De verrassende chemie van de natuur

Hoe komen we van een dierlijk naar een plantaardig consumptiepatroon? De eigenschappen van plantaardige eiwitten zijn nou eenmaal anders dan die van dierlijke. Bij WUR doen ze onderzoek naar het verbeteren van die functionaliteiten.

De overgang van een dierlijk naar een plantaardig consumptie­patroon gaat met horten en stoten. Daar zijn een aantal redenen voor aan te wijzen. Een niet onbelangrijke: de functionaliteiten van plantaardige eiwitten zijn anders dan die van dierlijke.

Kentering

Bij Wageningen Universiteit & Research (WUR) is men zich daar als geen ander van bewust. In 2020 verscheen een review waaraan WUR onderzoeker Julia Keppler meewerkte, waaruit bleek dat er positieve effect­en op de technische eigenschappen van plantaardige eiwitten mogelijk waren door het gebruik van fenolen.

Dat zette een kenter­ing in gang over de houding ten opzichte van fenolen die, tot dan toe, altijd gezien werden als vervelend. “Ineens bleken fenolen ook iets positiefs te brengen.” Marieke Bruins werd enthousiast en samen met Maaike Nieuwland doet ze uit de doeken wat fenolen ons kunnen brengen. Én doen ze een oproep om gezamen­lijk te investeren in pilotprojecten.
De meeste mensen willen wel meer plant­aardig eten, en de industrie probeert daarom nieuwe producten te ontwikkelen, maar de functionaliteit van met name plantaardige eiwitten blijft achter. Veel consumenten zien het liefst geen ‘onnatuurlijke’ toevoegingen op de ingrediëntenlijst, wat een aantal strategieën om productfunctionaliteit te verhogen minder aantrekkelijk maakt. Tegelijkertijd wordt duurzaamheid steeds belangrijker, en daarmee neemt de interesse voor het gebruik van minder bewerkte materialen en het gebruik van zijstromen toe.

Fenolencommunity

Maaike Nieuwland is chemicus en Marieke Bruins procestechnoloog, beiden zijn werkzaam bij WUR. Bruins: “We verkennen dit onderwerp momenteel met een groep van zes mensen en hebben al meerdere projecten gestart op dit onderzoek. Alle zes op een andere manier, in eigen teams en vanuit een ander deel van de keten. Zo hopen we de fenolencommunity als een olievlek uit te zien spreiden. We komen regelmatig bij elkaar om onze voortgang te delen.”

De functionaliteiten van dierlijke eiwitten verschillen van die van plantaardige. Dit kan je oplossen door het toevoegen van een zetmeel of een hydrocolloïd. Alleen heb je daarmee geen clean label. Nieuwland en Bruins vertellen hoe fenolen in plant­materialen deze punten mooi bij elkaar laten komen.

Natuurlijke componenten

Bruins: “Het zijn natuurlijke componenten, die de functionaliteit van eiwitten kunnen verbeteren. Maar met de zuivering van planteneiwit worden ze verwijderd. Minder processing zou dus, als de condities goed gekozen worden, de functionaliteit kunnen verbeteren. Verder zitten veel van de fenolen in zijstromen, dus die kunnen ook ingezet worden voor de functionaliteits­verbetering. Dit vraagt een heel subtiel en gecontroleerd proces om de balans goed te krijgen. Er is namelijk een goede reden waarom deze fenolen vaak worden ver­wijderd uit ingrediënten. Ze kunnen bitter zijn, off-flavours veroorzaken en de verteerbaar­heid van eiwitten verminderen. Het inzetten van fenolen en polyfenolen is dus - zoals zoveel in het leven - een kwestie van balans: het optimum vinden tussen zoveel mogelijk positieve en zo min mogelijk negatieve effecten.”

Het begint bij bonen

Nieuwland: “We kijken nu in ons onderzoek naar het effect op aroma, verteerbaarheid, bitterheid en geleerkwaliteiten van het eiwit-fenolcomplex. Dat kan door de teelt te optimaliseren, of door de processing aan te passen. Door slimme eiwitextractie te gebruiken, kan een positieve fenol-eiwit­koppeling al tijdens de extractie gerealiseerd worden.”
Nieuwland gaat verder: “In ons multidisciplinaire team hebben we gekeken naar de fenolen in tuinbonen. Daarbij is aan de ene kant het productie­proces van tuinbonen onder de loep genomen: waar komen de fenolen terecht met het aanpassen van het extractieprotocol, en hoe verandert dat de functionaliteit? Aan de andere kant onderzoeken we hoe het toe­voegen van fenolen aan tuinbooneiwit de functionaliteit verandert. Van de resulterende samples worden dan de functionaliteiten gemeten. Sommige fenolen verhogen de gelering van de eiwitten enorm, al vindt er wel verkleuring plaats. Wanneer het grote fenol looizuur (tannic acid) wordt toegevoegd aan een tuinboon concentraat, is na ver­hitting de gelsterkte vijf keer hoger. Met het veel kleinere ferulazuur (ferulic acid) zien we geen effect op gelsterkte bij mengen van eiwitconcentraat met het fenol. Voor de goed gelerende moleculen kan je denken aan gebruik in vleesvervangers – zodat minder of geen kippenei-eiwit nodig is, of aan plantaardige kazen waarbij gelering heel belangrijk is. Maar voor kazen is een lichte kleur ook erg belangrijk, dus daar is nog wel werk aan de winkel. Het effect op de smaak, aroma en de verteerbaarheid in combinatie met de voorziene toepassing zal bepalen hoe deze goed gelerende eiwitten kunnen worden gebruikt.”

Duurzaam

Bruins is net als Nieuwland enthousiast over de mogelijkheden. “Ik houd van duurzaamheid en ik wil graag het gevoel hebben dat ik iets bij kan dragen aan een betere wereld. Wat wij in ons team doen kan een belangrijke bijdrage leveren aan de eiwittransitie, wat een van de grootste uitdagingen van de huidige en komende tijd is. Als we kunnen zorgen voor voldoende plantaardig eiwit, het liefst uit zijstromen – want dat is écht duurzaam, dan dragen we een flink steentje bij.”

Al tien jaar vraagt de markt om mogelijk­heden om meer te doen met de fenolen uit zijstromen. Lozen kost geld, dus kunnen we de fenolische zijstromen niet beter toe­passen? Het is weliswaar een kostbaar proces, maar de vraag naar plantaardige voedings­middelen groeit ook steeds harder. Toen de review van Julia Keppler e.a. verscheen, kwam het proces binnen WUR in een stroomversnelling, met zowel fundamenteel onderzoek bij de universiteit als meer toe­gepast onderzoek binnen Wageningen Research.

Grip op fenolen

Het eerste toegepaste onderzoek dat werd uitgevoerd was het project Grip op Fenolen. Daarin werd breed onderzocht hoe je fenolen kunt inzetten, in voeding, veevoer maar ook in non-food toepassingen, bijvoorbeeld als uv-barrière. Tijdens dat onderzoek bleek een crosslink met eiwitten veelbelovende resultaten op te leveren. Verschillende onderzoeks­ideeën uit dat project worden nu verder onderzocht.

Bruins vertelt vol enthousiasme over hoe het werkelijk voor iedere partner in de keten - of het nu een laboratorium is of de industrie - een eye-opener is dat fenolen niet iets slechts zijn, maar juist iets positiefs kunnen bijdragen. “We kunnen direct het begin van de keten verbeteren, want al in het gewas kunnen we deze nieuwe kennis over fenolen gebruiken. Dat is de meest elegante manier, als we tijdens het kweken de juiste complexen kunnen samenvoegen en de juiste processing vanaf het begin kunnen inzetten. Dus zowel met de zijstromen als met de gewassen zelf gaan deze nieuwe inzichten ons heel veel bieden.”

Nu uitrollen

“Het proof of principle is geleverd met het project Grip op Fenolen, nu willen we het uitrollen naar het bedrijfsleven”, vervolgt Bruins. “We zoeken naar realistische startmaterialen en producten om aan te werken. We hebben dus de tuinboon geprobeerd en gaan nu beginnen met haver. Daar ligt een grote doelgroep met een groeiende markt. Van soja stappen veel bedrijven vaak eerst over naar de erwt, en een nieuwe speler die in opkomst is, is de tuinboon Het is een traditioneel gewas dat zowel in Europa als in Scandinavië goed gedijt.”

Nieuwland vult aan: “Er is niet één oplossing voor alles, dus we moeten niet in een monocultuur denken. En naast verschillende bronnen voor de eiwitten is er voor iedere toepassing ook een ander complex van fenolen en eiwitten te vinden.”