< Terug naar vorige pagina

Project

Textuur- en (bio)chemische veranderingen tijdens conventionele veroudering en chemische voorbehandelingen van gewone bonen: naar inzicht in de ontwikkeling van het hard-to-cook defect

Weken gevolgd door koken is een conventioneel gebruikte methode om bonen zaden te verwerken voor consumptie. Tijdens het koken is het ‘hard to cook’ (HTC) defect, dat kan ontstaan tijdens opslag van bonen na de oogst onder ongunstige omstandigheden (conventioneel verouderde bonen), een belangrijke factor die de kookkwaliteit van bonen vermindert. Hierdoor wordt het gebruik van bonen belemmerd. Bovendien kan de textuurwijziging van bonen tijdens het koken, beïnvloed worden door week-/kookmedia. De beschikbare onderzoeksresultaten suggereren de pectine-kation-fytaat hypothese (gefaciliteerd door membraanschade) als de meest plausibele om dit defect bij conventioneel verouderde bonen te verklaren. Deze hypothese stelt dat pectine in de celwand/middenlamel crosslinks vormt met mineralen die vrijkomen bij de hydrolyse van fytaat, wat resulteert in onoplosbare pectaten.  Hierdoor wordt de kooktijd nodig om een vooropgestelde gaarheid te bereiken verlengd. Wat betreft textuurveranderingen veroorzaakt door het weken/koken in verschillende media (bijv. CaCl2-oplossingen, natriumacetaat buffer en natriumcitraat buffer), is het onderzoek gevoerd naar de mechanistisch inzicht eerder beperkt. Tot op vandaag is het onderliggend mechanisme van HTC-defecten/textuurveranderingen in bonen na opslag of behandeling met specifieke chemicaliën niet volledig opgehelderd. Daarom heeft dit doctoraal onderzoek tot doel het kookgedrag en de bijbehorende (bio)chemische wijzigingen in detail te onderzoeken bij conventioneel verouderde bonen en bonen die met specifieke chemicaliën zijn behandeld, om op die manier de onderliggende mechanismen beter te begrijpen.

In een eerste studie, uitgaande van de pectine-kation-fytaat theorie, ging onze aandacht naar de textuurevolutie tijdens het koken in relatie tot de daaraan gekoppelde (bio)chemische wijzigingen in rode bonen, behandeld in CaCl2-oplossingen (0.01 M, 0.05 M en 0.1 M) of natriumacetaat buffer (0.1 M, pH 4.4, 41 °C met weektijden: 2, 4, 8 en 12 h). Voor bonen geweekt en gekookt in CaCl2-oplossingen, resulteerden hogere Ca2+-concentraties in langere kooktijden en hogere finale hardheidswaarden. Het fytaatgehalte in deze bonen bleef constant tijdens het koken, terwijl exogeen Ca2+ tijdens het weken en koken naar de zaadlobben en zaadhuid migreerde. Voor bonen die gedurende verschillende perioden in natriumacetaat buffer werden geweekt, werd een vertraagde verzachting geassocieerd met verhoogde fytaat hydrolyse tijdens het weken. Dit suggereert dat endogeen Ca2+ dat vrijkomt bij fytaat hydrolyse heeft bijgedragen aan het vertraagd koken van deze bonen. Het geeft aan dat zowel exogeen Ca2+ afkomstig van week-/kookmedia als endogeen Ca2+ als gevolg van fytaat hydrolyse hebben bijgedragen aan de textuurveranderingen van bonen tijdens het koken. Deze resultaten tonen aan dat tweewaardige kationen (bijvoorbeeld Ca2+ en Mg2+) belangrijke factoren zijn die de kookkwaliteit van bonen beïnvloeden.

Om de rol van Ca2+-migratie bij textuurveranderingen verder in detail te onderzoeken, werd in situ kationanalyse van bonen met verschillende voorbehandeling en (verse bonen, conventioneel verouderde bonen, bonen behandeld in CaCl2-oplossingen of natriumacetaat buffer) uitgevoerd met behulp van rasterelektronenmicroscopie met energie dispersieve röntgenspectroscopie (SEM-EDX). Bovendien werd de graad van pectinemethylverestering (DM) bepaald. De classificatie van bonen op basis van textuur liet toe om de (bio)chemische veranderingen te relateren met de textuur op het niveau van individuele bonen. Bij conventioneel verouderde bonen is er een negatieve correlatie tussen het pectine DM na weken en de textuur van de gekookte bonen. Anderzijds werd een positieve correlatie vastgesteld tussen het celwand gebonden Ca2+ en de textuur van gekookte bonen. Dit geeft aan dat pectine DM na opslag en pectine Ca2+ crosslinking ter hoogte van de celwand/middenlamel in belangrijke mate hebben bijgedragen aan de waargenomen textuurveranderingen. Bij bonen behandeld met CaCl2 trad de crosslinking van pectine met exogeen Ca2+ op tijdens het weken, maar nog meer tijdens het koken, waardoor het zacht worden van de bonen werd vertraagd. Voor bonen behandeld met acetaatbuffer kan de crosslinking van pectine met endogeen Ca2+ (dat vrijkomt bij de hydrolyse van fytaat) ter hoogte van de celwand/middelste lamel een cruciale factor zijn bij de vertraging van het zacht worden van de bonen tijdens koken.

Vervolgens werden het kookgedrag en de wijzigingen in fytaat in tien types bonen met verschillende voorbehandelingen (verse bonen geweekt in water, conventioneel verouderde bonen, bonen behandeld in CaCl2-oplossing of geweekt in natriumacetaat buffer) onderzocht en vergeleken. Het potentieel om deze chemische voorbehandelingen te gebruiken als een versnelde test om de gevoeligheid voor HTC-ontwikkeling tijdens conventionele veroudering in te schatten, werd onderzocht. Op basis van de resultaten kan worden geconcludeerd dat het weken en koken van bonen in 0.01 M CaCl2 niet toelaat om de gevoeligheid voor de ontwikkeling van HTC-defecten te voorspellen. Bonen geweekt in acetaatbuffer vertoonden een vergelijkbare of hogere mate van IP6-hydrolyse vergeleken met conventioneel verouderde bonen. De significant positieve correlaties van IP6-veranderingen in bonen na conventionele veroudering en weken in acetaatbuffer geven aan dat het weken van bonen in acetaatbuffer (pH 4.4, 41 °C, weektijd: 12 h) toelaat om IP6-hydrolyse in conventioneel verouderde bonen (35 °C, 83% relatieve vochtigheid, 3 maanden) goed in te schatten. Bovendien kan het weken van in acetaatbuffer ook worden benut om de kooktijdveranderingen in verschillende types bonen (behalve gele bonen-KATB1) na conventionele veroudering goed in te schatten. Hoewel de gevoeligheid om HTC te ontwikkelen op die manier tot op zekere hoogte kan worden voorspeld, is het mechanisme van HTC-ontwikkeling in bonen tijdens conventionele veroudering wellicht niet identiek aan de mechanismen die betrokken zijn bij de voorgestelde versnelde tests.

In het laatste hoofdstuk werd het potentieel van het weken in een natriumcitraat buffer (0.1 M, pH 4.4, 41 °C, verschillende weektijden) onderzocht om de kookkwaliteit van bonen te verbeteren. De kookkinetiek van bonen geweekt in citraat buffer gedurende verschillende tijden suggereert dat langere weektijden in dit medium het verzachten van bonen tijdens koken bevorderen. Een evaluatie van de (bio)chemische veranderingen geeft aan dat de citraat buffer de mineralen complexeert die vrijkomen bij fytaat hydrolyse alsook de fytaat hydrolyse beperkt.  Hierdoor wordt de kation-gemedieerde crosslinking van pectine ter hoogte van de celwand/middenlamel geremd. Anderzijds kan het citraat in het weekmedium ook inherent gebonden Ca2+ binden, b.v. Ca2+ aanvankelijk gebonden door pectine. Als gevolg hiervan versnelt het proces van pectine solubilisatie en dus het proces van verzachten tijdens het  koken. Zetmeelverstijfseling en eiwitdenaturatie waren niet verantwoordelijk voor veranderingen in het kookgedrag van de bonen.

Dit doctoraatswerk onderzocht de mechanismen van HTC-ontwikkeling, weerspiegeld in de textuurveranderingen van bonen tijdens het koken na conventionele veroudering of chemische voorbehandelingen (met CaCl2, natriumacetaat buffer of natriumcitraatbuffer). Hieruit blijkt dat de Ca2+ gemedieerde crosslinking van pectine- (Ca2+ uit week-/kookmedia of vrijgekomen uit fytaat hydrolyse) de belangrijkste factor is die de textuurevolutie van bonen (met verschillende voorbehandelingen) tijdens het koken beïnvloedt. Daarnaast werd het nut van chemische voorbehandelingen voor bonen geëvalueerd. Het weken van bonen in een atriumacetaat buffer kan worden gebruikt om de ontwikkeling van HTC bij conventioneel verouderde bonen te voorspellen. Het behandelen van bonen in een natriumcitraat buffer blijkt een doelmatige manier te zijn om het koken van bonen te versnellen.

Datum:23 sep 2019 →  20 dec 2023
Trefwoorden:legumes, hard-to-cook defect, TG
Disciplines:Voedseltechnologie
Project type:PhD project