Probleem op deze pagina?

Project: Combistarch - Zetmeelfunctionaliteit

VIS/CO: Collectief onderzoek van Vlaamse Innovatiesamenwerkingsverbanden
01/12/2010
30/11/2012

De doelgroep van dit projectvoorstel bevat voornamelijk soep-, saus-, bakkerij- en snoepproducenten. Verder is dit project zeker interessant voor alle bedrijven die zetmeel produceren, met zetmeel werken of met zetmeelgerelateerde problemen, zoals synerese, geconfronteerd worden.

OPPORTUNITEIT & PROBLEEMSTELLING

Zetmeel is de belangrijkste bron van energie in een evenwichtige menselijke voeding. Chemisch gemodificeerd zetmeel wordt vaak als (voedings)additief gebruikt. De chemische modificatie wijzigt de zetmeeleigenschappen sterk, waardoor zetmeel bijvoorbeeld gemak-kelijker water kan opnemen en zwellen (bij gehydroxypropyleerd zetmeel) of een stabielere viscositeit bij warme temperaturen vertoont (bij verknoopt zetmeel). De consument van vandaag ervaart ‘chemische modificatie’ echter als negatief. Daarenboven heeft het gebruik van gemodificeerd zetmeel implicaties voor het label van producten die het als ingrediënt bevatten. Door op wetenschappelijke basis alternatieven te zoeken voor de veelvuldig gebruikte chemisch gemodificeerde zetmelen (o.a. als verdikkings- of bindmiddel), wordt de basis gelegd voor ‘clean label’-toepassingen van zetmeel. Zo kan bijvoorbeeld aardappelzetmeel, waarvan de granules snel zwellen, gebruikt worden om bepaalde eigenschappen van gehydroxypropyleerd zetmeel te benaderen. Hittebehandeling leidt dan weer tot zetmeel met stabielere viscositeiten, en kan dus mogelijk een alternatief voor verknoopt zetmeel opleveren. Er is momenteel echter nog geen gefundeerde modus operandi beschikbaar om gericht de chemisch gemodificeerde zetmelen te vervangen.

Via de ontwikkeling van een grondige kennis over het geleringsgedrag van zetmelen of zetmeelcombinaties, kan ook een oplossing gevonden worden voor problemen, zoals synerese en vries-dooi-instabiliteit van zetmeelhoudende gelsystemen, waarmee de industrie geconfronteerd wordt.

INHOUD ONDERZOEK

Het project wenst nieuwe zetmeelfunctionaliteiten te ontwikkelen gebaseerd op een rationeel gebruik van (combinaties van) niet-chemisch gemodificeerde zetmelen.

Na doorgedreven karakterisering van de verschillende, al dan niet behandelde, zetmelen, werden verschillende combinaties ervan nader bestudeerd, om zo die eigenschappen die gewenst zijn bij chemisch gemodificeerd zetmeel, te evenaren of zelfs te verbeteren.

WERKPAKKETTEN

■WP1 – Karakterisering van zetmelen
De specifieke eigenschappen van zowel natieve zetmelen van verschillende botanische origine, als chemisch gemodificeerde zetmelen werden gekarakteriseerd met behulp van differentiële scanning calorimetrie (DSC), rapid visco analyser (RVA), X-stralen diffractie, reometrie, microscopie, granulegrootte-bepaling, bepaling van concentratie van de dichtste stapeling en bepaling van de hoeveelheid beschadigd zetmeel. Ook de textuur van de via deze zetmelen bekomen gelen werd geanalyseerd met een Texture Analyzer, en dit zowel onmiddellijk na bereiding als tijdens bewaring. Veroudering werd ook opgevolgd met nuclear magnetic resonance (NMR). Verder werd de vries-dooi stabiliteit, de synerese en de stabiliteit tegen hoge shear, hoge temperatuur en lage pH gemeten. Dit diende als basis voor de identificatie van een aantal essentiële eigenschappen van gemodificeerde zetmelen die nodig zijn in specifieke toepassingen.
■WP2 - Niet-chemische behandeling van zetmelen
■DP2.1 – (Droge en vochtige) hittebehandeling van zetmelen
Zetmeel kan zowel droog als vochtig hittebehandeld worden. Dit resulteert in gewijzigde karakteristieken, zoals hogere verstijfselingstemperaturen (te meten in DSC) en een gewijzigd viscositeitsgedrag van de resulterende zetmeelgelen (zoals vast te stellen met onder andere RVA en dynamische reometrie). Deze behandeling kan mogelijk ook resulteren in zetmeelgranules met beter geordende kristallijne gebieden wat kan bepaald worden via X-stralendiffractie.
■DP2.2 – Mechanische beschadiging van zetmelen
Door mechanische beschadiging van zetmeel (bijvoorbeeld door een kogelmolen) kunnen zetmeelgranules beschadigd worden en zo sneller water binden en zwellen. Ook dit heeft gevolgen voor het verstijfselings- en geleringsgedrag van het zetmeel. Door de bepaling van de hoeveelheid beschadigd zetmeel, in combinatie met de typische DSC- en RVA-eigenschappen kan ook dit mogelijk interessante eigenschappen opleveren.
■WP3 – Combinaties van zetmelen
In dit werkpakket werden de (combinaties van) eigenschappen van gemodificeerd zetmeel, zoals bepaald in WP1, als uitgangspunt genomen voor de bereiding van alternatieven. Naast de mogelijkheid dat al een natief zetmeel van bepaalde origine geïdentificeerd werd met interessante eigenschappen, werd ook naar combinaties van de verschillende types zetmeel gekeken. Synergieën kwamen aan het licht, bijvoorbeeld door combinatie van een snelzwellend zetmeel met zetmeel met een heel stabiele eindviscositeit.

UITVOERDER
De onderzoeksmissie van het laboratorium voor Levensmiddelenchemie en -biochemie (LMCB) (http://www.biw.kuleuven.be/lmt/labolmc/labolmc.htm) is het genereren van basisinzicht in reserve- en fysiologisch actieve proteïnen van granen, niet-zetmeelpolysachariden en zetmeel. Dit basisinzicht wordt toegepast in biotechnologische graangebaseerde processen om procesparameters, organoleptische kwaliteit en gezondheidsbevorderende effecten van de producten te verbeteren. Het LMCB voert bijgevolg hoofdzakelijk onderzoek uit op granen.

VALORISEERBARE RESULTATEN

1. In eerste instantie vergrootte dit project de algemene kennis van bedrijven over zetmeel en de methodes om zetmeel te gaan analyseren en karakteriseren. Dit blijkt heel nuttig tijdens productontwikkeling en bij het optimaliseren van het productieproces.

WP1: Karakterisering van zetmelen:
In WP1 werd een database opgezet met de zetmeeleigenschappen. Deze database geeft een overzicht van de eigenschappen van 9 natieve zetmelen (van 5 verschillende botanische origine), 5 verschillende, chemisch gemodificeerde zetmelen (van 3 verschillende botanische origines) en 4 clean label gemodificeerde zetmelen (Novation) (van 3 verschillende botanische origines).
Gezien alle zetmelen op dezelfde manier werden geanalyseerd (zelfde proefopzet, parameters,…), is deze database een handige tool om de verschillende parameters van de geteste zetmelen te vergelijken.
Bovendien kregen de bedrijven, bij de aanvang van het project, de kans om specifieke en voor hen interessante chemisch gemodificeerde zetmelen, op te nemen in de studie. De onderzoekers informeerden de respectievelijke bedrijven telkens individueel over de resultaten van hun zetmeel.

WP2: Niet-chemische behandeling van zetmelen:
In WP2 werd de database uitgebreid met de eigenschappen van de 9 zetmelen van een verschillende botanische origine (en dus verschillend amylose gehalte), na het ondergaan van 2 verschillende hittebehandelingen, nl. tempering en droge hittebehandeling. Op deze wijze bekwam men een breder gamma aan zetmelen en hun overeenkomstige eigenschappen. Kennis over de impact van niet-chemische behandelingen van natieve zetmelen, gaf de deelnemers een vertrekpunt in de onderhandeling met hun zetmeel leveranciers over de mogelijkheden van clean label zetmelen.

WP3: Combinaties van zetmelen:
In WP3 werden verschillende blends van natief en niet-chemisch behandelde zetmelen bestudeerd. Door deze zetmelen te mengen, wijzigen de eigenschappen van de individuele zetmelen. Op deze manier, kon men voor bepaalde eigenschappen hetzelfde resultaat bekomen als met chemisch gemodificeerde zetmelen.
Bijvoorbeeld:
- Het verstijfselen van zetmelen in de blend is lichtjes verschoven naar (in hoofdzaak) hogere temperaturen. De bepalende factor bij deze verschuiving is de grootte van de zetmeelgranules.
Chemisch gemodificeerde zetmelen vertonen doorgaans ook weinig afname in de viscositeit bij hoge temperaturen (bij 95°C). Deze eigenschap wordt benaderd door een aantal van de blends (natief zetmeel en niet chemisch gemodificeerd zetmeel).
- Waxy rijst zetmeel heeft een heel goede vries-dooi stabiliteit en tot op zeker hoogte kan het de slechte vries-dooi stabiliteit van het andere zetmeel in een blend compenseren.

In dit laatste werkpakket werden de mogelijkheden bekeken van het mengen van niet-chemisch gemodificeerde zetmelen. Hoewel ze tot dusver geen alternatief vormen voor alle chemisch gemodificeerde zetmelen, werd een nieuwe denkpiste gecreëerd voor de bedrijven in hun zoektocht naar het vervangen van chemisch gemodificeerde zetmelen.

KU Leuven
Jessica Devos
Voeding en gezondheid, Voedingstechnologie
Jan Delcour, Karolien Vanbroekhoven
Luc Verhoeven (Just Innovation), Luc Larmuseau (iLLumoo)
http://www.flandersfood.com/projecten/
Share this on