde gut von probiotischen Stämmen fermentiert, während die sauren Fraktionen nur von spezifischen probiotischen Mikroorganismen wie B. galacturonicus und B. thetaiotaomicron fermentiert wurden.
Wegen der prebiotischen Eigenschaften und der Stimulierung von positiven Mikroorganismen in der Darmflora sind sowohl die Mucilage als auch deren Fraktionen beider Opuntia Spezies als Ballaststoffe in der gesunden Ernährung als pharmazeutische und medizinische Produkte zu empfehlen.
Abstract
(Englisch)
In traditional Mexican medicine, cladodes of Opuntia ficus-indica are known for their prebiotic and hypoglycemic effects. Along with Opuntia Joconostle cladodes, their mucilage was hydrothermally extracted, and its composition and prebiotic effectiveness were investigated. Additionally, the influence of different drying processes of the cladodes on the constituent profile was evaluated.
The mucilage was found to be composed mostly of a mixture of neutral and acidic heteropolysaccharides. Their composition and structure were investigated in detail by using selective enzyme splitting, reductive methylation analysis, SEC and NMR.
After fractionation by anion exchange chromatography, four heteropolysaccharide fractions were obtained in both species. In the neutral fraction, the presence of arabinogalactans with ß-1,4- linked galactosyl residues in the main chain and arabinosyl- residues in the side chains with terminal xylosyl-residues with a DP (SEC, dextran equivalent) of around 1500 is suggested. The three acidic fractions include increasing amounts of galacturonic acid and substantial portions of arabinogalactan domains with a DP between 1000 and 1500.
Selected probiotic lactobacilli and bifidobacteria were able to use the total mucilage as a carbon source. The neutral fraction was well utilized by these strains, but the acidic fractions could only be used by primary degraders in the gut microorganisms such as B. galacturonicus and B. thetaiotaomicron.
The mucilage of both species has the potential to be used as a dietary fiber supplement, and with further modifications such as fractionation or partial hydrolysis, the stimulation of specific genera of bacteria in the human gut can be achieved.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Opuntia Spezies Mucilagezusammensetzung Polysaccharidstruktur Arabinogalaktan Galakturonan Präbiotika
Schlagwörter
(Englisch)
Polysaccharide structure arabinogalactan galacturonan mucilage composition Opuntia species prebiotics
Autor*innen
Jose Manuel Cruz Rubio
Haupttitel (Englisch)
Oligo- and polysaccharides isolated from the mucilage of Opuntia ficus-indica and Opuntia joconostle cladodes
Hauptuntertitel (Englisch)
characterization and potential use as a pharmaceutical prebiotic ingredient
Paralleltitel (Deutsch)
Oligo- und Polysaccharide, isoliert aus dem Mucilage von Opuntia ficus-indica und Opuntia joconostle
Paralleluntertitel (Deutsch)
Charakterisierung und potenzielle Verwendung als pharmazeutischer präbiotischer Ingredienz
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
vii, 126 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Krzysztof Buksa ,
Anton Huber
AC Nummer
AC16426710
Utheses ID
61831
Studienkennzahl
UA | 796 | 610 | 449 |