Hydration of starch and protein seeds in early phase of germination

• Autorzy: Plenzler G B , Napierala D.M. , Baranowska H.M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Seed swelling in the first phase of imbibition involves mainly development of seed colloids. Chemical affinity of such colloids to water differs depending on the surface properties of the macromolecules. The biopolymer surface could perturb the dynamic and static state of water. For this reason the structure and composition of seeds, especially proteins, starch, and lipid content, can control the course of the swelling process. The study presents the microscopic and macroscopic parameters describing the swelling pea seeds and triticale grains. Differences in corresponding parameters were observed. Measurements of water uptake rate in both species showed higher water uptake in triticale grains compared to that in pea seeds in the first step of the process but lower in the subsequent phase. The results of pulse 1 H-NMR measurements have revealed two groups of water protons, each in a different magnetic environment responsible for a different relaxation rate. These two groups correspond to water molecules differing in mobility, such as free and bound water, respectively. The difference in results obtained for triticale and pea are related to size, different permeability of seed envelopes, different mobility of seed water and chemical content mainly determined by starch. Its structure and physicochemical properties are also very important.

PL

Pęcznienie nasion w pierwszej fazie polega głównie na hydratacji koloidów nasiennych. Powinowactwo chemiczne tych związków do wody różni się zależnie od właściwości powierzchniowych ich makromolekul. Powierzchnie biopolimerów zakłócają dynamiczny i statyczny stan wody. Z tego względu struktura i skład nasion, w szczególności zawartość protein, skrobi oraz lipidów może warunkować przebieg procesu pęcznienia. Proces pęcznienia nasion grochu i ziarniaków pszenżyta opisano w przedstawionych badaniach za pomocą parametrów makroskopowych (względny przyrost masy) oraz mikroskopowych (czasy relaksacji spin-spin). Grawimetrycznie określony pobór wody przez nasiona pszenżyta, początkowo większy niż w grochu, w późniejszej fazie obniżał się. Metodą spektroskopii 1 H-NMR ujawniono obecność dwóch frakcji wody, które znajdując się w różnym otoczeniu różniły się ruchliwością, opisaną przez czasy relaksacji spinowo-spinowej. W przypadku grochu ten parametr mikroskopowy był zdecydowanie większy niż dla pszenżyta. Obserwowane różnice są dyskutowane przy uwzględnieniu różnic w wymiarach nasion i ziarniaków, różnej przepuszczalności okryw nasiennych oraz przede wszystkim różnic w składzie chemicznym, w którym dominujący udział ma skrobia.

Słowa kluczowe

EN

macromolecule; surface property; biopolymer surface; starch; seed swelling; starch seed; food industry; hydration; protein seed; early phase; first phase; germination

• Wydawca: -
• Czasopismo: Żywność Nauka Technologia Jakość. Suplement
• Rocznik: 2002
• Tom: 09
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.24-30,fig.

Twórcy

autor

Plenzler G B

• Agricultural University of Poznan, 60-637 Poznan, Wojska Polskiego 38-42, Poland

autor

Napierala D.M.

autor

Baranowska H.M.

Bibliografia

• [1] Belton P.S., Radcliffe R.G.: NMR and compartmentation in biological tissues. Prog. NMR Spectr., 17, 1985,241-279.
• [2] Brunne R. M., Liepinsh E., Otting G., Wuthrich K., van Gunsteren W.F.: Hydration of proteins, a comparison of experimental residence times of water molecules solvating the bovine trypsin inhibitor with theoretical model calculation. J. Mol. Biol., 231, 1993, 1040-1048.
• [3] Di Nola A., Fabrizi G., Lamba D., Segre A.L.: Solution conformation of a pectic acid fragment by 1H NMR and molecular dynamics. Biopolymers, 34, 1994,457-462.
• [4] Grzesiuk S., Kulka K.: Fizjologia i biochemia nasion. PWRiL, Warszawa , 1981.
• [5] Hoover R.: Composition, molecular structure, and physicochemical properties of tuber and root starches; a review. Carbohydr. Polym., 45, 2001, 253-267.
• [6] Li I.Y., Yeh A.J.: Relationships between thermal, rheological characteristic and swelling power for various starches. J. Food Eng., 50, 2001, 141-148.
• [7] Parker R., Ring S.G.: Aspects of the physical chemistry of starch. J. Cereal Sci. 34, 2001, 415-420.
• [8] Peeters D.: Hydrogen bonds in small water clusters: A theoretical point of view. J. Mol. Liquids, 67, 1995, 49-61.
• [9] Tanaka H.: Cavity distribution in liquid water and hydrophobic hydration. Chem. Phys. Lett., 282, 1998, 133-138.
• [10] Walters Ch., Hill L.M.: Water sorption isotherms of seeds from ultradry experiments. Seeds Sci. Res., 8 (Suppl ), 1998, 69-73.
• [11] Wang T. L., Bogracheva T. Y., Hedey C, L.: Starch: as simple as A, B, C? J. Exp. Bot., 49, 1998, 481-502.