< Terug naar vorige pagina

Project

Studie naar schot in tarwe en de evaluatie van naoogst technologieën om zijn impact op de kwaliteit van tarwe en brood te verlagen

Tarwe is een belangrijk onderdeel van de dagdagelijkse voeding in de Westerse wereld. Ongecontroleerde variatie in tarweopbrengst en –kwaliteit is bijgevolg een grote zorg voor landbouwers en de tarweverwerkende industrie. Zulke variaties worden regelmatig veroorzaakt door ongunstige klimatologische omstandigheden zoals herhaaldelijke en langdurige regenbuien vlak voor of tijdens de oogst van tarwe. Preharvest sprouting, of schot, is de kieming van het zaad in de aar van de moederplant op het veld ten gevolge van dergelijke weersomstandigheden. Dit fenomeen is goed gekend in de graanindustrie en leidt tot tarwe en tarwegebaseerde eindproducten van slechte kwaliteit. De Hagberg Falling number (FN) test wordt wereldwijd gebruikt om de mate waarin schot is opgetreden in een batch met tarwe te meten. In de maalindustrie wordt broodtarwe geweigerd op moment van aankoop wanneer het FN van volkorenmeel (FNmeel) lager is dan 220-250 s.

Tot nu toe werd het meeste onderzoek rond schot uitgevoerd met behulp van gezonde tarwekorrels gekiemd onder laboratoriumcondities als een maat voor schot op het veld. Kieming van tarwe onder laboratoriumcondities verschilt echter sterk van kieming in de aar op het veld. Het probleem van schot in tarwe werd tot nu toe voornamelijk aangepakt door selectie van tarwevariëteiten die meer resistent zijn tegen het voorkomen van schot. Deze aanpak blijkt echter slechts deels succesvol en er kan verwacht worden dat schot altijd in een bepaalde mate zal voorkomen. Bijgevolg is er nood aan remediëringstechnieken op een naoogst-niveau om het potentieel van geschoten tarwe als grondstof voor de levensmiddelenindustrie te vergroten.

Met het oog op het tekort aan kennis rond schot in tarwe op het veld is de eerste doelstelling van dit onderzoek om beter inzicht te verkrijgen in de fysiologische en functionele veranderingen die optreden tijdens schot in tarwe op het veld, zowel op het niveau van de tarwekorrel als een populatie. Met deze kennis wordt vervolgens getracht om naoogst-technieken te ontwikkelen voor het opwaarderen van de kwaliteit van tarwe met schot, in casu tijdens de broodbereiding.

Representatieve stalen van tarwe geschoten in de aar op het veld werden verkregen door tarwe van drie variëteiten op regelmatige tijdstippen te oogsten startende vlak voor maturiteit tot het moment dat de tarwe zwaar geschoten was op het veld (FNmeel = 80 s). Met deze stalenset werd aangetoond dat ongunstige weersomstandigheden rond het oogsttijdstip de productie van hydrolytische enzymen op een kwantitatief en kwalitatief verschillende manier beïnvloeden dan wat eerder waargenomen was tijdens kieming van gezonde tarwe onder laboratoriumcondities. Tijdens het optreden van schot daalde FN sterk en werd er voornamelijk een stijging in α-amylase- en endoxylanaseactiviteit waargenomen. Peptidase- activiteit steeg slechts matig, terwijl β-amylaseactiviteit gelijk bleef. De structuur en inherente eigenschappen van zetmeel en proteïnen in bloem van de bestudeerde tarwestalen waren niet gewijzigd, terwijl beginnende afbraak van arabinoxylan werd vastgesteld tijdens het optreden van schot in tarwe. Er kan bijgevolg geconcludeerd worden dat de problemen waargenomen tijdens de verwerking van geschoten tarwebloem met een FNmeel tot 80 s veroorzaakt worden door een verhoogde enzymactiviteit die de bloemconstituenten hydrolyseren tijdens verwerking. Ze zijn niet het resultaat van enzymgeïnduceerde inherente veranderingen in de karakteristieken van zetmeel, gluten of arabinoxylan. Dit impliceert dat er opportuniteiten liggen in het opwaarderen van de kwaliteit van bloem van geschoten tarwe met behulp van behandelingen die de enzymatische belading verminderen.

Hiervoor werd eerst de verdeling van hydrolytische enzymen over een populatie van en in individuele tarwekorrels met schot bestudeerd. De resultaten toonden aan dat in een populatie van geschoten tarwekorrels slechts een kleine hoeveelheid van de korrels zwaar geschoten was en verantwoordelijk was voor de algemeen hoge α-amylase- en endoxylanaseactiviteit van de hele populatie. Bovendien was de enzymactiviteit ook heterogeen verdeeld over de verschillende weefsels van geschoten korrels. In zwaar geschoten tarwe met een FNmeel van 100 s waren enzymen slechts in beperkte mate gemigreerd naar het zetmeelrijke endosperm. De α-amylaseactiviteit was grotendeels endogeen van natuur en aanwezig in de kiemregio. De endoxylanaseactiviteit kwam hoofdzakelijk van microbiële enzymen geassocieerd met het korreloppervlak.

Met deze kennis werden vervolgens doelgerichte strategieën voor de reductie van de α-amylase- en endoxylanaseactiviteit in bloem van geschoten tarwe ontwikkeld en geëvalueerd. Het verwijderen van de kiem voor vermaling zou het grootste potentieel bieden om de α-amylaseactiviteit in bloem van geschoten tarwe te verminderen, echter een gelijkaardige techniek op grote schaal is nog niet beschikbaar. Het verwijderen van de buitenste 10 w/w% van tarwe met schot door middel van slijpen reduceerde de α-amylase- en endoxylanaseactiviteit in bloem met respectievelijk 30-50% en 25%. Een tweede succesvolle techniek doelde op het scheiden van zwaar geschoten tarwekorrels in een batch tarwe met behulp van zoutbaden omwille van het verschil in densiteit tussen geschoten en niet-geschoten tarwekorrels. Korrels met een lagere densiteit vertoonden zowel een hogere α-amylase-, endoxylanase- en peptidaseactiviteit als tekenen van (beginnende) proteïne-, β-glucan- en arabinoxylandegradatie. Door het verwijderen van deze tarwekorrels van een batch van licht geschoten tarwe (FNmeel = 200 s) werd een tarwefractie met verminderde enzymactiviteit succesvol gewonnen. Tenslotte werd een selectie van food-grade-inhibitoren (polyfosfaten, citroenzuur en Na2CO3), die α-amylasen geëxtraheerd van bloem van geschoten tarwe in grote mate inhiberen, gevonden.

Vooraleer de functionaliteit van bloem verkregen van de behandelde tarwestalen geëvalueerd werd tijdens de broodbereiding, werd in eerste instantie de invloed van schot in tarwe op de broodbereiding bestudeerd. Het gebruik van zwaar geschoten tarwe met een FNmeel onder 150 s resulteerde in zeer plakkerig deeg die moeilijk handelbaar was en het afgebakken brood had een donkerdere korstkleur, een hogere kruimplakkerigheid en een zwakke kruimtextuur. De resultaten suggereerden dat de nefaste impact op deeg- en broodkarakteristieken voornamelijk veroorzaakt was door de verhoogde α-amylaseactiviteit aanwezig in geschoten tarwe. α-amylasen hydrolyseren grotendeels het verstijfseld zetmeel tijdens bakken wat resulteert in een verlaagde gelvormingscapaciteit van zetmeel tijdens het afkoelen van brood. Dit leidt tot een plakkerig kruim en een zwakke kruimtextuur. Maillardreacties die leidden tot een donkere korstkleur waren geassocieerd met verhoogde activiteiten van zowel α-amylasen als endoxylanasen. De verwerking van bloem met hoge enzymactiviteiten door schot vormt bijgevolg een grote uitdading voor de industrie.

Door het verminderen van de α-amylase- en endoxylanaseactiviteit in bloem van geschoten tarwe waren de technieken - slijpen, densiteitsscheiden en het toevoegen van α-amylaseinhiberende componenten - (deels) instaat om de deeghandelbaarheid, broodkruimtextuur en helderheid van de korst te verbeteren.

Als conclusie, door het gebruik van representatieve tarwestalen geschoten in het veld en geoogst op regelmatige tijdsstippen werd een geïntegreerd beeld van schot en de invloed ervan tijdens de broodbereiding verkregen. Voornamelijk α-amylasen en deels endoxylanasen zijn verantwoordelijk voor de slechtere kwaliteit van producten gemaakt van geschoten tarwe. Met deze kennis werden strategieën om de enzymactiviteit in bloem van geschoten tarwe te reduceren met als doel om tarwe met schot te introduceren in de levensmiddelenindustrie succesvol ontwikkeld. De verbeterde bloemkwaliteit van de behandelde stalen werd aangetoond tijdens de broodbereiding.

Datum:1 okt 2013 →  10 nov 2017
Trefwoorden:Enzymes, Cereals, Preharvest sprouting
Disciplines:Plantenbiologie, Andere chemie, Voeding en dieetkunde, Productie van landbouwdieren, Levensmiddelenwetenschappen en (bio)technologie
Project type:PhD project