Air-water interfacial properties of enzymatically hydrolyzed wheat (T. aestivum L.) gluten

Promovendus/a: Arno Wouters

Promotor(en): Prof. dr. ir. Jan Delcour, Ine Rombouts

Schuimen bepalen mee de structuur en textuur van vele levensmiddelen, zoals meringues en chocolademousses. Dierlijke proteïnen, zoals bijvoorbeeld die van het wit van kippenei, worden vaak gebruikt voor zulke toepassingen omdat ze erg goede schuimeigenschappen hebben. Het produceren van zulke proteïnen is echter duur en heeft een substantiële impact op het milieu. Plantproteïnen zijn over het algemeen goedkoper en meer duurzaam, maar ze hebben vaak een lage oplosbaarheid in water of zijn minder geschikt als functioneel ingrediënt. Een typisch voorbeeld van zulke plantproteïnen zijn tarweglutenproteïnen, een co-product van de industriële opzuivering van zetmeel. Een gecontroleerde enzymatische hydrolyse verhoogt de oplosbaarheid van proteïnen in water en verbetert hun schuimeigenschappen. In de wetenschappelijke literatuur wordt het lucht-water-interfase gedrag van proteïnehydrolysaten maar zelden bestudeerd. Daarnaast wordt hun functionaliteit vaak getest in relatief simpele waterige oplossingen. Daarbij wordt onderschat hoe complex levensmiddelen gewoonlijk zijn. Dit doctoraatsproefschrift had als doel om fundamentele inzichten te verwerven over de structuur-functie relatie van enzymatisch gehydrolyseerde tarweglutenproteïnen in condities die relevant zijn voor levensmiddelen.

In een eerste deel werd het verband tussen de structurele, lucht-water-interfase en schuimeigenschappen van glutenhydrolysaten grondig bestudeerd. De schuimvorming van oplossingen van glutenhydrolysaten werd in verband gebracht met de snelheid waarmee ze diffundeerden naar en adsorbeerden aan de interfase. Daarnaast werd hun schuimstabiliteit gerelateerd aan de sterkte van proteïnefilmen die ze konden vormen aan de interfase. De structurele eigenschappen van de glutenhydrolysaten verantwoordelijk voor deze functionele eigenschappen bepaalden werden verder bestudeerd met behulp van een schuimfractionatie.

In een tweede deel werden de lucht-water-interfase en schuimeigenschappen van glutenhydrolysaten geëvalueerd in meer en meer complex wordende systemen. Eerst werd de invloed van een variërende pH onderzocht. Verschillende hydrolysaten waren beter in staat schuim te vormen en stabiliseren dan andere, afhankelijk van de pH waarbij ze zich bevonden. Deze verschillen zijn waarschijnlijk gerelateerd aan veranderingen in conformatie en aggregatie van peptiden bij verschillende pH-waarden. Vervolgens werd de impact van de aanwezigheid van sucrose en ethanol, beide veel voorkomend in levensmiddelenschuimen (bijvoorbeeld meringue en bier), op het interfasegedrag van glutenhydrolysaten bestudeerd. Over het algemeen verhoogde sucrose de affiniteit van glutenhydrolysaten voor de interfase, terwijl ethanol het tegenovergestelde effect teweeg bracht. Ten slotte werd de invloed van de aanwezigheid van ei-eiwitproteïnen op het interfasegedrag van glutenhydrolysaten onderzocht. Zulke ei-eiwitproteïnen zijn gewoonlijk in staat om zeer stabiele schuimen te vormen, terwijl glutenhydrolysaten eerder grote initiële hoeveelheden schuim kunnen produceren. In gemengde systemen bleken schuimen echter over zowel een hoge schuimvorming als over een hoge stabiliteit te beschikken.

Al deze stappen hebben geleid tot het verwerven van fundamentele kennis over het interfasegedrag van glutenhydrolysaten in condities die relevant zijn voor levensmiddelen. In een laatste deel werden glutenhydrolysaten gebruikt om (een deel van) de ei-eiwitproteïnen te vervangen in een klassiek meringuerecept, dat bestaat uit water, ei-eiwit en suiker. Meringues die glutenhydrolysaten bevatten hadden betere beslag- en finale producteigenschappen dan meringues die met ei-eiwitproteïnen alleen geproduceerd waren.