Vezelrijke fruit- en groentepulp: van nevenstroom naar toepassing

Celwandmateriaal: what’s in a name?

Heb je je al eens afgevraagd waarom planten zo sterk zijn? Wel, de cellen van planten zijn omgeven door een celwand. De celwand, samen met de druk opgebouwd binnenin de cel door het opgenomen water (turgordruk), geeft een plantencel de vereiste sterkte. Die celwanden vormen het hoofdbestanddeel van de pulp waar we het in de inleiding over hadden. Het celwandmateriaal van fruit en groenten bestaat voornamelijk uit twee types polymeren, namelijk polysachariden en een (doorgaans) beperkte hoeveelheid eiwitten. Polysachariden zijn lange ketens opgebouwd uit aaneengeschakelde suikers. Op basis van de samenstelling worden polysachariden onderverdeeld in pectine, cellulose en hemicellulose.

Cellulose is aanwezig in de celwand van planten als stevige vezels of microfibrillen, die in belangrijke mate de sterkte van de celwand bepalen. Aangezien hemicellulose en pectine op verschillende plaatsen in een zelfde keten kunnen interageren met verschillende cellulose microfibrillen, ontstaan verbindingen tussen deze cellulosevezels. Daardoor ontstaat een sterk driedimensionaal netwerk. Afhankelijk van de sterkte die vereist is voor een specifieke plant, verschillen de eigenschappen van deze polymeren en de onderlinge interacties.

(Pectine-verarmd) celwandmateriaal als verloren nevenstroom van de voedingsindustrie?

Fruit en groenten kunnen op verschillende manieren verwerkt worden. Ze kunnen bijvoorbeeld geperst worden om sap te bekomen of de grondstof vormen voor natuurlijke kleurstoffen (bijvoorbeeld uit pompoen of rode biet). Beide processen leiden tot een celwandmateriaalrijke nevenstroom (pulp, schillen). Deze nevenstroom is rijk aan pectine, een vezels die al interessante toepassingen kent. Je kent pectine misschien zelf ook al, want dit is de component die ervoor zorgt dat confituur een dikke, stevige gel wordt. Pectine wordt alvast gewonnen uit deze nevenstromen. Commercieel beschikbaar pectine is voornamelijk afkomstig van sinaasappelschillen en appelpulp, twee zeer belangrijke nevenstromen van de sapindustrie (Chan et al., 2017).

Wanneer pectine uit de celwandmateriaalrijke nevenstroom bekomen wordt, blijft daarnaast een fractie over die pectine-verarmd is (in de praktijk kan zeker niet alle pectine verwijderd worden). Omdat we weten dat de wereldbevolking de komende decennia zeker nog blijft groeien, zullen we steeds efficiënter moeten omgaan met onze voedselbronnen. In dat opzicht biedt het beter benutten van nevenstromen in onze voeding een zeer interessante mogelijkheid om de voedselproductie duurzamer te maken, zeker wanneer het de voedingswaarde en de kwaliteitseigenschappen van levensmiddelen kan verbeteren.

Celwandmateriaal kan zeker de voedingswaarde van een product verbeteren, aangezien het heel rijk is aan dieetvezel wat interessante gezondheidsbevorderende effecten heeft. Onderzoek leverde bewijs dat dieetvezel bijdraagt tot de preventie van diabetes, obesitas, bepaalde hart- en vaatziekten en dikke darmkanker (Mann & Cummings, 2009). Aangezien pectine-verarmd celwandmateriaal nog steeds rijk is aan verschillende vezels, is het erg jammer dat deze restfractie op dit moment nog maar weinig toepassingen vindt in onze voeding. Daarom gaan we aan het Laboratorium voor Levensmiddelentechnologie na of het pectine-verarmd celwandmateriaal een driedimensionaal netwerk kan opbouwen in levensmiddelen en bijgevolg gebruikt zou kunnen worden als bijvoorbeeld bindmiddel.

Van een netwerk in de plant naar een netwerk in onze voeding

Is dat dan nodig zo’n “netwerk” in onze voeding? Zeker! Indien in confituur bijvoorbeeld geen pectinenetwerk gevormd werd, dan zou de confituur zo vloeibaar zijn dat ze van jouw boterham zou lopen. Een ander voorbeeld is ketchup, de hoeveelheid tomatenconcentraat per kg ketchup moet voldoende hoog zijn opdat een stevige gel bekomen wordt. Zou jij immers graag jouw frietjes in tomatensap dippen?

De consument heeft bepaalde verwachtingen omtrent het vloeigedrag en de stevigheid van elk gelachtig of vloeibaar levensmiddel. De combinatie van eigenschappen zoals vloeigedrag, stevigheid en hardheid van voeding die we gewaarworden tijdens consumptie benoemen we als de texturele eigenschappen of textuur van het levensmiddel (Joyner, 2018). Specifiek zouden we de stevigheid van bepaalde levensmiddelen (bijvoorbeeld soepen en sauzen) willen verhogen door celwandmateriaal toe te voegen. Dit celwandmateriaal kan dan, althans wanneer het in staat is om een stevig netwerk op te bouwen, benut kunnen worden als textuurcreërende component.

Bezit pectine-verarmd celwandmateriaal een intrinsiek textuurcreërend potentieel?

Tijdens ons onderzoek hebben we op laboschaal pectine-verarmd celwandmateriaal aangemaakt uit verschillende bronnen zoals citrusvruchten, appel, tomaat, pompoen, wortel en ajuin. Om de celwandmateriaalrijke fractie te bekomen, mixen we het fruit- of groenteweefsel eerst in alcohol. Aangezien celwandpolymeren neerslaan in alcohol, kunnen we ze makkelijk filteren uit het mengsel. Om het pectine te bekomen brengen we het materiaal in een warme zure oplossing, zoals dat ook gebeurt bij de industriële productie van pectine.

Het warme zuur verstoort de binding van pectine in de celwand, waardoor pectine vrijkomt en samen met de oplossing gescheiden kan worden van het overige celwandmateriaal. Dit noemen we extractie van pectine. Het niet-extraheerbare materiaal bevat, naast de andere celwandpolymeren, nog een zekere hoeveelheid pectine. Een deel van het pectine is immers zo sterk gebonden aan de andere vezels dat het niet geëxtraheerd kan worden onder de gebruikelijke zure condities.

Nadat we het pectine-verarmde celwandmateriaal hadden aangemaakt, stelden we vast dat het een netwerk kon opbouwen in water. We verkrijgen met andere woorden stevige en stabiele suspensies (gelijkaardig aan een saus) door de toevoeging van het pectine-verarmde celwandmateriaal. Meer nog, gedetailleerde studies op de residu’s verkregen uit citroen, tomaat en pompoen toonden aan dat het netwerk dat kon opgebouwd worden door pectine-verarmd celwandmateriaal duidelijk steviger was dan het netwerk gevormd door celwandmateriaal waaruit geen pectine was verwijderd.

De stevigheid van het netwerk bleek zeer sterk te verschillen afhankelijk van de bron die we bestudeerden. Dat kan verklaard worden door de verschillen in microstructuur, zoals grootte en vorm van de partikels. Partikels die groter zijn en een meer onregelmatige vorm hebben, kunnen doorgaans een steviger netwerk opbouwen. Anderzijds beïnvloedt ook de precieze samenstelling van het celwandmateriaal, daar het de sterkte van de celwand bepaalt, de stevigheid van het netwerk in suspensie.

Dit onderzoek toont het potentieel van pectine-verarmd celwandmateriaal als textuurcreërend ingrediënt aan. Als volgende stap is het cruciaal om na te gaan of we door het toepassen van verschillende processtappen dit textuurcreërend potentieel nog verder kunnen verbeteren.

Het bovenstaande artikel behandelt een aantal concepten die beschreven zijn door Van Audenhove et al. (2023) in een wetenschappelijk reviewartikel.

Referenties

Chan, S. Y., Choo, W. S., Young, D. J., & Loh, X. J. (2017). Pectin as a rheology modifier: Origin, structure, commercial production and rheology. Carbohydrate Polymers, 161, 118–139. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.12.033

Joyner, H. S. (2018). Explaining food texture through rheology. Current Opinion in Food Science, 21, 7–14. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2018.04.003

Mann, J. I., & Cummings, J. H. (2009). Possible implications for health of the different definitions of dietary fibre. Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases, 19(3), 226–229. https://doi.org/10.1016/j.numecd.2009.02.002

Van Audenhove, J., Bernaerts, T., Putri, N. I., Van Loey, A. M., & Hendrickx, M. E. (2023). The functionalisation of fruit and vegetable cell wall material as texturizing agent: The role of pectin depletion and particle size reduction techniques. Food Hydrocolloids, 142, 108814. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2023.108814