artikel

Nieuwe generatie gefermenteerde producten

Algemeen

Een reeks wetenschappelijke en technologische doorbraken maken het voor het eerst mogelijk efficiënt te kapitaliseren op de enorme diversiteit aan food-grade micro-organismen die aanwezig is in cultuurcollecties over de hele wereld. Hierbij zijn drie sleutelfactoren van belang: moleculaire kennis over de basis van gewenste producteigenschappen, toegang tot biodiversiteit en beschikbaarheid van efficiënte selectieprocedures en technieken.

Gefermenteerde voedselproducten vormen een belangrijk onderdeel van ons dagelijks dieet. Gefermenteerde zuivelproducten vormen de grootste productcategorie: de totale wereldproductie wordt geschat op meer dan zeventien miljoen ton. Traditioneel worden fermentaties toegepast als middel voor conservering. De groei van fermenterende micro-organismen gaat gepaard met de productie van zuren of alcohol die bederf voorkomen.
Fermentatie wordt ondertussen steeds meer gebruikt voor het verkrijgen van bepaalde producteigenschappen, zoals geur- en smaakstoffen, componenten die de structuur beïnvloeden of gezondheidbevorderende componenten.
De industrie heeft zich lang gericht op de productie van bulkproducten maar is nu versneld aan het omschakelen naar producten met nieuwe functionele attributen. Voorbeelden zijn producten die inspelen op gezondheidtrends: verrijkt met mineralen of nutraceuticals, laagvet- en laagzoutvarianten, en pre- en probiotisch. Dergelijke gefortificeerde producten stellen de productontwikkelaar voor nieuwe uitdagingen (tabel 1). De sensorische karakteristieken blijven vaak achter. Deze problemen kunnen in veel gevallen worden opgelost door het gebruik van speciale startercultures.

Starterorganismen
Al langer wordt wetenschappelijk onderzoek gericht op het ontwikkelen van startercultures met gezondheidbevorderende eigenschappen. Gerichte interventie in het metabolisme van starterorganismen heeft geleid tot stammen die smaakstoffen of nutraceuticals, zoals vitaminen of antioxidanten, produceren. Toepassing van dergelijke stammen in producten resulteert ook daadwerkelijk in verbeterde productkarakteristieken. De industrie is tot nu toe terughoudend geweest dergelijke genetische gemodificeerde stammen naar de markt te brengen vanwege wet- en regelgeving en geringe consumentenacceptatie.
Langzamerhand ontstaat meer belangstelling voor alternatieve routes waarbij het exploiteren van de natuurlijke diversiteit centraal staat. Deze ontwikkeling wordt ondersteund door de genomics-revolutie die de afgelopen tien jaar de life-sciences radicaal heeft veranderd. Het is tegenwoordig mogelijk om tegen geringe kosten de volledige genetische code van micro-organismen te ontrafelen waarmee een blauwdruk van de functionele eigenschappen wordt verkregen. Op basis van deze informatie kunnen in-silico-modellen van het volledige metabolisme worden gemaakt die de groei en het gedrag van het micro-organisme kunnen voorspellen.
Een van de meest verrassende vondsten is dat binnen bacteriesoorten een geweldige diversiteit aan genoomsamenstelling en eigenschappen voorkomt. De genoomsamenstelling van nauw verwante stammen kan tot 30% tot 50% verschillen. De verschillen zijn tientallen malen groter dan de diversiteit in genoomopbouw in hogere organismen, zoals de mens. Daarnaast is de genoomsamenstelling, en dus de combinatie van eigenschappen, in hoge mate stamspecifiek. Dit heeft tot gevolg dat de combinatie van eigenschappen, inclusief eigenschappen die relevant zijn voor industriële toepassingen, sterk kunnen verschillen van stam tot stam. Hier liggen kansen voor de productontwikkelaar. Door een slimme keuze van stammen kunnen producteigenschappen als geur en smaak en gezondheidswaarde gericht worden verbeterd.

Slimme selectie
In het innovatieproces zijn drie factoren van belang. Allereerst dienen de gewenste productkarakteristieken scherp te worden gedefinieerd, bij voorkeur tot het niveau van moleculaire samenstelling. Doel daarvan is een markt- of industriële vraag te vertalen naar een functionele eigenschap die middels het fermenterende micro-organisme moet worden ingebracht. Concrete voorbeelden zijn de verrijking met vitaminen B-typen tot niveaus die bij normale yoghurtconsumptie bijdragen tot een significante toename van de dagelijks aanbevolen hoeveelheid, de productie van geurstoffen die een positieve invloed hebben op de geur en smaak van kaas, of de verwijdering van peptiden die een bittere smaakafwijking geven.
De tweede belangrijke factor is de genetische en functionele diversiteit in de stammencollectie die wordt gebruikt voor het selectieproces. Dit kan worden gewaarborgd door er voor te zorgen dat de collectie stammen bevat die geïsoleerd zijn op geografisch verschillende locaties en uit diverse substraten.
De derde belangrijke schakel is de stamselectiemethodologie. In de afgelopen jaren heeft NIZO geïnvesteerd in een uitgebreid technologieplatform waardoor op geavanceerde en snelle wijze de prestatie van micro-organismen kan worden getest in product-modelsystemen en andere voorspellende analyses. Dit is mogelijk door de slimme integratie van miniatuurfermentaties, veelal uitgevoerd in zogenaamd 96-wells formaat, en moderne analytische technieken. Hierbij kan een breed palet van selecties voor industriële eigenschappen worden uitgevoerd, variërend van smaakvorming tot nutraceuticals in gefermenteerde producten.

Innovatiekracht
Recentelijk hebben NIZO food research en BCCM/LMG Bacteria Collectie (Belgian Coordinated Collections of Microorganisms) de handen ineengeslagen teneinde de innovatiekracht te versterken. In deze samenwerking is een belangrijk deel van de BCCM/LMG-collectie via NIZO beschikbaar voor industriële stamontwikkeling waarmee NIZO in totaal meer dan 4.000 zeer diverse stammen aan haar partners kan aanbieden. BCCM/LMG heeft een goede reputatie op het gebied van beheer en taxonomische karakterisering van micro-organismen onder meer uit voedingsmiddelenfermentaties. In de loop der jaren heeft zij een uiterst diverse en goed gedocumenteerde collectie opgebouwd, waarvan de circa 2.000 melkzuurbacteriën een belangrijk onderdeel vormen. Met deze samenwerking versterkt NIZO haar positie als innovatiepartner voor belangrijke nationale en internationale voedingsmiddelenbedrijven bij het ontwikkelen van een nieuwe generatie gefermenteerde producten.

Reageer op dit artikel