Insight into the contribution of endogenous carotenoids of photoautotrophic microalgae to the oxidative stability of n-3 LC-PUFA

Promovendus/a: Robbe Demets

Promotor(en): Prof. dr. ir. Imogen Foubert, Prof. dr. ir. Ann Van Loey, Mevrouw Lore Gheysen

Zowel vis als visolie zijn momenteel de belangrijkste bronnen van langketen omega-3 poly-onverzadigde vetzuren (n-3 LC-PUFA). Een voldoende inname van deze vetzuren wordt geassocieerd met verschillende gezondheid bevorderende effecten. Vooral de preventie van hart- en vaatziekten en een goede visuele en cognitieve ontwikkeling worden algemeen aanvaard. Duurzaamheidsproblemen als gevolg van een gelimiteerde visvoorraad maken het echter onmogelijk om enkel op vis te berusten als n-3 LC-PUFA bron. Door een toenemende vraag naar n-3 LC-PUFA bronnen als gevolg van een stijgend bevolkingsaantal en een hoger gezondheidsbewustzijn, is dit probleem alleen maar groter geworden. Hierdoor is ook het onderzoek naar alternatieve n-3 LC-PUFA bronnen toegenomen. Hieronder toonden microalgen al potentieel. Microalgen zijn ééncellige, aquatische organismen. Aan de basis van de aquatische voedselketen doen ze dienst als primaire producent van n-3 LC-PUFA. De kweek ervan kan een nieuwe n-3 LC-PUFA voorraad genereren in plaats van het uitputten van een bestaande, en hun toevoeging aan voedingsmiddelen (voedselverrijking) zou de gezondheidsbewuste consument een veganistische mogelijkheid bieden om de inname van voldoende n-3 LC-PUFA te garanderen. De wereldwijde visvoorraad kan deze mogelijkheid niet bieden. Bovendien is bekend dat vis(olie) erg gevoelig is aan chemisch bederf onder de vorm van lipidenoxidatie. Vooral n-3 LC-PUFA zijn hier omwille van hun structuur namelijk erg gevoelig voor. Lipidenoxidatie is ongewenst aangezien het zorgt voor een verlies van nutritionele waarde en het vormen van een ranzige smaak en mogelijks toxische componenten. Uit voorgaand onderzoek is echter bekend dat bepaalde microalgen, en de voedingsmiddelen waarmee ze verrijkt zijn, oxidatief stabiele producten kunnen opleveren. Dit kan toegewezen worden aan de aanwezigheid van carotenoïden die als antioxidant kunnen optreden. Het verkrijgen van verder inzicht in de antioxidatieve rol en capaciteit van deze carotenoïden was het hoofddoel van dit doctoraatsonderzoek. Hoewel het onderzoek een eerder fundamentele dan praktische insteek had, zou inzicht hierin belangrijke aandachtspunten kunnen onthullen voor de ontwikkeling van n-3 LC-PUFA rijke voedingsmiddelen met behulp van microalgen of hun componenten.

Doorheen het doctoraatsonderzoek werd de antioxidatieve rol van microalgcarotenoïden onderzocht in zowel waterige suspensies, hetzij water gemengd met microalgenbiomassa, en bulkolie systemen, hetzij visolie gemengd met microalgenbiomassa of met microalgenolie geëxtraheerd uit de biomassa. Beide systemen toonden duidelijk het belang van de carotenoïden voor het verkrijgen van n‑3 LC‑PUFA stabiliteit aan. Hun afbraak doorheen bewaring toonde hun antioxidatieve rol. Bovendien werd de impact van hun hoeveelheid bovenop hun aanwezigheid blootgelegd: suspensies met twee verschillende microalgen die een duidelijk verschillend carotenoïdengehalte hadden leidden tot verschillen in oxidatieve stabiliteit, en bulkoliën met verschillende carotenoïde/n‑3 LC‑PUFA verhoudingen leidden tot een duidelijk onderscheid tussen oxidatief stabiel en oxidatief onstabiel. Dit onderscheid toonde ook het belang van het initiële gehalte aan carotenoïden aan. Daarnaast was ook het type carotenoïde en het type systeem van belang, aangezien duidelijke verschillen in degradatieverloop werden blootgelegd. Het maken van rechtlijnige conclusies was bij deze echter minder evident.

Naast de conclusies van fundamentele aard, werden ook enkele praktische inzichten voor het gebruik van microalgen bij voedselverrijking verworven. Ten eerste werd de impact van belichting onderzocht, aangezien dit de oxidatie kan bevorderen in de aanwezigheid van zogenaamde fotosensibilisatoren, overvloedig aanwezig in de onderzochte microalgen. Aangezien die impact slechts gering was, bleef het potentieel voor het gebruik van oxidatief stabiele microalgen ook voor onder belichting bewaarde voedingsproducten (zoals in transparante verpakkingen) van tel. Ten tweede werden de gebruikte microalgen ook als alternatieve bron van natuurlijke antioxidanten (de carotenoïden) beschouwd bovenop hun potentieel als n-3 LC-PUFA alternatief. Dit had echter geen potentieel: het toevoegen van microalgenbiomassa aan visolie zorgde niet voor oxidatieve stabiliteit ondanks een transfer van de carotenoïden. De microalgcarotenoïden zelf bezitten weldegelijk dit potentieel, maar grote (initiële) hoeveelheden zijn vereist die een grootteorde hoger liggen dan de gebruikelijke antioxidant toevoegingen in de voedingsindustrie.

Finaal kon gesteld worden dat de ene microalg de andere niet is. Bij het realiseren van hun voordeel om tot oxidatief stabiele n-3 LC-PUFA rijke voedingsmiddelen te leiden, is de hoeveelheid carotenoïden van cruciaal belang. Voor het toepassen van n-3 LC-PUFA rijke microalgen in de voedingsproducten van de toekomst, moeten echter nog verschillende drempels overwonnen worden met betrekking tot de hoge productiekosten, de wetgeving en de organoleptische aanvaardbaarheid voor de consument. Desalniettemin blijft het potentieel van microalgen om bij te dragen aan de duurzaamheids- en stabiliteitsproblemen van n-3 LC-PUFA rijke producten duidelijk.