Verbetering structuur van plantaardige eiwitpro­ducten

De aandacht voor duurzaamheid, de zorg om het klimaat en de eigen gezondheid zijn aanjagers voor het vervangen van dierlijke eiwitten voor plantaardige, en de ontwikkeling van nieuwe producten. Niet zo gemakkelijk, want dierlijke eiwitten gedragen zich anders dan plantaardige. Productontwikkelaars bijten zich vast in de zoektocht naar de juiste bite. 

Uit nieuwe cijfers (augustus 2019) van marktonderzoeker IRI Nederland, blijkt dat we in ons boodschappenmandje steeds vaker echt vlees vervangen door producten gemaakt met bijvoorbeeld witte en bruine bonen, soja, kikkererwten, champignons en bloemkool. Sinds 2017 is het aantal verkochte vleesvervangers in de supermarkt met 51 procent toegenomen.

Breken of versmeren?

Bij ieder nieuw foodproduct is consumentenacceptatie een belangrijke voorwaarde voor succes. We hebben in Nederland nog wat moeite met insecten en insectenmeel, maar zeewier, soja en bonen zijn al beter ingeburgerd. De acceptatie van een nieuw foodproduct staat of valt met smaak en smaakbeleving. Die smaakbeleving hangt weer nauw samen met een juiste ‘bite’, die weer wordt bepaald door de structuur van het product. Ofwel: breekt het product tijdens consumptie in de mond, of is er eerder sprake van ‘versmering’ aan het gehemelte? Vergelijk het met het eten van een gekookt ei (met een duidelijke gelstructuur die breekt bij consumptie), ten opzichte van paté (die versmeert in de mond).

Verschillende functionaliteiten

Het zomaar één-op-één vervangen van dierlijke eiwitten door plantaardige varianten is lastig, om de eenvoudige reden dat de functionaliteiten verschillen. Zo vormen veel plantaardige eiwitten een minder sterke gelstructuur dan dierlijke eiwitten, waardoor ze meer versmeren. Het toevoegen van hydrocolloïden, die al veelvuldig gebruikt worden, bijvoorbeeld ter vervanging van gluten in brood, kan helpen de productkwaliteit van vleesvervangers te verbeteren. Hydrocolloïden kunnen met hun texturerende, water- en vetbindende eigenschappen de structuur en dus bite van een product beïnvloeden.

Verschillende eigenschappen plantaardige eiwitten

Een aantal hydrocolloïden hebben sterke gelvormende eigenschappen en kunnen daarmee producten meer bite geven. Een bekend voorbeeld is agar, ofwel ‘veganistische gelatine’. De textuur is brokkeliger dan echte gelatine, waardoor het niet altijd geschikt is als gelatinevervanger, maar het kan wel extra textuur geven aan een product. Naast agar worden ook de hydrocolloïden methylcellulose, aardappelzetmeel, maltodextrine en carrageen veel toegepast, evenals alginaat en verschillende ‘gommen’, zoals guar gom, xanthan en Johannesbroodpitmeel (www.innovamarketinsights.com). Elk heeft zijn eigen functionaliteit en is in staat de binding in een plantaardig product te verbeteren.

Methylcellulose heeft bijvoorbeeld goede water- en vetbindende eigenschappen. De gelering van methylcellulose bij verhitting voorkomt het uit elkaar vallen van het product tijdens de bereiding. De lagere viscositeit na afkoelen kan vervolgens weer zorgen voor een sappiger beleving van het product.

Zetmeel en maltodextrine daarentegen vormen een meer versmeerbare textuur (dus geen gel). In veel producten worden deze twee stoffen dan ook eerder als verdikker gebruikt en niet voor de textuurvorming.

Een ander veelgebruikt hydrocolloïde is carrageen. Carrageen wordt gewonnen uit rood zeewier, en kan gebruikt worden om de stabiliteit van het product voor verhitting te verhogen. Afhankelijk van de gekozen concentratie carrageen, zout en andere stoffen in de voedingsmatrix, kan het geleren voor consumptie, en dus voor bite in het product zorgen. Er zijn drie soorten carrageen, en elk heeft zijn eigen specifieke eigenschappen. Zo lossen Kappa en Iota carrageen op bij hoge temperaturen, om bij lagere temperaturen te geleren. (dit is tegenovergesteld aan methylcellulose). Lambda carrageen lost op in koud water en verhoogt dan de viscositeit. Carrageen reageert ook met calcium tot een gel. Daarmee is het een mooie beginstof voor spherificatie. Druppels van een calciumhoudende vloeistof worden in een carrageen bad geplaatst (of druppels van een carrageenhoudende vloeistof in een calcium bad), wat zorgt voor gel bolletjes, die als creatieve kaviaar kunnen worden gebruikt. Deze reactie kan echter ook in andere applicaties worden toegepast om textuur te verstevigen.

Een minder veel gebruikt hydrocolloïde is alginaat, een hydrofiel polymeer die uit zeewier wordt gewonnen. Alginaat is opgebouwd uit twee verschillende zuureenheden (D-mannuronzuur en L-guluronzuur), de verhouding tussen deze twee bepaalt de eigenschap van het alginaat. Een hoog gehalte aan L-guluronzuur geeft een hoge gelsterkte, maar is slecht oplosbaar in water. Mannuronzuur is wel goed oplosbaar in water, maar vormt een slechte gel. Als je alginaat mengt met een eenwaardig ion zoals kalium, natrium of ammonium, dan zijn deze alginaten oplosbaar in water. Meng je de alginaten met tweewaardige ionen zoals calcium, dan vormt zich een irreversibel gel. Dit driedimensionaal netwerk kan zich verharden, waardoor er een stevige gel ontstaat. Echter, als dit netwerk breekt, is de stevige structuur ook verdwenen en komt niet meer terug. 

Van de gommen wordt guar gom vaak toegepast als verdikker. Xanthaan is interessant omdat het vloeibaarder wordt tijdens bewerking: het heeft zogeheten shear thinning eigenschappen. Daarmee is het makkelijker te verwerken, terwijl het uiteindelijke product toch een goede stabiliteit heeft. Locust bean gom is een verdikker totdat het gemengd wordt met agar, carrageen of xanthan. In combinatie vormen deze hydrocolloiden en gel.

Uitdagingen

Het werken met moleculen met uiteenlopende functionaliteiten opent een wereld van mogelijkheden voor het maken van nieuwe producten met een beoogde textuur. Het zal geen verrassing zijn dat er legio uitdagingen liggen en nog talloze vragen zijn. Hoe zit het bijvoorbeeld met de interactie die de diverse ingrediënten met elkaar kunnen hebben? Hoe veranderen de geleringseigenschappen van carrageen in een matrix met soja- en erwteneiwit als je een snufje zout toevoegt?

We weten inmiddels dat de temperatuur waarbij carrageen van gel naar opgeloste stof gaat, toeneemt wanneer zout wordt toegevoegd, terwijl soja- en erwteneiwit juist slechter oplossen in aanwezigheid van zout. Waarschijnlijk zal zout dus zorgen voor minder opgelost materiaal in een mengsel van soja, erwt en carrageen. Met meer vast materiaal kan je een steviger gel krijgen, maar de vaste stof kan ook neerslaan of voor een brokkeliger textuur zorgen.

Geleringseigenschappen

Een andere relevante vraag voor productontwikkelaars is: hoe veranderen de geleringseigenschappen als de zuurgraad verandert? Eiwitten lossen slechter op rond hun iso-electrisch punt. Het iso-electrisch punt van soja eiwit en erwten eiwit ligt rond pH 5.5. Carrageen wordt afgebroken onder deze zure condities, wat leidt tot verlies van functionaliteit. Het samenspel van die factoren, en de invloed van de ingrediënten op elkaar, zorgt voor de functionaliteit van het uiteindelijke product.

De grenzen opzoeken

Zoveel mogelijkheden maakt kiezen niet makkelijker. De twee uitersten om producten te formuleren zijn: beginnen bij de gewenste functionaliteit en daar de juiste ingrediëntenmix bij zoeken, tegenover beginnen bij het ingrediënt en onderzoeken hoe daar de beste functionaliteit aan gegeven kan worden. De meeste productontwikkelaars beginnen ergens tussen deze twee extreme benaderingen in om snel het optimale resultaat te bereiken. Wij als onderzoekers bij Wageningen Food & Biobased Research zoeken vaak de grenzen op om alle mogelijkheden te verkennen, teneinde hoog kwalitatieve producten te maken van duurzame ingrediënten. 

www.wur.nl