< Terug naar vorige pagina

Project

Van begrijpen tot ontwerpen van fysieke barrières voor in vitro zetmeel- en eiwitvertering in peulvruchten

Peulvruchten zijn een belangrijk onderdeel van gezonde voeding omdat ze aanzienlijke hoeveelheden eiwitten, (langzaam verteerbaar) zetmeel, voedingsvezels, mineralen en vitaminen bevatten. Voedingsstoffen zijn ingekapseld door een celwand, die meestal intact blijft bij consumptie van gekookte peulvruchten. Als gevolg daarvan vormen de celwand en de cytoplasmatische matrix fysieke barrières voor de enzymatische vertering van ingekapselde voedingsstoffen, waardoor de vertering ervan wordt vertraagd, wat tot gunstige metabolische reacties leidt (bv. traag verteerbaar zetmeel). Tijdens de verwerking kunnen zich diverse (bio)chemische en mechanische veranderingen voordoen die de intrinsieke structurele organisatie van peulvruchten wijzigen en zo waarschijnlijk van invloed zijn op de vertering ervan. Daarom wordt verwacht dat de vertering het gevolg is van het gecombineerd effect van intrinsieke (d.w.z. matrixafhankelijke) en extrinsieke (d.w.z. veroorzaakt door verwerking) factoren die structurele aspecten, en dus de inkapseling van voedingsstoffen bij consumptie,  bepalen. De beschikbare literatuur heeft echter voornamelijk betrekking op bonen en/of is zeer fragmentarisch. Inzicht in de mechanismen waardoor structurele aspecten de verteringskinetiek bepalen is essentieel om strategieën te ontwikkelen die het mogelijk maken de vertering van macronutriënten van peulvruchten aan te passen.

In dit doctoraatsonderzoek veronderstelden we dat verwerking kan gebruikt worden om (micro)structuren te genereren met karakteristieke in vitro zetmeel- en eiwitverteringskinetiek. Het hoofddoel was bijgevolg om het effect van procesgeïnduceerde structuurveranderingen op de in vitro macronutriënten verteringskinetiek van peulvruchten en ingrediënten op basis van peulvruchten te begrijpen. Om de kritische elementen die de verteringskinetiek beïnvloeden op te helderen, werden structuren gegenereerd door de toepassing van verschillende processequenties (bv. hydrothermale verwerking, mechanische desintegratie) op verschillende peulvruchtsoorten. Verwacht werd dat deze structuren zouden verschillen in hun fysische barrières wat betreft (i) de verhoudingen tussen zetmeel, eiwit en celwand (intrinsiek), (ii) de doorlaatbaarheid van de celwand en/of de zetmeel-eiwitmatrix als gevolg van de verwerking (extrinsiek), en (iii) de integriteit van de celwand. Vervolgens werd een geïntegreerde kinetische benadering toegepast om de in vitro zetmeel- en eiwitverteringseigenschappen van de gegenereerde structuren te evalueren.

Kikkererwt, erwt en zwarte boon werden geselecteerd als startmateriaal om de impact van intrinsieke randvoorwaarden op zetmeel- en eiwitverteerbaarheid te evalueren. Deze peulvruchten werden geselecteerd op basis van gerapporteerde intrinsieke verschillen in hun fysische barrières. In dit stadium werd een hydrothermale behandeling (95°C; f(t)) van verschillende duur toegepast om de macro- en microstructuur van de peulvruchten op elkaar af te stemmen. Individuele cotyledoncellen waren de meest karakteristieke fractie van hydrothermisch behandelde peulvruchten. We toonden aan dat het op elkaar afstemmen van de hardheid van peulvruchten, rekening houdend met smakelijkheid en kauwbaarheid, resulteerde in vergelijkbare (micro)structurele en verteringseigenschappen, ongeacht het type peulvrucht, de (verlengde) kooktijd, of het type monster (geïsoleerde cotyledoncellen versus heel zaad). Deze observaties wijzen op het potentieel van verwerking voor een reeks peulvruchten, om de inkapseling van macronutriënten te behouden die leidt tot een vertraagde vertering van macronutriënten.

Het malen van rauwe peulvruchten breekt de weefselstructuur open, wat leidt tot vrijzetting van ingekapselde voedingsstoffen. Onze observaties wijzen erop dat het behoud van de cellulaire integriteit tijdens (ingrediënt)productie functionele voordelen zou kunnen opleveren (bv. meer verzadigingsgevoel), die worden toegeschreven aan een verminderde/vertraagde verteerbaarheid in gangbare levensmiddelen. Daarnaast werd het effect van verschillende niveaus van inkapseling van macronutriënten op in vivo eetlustgevoelens bestudeerd, samen met in vitro verteringskinetiek. Cellulair kikkererwtenmeel werd gebruikt ter vervanging van conventioneel rauw vermalen kikkererwtenmeel in suspensies (in vitro vertering) en halfvaste purees (in vivo eetlustonderzoek). In een gerandomiseerde cross-overstudie namen gezonde mannen (n=26) deel aan twee afzonderlijke sessies, waarin een van de twee testmaaltijden met gelijke calorische waarde werd toegediend, gevolgd door een ad libitum lunch. Wanneer cellulair kikkererwtenmeel werd bestudeerd, ging de vertraagde/verlaagde in vitro vertering van macronutriënten gepaard met een verhoogde subjectieve eetlustreactie, terwijl er geen significante verschillen in AUC en voedselinname werden gevonden (p>0,05). Deze waarnemingen wijzen op de invloed van cellulaire integriteit bij de ontwikkeling van verzadiging op korte termijn. Daarenboven beïnvloedde de fysieke status van het peulvruchtweefsel (voorgekookt versus rauw) bij mechanische desintegratie de structurele, in vitro, en in vivo verteringsgevolgen, ondanks identieke nutriëntensamenstelling. De resultaten tonen het potentieel aan van peulvruchtingrediënten die (voor een deel) uit individuele cotyledoncellen bestaan.

Het laatste deel van dit doctoraatsproefschrift was gericht op de simulatie en evaluatie van de vertering van macronutriënten bij toepassing van complexere oro-gastrische in vitro verteringsmethodologieën. Met behulp van het statische in vitro INFOGEST protocol werd het effect van een geleidelijke verandering van de pH tijdens de maagfase getest. Als gevolg hiervan namen de omvang en snelheid van zetmeelvertering tijdens de dunne darmfase aanzienlijk toe, terwijl er weinig effect op proteolyse werd waargenomen. De geschatte kinetische parameters van zetmeel- en eiwitverteerbaarheid waren sterk gecorreleerd, wat wijst op hun onderlinge afhankelijkheid. Deze waarnemingen illustreerden voor het eerst het belang van de chronologische werking van amylasen en proteasen, wat verwacht kan worden bij een veranderlijke pH in de maag, in levensmiddelen waarin verschillende nutriënten samen ingebed zijn. Dit effect werd duidelijk door de evaluatie van eiwitvertering op het niveau van gevormde monomere equivalenten.

In het algemeen tonen de bevindingen van dit doctoraal werk het potentieel aan van gerichte verwerking van peulvruchten en peulvruchtgebaseerde ingrediënten om de structurele en in vitro en in vivo verteringseigenschappen te moduleren. Het behoud van de cellulaire integriteit is een sleuteldeterminant voor verminderde in vitro zetmeel- en eiwitverteringskinetiek, zowel in peulvruchten als in ingrediënten op basis van peulvruchten. De bevindingen die hier gepresenteerd werden leveren de fundamentele wetenschappelijke basis voor gerichte verwerking van peulvruchten (en ingrediënten op basis hiervan) met verbeterde voedingseigenschappen (bijv. traag/minder verteerbaar zetmeel). Hierbij kunnen peulvruchten waarmaken wat ze beloven: een duurzaam ingrediënt zijn met aantrekkelijke voedingseigenschappen als deel van gezonde voeding.

Datum:3 dec 2018 →  28 mrt 2022
Trefwoorden:food quality, processing, legumes, post-harvest storage, in vitro digestion
Disciplines:Levensmiddelenwetenschappen en (bio)technologie niet elders geclassificeerd
Project type:PhD project