Carbohydrate degradation and consumption dynamics during bread dough fermentation and yeast- and enzyme-based strategies to modulate it

Promovendus/a: Nore Struyf

Promotor(en): Prof. dr. ir. Christophe Courtin, Prof. dr. ir. Kevin Verstrepen

De intensiteit van deegfermentatie is afhankelijk van de beschikbaarheid van fermenteerbare substraten in deeg. Omdat de hoeveelheid fermenteerbare suikers in tarwebloem laag is, wordt de meerderheid van de fermenteerbare suikers die geconsumeerd worden tijdens fermentatie gevormd door de enzymatische degradatie van beschadigd zetmeel en fructan. Algemeen wordt aangenomen dat maltose, vrijgezet vanuit beschadigd zetmeel door amylasen, het voornaamste fermenteerbare substraat is tijdens fermentatie. Het aandeel van fructan, dat tijdens fermentatie door invertase wordt afgebroken tot glucose en fructose, wordt echter nooit in rekening gebracht. Meer inzicht in het aandeel van de verschillende koolhydraten in deeg tot de totale productie van CO2 tijdens fermentatie zou kunnen leiden tot strategieën om het fermentatieproces te moduleren. Deze strategieën kunnen leiden tot technologisch en nutritionele voordelen.

In een eerste deel werden de substraten die belangrijk zijn voor de productie van CO2 tijdens fermentatie in kaart gebracht. Hieruit bleek dat 70% van de suikers geconsumeerd tijdens een fermentatieproces van 2 uur afkomstig waren van invertase-gemedieerde degradatie van fructan. Fructandegradatie en -consumptie was cruciaal tijdens het eerste uur van de fermentatie, terwijl amylase-gemedieerde vrijzetting van maltose belangrijk werd in de latere stadia van het fermentatieproces.

Na analyse van de substraten die belangrijk zijn voor fermentatie, werden gist- en enzym-gebaseerde strategieën ontwikkeld om het fermentatieproces te moduleren. De enzym-gebaseerde strategieën zijn gebaseerd op de degradatie van beschadigd zetmeel door verschillende zetmeel-degraderende enzymen. Meer specifiek werd de impact van glucose- versus maltose-producerende enzymen op de kinetiek van deegfermentatie nagegaan. Glucose-producerende enzymen verhoogden de CO2 productiesnelheid tijdens de initiële stadia van het fermentatieproces, terwijl maltose-producerende enzymen eerder de productieve fermentatietijd verlengden.

Vervolgens werden gist-gebaseerde strategie ontwikkeld voor modulatie van het fermentatieproces. Door het gebruik van maltose-negatieve gisten werd het fermentatieproces onafhankelijk gemaakt van de vrijzetting van maltose door amylasen. Aangezien vrijzetting van maltose heel variabel en onvoorspelbaar is, kunnen fermentatieprocessen die onafhankelijk zijn van maltoseconsumptie meer gecontroleerd verlopen en zijn ze minder onderhevig aan overproofing en ineenstorting van het deeg.

Naast een meer gecontroleerd fermentatieproces, kunnen gist-gebaseerde strategieën ook gebruikt worden om het fructangehalte in deeg te verlagen. Fructan is niet alleen een energiebron voor de gist maar behoort ook tot de FODMAP – Fermenteerbare Oligo-, Di-, Monosachariden en Polyolen – familie. FODMAPs verzoorzaken (darm)klachten bij mensen met prikkelbare darmsyndroom (PDS). In dit werk werd aangetoond dat het gebruik van alternatieve gisten (Kluyveromyces marxianus) voor deegfermentatie leidt tot een verhoogde degradatie van fructan en dus tot broden die arm zijn aan FODMAPs.

Het onderzoek verricht in dit doctoraat heeft geleid tot strategieën om het fermentatieproces te sturen en daardoor de technologische en/of nutritionele waarde van (volkoren)brood te verbeteren. Technologische verbeteringen omvatten flexibele fermentatietijden die leiden tot een optimaal broodvolume. Nutritionele aspecten omvatten de ontwikkeling van (volkoren)broden die arm zijn aan FODMAPs, wat relevant is voor patiënten die lijden aan PDS.