Zuiveleiwitten: nieuwe kennis, nieuwe mogelijkheden - Najaarssymposium 2020

Dit symposium vond online plaats op 8 oktober 2020

Tijdens het eerste online symposium van het Genootschap ter bevordering van Melkunde stonden de nieuwste inzichten en toepassingen van eiwit centraal. Zo werd stil gestaan bij medische voeding, immunologische eigenschappen, maar ook structuur en interacties tussen eiwit en melkzuurbacteriën. Ook het verleden werd niet vergeten.

Auteurs: Ruud de Boer, Yves De Groote en Tineke van der Haven
Tijdens het eerste online symposium van het Genootschap ter bevordering van Melkunde stonden de nieuwste inzichten en toepassingen van eiwit centraal. Zo werd stil gestaan bij medische voeding, immunologische eigenschappen, maar ook structuur en interacties tussen eiwit en melkzuurbacteriën. Ook het verleden werd niet vergeten.
Sinds het eerste onderzoek aan melkeiwitten in de 19e eeuw vormden de gevonden inzichten in de samenstelling, de structuur en de interacties de basis voor een solide basis voor innovaties in de zuivelsector. Cruciaal hierin zijn volgens Thom Huppertz (WUR) onder meer het onderscheiden van verschillende typen eiwitten en de ontdekkingen en opheldering van caseïnemicellen in melk.
De combinatie van de ontwikkeling van nieuwe experimentele technieken en de denkkracht van wetenschappers in het veld zal blijven leiden tot verdere inzichten in melkeiwitten. Die kunnen volgens Huppertz bij product- en procesontwikkeling worden toegepast. Hij noemde onder meer product-procesinteracties. Belangrijk zijn ook de biologische functies. Nutritioneel is eiwit heel belangrijk. Zuivel blijft noodzakelijk in een gezond en duurzaam dieet. “We gaan melkeiwitten in steeds complexere systemen toepassen en daarvoor moeten we die kennis blijven ontwikkelen.” Hij benadrukte het verleden niet te vergeten, maar probeer de juiste kennis te ontsluiten. “We bouwen op 200 jaar breed eiwitonderzoek en hoeven niet steeds opnieuw te beginnen. De interpretatie is misschien soms veranderd, maar de resultaten en de data die 50 jaar of 100 jaar geleden werden verkregen, staan nog steeds, onderstreepte Huppertz.

Medische hoog-eiwitdranken
Onderzoek aan de ontwikkeling van medische voeding maakt deel uit van het werkgebied van Hilde Ruis (Danone). Dit is een omvangrijk gebied waarbij veel diverse problemen aan de orde komen. Dit komt vooral door de kenmerken van de doelgroepen, zoals ouderen, mensen met een kwetsbare gezondheid, zieken maar ook ondervoeden. Juist voor deze groepen moeten de voedingsmiddelen aan zeer hoge eisen voldoen wat betreft de samenstelling, de volledigheid van bestanddelen, de houdbaarheid en ook de hoeveelheid. Vaak botsen deze eisen. Ruis: “Een hoge concentratie van eiwit en mineralen blijkt de bewaareigenschappen te beïnvloeden. Het probleem wordt veroorzaakt door onderlinge interactie.”
Zij gaf een voorbeeld waarbij met succes aan een oplossing is gewerkt. Door nauwkeurige bestudering van de eigenschappen van caseïne en de caseïnaten kon een probleem worden aangepakt. Producten met calciumcaseïnaat blijken na maanden in kwaliteit achteruit te gaan doordat de viscositeit sterk toeneemt. De oorzaak blijkt gelegen in de aanwezigheid van citraat in het product. Dit verbindt zich in de loop van de tijd met het calcium uit het calciumcaseïnaat, waardoor het caseïnaat uiteenvalt in de submicellen. Dit blijkt de oorzaak van de sterke verhoging van de viscositeit. Door het citraat te binden, valt caseïne niet uiteen en behoudt het product zijn gewenste consistentie. Ook in de discussie benadrukte zij nogmaals het belang van nog meer inzicht in de eigenschappen van caseïnes. “Mogelijk kan het in de toekomst van belang zijn om te werken met individuele caseïnes en bijvoorbeeld babyvoeding te verrijken met ß-caseïnes”, keek Ruis vooruit.

Verhitting van zuivel
Uit de verschillende thema’s van onderzoek waaraan hij onderzoek doet, koos Kasper Hettinga (WUR) voor een specifiek onderdeel namelijk het effect dat de verhitting van zuivelproducten heeft op de immunologische eigenschappen van het melkeiwit. Koemelkallergie, zowel het ontstaan als het beter gaan verdragen van het eiwit, speelt hierbij een grote rol.
Gekeken werd naar zowel de wei-eiwitten als de caseïne. Beide vertonen verschillend gedrag bij verhitting. Bij de verhitting van wei-eiwitten speelt glycatie, het aangaan van een verbinding tussen eiwit en suiker, een rol. Dit geldt ook voor caseïne. Zowel de wei-eiwitten als de caseïne kunnen aggregaten vormen bij aanwezigheid van suiker.
Bij verhitting van melk kunnen volgens Hettinga veel verschillende complexen van melkeiwit-aggregaten worden gevormd. “Deze kunnen van belang zijn bij koemelkeiwit-allergie. Vooral bij zeer hoge verhitting van melk (gebakken melk” zoals de spreker dat noemt) zouden deze eiwitcomplexen een rol kunnen spelen.” Geschat wordt dat 75% van de kinderen zo’n eiwitcomplex kan verdragen en dat ze bovendien sneller over de allergie heen groeien. Verondersteld wordt dat de bij de verhitting gevormde eiwit-aggregaten de vertering beïnvloeden en dat brokstukken de hiervoor gevoelige plekken van het immuunsysteem (epitopen) veranderen. Mogelijk worden er nieuwe epitopen gevormd. Bij de maillardreactie zijn ook deze “advanced glycatie” producten van belang.
“Niet iedere allergische patiënt reageert hetzelfde”, aldus Hettinga. “Onderzoek wordt gedaan met verschillend behandelde eiwitten al dan niet in aanwezigheid van lactose en het blijkt dat er een heel grote variatie in reacties van de patiënten is. Dit compliceert het onderzoek aanzienlijk.”
Het blijkt ook dat er twee soorten reacties zijn op de consumptie van sterk verhit eiwit. Het kan voorkomen dat de vele en zeer gevarieerde aggregaten van eiwitbestanddelen een toename van de allergie tot gevolg hebben. Het kan ook zijn dat de patiënten door gebruik hiervan juist de allergie beter kunnen overgroeien.
Koemelkallergie is niet de enige allergische reactie waarvoor verhitting van belang is. “Ook moedermelk bevat bestanddelen die van belang zijn voor bescherming tegen infecties, de zogeheten immuunactiviteit”, hield Hettinga de toehoorders voor. “Het streven is om meer inzicht te krijgen in deze bestanddelen in moedermelk dat kan leiden tot betere toepassing van de beschermende werking van zuivelproducten. Rauwe koemelk zou deze betere bescherming ook bieden ware het niet dat er een groot onveiligheidsrisico is vanwege pathogenen.”
Door verhitting worden veel immuun-actieve wei-eiwitten beschadigd, de beschadiging neemt toe met de intensiteit van verhitting. Ook is er een correlatie tussen de beschadiging van de eiwitten en de afname van de antibacteriële activiteit van de melk. Deze antibacteriële activiteit (immuunactiviteit) wordt als een belangrijke functionele eigenschap gezien.
Het begrip functionele eigenschap is van belang. Hettinga: “De beschermende werking van melkeiwit is namelijk niet toe te schrijven aan één “magisch” melkeiwit, maar het moet worden toegeschreven aan het samenspel van honderden belangrijke eiwitten. Deze eiwitten verliezen hun werking bij verhitting. Daarom is de opdracht aan de onderzoeker om de melk zó te verwerken dat deze functionaliteit behouden blijft.” Hettinga geeft zijn gehoor twee opdrachten mee waarover verder gedacht zal moeten worden: “Hoe is de vertering van heel hoog-verhit melkeiwit en wat is de uitwerking hiervan op de verschillende reacties bij het immuunsysteem en welke componenten zijn van belang bij de immunologische activiteit van melk en hoe houden we die componenten en de functionaliteit in stand?”

Product- en procesontwikkeling
Carsten Ersch (FrieslandCampina) ging in op de vertaling van de structuur van melkeiwit op moleculair niveau naar de praktische toepassingen. Hij keek naar caseïne en langhoudbare zuivelproducten, Mozzarella en yoghurt. “De lading op het oppervlak van het molecuul speelt een belangrijke rol tussen de verschillen in viscositeit van natriumcaseïnaat en calciumcaseïnaat”, zei Ersch. “Meer recent wordt de functie van caseïnaat als ‘natuurlijke mineraal binder’ onderkent.”
Naast de kennis van het melkeiwit in toepassingen spelen meer en meer de kennis van gegevens analyse en statistiek een rol.
Genootschap bestuurslid en NZO-medewerker Ruben de Vries animeerde de discussie met enkele vragen. De discussie spitste zich vooral toe op producten met een complexe functionaliteit. Voor UHT producten hebben is er in de loop van de tijd veel inzicht verkregen. Echter voor hoog geconcentreerde melkproducten, die recent opgang maken, leven er nog de nodige vragen bijvoorbeeld op het punt van de stabiliteit. Ook het combineren van functionaliteit en nutritionele eigenschappen in deze producten vraagt nog veel aandacht. Hier ligt een grote uitdaging voor onze fundamentele kennis van melkeiwitten en hun toepassing.

Interactie zuurselbacteriën en melkeiwit
Bacteriën zijn geen inerte micro organismen, zo kunnen sommige stammen van melkzuurbacteriën (lactococcen) interacties aangaan met melkeiwit. “Op deze wijze kunnen zij de eigenschappen van melkproducten beïnvloeden”, zei Herwig Bachmann (NIZO Food Research). Als voorbeelden noemde hij gefermenteerde melkproducten en kaas. “De interactie tussen gefermenteerd melkproducten en sommige bacterie stammen kunnen resulteren in grote verschillen bijvoorbeeld in een toename van de viscositeit van 49% en in stevigheid van 19%.” Bij kaas kan de fysieke interactie de oppervlakte eigenschappen zodanig beïnvloeden dat de kaasopbrengst wordt verhoogd en een minder troebele wei wordt verkregen. Er ontstond opnieuw een levendige discussie onder leiding van Ruben de Vries. “Bij plantaardige eiwitten kan men slechts ten dele dezelfde interacties verwachten, vooral het evenaren van de functionaliteit is problematisch.” Over de interactie melkzuurbacteriën en wei-eiwitten is weinig bekend. De verwachting is dat de oppervlakte eigenschappen van caseïne betere resultaten opleveren dan wei eiwitten. Of de sensorische eigenschappen van kaas ook kunnen worden beïnvloed door de interactie tussen lactococcen en de eiwitmatrix van de kaas is een onderwerp van verder onderzoek.