Onderzoekers van de Universiteit van Queensland en KTH Royal Institute of Technology in Zweden hebben de mechanica blootgelegd van hoe plantencelwanden de sterkte en stijfheid van cellulose in evenwicht houden met zijn vermogen om uit te rekken en samen te drukken.
UQ-directeur van het Center for Nutrition and Food Sciences Professor Mike Gidley zei dat het team identificeerde dat een familie van celwandpolymeren - hemicelluloses - een cruciale rol speelde bij het balanceren van de behoefte aan stijfheid met de flexibiliteit om te buigen zonder te breken.
Deze ontdekking is belangrijk voor het begrijpen van de eigenschappen van voedingsvezels in voeding, maar ook voor toepassingen in de geneeskunde, landbouw en tal van andere industrieën. Planten hebben geen skelet, en hun structuren kunnen variëren van zacht, slappe grassen tot de majestueuze architectuur van een eucalyptusboom, met de belangrijkste verschillen in hun celwandvezelstructuren ."
Mike Gidley, hoogleraar en directeur, Centrum voor Voeding en Voedingswetenschappen, Universiteit van Queensland
De diversiteit van plantenstructuren is het resultaat van de drie kernbouwstenen van plantaardige vezels - cellulose, hemicellulose en lignines - in de celwanden van planten.
"Lignines zorgen voor de waterdichtheid in houtachtige vezels en cellulose is het stijve steigermateriaal in bijna alle plantensoorten, maar de mechanische functie van hemicellulose was een mysterie, ' zei professor Gidley.
Professor Gidley en dr. Deirdre Mikkelsen, in samenwerking met Dr. Francisco Vilaplana van KTH's Wallenberg Wood Science Centre, geëxperimenteerd met twee belangrijke componenten van hemicellulose - met een dramatisch effect.
"We hebben de eigenschappen van cellulose getest bij het toevoegen van verschillende verhoudingen van de twee componenten, en ontdekte dat 'mannans' de compressie verbeterden, terwijl 'xylans' de rekbaarheid drastisch verhogen, ' zei dokter Mikkelsen.
"We hebben in het laboratorium gemodificeerd cellulosemateriaal gegenereerd dat kan worden uitgerekt tot twee keer de rustlengte - het equivalent van het kijken naar een nat vel papier dat wordt uitgerekt om de lengte te verdubbelen zonder te scheuren."
Het team zei dat de ontdekking veel toepassingen had, ook in wondverzorging en in de textuur van plantaardig voedsel.
"Deze informatie is ook van belang voor onderzoek naar het darmmicrobioom om meer te begrijpen over hoe plantencelwanden, of vezels, breken in de darm, ' zei professor Gidley.
"Complexe plantenvezels worden al verwerkt voor laagwaardige toepassingen, maar hoogwaardige materialen zijn meestal gemaakt van pure (bacteriële) cellulose.
"Ons werk legt de basis voor een nieuwe cellulosechemie waarin xylanen en mannanen worden toegevoegd om composieten met nuttige eigenschappen te maken.
"Dit betekent nieuwe mogelijkheden om beter te ontwikkelen, milieuvriendelijke plantaardige materialen, evenals het selecteren van natuurlijke plantenvezels met gewenste eigenschappen in landbouw en voedsel."