Cora De Gol

Plantaardige voedingsmiddelen winnen snel aan marktaandeel nu consumenten overstappen op duurzamere en gezondere diëten. Vergeleken met dierlijke producten vereist de productie ervan minder land en water en genereren ze een aanzienlijk lagere koolstofvoetafdruk. Vleesvervangers zijn bijzonder populair geworden vanwege hun gebruiksgemak. Ze worden doorgaans geproduceerd via extrusie, waarbij plantaardige eiwitisolaatpoeders worden gehydrateerd en getextureerd tot vleesachtige producten. De functionaliteit van het eiwit, met name de geleereigenschappen, is daarom cruciaal voor het proces. Conventionele eiwitextractie uit de grondstof en droogstappen gaan gepaard met hoge temperaturen en het gebruik van chemicaliën, wat niet alleen grote hoeveelheden energie verbruikt, maar ook de geleereigenschappen van de eiwitten aantast. Bovendien zijn de meeste commerciële vleesvervangers op basis van soja, wat zorgen baart over ontbossing, grootschalige monocultuur en afhankelijkheid van wereldwijd transport.

Dit proefschrift beoogt de ontwikkeling van plantaardige voedingsmiddelen te bevorderen door de productie van vleesvervangers te heroverwegen. Het stelt voor om geïmporteerde soja-eiwitisolaten te vervangen door lokaal geproduceerde eiwitingrediënten en conventionele energie-intensieve eiwitextractie- en droogstappen te elimineren. In plaats daarvan werd een minimale verwerking van eiwitten ontwikkeld. Twee eiwitingrediënten, een Chlorella vulgaris (Cv) suspensie en geel erwteneiwitextract (PPE), werden onderzocht. PPE werd verkregen uit luchtgeclassificeerd erwteneiwitconcentraat onder milde, waterige omstandigheden bij kamertemperatuur. Een levenscyclusanalyse (Hoofdstuk 6) toonde aan dat het vervangen van soja door erwt de koolstofvoetafdruk van het eiwit met een factor 5,5 vermindert, en het gebruik van PPE in plaats van erwteneiwitisolaat (PPI) poeder verlaagt deze met een extra factor 1,8. Bovendien toonde Hoofdstuk 2 de haalbaarheid aan van het opnemen van eiwitrijke plantaardige vloeistoffen in extrusie zonder de eigenschappen van het eindproduct aan te tasten.

Een grote uitdaging bij het werken met vloeistoffen is hun microbiële instabiliteit. Hoewel extrusie (hoge temperatuur, druk en verblijftijd) de microbiële veiligheid van het eindproduct garandeert, beperkt kwaliteitsverlies van de vloeistof tijdens gekoelde opslag en voorafgaand aan extrusie de flexibiliteit van de verwerking. Belangrijke bederfbacteriën werden geïdentificeerd in Cv (Pseudomonas guariconensis, Enterobacter soli en Lactococcus lactis) en PPE (Pseudomonas trivalis en Erwinia gerundensis) (Hoofdstukken 3 en 4). Pulsed electric field (PEF) behandeling gecombineerd met koude opslag werd onderzocht als een milde conserveringsstrategie. PEF-behandeling is gebaseerd op het toepassen van korte hoogspanningspulsen op vloeistoffen, waardoor bacteriën worden geïnactiveerd met een minimale temperatuurstijging en minder schade aan hittegevoelige verbindingen, die overwegend aanwezig zijn in vloeibare voedingsmiddelen.

In Hoofdstuk 3 werden challenge-tests uitgevoerd op Cv met behulp van een pilot-schaal PEF-behandeling in continue modus. De geoptimaliseerde condities (Eel = 28 kV/cm, f = 120 Hz, τ = 20 μs, t = 225 μs, Tin = 30 °C, Tout < 55 °C) maakten microbiële reducties van ~ 4 logs mogelijk voor P. guariconensis, E. soli en L. lactis. Deze reducties maakten een verlenging van de houdbaarheid tot vijf dagen mogelijk bij 10 °C, wat verder zou kunnen worden verhoogd door herhaalde PEF-cycli. Op vergelijkbare wijze toonde Hoofdstuk 4 PEF-geïnduceerde microbiële reducties aan van ~ 4 logs voor P. trivalis en E. gerundensis geënt in PPE (Eel = 24 kV/cm, f = 50 Hz, τ = 20 μs, t = 126 μs, Tin = 40 °C, Tout < 60 °C). De houdbaarheid werd verlengd met drie dagen bij opslag op 10 °C en zes dagen bij 5 °C. Bij toepassing op de natuurlijke microbiota van het PPE veroorzaakte PEF een verlenging van de lag-fase met vier dagen bij opslag op 5 °C, vergezeld van een verlenging van de houdbaarheid met zes dagen en een pH-stabiliteit van tien dagen. Over het geheel genomen conserveerde PEF de kwaliteit van Cv en PPE effectief met aanzienlijke inactiveringseffecten op zowel de gerichte bederfbacteriën als de natuurlijke microbiota. De implementatie van PEF in de toeleveringsketen van plantaardige voedingsmiddelen werd geëvalueerd in Hoofdstuk 6. De groeisnelheid van met PEF behandelde E. soli werd aanzienlijk verlaagd en de duur van de lag-fase werd verlengd wanneer één dag opslag (10 °C) voorafgaand aan PEF werd geïntroduceerd. Hoofdstuk 6 onderzoekt verder de door PEF geïnduceerde elektroporatie van het bacteriële membraan, gericht op een consistente verlenging van de lag-fase om de stabiliteit tijdens opslag verder te verbeteren. Naast dodelijke effecten veroorzaakte PEF bij hoge intensiteit (Eel = 28 kV/cm) de vorming van subletaal letsel bij E. soli. Ondanks een vertraagde kolonievorming, gedetecteerd als een kleinere coloniegrootte bij het uitplaten, was dit letsel niet geassocieerd met een verlengde lag-fase tijdens de houdbaarheid. De levensvatbaarheid van PEF als conserveringsmethode hangt af van het vermogen om de eiwitfunctionaliteit te behouden. Hoofdstuk 5 onderzocht de impact van PEF op de structuur en functionaliteit van erwteneiwitten (albuminen en globulinen) en vergeleek dit met conventionele hittepasteurisatie. Spectroscopische metingen onthulden gedeeltelijke eiwitontvouwing na PEF, wat intermoleculaire interactie en verbeterde (> 50%) geleereigenschappen bevorderde. Daarentegen veroorzaakte hittepasteurisatie eiwitaggregatie en een vermindering van 60% in geleereigenschappen voor gelijkwaardige microbiële inactiveringsniveaus. Bovendien bevestigden extrusietests op laboratoriumschaal (Hoofdstuk 6) dat het opnemen (30%) van met PEF behandeld PPE in PPI de textuur van de vleesvervanger niet beïnvloedde, terwijl de textuurparameters afnamen bij thermisch behandeld PPE.

Concluderend vermindert de voorgestelde aanpak – een combinatie van lokale inkoop, minimale verwerking en milde conservering – de koolstofvoetafdruk aanzienlijk en verbetert het de eiwitfunctionaliteit voor de productie van vleesvervangers. Om de technologische haalbaarheid te valideren, is echter verder werk nodig om de verwerking voor vloeistoffen met een hogere geleidbaarheid te optimaliseren (Hoofdstuk 6), om de variabiliteit tussen batches te begrijpen (Hoofdstuk 2), en om mogelijke nadelige effecten van een verhoogde eiwitconcentratie op het inactiveringsniveau te beoordelen (Hoofdstuk 6). Al met al heeft dit proefschrift de ontwikkeling van plantaardige eiwitingrediënten bevorderd, waarbij duurzaamheid en functionaliteit worden overbrugd door innovatief gebruik van PEF-technologie.