Interactions and reactions between different types of proteins and their importance in wheat-based model and noodle systems

Promovendus/a: Marlies Lambrecht

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

Proteïnen bepalen de structurele eigenschappen van veel tarwegebaseerde levensmiddelen. De meest voorkomende proteïnen in tarwe zijn glutenproteïnen. De term glutenproteïnen wordt gebruikt voor monomeer gliadine en polymeer glutenine. Samen vormen zij een netwerk wanneer tarwebloem gemengd wordt met water. In verschillende tarwegebaseerde levensmiddelen zoals cakes, (pannen)koeken, wafels, brood, tortilla’s, pasta en noedels, komen tarweproteïnen samen voor met globulaire proteïnen van ei-, soja- of melk. De literatuur geeft voorbeelden van de beïnvloeding van het gedrag van verschillende types van proteïnen op elkaar en hanteert daarvoor de term “co-proteïne effecten”. Deze kunnen synergistisch of antagonistisch zijn. Wanneer het bijvoorbeeld over polymerisatiegedrag gaat, dan treedt een synergetisch (of antagonistisch) effect op wanneer de polymerisatie meer (of minder) intens optreedt in het mengsel van twee types proteïnen dan kan voorspeld worden op basis van de waarnemingen voor de individuele proteïnen. Hoewel interacties en reacties tussen verschillende typen proteïnen het gedrag van voedingssystemen beïnvloeden, is het voorkomen van co-proteïne effecten niet goed begrepen. Nochtans kan meer fundamentele kennis over de invloed van ei-, soja- en weiproteïnen op proteïnenetwerkvorming in tarwedeeg en tijdens de verdere verwerking de basis vormen voor de ontwikkeling van levensmiddelen met verbeterde eigenschappen.

Dit doctoraatswerk had tot doel interacties en reacties tussen verschillende typen proteïnen en de invloed hiervan op tarwegebaseerde levensmiddelen te bestuderen.

In een eerste deel werd een methode geoptimaliseerd om hitte-geïnduceerde covalente netwerkvorming van verschillende typen proteïnen te bestuderen aan de hand van het verlies in extraheerbaarheid in natriumdodecylsulfaat (SDS) bevattende buffer en veranderingen in moleculaire gewichtsverdeling.

In een tweede deel werd hitte-geïnduceerde polymerisatie (bij 100 °C) onderzocht in modelsystemen voor geïsoleerde tarwe-, ei-, soja- en weifracties zowel in water als in waterige ethanoloplossingen. Meer proteïnen werden opgenomen in het proteïnenetwerk in water dan in waterige ethanoloplossingen. De resultaten van de geïsoleerde proteïnen werden vergeleken met deze van hun mengsels met gluten. In sommige gevallen werd een synergistisch co-proteïne effect waargenomen, namelijk wanneer proteïnen meer polymeriseerden in mengsels met gluten dan verwacht op basis van de gewogen gemiddeldes van de resultaten van de geïsoleerde proteïnen. Een model werd ontwikkeld om co-proteïne effecten tussen globulaire- en glutenproteïnen tijdens verhitting bij 100 °C in water te voorspellen. De sleuteleigenschappen die co-proteïne effecten bepalen in mengsels met gluten zijn de hoeveelheid hydrofobe sites en toegankelijke sulfhydryl-groepen van ontvouwde globulaire proteïnen.

In een derde deel werden bovenstaande bevindingen getoetst door noedels, een reëel levensmiddelensysteem, te bestuderen. Toevoeging van volledig ei verbeterde de eigenschappen van tarwegebaseerde noedels meer dan toevoeging van eiwit of eigeel afzonderlijk. Proteïnen met een hoog aantal toegankelijke sulfhydryl-groepen konden snel de vorming van covalente bindingen initiëren. Dit verlaagde de flexibiliteit van het proteïnenetwerk zodat het minder weerstand kon bieden tegen het zwellen van zetmeel tijdens koken. Desalniettemin resulteerde onvoldoende polymerisatie tijdens koken eveneens in een zwakke noedelstructuur zodat veel materiaal vrijkwam in het kookwater.

We kunnen besluiten dat verschillende typen proteïnen elkaars netwerkvorming beïnvloeden via niet-covalente interacties en covalente bindingen. Hoge gehaltes aan toegankelijke sulfhydryl- en hydrofobe groepen in globulaire proteïnen verhogen de incorporatie van glutenproteïnen in een proteïnenetwerk. Nochtans kan een te snelle en overmatige incorporatie van proteïnen in het netwerk de kwaliteit van noedels reduceren. Een optimaal proteïnenetwerk is cruciaal voor een superieure noedelkwaliteit. Toevoeging van volledig ei, soja glycinine of runderserumalbumine verbetert de eigenschappen van gekookte noedels.