FLANDERS' FOOD RADAR

Waterdynamica en interacties tussen biopolymeren in modelsystemen en brood: een basis om het broodverouderingsproces beter te begrijpen?

Brood is een substantieel onderdeel van onze dagelijkse voeding. Een belangrijk probleem bij veel graangebaseerde levensmiddelen is echter dat deze in het algemeen snel verouderen, zodat ze zelfs bij een beperkte bewaring veel van hun kwaliteit verliezen. Hierdoor wordt jaarlijks een grote hoeveelheid oudbakken brood niet geconsumeerd, wat leidt tot gigantische economische verliezen.

Inleiding

Het is algemeen aanvaard dat veranderingen in de zetmeelfractie en watermigratie in belangrijke mate bijdragen tot de verminderde broodeigenschappen tijdens bewaring. Om de vershoudbaarheid van brood te verhogen, kunnen daarom in de broodbereiding verschillende amylolytische (zetmeelsplitsende) enzymen worden toegevoegd. Naast enzymen kunnen ook andere ingrediënten zoals emulgatoren, vetten en gommen en gewijzigde proces- en bewaarcondities de zetmeeleigenschappen en de waterverdeling in brood beïnvloeden. De link tussen veranderingen in zetmeel en watermigratie tijdens bewaring van brood is echter nog niet voldoende begrepen. Aangezien watermigratie eveneens een belangrijke rol speelt in de broodveroudering, kan beheersing ervan leiden tot een verhoogde vershoudbaarheid van brood.

De veranderingen in waterverdeling tijdens bewaring van brood kunnen bepaald worden met Proton Nucleaire Magnetische Resonantie (1H-NMR). Ondanks het feit dat deze techniek reeds gebruikt wordt voor het bestuderen van brood, heerst nog onenigheid over de interpretatie van de resultaten. Er is daarom nood aan een geoptimaliseerde NMR-methode, zodat het broodverouderingsproces beter begrepen kan worden. Op die manier kan de industrie meer gericht gebruik maken van additieven en gewijzigde proces- en bewaarcondities om broden met een verhoogde vershoudbaarheid te produceren.  Optimalisering van een 1H-NMR-methode voor het bestuderen van broodveroudering

Met behulp van eenvoudige modelsystemen (zetmeel-, gluten- en bloem-watermengsels) werd een NMR-methode ontwikkeld om de protonpopulaties van het meer complexe broodsysteem te kunnen toewijzen aan bepaalde componenten. De veranderingen in protondistributies die optraden tijdens bewaring van de modelsystemen werden eveneens opgevolgd, zodat een grondige interpretatie kon uitgevoerd worden van de wijzigingen in protonverdeling tijdens bewaring van broodkruim. Op die manier werd vastgesteld dat bepaalde veranderingen in de NMR-profielen gerelateerd konden worden aan zetmeelretrogradatie en wijzigingen in kruimhardheid. 1H NMR blijkt dus een goed alternatief te zijn om broodveroudering te bestuderen.

Door 1H NMR te gebruiken naast andere, meer klassieke technieken zoals Differentiële Scanning Calorimetrie (DSC) en textuurmetingen, werd vastgesteld dat naast zetmeelretrogradatie ook versteviging van het glutennetwerk optrad door migratie van water. Dit laatste droeg eveneens bij tot de toename in hardheid wanneer hydratatie van het netwerk te beperkt was geworden. Het verlies van water als weekmaker werd veroorzaakt door het inbouwen ervan in het steviger wordend zetmeelnetwerk, door additionele diffusie van water naar het zetmeel en door migratie van water van kruim naar korst tijdens bewaring.

Impact van zetmeelsplitsende enzymen op de broodveroudering

Zetmeelsplitsende enzymen met verschillend werkingsmechanisme worden reeds gebruikt in de broodbereiding. Een α-amylase van Bacillus subtilis (BSuA) is een amylase met een sterk uitgesproken endo-werking. Het hydrolyseert de zetmeelketens voornamelijk intern, waardoor het molecuulgewicht snel afneemt en het zetmeelnetwerk verzwakt wordt. Wanneer dit enzym toegevoegd werd aan brood werden zachtere broden verkregen waarvan de elasticiteit echter zeer laag was. Tijdens bewaring was de zetmeelretrogradatie minder uitgesproken en en bleef de elasticiteit verder afnemen. De endo-werking van BSuA was hiervoor verantwoordelijk. Daarnaast bleek dat dit enzym tijdens bewaring nog verder zetmeelketens bleef hydrolyseren, wat leidde tot broden met een zeer plakkerige kruim en een zeer slechte elasticiteit. Met BSuA bestaat dus kans op overdosering wat het minder geschikt maakt als anti-broodverouderings-enzym.

Daarnaast werd ook gebruik gemaakt van een maltogeen α-amylase van Bacillus stearothermophilus (BStA). Dit enzym heeft voornamelijk een exo-werking en hydrolyseert de zetmeelketens aan de buitenkant, waardoor het molecuulgewicht minder snel afneemt. Door het zetmeel zo te splitsen, werden zeer korte zijketens verkregen die nog maar moeilijk konden retrograderen tijdens de broodbewaring. Dit resulteerde in een tragere toename in hardheid en een beter behoud van elasticiteit ten opzichte van controlebroden. Op basis van de uitgevoerde textuur- en DSC-metingen kon besloten worden dat BStA de beste anti-brood-verouderingseigenschappen bezat.

De minder uitgesproken zetmeelretrogradatie en de minder sterke toename in kruimhardheid in aanwezigheid van amylasen werd eveneens vastgesteld met 1H NMR.

Impact van niet-enzymatische additieven en van proces- en bewaarcondities op de broodveroudering

Niet-enzymatische additieven zoals emulgatoren hebben anti-broodverouderingseigenschappen omdat ze, net als amylasen, de retrogradatie verstoren door tijdens bakken te interageren met het zetmeel. Daarnaast werden ook vetten en gommen toegevoegd om de broodveroudering te vertragen. Deze laatsten werden voornamelijk gebruikt omwille van hun waterbindend vermogen. De gebruikte additieven in deze studie waren emulgatorvrij bakvet, monoacylglycerolen (MAG), diacetylwijnsteenzuuresters van mono- en diacylglycerolen (DATEM) en natriumstearoyllactylaat (SSL), guar- en xanthaangom. Op basis van textuur- en DSC-metingen kon besloten worden dat, in de hier gebruikte condities, SSL de sterkste anti-broodverouderingseigenschappen bezat. Dit was vermoedelijk omdat SSL sterker dan MAG complexen vormde met amylose onder de hier aangewende voorwaarden. Hierdoor werd het zwellen van de granules verminderd, wat resulteerde in een minder sterke toename in retrogradatie en in kruimhardheid.

Naast additieven kunnen ook proces- en bewaarcondities gewijzigd worden om de broodveroudering te beïnvloeden. Broden die voor een kortere tijd gebakken werden, vertoonden minder zetmeelretrogradatie. Hierdoor nam de hardheid ook minder sterk toe. Broden bewaard bij 6 °C daarentegen vertoonden een sterkere toename in retrogradatie en daarom ook in kruimhardheid in vergelijking met broden bewaard bij kamertemperatuur. De veranderingen in zetmeelretrogradatie en kruimhardheid werden eveneens vastgesteld met 1H NMR.

Door gebruik te maken van 1H NMR kon het broodverouderingsproces en de impact van additieven en gewijzigde proces- en bewaarcondities verder uitgediept worden. Deze techniek is een waardevol alternatief voor meer klassieke technieken zoals DSC en textuurmetingen.

Meer informatie

Project 'Shelflife'

Laboratorium voor levensmiddelenchemie en –biochemie; K.U.Leuven

Nuttige links