The food industry is one of the largest in Sweden and through it, large side streams are being generated. One such is bran, derived from cereal grains, composed of extractable dietary fibres capable of becoming novel materials such as laccase-driven crosslinked hydrogels. This thesis will explore the valorisation of these fibres through enzymatic modifications, as novel delivery vessel and potential prebiotic properties in order to integrate significant food losses into a circular economy with added health benefits towards the populace.

Feruloylated arabinoxylans previously extracted from wheat (WAX) and rye (RAX)were treated with selective arabinofuranosidases to successfully remove arabinose substitutions not containing ferulic acid moieties, exposing the xylan backbone. This lead largely to a reduced degree of crosslinking in WAX and RAX hydrogels. Rheological and morphological features were affected by the removal with an increase in viscoelastic properties in RAX hydrogels and lead to a more ordered network structure while WAX hydrogels saw the opposite effect regarding both features.

Residual β-glucans in WAX and RAX extracts were investigated. Their molecular weight differed from commercially available β-glucans derived from cereal endosperm, but ratios of cellotriosyl and cellotetraosyl remained similar to previously reported β-glucans. Removal of β-glucans from WAX and RAX extracts using a lichenase prior to laccase-crosslinking resulted in lowered viscoelastic properties for WAX hydrogels and an increase for RAX hydrogels. The removal likely exposes the arabinoxylan backbone similarly to arabinose removal. Freeze-drying at lower temperatures prior to regeneration of hydrogels lead to decreased pore size in hydrogels but increased porosity in RAX hydrogels and decreased in WAX hydrogels,which in turn lead to a decrease in viscoelastic properties in WAX hydrogels but increased in RAX hydrogels. Difference in chemical and physical interactions between the arabinoxylan network between WAX and RAX is believed to be behind their different behaviours. WAX and RAX hydrogels successfully encapsulated and retained target biomolecules of varying sizes and properties as a proof of concept. Pore size and porosity did not severely affect retention of smaller molecules such asglucose and tryptophan but for larger proteins. Addition of a gut bacteria xylanase triggered release of encapsulated molecules.

The common gut bacteria Bacteroides ovatus was successfully grown on WAX, RAX and CAX (corn arabinoxylans) extracts and hydrogels, producing health beneficial short chain fatty acids as secondary metabolites, highlighting the potential prebiotic properties of the extracts and hydrogels. Structural and biochemical differences between carbon sources affected growth, metabolite production and expression levels for enzymes related to arabinoxylan degradation. This thesis has demonstrated that dietary fibres can be effectively valorised by tuning them for multifunctional hydrogels contributing to a circular economy and improved public health.

Livsmedelsindustrin är en utav Sveriges största industrier och generar ett överflöd av sidoströmmar. En sådan är kli från sädesslag bestående utav extraherbara kostfibrer med möjligheten att omvandlas till nya material såsom korslänkade hydrogeler via lackas. Denna avhandling kommer att utforska valoriseringen utav dessa fiberhydrogeler genom enzymatisk modifiering, nya leveransapplikationer och potentiella prebiotiska egenskaper för att integrera påtagliga matförluster i en cirkulär ekonomi med fördelar för folkhälsan.

Feruloylerade arabinoxylaner tidigare extraherade ifrån vete (WAX) -och rågkli (RAX) behandlades med selektiva arabinofuranosidaser för lyckad borttagning av arabinossubstitutioner som saknar ferulsyra därmed blottar xylanstamnätet. Detta ledde till en minskning av korslänkningar i WAX och RAX-hydrogeler. Reologiska och morfologiska egenskaper påverkades av detta med ökad viskoelasticitet och nätverkstruktur för RAX-hydrogeler medan WAX-hydrogeler upplevde en motsatteffekt.

Överblivna β-glukaner i WAX och RAX-extrakt undersöktes. Deras molekylvikt skilde sig ifrån kommersiella β-glukaner från sädesfrövita men förhållanden mellan cellotriosyl och cellotetraosyl överensstämde med tidigare uppmätta β-glukaner. Borttagning av β-glukaner med ett lichenas innan korslänkning via lackas resulteradei minskade viskoelastiska egenskaper för WAX-hydrogeler och en ökning för RAX hydrogeler. Borttagningen av β-glukaner blottar troligen arabinoxylanerna likt borttagningen av arabinos. Frystorkning vid lägre temperaturer innan regenerering ledde till minskade porer hos hydrogelerna men ökad porositet hos RAX och minskad i WAX, vilket i sin tur ledde till en minskning av viskoelastiska egenskaper hos WAX hydrogeler och ökning hos RAX-hydrogeler. Skillnaderna mellan kemiska och fysiska interaktioner mellan arabinoxylannätverken hos WAX och RAX ligger troligen bakomderas skilda beteende. Hydrogeler från WAX och RAX lyckades inkapsla och behålla specifika biomolekyler av varierande storlek och egenskaper som ett koncepttest.Porstorlek och porositet påverkade inte kvarhållandet av mindre molekyler såsom glukos och tryptofan men gjorde det för större proteiner. Tillskott av xylanas från magtarmbakterie frigav de inkapslade molekylerna.

Den vanliga magtarmbakterien Bacteroides ovatus lyckades växa på extrakt och hydrogeler från WAX, RAX och CAX (arabinoxylan från majs) och producera kortkedjade fettsyror som sekundära metaboliter därmed betona potentiellt prebiotiska egenskaper hos extrakten och hydrogelerna. Strukturella och biokemiska skillnader sinsemellan kolkällorna påverkade tillväxt, metabolitproduktion samt enzymuttryck relaterat till nedbrytning utav arabinoxylaner. Denna avhandling har påvisat att kostfibrers värde kan på ett effektivt sätt höjas genom att modifiera dem mot mångsidiga hydrogeler som bidrar till en cirkulär ekonomi och förbättrad folkhälsa.