Door de toenemende interesse in het gebruik van plantaardige eiwitten in de voedingsindustrie wordt het belangrijk om kennis op te bouwen over het gedrag van deze proteïnen tijdens verschillende verwerkingsstappen. Daarom sloegen ILVO en het Labo Levensmiddelenchemie- en Biochemie van de KU Leuven samen met Flanders’ FOOD de handen in elkaar in het strategisch onderzoeksproject TexProSoy. Dit project richtte zich op het vergroten van de basiskennis over proteïnen van Vlaamse soja door een grondige studie uit te voeren naar de impact van verschillende verwerkingsstappen (zoals extractie, drogen en High Moisture Extrusion).
Globulinen spelen een belangrijke rol in oplosbaarheid en technofunctionle eigenschappen van soja-eiwitten
In het TexProSoy-project werd gestart bij het begin, namelijk de sojaboon zelf. De eerste stap was de karakterisering van verschillende sojarassen, geteeld in Vlaanderen. Op basis van het eiwitgehalte werden 3 rassen geselecteerd: Bettina, Sioux en Lenka. Deze rassen werden volledig gekarakteriseerd op samenstelling (eiwit, vet en koolhydraten). Voor Lenka werd bovendien de impact van teeltlocatie en -jaar onderzocht op de sojaboonsamenstelling en meer specifiek op het eiwitgehalte. Hieruit bleek dat beide factoren voor een significante variatie zorgen, zelfs binnen een kleine oppervlakte als Vlaanderen.
Soja bevat verschillende soorten proteïnen die belangrijk zijn vanwege hun nutritionele en functionele eigenschappen. De belangrijkste eiwitten in soja zijn 7S-globulinen (conglycinine), 11S-globulinen (glycinine) en 2S-albuminen. Sojaproteïnen bestaan voor ongeveer 40% uit 11S-globulinen en voor 30% tot 40% uit 7S-globulinen. Deze globulinen spelen een belangrijke rol in de oplosbaarheid en in de technofunctionele eigenschappen van de soja-eiwitten, wat essentieel is voor toepassingen in voeding en voor het bepalen van de finale textuur van ‘high moisture’-extrudaten.
Samenstelling en kwaliteit ingrediënten bepalen structuur eindproduct met High Moisture Extrusie
High Moisture Extrusie (HME) is een techniek die gebruikt wordt om eiwitrijke grondstoffen om te zetten in producten met een vezelachtige textuur. Deze methode is populair bij de productie van plantaardige vleesvervangers, zoals burgers en kipstukjes. Bij HME worden proteïnen in de vorm van concentraten of isolaten, water en eventueel andere ingrediënten onder hoge druk en temperatuur geëxtrudeerd (uitgeperst) in een extruder. Het grote verschil met de klassieke droge extrusie is de koelingstap op het einde van het proces.
Tijdens dit proces kunnen verschillende parameters gevarieerd worden, zoals invoersnelheid, schroeftype en -snelheid, temperatuurprofiel, vochtgehalte etc. Deze kunnen allemaal de eindtextuur beïnvloeden. Uit het onderzoek van TexProSoy bleek dat het vochtgehalte en de eindtemperatuur van het temperatuurprofiel de grootste invloed hadden op de textuur van het eindproduct.
Hoewel werd aangetoond dat deze parameters wel degelijk een invloed hadden op de eindstructuur, bleek dat de samenstelling en kwaliteit (bv. oplosbaarheid en denaturatiegraad) van de ingrediënten (eiwitconcentraat of -isolaat) de belangrijkste factoren waren die de eindstructuur bepaalden.
Gedenatureerd sojaproteïne-isolaat (SPI) zorgt voor een zachtere textuur
Er werden verschillende extractiemethoden voor de isolatie van sojaproteïnen geëvalueerd om te bepalen of deze resulteren in ingrediënten met uiteenlopende proteïnesamenstelling. Om de impact van de ingrediënten op de finale structuur na extrusie te kunnen beoordelen, was het vanuit onderzoeksperspectief belangrijk om te starten met ingrediënten die duidelijk verschillen in proteïnesamenstelling. Deze verschillende isolatiecondities leverden echter niet voldoende significante verschillen op, waardoor alternatieve methoden werden ontwikkeld om fracties met verschillende proteïnesamenstelling en oplosbaarheidsprofielen te verkrijgen. Zo werden soja-isolaten met en zonder hittebehandeling geproduceerd om een verschillende denaturatiegraad te bekomen. Er werden extractiemethoden met gebruik van ethanol of bij verlaagde pH toegepast om een brede set aan verschillende proteïne-extracten te bekomen. Ook werd het effect van de aanwezige koolhydraten in de minder opgezuiverde proteïneconcentraten onderzocht.
Al deze verschillende isolaten werden geëxtrudeerd om hun effect op de finale structuur te kunnen bepalen. Zo bleek dat een volledig gedenatureerd sojaproteïne-isolaat (SPI) een zachtere textuur opleverde dan een ‘native’ SPI, wat belangrijk is voor specifieke toepassingen in vleesvervangers. Daarnaast werd ontdekt dat een hoger koolhydraatgehalte in de grondstof resulteerde in producten met een meer vezelige structuur en een lagere hardheid, wat nuttig kan zijn voor het afstemmen van de structuur van vleesvervangers.
Bij soja-eiwitconcentraten bleek dat door te wassen met een ethanoloplossing of door de eiwitten te isoleren bij een lagere pH, het waterhoudend vermogen van de proteïnen beïnvloed werd. Deze eigenschap speelt een grote rol in het creëren van de juiste textuur en mondgevoel, zoals de stevigheid. Dankzij deze methoden kunnen producten worden ontwikkeld met specifieke texturen en structuren die aantrekkelijk zijn voor consumenten.
Het is hierbij belangrijk om op te merken dat er geen ideaal proces bestaat dat de allerbeste structuur oplevert. De eindapplicaties moeten altijd in overweging genomen worden. De inzichten van TexProSoy dragen echter bij aan een beter begrip van het productieproces van ‘high moisture’-extrudaten, waardoor het proces gerichter kan aangestuurd worden.
Partners
