< Terug naar vorige pagina

Project

(Bio)chemische stabiliteit en fysische collaps bij peulvruchten en afgeleide producten: een casestudy over rode kidneybonen.

Een toename van de consumptie van plantaardig voedsel kan een antwoord bieden om de groeiende wereldbevolking gezond en duurzaam te blijven voeden. In deze context krijgen peulvruchten, en met name bonen, bijzondere aandacht vanwege hun voedingskwaliteit en duurzaamheidsaspecten. Een van de belangrijkste factoren die het gebruik ervan beperken, is echter de ontwikkeling van een textuurdefect wanneer droge bonen worden blootgesteld aan ongunstige opslagomstandigheden na de oogst. Dit leidt tot een verlengde kooktijd, een verlaagde voedingskwaliteit en een verlies aan convenience van producten op basis van bonen. Bovendien kunnen de verwerkings- en opslagomstandigheden tijdens de bereiding van snelkokende gedroogde bonen een sterke invloed hebben op de kwaliteitseigenschappen ervan. De keuze van geschikte verwerkings- en opslagomstandigheden hangt af van de intrinsieke samenstelling en structuur alsook de interactie met de externe omgeving. Het concept ‘glastransitie’ werd geïntroduceerd om de stabiliteit in termen van biochemische en fysische veranderingen die worden veroorzaakt door verwerking en opslag wetenschappelijk te verklaren. Tot nu toe werd deze benadering beperkt onderzocht in de context van de stabiliteit van droge (snelkokende) bonen.

In deze context was het doel van dit doctoraat tweeledig. In het eerste deel werd de rol van bewaarcondities op de enzym-gekatalyseerde reacties onderzocht in het licht van ‘hard to cook’ ontwikkeling in droge bonen. Om inzicht te verwerven in de (bio)chemische stabiliteit werden de reacties onderzocht die betrokken zijn bij de kation-pectine-fytaathypothese (hydrolyse van fytinezuur en demethylesterificatie van pectine) en lignificatiehypothese (verandering in fenolzuren) in rode kidneybonen bij gecontroleerde bewaarcondities. Uit de resultaten bleek dat alle bovengenoemde (bio)chemische veranderingen samengingen met de ontwikkeling van ‘hard to cook’, behalve de demethylesterificatie van pectine, wat daarmee wordt uitgesloten als een vereiste of een geschikte indicator voor de ontwikkeling van het HTC-defect. In het bijzonder werden verminderde niveaus van het totale fytinezuurgehalte en de vrije fenolzuren opgemerkt bij toenemende opslagduur en toenemende niveaus van relatieve vochtigheid en/of temperatuur. Deze reacties zijn afhankelijk van de toestand van de individuele lokale substructuren en niet van de gehele matrix (zaadlob). Dit is duidelijk omdat de glastransitietemperatuur (Tg) van de zaadhuid, cotyledon en celwandpolymeren die de lokale substructuren vertegenwoordigen, verschillend bleek te zijn.

Het tweede deel richt zich op de fysische stabiliteit van snelkokende gedroogde bonen, waarbij de impact van verwerking en bewaring op de rehydratatie-eigenschappen en kwaliteitskenmerken werd onderzocht. Voorgekookte gedroogde bonen (lang houdbaar, snelkokend en dus convenience eigenschappen en toegevoegde waarde), zijn een geschikt alternatief voor verse, droge bonen. Het effect van verwerkingscondities (droogtechniek) en bewaarcondities (tijd (0 -32weken) en temperatuur (20-42 °C)) op de rehydratatie-eigenschappen en kwaliteitskenmerken werd onderzocht. Daartoe werden eerst snelkokende bonen bereid door hete lucht, vacuüm en vriesdrogen en vervolgens werden de aan de lucht gedroogde bonen onderworpen aan een bewaaronderzoek. Gevriesdroogde bonen resulteerden in de snelste rehydratatietijd gevolgd door drogen aan de lucht en onder vacuüm. De snelle rehydratatie wordt toegeschreven aan capillariteit als gevolg van de poreuze, uniforme, honingraatachtige microstructuur en minimale krimp veroorzaakt door vriesdrogen in tegenstelling tot de andere technieken. Ongeacht de droogtechniek was de rehydratatietijd ongeveer 50-60% korter dan de kooktijd. De andere kenmerken, waaronder rehydratatievermogen, kleur en textuur, waren vergelijkbaar. De karakteristieke vluchtige stoffen van gekookte bonen bleven behouden, alhoewel lagere concentraties werden waargenomen. Opslag resulteerde in een afname van de rehydratatiesnelheidsconstanten met toenemende opslagtemperatuur en duur. Het rehydratatievermogen nam ook significant af met een langere opslagduur (>28 °C), wat wijst op een sterk omgekeerd verband met hardheid. Hoewel er geen algehele kleurverandering tijdens opslag werd waargenomen, vond de vorming van nieuwe vluchtige stoffen als gevolg van niet-enzymatische chemische reacties plaats bij verhoogde temperaturen (28-42 °C).

Samengevat kunnen we stellen dat de opslag van bonen in de glastoestand de (bio)chemische veranderingen die gepaard gaan met opslag na de oogst kan voorkomen. Bovendien zijn dergelijke condities effectief in het minimaliseren, maar niet helemaal voorkomen, van de veranderingen die optreden bij opslag van snelkokende gedroogde bonen, in dat geval blijken effecten veroorzaakt tijdens de verwerking van belang te zijn. Daarom zijn de Tg -vochtrelatie en stabiliteitsmappen nuttige hulpmiddelen bij het bepalen van geschikte opslagomstandigheden. De relatie tussen verwerking/bewaring, structuur en functionaliteit in het ontwerp van snelkokende gedroogde bonen werd aangetoond. Deze studie inspireert tot aanvullend onderzoek naar het bepalen van de Tg van de substructuren van het bonenweefsel, wat uiteindelijk zou kunnen resulteren in een beter begrip van de lokale mobiliteitsgerelateerde veranderingen. Bovendien zouden aanvullende inzichten in microstructurele veranderingen van gedehydrateerde bonen tijdens opslag toelaten de 'niet-biochemische geïnduceerde hardheidswijzigingen' van deze convience producten beter te begrijpen.

Datum:9 jan 2019 →  4 okt 2023
Trefwoorden:Glass Transition Temperature
Disciplines:Andere biotechnologie, bio-en biosysteem ingenieurswetenschappen niet elders geclassificeerd, Levensmiddelenwetenschappen en (bio)technologie niet elders geclassificeerd
Project type:PhD project