Er zijn nog maar weinig voedingsmiddelen op de markt waarin dierlijke eiwitten vervangen zijn door plantaardige eiwitten. NIZO food research heeft hierom de toepassingsmogelijkheden van plantaardige eiwitten onderzocht en als voorbeeld hiervan een plantaardige mayonaise ontwikkeld met goede sensorische eigenschappen.

Eiwitten van dierlijke bronnen worden beschouwd als relatief dure grondstoffen, waardoor de mogelijkheid om ze te vervangen door goedkopere plantaardige eiwitten kansen biedt voor kostenbesparing in eiwitbevattende voedingsmiddelen. Er zijn nog maar weinig voedingsmiddelen op de markt waarin dierlijke eiwitten vervangen zijn door plantaardige eiwitten. NIZO food research ontwikkelde als testproduct een mayonaise op basis van plantaardige eiwitten.

Olie-in-water emulsie
Textuur en stabiliteit van emulsies zijn producteigenschappen waar eiwitten een belangrijke bijdrage aan leveren. Daarom is als testproduct mayonaise gekozen als een toepassing van commerciële plantaardige eiwitten, waarin beide eiwitfuncties van belang zijn. Mayonaise is een olie-in-water emulsie, met ongeveer 75% vet (volvet mayonaises). De structuur bestaat uit vetdruppeltjes die dicht tegen elkaar gedrukt zich in een waterfase bevinden.

Normalitair stabiliseren de eiwitten en fosfolipiden uit het ei de vetdruppeltjes en houden zo de emulsie intact. De eiwitten vormen een laag om de vetdruppels en vormen tevens bruggen met meerdere vetdruppels die de structuur verstevigen (‘bridging’). De fosfolipiden, zoals lecithine, stabiliseren de emulsie door ‘pickering’-stabilisatie (deeltjes stabilisatie), waarbij kleine deeltjes als lecithine zich aan de vetdruppels hechten en zo een barrière tegen samenvloeiing of coalescentie vormen.

Plantaardige eiwitten
Commercieel verkrijgbare plantaardige eiwitten worden uit verschillende bronnen gewonnen. Voorbeelden hiervan zijn soja, lupine, aardappel, erwt en tarwe. De eiwitten worden verkocht als onder andere isolaten (90% eiwit) en concentraten (60-70% eiwit). De bron van het eiwit heeft effect op de functionaliteiten en sensorische eigenschappen van de eiwitpreparaten, maar ook de wijze waarop het eiwit behandeld en gewonnen is.

Er is al veel onderzoek gedaan naar de functionaliteiten van natieve plantaardige eiwitten, maar er is nog niet veel bekend over commercieel verkrijgbare preparaten en hun applicatiemogelijkheden. Plantaardige eiwitten worden nog weinig gebruikt, mede door limitaties in oplosbaarheid en andere functionaliteiten, de aanwezigheid van een plantaardige bijsmaak en een grove textuur.

Vertrouwen
Ondanks de uitdagingen en beperkingen die plantaardige eiwitten met zich meebrengen heeft NIZO vertrouwen gehad in de mogelijkheid hoog kwalitatieve producten te maken op basis van plantaardig eiwit, gebruikmakend van NIZO’s unieke onderzoeksvoorzieningen waarmee commerciële ingrediënten kunnen worden verbeterd. Als optimaal beginpunt van dit onderzoek zijn experimenten uitgevoerd om de oplosbaarheid en emulsiefunctionaliteit van commerciële plantaardige eiwitten te bepalen, om zo de eiwitten met het hoogste potentieel te kunnen selecteren.

Oplosbaarheid
De oplosbaarheid van een eiwit is een belangrijke eigenschap omdat het effect heeft op de andere functionaliteiten. Uit het onderzoek bleek dat de eiwitten afkomstig uit lupine-, aardappel- en soja-bronnen beter oplosbaar waren dan die afkomstig uit erwt en tarwe. Wel zijn er grote verschillen gevonden in de oplosbaarheidprofielen van eiwitpreparaten afkomstig uit dezelfde bron, wat de invloed van het productieproces op de functionaliteit van het eiwit aangeeft.

De oplosbaarheid van de eiwitten was ook zeer afhankelijk van de pH van het solvent. Van de eiwitten die een zekere oplosbaarheid toonden in lage pH en in water is de emulsiefunctionaliteit getest. Deze eiwitten waren afkomstig uit aardappel, soja, lupine en tarwe. Geen van de eiwitten toonde een emulgerende functie in lage pH, waardoor dit dus geen toepassingsmogelijkheid is voor deze eiwitten in emulsies met laag pH.

Maar wanneer de eiwitten in water werden opgelost konden er wel stabiele emulsies worden gevormd met een aantal eiwitten afkomstig uit soja, lupine en aardappel. De druppelgrootte van de plantaardige emulsies (een belangrijke indicator voor emulsiestabiliteit) was groter dan die van emulsies gemaakt met wei-eiwitten. Van de plantaardige emulsies werd de kleinste druppelgrootte gevonden in emulsies gemaakt met aardappeleiwit, wat duidt op een stabielere emulsie. De overige soja-eiwitten, lupine-eiwitten en de eiwitten afkomstig uit tarwe toonden geen emulgerende werking.

Sensorische evaluatie
Als test heeft NIZO met de lupine-, soja- en aardappeleiwitten die wel een goede emulsiestabiliteit gaven plantaardige mayonaises ontwikkeld. Een duidelijk verschil in viscositeit is aangetroffen tussen de plantaardige- en eimayonaises: de plantaardige mayonaises waren veel visceuzer dan de eivariant. Om dit te verhelpen is het vetgehalte omlaag gebracht. Om andere verschillen te onderzoeken tussen de plantaardige- en eigeelmayonaises is een sensorisch onderzoek uitgevoerd.

In dit onderzoek (n=12) zijn verschillende attributen op het gebied van uiterlijk, smaak en textuur van de plantaardige mayonaises vergeleken met mayonaises gemaakt met ei. Algemene afwijkingen die de plantaardige mayonaises bezaten waren een plantaardige bijsmaak, een grijzere teint, de aanwezigheid van een astringent mondgevoel, een grove of korrelige structuur (zie figuur 1) en de aanwezigheid van residu na het doorslikken van de mayonaise.

Lupinemayonaise
Eén van de plantaardige mayonaises ontwikkeld door NIZO, gemaakt met lupine-eiwit, toonde weinig significante verschillen in vergelijking met eimayonaise. Deze mayonaise werd ook niet significant anders beoordeeld op algemeen mayonaisekarakter vergeleken met een commerciële eivariant. Het panel vond de lupinemayonaise ook geler, glanzender, minder astringent en minder grof dan de andere plantaardige mayonaises.

Oplossingen voor het residuprobleem
Bij het consumeren van de lupinemayonaise bleef residu in de mond achter na het doorslikken. Om de mayonaise te verbeteren is onderzoek gedaan naar de bron van dit residu. Er zijn verschillende oorzaken voor residuvorming van emulsies in de mond. Zo is er uit onderzoek gebleken dat flocculatie van emulsies kan worden veroorzaakt door een interactie met speeksel in de mond. Dit kan leiden tot een droog, ruw of astringent mondgevoel.

Een andere mogelijkheid die kan leiden tot deeltjesvorming is het verzuren van de mayonaise-emulsie tijdens de bereiding door toevoeging van azijn. De eiwitten kunnen hier door de pH-verlaging aggregeren, waardoor ze als deeltjes op de tong kunnen worden waargenomen. NIZO ontdekte dat het residu door geen van beide oorzaken gevormd wordt, maar afkomstig is uit onoplosbare deeltjes uit het eiwitpreparaat.

Dit is aangetoond door deze onoplosbare deeltjes te scheiden van de eiwitoplossing en alleen het oplosbare deel te gebruiken in de mayonaisebereiding. Door alleen het oplosbare deel te gebruiken konden veel gladdere producten worden gemaakt met minder residu en astringentie. Er zijn afbeeldingen van de originele en de verbeterde mayonaises gemaakt met een CLSM. Deze tonen grote verschillen in hoeveelheid onopgeloste deeltjes in de mayonaises. In deze afbeeldingen is het eiwit groen gekleurd en het vet rood. De grote lichtgroene deeltjes zijn onopgeloste deeltjes die groot genoeg zijn om te kunnen detecteren in de mond.

Door het onoplosbare gedeelte van het eiwitpreparaat niet in de mayonaise te gebruiken werd de mayonaise veel minder visceus. Dit is verholpen door het vetgehalte weer terug omhoog te brengen naar het originele vetgehalte van volvet eimayonaises. Deze nieuwe plantaardige mayonaise werd romiger, en minder astringent dan de originele lupinemayonaise gevonden en had meer ‘body’ (n=4). Hierdoor was de verbeterde lupinemayonaise sensorisch meer vergelijkbaar met een volvet eimayonaise.

Nieuwe mogelijkheden
Naast emulsies als mayonaise kunnen de plantaardige eiwitten ook worden toegepast als eiwitvervanging in andere producten als kaas, yoghurt en melk. Het onderzoek bij NIZO heeft echter aangetoond dat veel plantaardige eiwitten nog verbeterd moeten worden voordat ze goed kunnen worden toegepast als vervangers voor dierlijke eiwitten.

Zo zal bijvoorbeeld de gelimiteerde oplosbaarheid een probleem kunnen vormen. Andere limitaties in gebruik kunnen worden veroorzaakt door een plantaardige bijsmaak, een astringent mondgevoel en afwijkingen in kleur. Met een brede toepassing van kennis en uitgebreide ‘food grade’-faciliteiten, kan NIZO food research mogelijkheden bieden voor producenten van plantaardige eiwitten.