Naar zemelgerichte technologieën voor het reduceren van kwaliteitsverlies bij incorporatie van zemelen in graangebaseerde levensmiddelen
Opportuniteit en probleemstelling
Door een toenemend bewustzijn bij de consument over het belang van gezonde voeding stijgt de vraag naar vezelrijke producten. Tarwezemel, een nevenproduct van de industriële vermaling van tarwe, is een uitstekende bron van dieetvezel en wordt toegevoegd aan een aantal levensmiddelen (brood, koekjes, ontbijtgranen, pasta, snacks, etc.) omwille van zijn rijk nutritioneel profiel. Er is epidemiologische evidentie dat consumptie van zemelrijke producten de kans op welvaartsziektes zoals obesitas, diabetes, kanker en hart- en vaatziektes aanzienlijk vermindert. Incorporatie van zemelmateriaal in graangebaseerde systemen is echter niet zo eenvoudig omdat zemel de technologische en organoleptische kwaliteit van de verkregen producten aanzienlijk vermindert. Vaak worden dure verbetermiddelen zoals gluten, emulgatoren en enzymen toegevoegd om de kwaliteit van het zemelrijke product aanvaardbaar te maken. Deze aanpak is dus gebaseerd op een empirische bestrijding van de symptomen eerder dan op een beredeneerde aanpak van de onderliggende oorzaken van de negatieve effecten van tarwezemel. In dit project worden de aspecten van zemel die aan de basis liggen van de kwaliteitsreductie onderzocht en, gebruik makend van deze kennis, wordt getracht om betere technologische oplossingen voor de productie van hoge kwaliteit zemelrijke producten door doelgerichte modificaties van de zemel voor te stellen.
Inhoud voorgesteld onderzoek
Dit project zal via gerichte modificaties van zemel door middel van geselecteerde technieken de factoren aan de basis van het negatieve effect van zemel op producteigenschappen identificeren. In WP1 wordt de bestaande variabiliteit in commerciële zemelstalen gescreend door analyse van de chemische samenstelling en fysische eigenschappen van een tiental (al dan niet behandelde) commerciële zemelstalen. In WP2 worden een aantal mechanische, hydrothermale en impregnatiebehandelingen op zemel uitgevoerd met als doel de zemeleigenschappen en hun functionaliteit te wijzigen In DP2.1 worden enerzijds kogelmolenvermaling van zemel en anderzijds het slijpen van tarwekorrels voor vermaling bestudeerd. In DP2.2 worden een aantal hydrothermale voorbehandelingen van zemel uitgevoerd met microgolf verwarming. In DP2.3 wordt zemel, al dan niet onder vacuüm, geïmpregneerd met lipiden of proteïneoplossingen. In WP3, ten slotte, worden de functionele eigenschappen van een set van behandelde zemelstalen, geselecteerd op basis van de resultaten uit WP1 en WP2 onderzocht. Na grondige structurele, chemische en fysische karakterisering worden deze zemelstalen geïncorporeerd in brood-, cake- en koekjesbereiding. De eigenschappen van de verkregen eindproducten worden gecorreleerd met de structurele, chemische en fysische zemeleigenschappen.
Werkpakketten
n WP 1 – Screening van tarwezemelvariabiliteit en identificeren van methodes om deze te meten
n WP 2 – Gerichte behandeling van zemelen
n DP 2.1 – Mechanische behandeling van zemelen en tarwekorrels
n DP 2.2 – (Hydro)thermale behandeling van zemelen
n DP 2.3 – Impregnatiebehandeling van zemelen
n WP 3 – Analyse van eigenschappen van behandelde zemelstalen en hun functionaliteit in graangebaseerde systemen
Verwachte resultaten en toegevoegde waarde voor bedrijven
Dit project zal toelaten om de onderliggende oorzaken van het negatief effect van zemel in graangebaseerde producten te identificeren en een basis te vormen voor de ontwikkeling van meer beredeneerde strategieën en technologieën om de kwaliteit van zemelrijke producten te verbeteren. Hierdoor zal het mogelijk worden om enerzijds de gehaltes aan broodverbetermiddelen zoals gluten, emulgatoren en enzymen te reduceren en anderzijds hogere gehaltes aan zemel in een product te incorporeren. Verder zal dit project ook een indicatie geven van het potentieel van de geteste zemelbehandelingen en een goede voorzet geven voor het optimaliseren van industrieel haalbare innovatieve zemelbehandelingen. Mogelijks moet hiervoor gezocht worden naar een combinatie van de hier voorgestelde technologieën of naar een goedkopere of eenvoudiger implementeerbare manieren om eenzelfde soort behandelingen uit te voeren.
De valorisatie-opportuniteiten en toepassingen kunnen als volgt omschreven worden:
De kennistransfer in de loop van het project zal op geregelde basis gebeuren via voorstelling van de experimentele data op een aantal ad hoc vergaderingen met de industriële partners. Op deze meetings is er ruimte voor tussentijdse evaluatie en kunnen de bedrijven opmerkingen en suggesties geven. Eveneens zal de reeds bestaande kennis over zemelfunctionaliteit in degen samengevat worden in een literatuurstudie.
Doelgroepbedrijven
De inzichten van dit project komen de hele keten van de graanverwerkende industrie ten goede: maalderijen, industriële bakkerijen, biscuiterie sector (cake- en koekjesproducenten), ingrediëntenleveranciers, etc.
Projectbudget
n Projectbudget: 239299.37 Euro
n Personeelsbezetting: 1.5 VTE
n Duur: 2 jaar
Uitvoerders
LMCB, http://www.biw.kuleuven.be/lmt/labolmc/labolmc.htm
De onderzoeksmissie van het Laboratorium voor Levensmiddelenchemie en -biochemie van de K.U.Leuven is tweevoudig. Enerzijds wordt basisinzicht gegenereerd in graanconstituenten zoals zetmeel, niet-zetmeelpolysachariden, proteïnen en lipiden, anderzijds wordt dit inzicht toegepast in diverse biotechnologische graangebaseerde processen met als doel procesparameters te optimaliseren en organoleptische en gezondheidsbevorderende aspecten van verschillende graangebaseerde producten (brood, cake, koekjes, etc.) te verbeteren.
Het LMCB heeft de nodige infrastructuur voor de uitgebreide karakterisering en studie van zemelen en zemelrijke producten. De onderzoeksgroep heeft de voorbije jaren eveneens expertise opgebouwd rond graanconstituenten en graangebaseerde processen. In het doctoraal proefschrift van Caroline Maes (2005) werd de impact van chemische en enzymatische behandelingen van tarwezemel op de dieetvezelfractie en de functionaliteit van zemel in broodbereiding bestudeerd. Verder werk in de doctorale proefschriften van Katrien Swennen (2007), Valerie Van Craeyveld (2009) en Bram Damen (in voorbereiding) focuste op tarwezemelen en op arabinoxylanen en hun hydrolyseproducten, de arabinoxylan-oligosachariden, die prebiotisch potentieel hebben. Rond deze thematiek werd ook gewerkt in een door de K.U.Leuven betoelaagd project en het door het I.W.T. gefinancierde SBO project IMPAXOS (AX oligosaccharides with impact on man and animal, 2005–2009, 7 partners). Ook in ‘HEALTHGRAIN’ (Exploiting bioactivity of European cereal grains for improved nutrition and health benefits, 2005–2010, www.healthgrain.org, 44 partners), een project binnen het EU 6de kaderprogramma, werden zemelen en zemelfunctionaliteit bestudeerd. Het LMCB speelde hierin een belangrijke rol als leider van de module over graantechnologie en -verwerking. In het doctoraatswerk van Jeroen Snelders worden momenteel de eigenschappen en functionaliteit van het ferulinezuur in tarwezemel grondiger bestudeerd. De LMCB-onderzoeksgroep heeft de voorbije jaren ook expertise opgebouwd rond brood-, cake- en koekjesbereiding. Expertise rond broodbereiding is reeds lang aanwezig in de groep, en recent werd in twee doctoraatsprojecten ook gefocust op cakebereiding (Edith Wilderjans, 2010) en koekjesbereiding (Bram Pareyt, 2010). De resulterende proefschriften zijn mede voortgekomen uit de Flanders’ FOOD projecten: ‘Vetreductie en/of vervanging in deegsystemen’ en ‘Suikerreductie en/of vervanging in deegsystemen’ (2006-2009). Ook in het Flanders’ FOOD project ‘Evaluatie van de bloemfunctionaliteit voor graangebaseerde toepassingen’ komen deze drie toepassingen aan bod (2007-2009).
De onderzoekseenheid maakt deel uit van LFoRCe (Leuven Food Science and Nutrition Research Centre), dat de onderzoeks- en valorisatie-activiteiten van de K.U.Leuven inzake levensmiddelentechnologie, de relatie tussen voeding en gezondheid en de maatschappelijke aspecten in verband met voeding samenbrengt. Ook in het Methusalemprogramma ‘Food for the Future’ van de K.U.Leuven is het aanreiken van innovatieve en wetenschappelijk onderbouwde concepten voor onder meer de optimalisatie van graangebaseerde processen een centraal thema. De onderzoeksgroep is reeds sinds de oprichting van Flanders’ FOOD actief binnen verschillende projecten (vet-, suiker- en zoutreductie, fysico-chemische houdbaarheid, bloemfunctionaliteit, combistarch, shelflife, etc.).
Daarnaast onderhoudt het LMCB contacten met verscheidene andere afdelingen binnen de K.U.Leuven (o.a. de afdeling mechanische materiaalkunde, de afdeling mechatronica, biostatistiek en sensoren, de afdeling moleculaire en nanomaterialen, etc.). Het LMCB heeft ook nauwe contacten met internationaal gerenommeerde universiteiten, onderzoeks-instellingen en experts in het domein. Met betrekking tot dit laatste is er expertise beschikbaar bij R&R Research Services (Dr. R. Carl Hoseney) en bij Food Polymer Science Consultancy (Drs. Louise Slade en Harry Levine). In eerdere Flanders’ FOOD projecten werd reeds van de kennis van beiden groepen gebruik gemaakt via consultancy sessies
