Gerichte procesvoering van citroenschillen om de endogene texturerende eigenschappen van zijn celwandvezels te onthullen

Door de toenemende interesse van consumenten in gezondheids- en milieu gerelateerde kwesties is de vraag naar natuurlijke duurzame levensmiddelen en ingrediënten met gezondheids-gerelateerde eigenschappen in de afgelopen decennia sterk toegenomen. Bijgevolg winnen clean label producten in marktaandeel, zijnde producten met meer organische en natuurlijke productformulering die geproduceerd worden onder duurzame omstandigheden. In deze context kan het gebruik van fruit- en groenten bijproducten een interessante oplossing bieden voor de vermindering van voedselverspilling, het aanrijken van levensmiddelen met dieetvezel en het bekomen van clean label natuurlijke verdikkingsmiddelen. Desondanks, is de exploitatie van dergelijke plantaardige bijproducten als natuurlijk verdikkingsmiddel nog steeds beperkt doordat de celwandvezels een sterk verstrengeld netwerk vormen en bijgevolg de hydratatie van de vezels verhinderen. 

Tijdens dit doctoraatsonderzoek werd getracht het dense vezelnetwerk te functionaliseren en bijgevolg de hydratatie, zwelling en verdikkende eigenschappen van plantvezels te verbeteren, met behulp van gerichte procesvoering. Specifiek werd hiervoor de toepassing van een (niet-)selectieve extractie van celwand polymeren, mechanische procesvoering en het aanpassen van de intrinsieke systeemeigenschappen, zijnde pH en zoutconcentratie, onderzocht. Bovendien werden citroenschillen geselecteerd als vezelrijk plant materiaal, aangezien zij in overvloed worden verkregen als bijproduct van de fruitsap-industrie. Het effect van gerichte procesvoering werd in dit onderzoek geëvalueerd op basis van fysicochemische, microstructurele en viscoelastische eigenschappen van de bewerkte vezelsuspensies. De stalen werden fysicochemisch gekarakteriseerd op basis van de hoeveelheid galacturonzuur en neutrale suikers, de graad van methoxylatie en molaire massa. De microstructuur werd bepaald op basis van de distributie van partikelgrootte distributie en microscopie, gebruik makend van zowel gewoon licht alsook epifluorescent licht en acridine oranje kleuring. De viscoelastische eigenschappen werden bepaald op basis van reologische testen waarvoor een nieuwe meetgeometrie werd ontworpen, aangepast aan de specifieke aard van de hier onderzochte citroenschilvezelsuspensies.

In het eerste deel van dit onderzoek werden onoplosbare celwandresidu’s van citroenschillen met verschillende fysicochemische eigenschappen en samenstelling bekomen na (niet-)selectieve pectine en/of hemicellulose extractie. Ondanks de fysicochemische variatie bleek een uitvoerige pectine-extractie, zonder verandering van de hoeveelheid hemicellulose, van groot belang ter functionalisering van citroenschilvezels. Lage viscoelastische eigenschappen werden bekomen na geen of slechts een gedeeltelijke pectine-extractie, te wijten aan het stijf verstrengeld en breekbaar netwerk van celwandpolymeren dat werd bekomen. In tegenstelling zorgde een uitvoerige pectine-extractie onder zure of alkalische omstandigheden voor verbeterde viscoelastische eigenschappen van de vezelsuspensies. Deze toename in viscoelastische eigenschappen werd toegewezen aan de creatie van interfibrillaire openingen tussen het cellulose/hemicellulose netwerk resulterend in een toename van flexibiliteit. Bovendien bleek gerichte mechanische procesvoering door middel van hoge druk homogenisatie (HPH) cruciaal voor de opening van het pectine-arme vezelnetwerk. HPH bij een druk van 20 MPa, voorafgegaan door mixen, zorgde bijkomend voor optimale viscoelastische eigenschappen terwijl een verder drukverhoging tot 80 MPa de functionaliteit van de vezelsuspensies niet meer beïnvloedde. Ook een sterke invloed van de pH en zoutconcentratie op de functionele eigenschappen van citroenschilvezels werd vastgesteld in dit onderzoek, specifiek op het moment van mechanische procesvoering. Op basis van de bekomen resultaten werd namelijk vastgesteld dat een pH-aanpassing tussen pH 4.5 en 7 voor HPH een bevorderend effect had op de viscoelastische eigenschappen van de vezelsuspensies. In dit pH gebied kunnen de residuele pectine polymeren namelijk negatief geladen zijn, zorgen repulsie tijden HPH en bijgevolg de vezelseparatie bevorderen.  Een hoge zoutconcentratie, bij pH 10 of na overmatige toevoeging van NaCl of CaCl2, zorgt daarentegen voor een verminderde functionaliteit, waarschijnlijk door de afscherming van de ladingen op de vezels. Ten slotte werd ook de volumebezetting van verschillend bewerkte citroenschilvezels bepaald om inzicht te krijgen in het structurele mechanisme van de citroenschilvezels, gebruik makende van een diffusie gebaseerde methode. Uit deze experimenten bleek dat de viscoelastische eigenschappen van de vezelsuspensies hoofdzakelijk bepaald werd door de opening van het vezelnetwerk door middel van HPH. Desondanks beïnvloedde de pH en zout concentratie zowel de omvang van netwerkvorming door HPH alsook de vezelhydratatie.

In conclusie kan worden vastgesteld dat gerichte procesvoering onder de gespecifieerde condities zorgt voor citroenschilvezelsuspensies met gunstige viscoelastische eigenschappen, passend bij hun benutting als natuurlijke clean label verdikkingsmiddelen.