Screening van gefermenteerde producten | Snelle ontwikkeling van plantaardige voedingsmiddelen

fermentatie

Tekst: Lilian Vermeer

Bij de ontwikkeling van nieuwe gezonde en duurzame voedingsproducten kan fermentatie van plantaardige grondstoffen een belangrijke rol spelen. Het kan helpen om de juiste smaak, textuur en houdbaarheid te krijgen. Wageningse onderzoekers bedachten een snelle methode om de met fermentatie verkregen producten te screenen op gewenste eigenschappen.

“Consumenten stellen in toenemende mate vragen over hoe gezond hun voedsel is,” zegt Joost Blankestijn, van Wageningen Food & Biobased Research, een van de instituten binnen Wageningen University & Research (WUR). “Consumenten willen weten hoeveel vet, suiker en zout erin zit, hoe duurzaam het is, hoe het wordt geproduceerd en wat voor E-nummers erin zitten.”

Blankestijn is programmamanager ‘Food Innovations for responsible choices’. Het programma richt zich vooral op hoe de consument naar voeding kijkt. “Wij hebben veel ervaring op het gebied van herformuleren, dus bijvoorbeeld het verlagen van vet, suiker en zout in diverse producten. Wat moet je doen als je de hoeveelheid suiker gaat verlagen om toch een goed product te krijgen wat de consument lekker vindt. Wij kunnen zowel ingrediëntenleveranciers helpen als eindproducten.”

‘Consumenten worden zich ook steeds bewuster van het belang van duurzame producten’

Consumenten worden zich ook steeds bewuster van het belang van duurzame producten. Dierlijke producten (vlees en zuivel) dragen bij aan klimaatverandering. Men (industrie en consument) zoekt dus alternatieven zoals producten gebaseerd op plantaardige eiwitten. Er is echter wel een aantal uitdagingen bij de ontwikkeling van dit soort producten.

Joost Blankenstijn

Fermentatie

“Vaak valt er qua smaak, textuur en ook houdbaar­heid het nodige te verbeteren. Bijvoorbeeld vlees­alternatieven hebben soms een nasmaak en dat geldt ook voor zuivel­alternatieven als sojamelk en sojayoghurt. Je ziet bedrijven worstelen met deze problemen. Ze zijn op zoek naar een manier om de smaak te verbeteren zonder er veel smaakstoffen - of flavour - te moeten instoppen, wat kostbaar is. Wij zijn ervan overtuigd dat fermentatietechnologie hier een grote rol in kan spelen. Het kan voor een goede smaak en gewenste textuur zorgen”, aldus Blankestijn. Fermentatie is al een heel oude techniek om voedsel te produceren en houdbaar te maken. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt voor de bereiding van yoghurt, kaas en bier. “Voor consumenten is fermentatie bekend en ze zien het als iets natuurlijks. De industrie herkent dat ook en daardoor past het goed binnen een clean label strategie. Een strategie die erop gericht is op minder en -voor de consument- begrijpelijke ingrediënten te gebruiken - geen E-nummers bijvoorbeeld - voor een smakelijk en houdbaar product.”

Wat is fermentatie?

Fermentatie is het omzetten of afbreken van de grondstof van een product door micro-organismen zoals bacteriën, schimmels en gisten. Door warmte en vocht gaan de micro-organismen groeien. Tijdens deze groei maken de micro-organismen enzymen aan, die ervoor zorgen dat de zuurgraad, smaak, geur, uiterlijk, verteerbaarheid en de houdbaarheid van het product verandert.

Bij veel fermentatieprocessen zetten enzymen suikers om in alcohol. Zoals bij de productie van bier (mout) en wijn (druiven). Micro-organismen kunnen van nature aanwezig zijn in producten (cacaobonen) of toegevoegd worden voor de fermentatie. Er is zowel vaste fermentatie (cacao, zuurkool) als vloeibare (wijn, bier, zuivelproducten).

Smaakmoleculen

Micro-organismen en fermentatie zijn de specialiteiten van Martijn Bekker. Bekker is projectleider/onderzoeker binnen Wageningen Food & Biobased Research en opgeleid als microbioloog/fysioloog. Hij werkt in projecten waar gekeken wordt naar het optimaliseren van plantaardige producten met behulp van fermentatie.

“De verschillende typen micro-organismen zoals bacteriën en gist die zorgen voor fermentatie, zorgen mede voor het ontstaan van verschillende smaken,” zegt Bekker. “Daarom zijn er bijvoorbeeld vele verschil­lende soorten bier en wijn. Duizenden verschillende moleculen kunnen voor de specifieke smaak zorgen. Bijvoorbeeld specifieke prettige zuren in wijn en de boterige smaak in yoghurt. Vaak ontstaan er ook specifieke geuren die sterk bijdragen aan de smaakbeleving.”

Martijn Bekker

Hoe ontstond de MINIScreen?

“We weten eigenlijk nog maar heel weinig over hoe de verschillende smaken tijdens de fermentatie tot stand komen,” aldus Bekker. “Wil je een bepaalde smaak creëren dan moet je dus je eind­product testen en kijken onder welke omstandigheden dat gebeurt. Als je heel veel verschillende omstandigheden en diverse organismen tegelijk wilt testen op je beginproduct dan ben je nog wel even bezig. Zeker als je dat op grote schaal doet.”

Bekker onderzocht of het ook op kleinere schaal kon, dus met mini­cultures. Er was al eerder een model voor onderzoek aan brood ontwikkeld. Daarbij werden microbroodjes van 15 gram, getest op diverse parameters. Daarvan afgeleid ontwikkelde hij de MINIScreen (Matrix INteractIon Screening) om fermentatie­producten te maken en te testen op kleinere schaal.

In plaats van grote bioreactoren van vele liters wordt in de MINIScreen met reactorvaatjes van ca. 1 cm doorsnee en 1 cm hoog gewerkt. Hiermee kun je dus heel veel verschillende fermentatie-­condities tegelijk testen zoals organisme, temperatuur, pH, meer of minder zuurstof en vervolgens metingen doen op het eindproduct.

Bekker: “Vroeger gebeurde dat door trial and error: je probeerde wat en keek of je een beter product kreeg. Dat kon jaren duren. Nu kunnen we tegelijk verschillende omstandigheden creëren en dan het eindresultaat vergelijken. Zit er een gewenst eindresultaat bij dan gaan we dat op grotere schaal testen. Daarvan kunnen we samples naar de klant sturen voor beoordeling.”

“Is het eindproduct akkoord bevonden, dan gaan we helpen het proces intern bij de klant op te zetten, zodat ze het op industriële schaal kunnen produceren. Het proces kan soms vrij snel gaan, mede omdat we gebruik maken van een pipetteerrobot die veel werk sneller, hygiënischer en betrouwbaarder maakt. Gemiddeld duurt het ontwikkeltraject enige maanden.”

Food & Biobased Research

Aan Wageningen University & Research (WUR) zijn naast de universiteit, negen toegepaste kennisinstellingen verbonden. Een van die kennisinstituten is Wageningen Food & Biobased Research. Daarbinnen is Joost Blankestijn programma-manager ‘Food Innovations for responsible choices.’ “

Wij werken nauw samen met bedrijven uit de voedingsmiddelenindustrie. Dat kan een-op-een, een klant komt met een vraag bij ons. Voor het oplossen van die vraag maken we gebruik van de wetenschappelijke experts die bij ons werken (250 experts). Martijn Bekker is een van de experts. Ik werk altijd samen met de juiste experts voor het oplossen van de uitdaging van de klant waarvoor vaak meerdere expertises nodig zijn.”

“ We werken ook in publiek-private samenwerkingsverbanden (PPS), dat zijn meestal wat langduriger projecten (ca. drie jaar). Het gaat dan om een consortium van verschillende partijen die gezamenlijk een uitdaging willen oplossen. We werken dan samen op een centraal thema, bijvoorbeeld het toepassen van fermentatie om bepaalde smaken te creëren.”

Smaakbeleving

Een voorbeeld van een beginproduct oftewel substraat is erwten­eiwit. Hier zit vaak een bonige smaak aan die wordt veroorzaakt door aldehyde dat al in heel lage concentraties te proeven is. Voor gebruik in een vleesalternatief is dat niet wenselijk. Aldehyde is met behulp van fermentatie om te zetten in alcohol. “Het mooie is dat je de alcohol nauwelijks proeft en het aldehyde, oftewel de bonige smaak, ben je voor een groot deel kwijt,” zegt Bekker. “Dat is ook aangetoond door een test uit te voeren met een panel van proevers. Wij kunnen met meetapparatuur zoals massaspectrometrie aantonen welke (smaak)stoffen erin zitten en welke verdwenen zijn, maar de uiteindelijke smaakbeleving moet wel door een panel van mensen getest worden. We weten niet bij welke concentratie mensen een bepaalde smaak nog wel of niet proeven. Dat is bijzonder complex en hangt mede af van de matrix waarin het smaakmolecuul zit. Dus in melk kan het anders smaken dan in boter.”

‘We weten eigenlijk nog maar heel weinig over hoe de verschillende smaken tijdens de fermentatie tot stand komen’

“Ook viscositeit, een maat voor de textuur - veel vezels of niet, draagt bij aan de smaakbeleving. De viscositeit kan ook gemeten worden. Verder kan de smaakbeleving van persoon tot persoon verschillen. Dat blijkt bijvoorbeeld uit Stevia, dat zit bijvoorbeeld in Fanta, een alternatieve zoetstof die uit planten is geïsoleerd. Het smaakt anders dan suiker, sommige mensen proeven een metaalachtige smaak, andere een bittere en weer anderen vinden het een prima zoete smaak. Hoe lekkerder mensen het vinden, hoe eerder ze het product kopen en blijven gebruiken.”

Vraag van de klant

Blankestijn: “Met de MINIScreen richten we ons vooral op het creëren van alternatieven voor zuivel en vlees gebaseerd op plantaardige grondstoffen. Alles waarbij dierlijke eiwitten vervangen worden door plantaardige. Het doel is een smaak en textuur te maken die heel erg lijkt op het oorspronkelijke dierlijke product en die in de smaak valt bij de consument.”

“Wanneer een klant met een specifieke vraag bij ons komt vragen we eerst waaraan hij/zij wil werken. Het kan gaan om alleen een ingrediënt dat als basis dient voor andere voedingsmiddelen maar ook om het complete product, bijvoorbeeld een kwark. Gaat het over de smaak van een zuiveldrank die nog niet de gewenste smaak heeft? Gaat het over een vleesvervanger waarvan je de houdbaarheid wilt verlengen of de bonige smaak kwijt wilt?”

“Als wij denken dat fermentatie een oplossing kan bieden gaan we bekijken welk micro-organisme geschikt is. Daarbij leunen we op onze jarenlange wetenschappelijke ervaring om tot een goede en onafhankelijke keus van organisme te komen. En wat zijn dan de condities waaronder de fermentatie moet plaatsvinden.”

Positieve reacties

Onlangs presenteerde Bekker het concept van de MINIScreen op een wetenschappelijk congres in Chicago. Er waren veel positieve reacties en de nodige belangstellenden hebben naderhand contact opgenomen om te kijken in hoeverre het voor hun specifieke toepassing geschikt zou zijn. “Dat is leuk want daar komen soms ook weer nieuwe processen in beeld. We hopen met de MINIScreen bij te kunnen dragen aan de snellere ontwikkeling van duurzame en lekkere voedingsproducten gebaseerd op plantaardige grondstoffen.”

Lees ook
Nieuwe studie over het belang van voedingsoliën en -vetten

Nieuwe studie over het belang van voedingsoliën en -vetten

Een nieuwe studie van Wageningen University & Research en de Charles University in Praag werpt een nieuw licht op voedingsoliën en -vetten. De studie beschouwt niet alle vetten als slecht voor onze gezondheid, maar benadrukt het belang van vetten in gezonde voeding, vooral voor ondervoede mensen. Ook gaat de studie in op het belang van het maken van...

Fully documented Fisheries telt vis aan boord

Fully documented Fisheries telt vis aan boord

Vanwege de Europese aanlandplicht mogen Vissers gevangen vis niet meer over boord gooien, maar moeten deze meenemen naar de haven en registreren. Onderzoekers van Wageningen University & Resource hebben een oplossing bedacht waarbij de vis aan boord geteld kan worden. Ir. Angelo Mencarelli gaf hierover tijdens Food Technology een lezing: Fully Documented...

Afgekeurde bananen geschikt als grondstof voor bioafbreekbare plastics

Afgekeurde bananen geschikt als grondstof voor bioafbreekbare plastics

Reststromen van de bananenteelt zijn uitstekend geschikt als grondstof voor biologisch afbreekbare plastics. Dit concluderen onderzoekers van Wageningen University & Research. Het gaat om 15 tot 20 procent van de totale bananenproductie in Colombia.