Zuivelonderzoek gericht op de toekomst

Het Genootschap zou het Genootschap niet zijn, wanneer tijdens de viering van het honderdjarig bestaan geen wetenschappelijk programma zou worden gepresenteerd. Vandaar dat een viertal sprekers was gevraagd – ieder vanuit zijn eigen blikveld – een visie te geven op de zuivelresearch in toekomstperspectief.

Differentiatie van boerderijmelk.

Stafdirecteur Research van Campina en hoogleraar Zuivelkunde aan de WUR Toon van Hooijdonk beet het spits af. Hij belichtte de nieuwe benadering van de door de boer geleverde melk. Om verschillende redenen was het tot voor kort zo, dat toegewerkt werd naar een uniforme kwaliteit en samenstelling van de rauwe melk.

Tegenwoordig wordt er – om meer toegevoegde waarde te creëren – gewerkt naar verbijzondering van boerderijmelk.

De sterke infrastructuur voor kwaliteitsbeheersing, de fokkerij gericht op uniforme, hoog productieve HF-koeien, de sterke coöperatieve grondslag, de toename in schaalgrootte, de nadruk op de kostprijs bij winning en verwerking en een verwerking sterk gericht op kaas (50% van de melk) waren zo de redenen voor uniformering. De productdifferentiatie vond plaats in de fabriek.

Door de schaalvergroting in de melkveehouderij, maar ook die in de verwerking (fabrieken worden gespecialiseerder en liggen verder uit elkaar) wordt de boerderijmelk anders benaderd. Daarbij komt de vraag naar gezondere producten en duurzame ketens. Een relevante ontwikkeling is ook de trend naar individualisering en het wensen van maatwerk. De mondiale zuivelmarkt groeit met 3% per jaar, terwijl de mondiale productiegroei ca. 2% per jaar zal zijn. Dat kunnen ‘wij’ niet zomaar opvullen.

Is de melk in 2015, wanneer er op zo’n 15.000 bedrijven met 1,3 miljoen koeien gemiddeld 10.000 kg melk per koe per jaar wordt geproduceerd, even ‘wit’ als nu, zo was de retorische vraag van de spreker.

Differentiatie van boerderijmelk geeft voordeel bij melkwinning en bij melkverwerking, het geeft kansen voor een betere voedingswaarde, een duurzamere keten en imagovoordeel (emotie) en dan zijn er ook nog mogelijkheden om speciale producten te ontwikkelen.

Van Hooijdonk somde een vijftal strategielijnen op, die tot differentiatie kunnen leiden. Allereerst de bedrijfsvoering, waarbij biologisch vs. conventioneel in het oog springt. Een andere strategie ligt op het gebied van de herkomst (vb. NH kaas). Het veevoer is een interessant ontwikkelingsgebied en verder hele specifieke trajecten zoals bijv. immuunmelk of biest. De fokkerij tenslotte is de meest interessante differentiatiestrategie.

Genetische selectie vindt plaats op basis van verschillen tussen rassen en de variatie binnen de rassen.. Wat betreft de melksamenstelling is het verschil tussen enerzijds de Holstein-Friesians en anderzijds de Jersey’s het meest in het oog springend. Jersey heeft een 30% hogere vet%-index en een 16% hogere eiwit%-index, maar daarentegen een 30% lagere volume-index. Gebaseerd op onze manier van uitbetalen (vet € 2,75 en eiwit € 6,05) is de opbrengstindex voor Jersey’s 15% lager dan voor Holstein-Friesians. Honderd jaar fokkerij in Nederland heeft een stijging van het vetgehalte in de melk opgeleverd van 2,88% gemiddeld in 1911 tot 4,4% vandaag de dag. Het eiwitgehalte kwam pas later in beeld. Dat ging van gemiddeld 3,3% in 1956 naar 3,5% nu.

In het project Melk Genomics 2005 is door de gezamenlijke Nederlandse zuivelonderzoekinstellingen onder de titel ‘Melk op maat’ een nader onderzoek gestart. Het doel is te onderzoeken wat de mogelijkheden zijn om de samenstelling van de melk aan te passen op basis van erfelijke aanleg. In eerste instantie worden melk- en bloedmonsters onderzocht van 2000 koeien met bekende afstamming. De melksamenstelling wordt in detail gemeten: vetzuren, eiwitten, mineralen en bioactieve stoffen. Vervolgens worden variaties, correlaties en erfelijkheidsgraden vastgesteld. Tenslotte worden de verantwoordelijke gebieden op de chromosomen opgespoord.

Geconstateerd kan worden dat het percentage verzadigd vet in Nederlandse boerderijmelk 70,6% is. Van de verzadigde vetzuren gelden C12:0, C14:0 en C16:0 als voedingskundig ‘verdacht’. De cumulatieve concentratie daarvan in melkvet is 46,3%. De onverzadigde vetzuren in melk zijn voor meer dan 85% C18 vetzuren en zijn afkomstig uit het voer. De variatie en erfelijkheid van C4- tot C16-vetzuren is voldoende hoog om via de fokkerij te kunnen beïnvloeden. De meervoudig onverzadigde vetzuren, Omega 3-vetzuur en vacceenzuur worden meer door bedrijfseffecten (voer) bepaald. Er bestaat een negatieve correlatie tussen onverzadigd vet en het vetgehalte. Hetzelfde geldt tussen C16 en C14. Desalniettemin is een Milk Genomics resultaat, dat mutatie op het gen DGAT 1 invloed heeft op de vetzuursamenstelling (octrooi in aanvraag). Op basis van selectie op het gen DGAT1 kan het onverzadigd vetgehalte in melk met 5 – 10 % worden verhoogd. Dit gaat samen met meer melk, minder vet en iets meer eiwit.

Milk Genomics levert ook op, dat - al dan niet meer caseine-eiwit in de melk - afhangt van de soort bèta-LG variant. De AA-variant van bèta-LG komt het meest voor, maar de BB-variant is het beste voor de kaasfabriek. De BB-variant hangt samen met een toename van de caseine-index met ca. +3% (caseine-index=caseine-eiwit/totaal-eiwit). Dit is zeker interessant, want die caseine-index van +3% resulteert in een caseine-gehalte van + 0,1%. Waar in Nederland 50% van de melk in de kaas gaat, zou dat een waardevermeerdering van de Nederlandse melkplas betekenen van ongeveer € 30 miljoen per jaar.

Een interessant zijpad is nog de toepassing van genetische merkers in de fokkerij. Zij kunnen de cyclustijd in de fokkerij ongeveer halveren (van 6 naar 3 jaar). Differentiatie op basis van genetische aanleg kan daarom in de toekomst aanmerkelijk sneller.

Dagvoorzitter Gertjan Schaafsma is benieuwd naar effecten op de transvetzuren. Spreker heeft die op één hoop bij de verzadigde vetten gegooid. Hij weet wel van onderzoek in Canada, waar transvetzuren positieve effecten gaven bij obese ratten.

Theun de Zwart wil weten of de mestinjectie effect heeft op de melksamenstelling. Naar zijn informatie blijken als gevolg van de mestinjectie bepaalde vitamines niet meer in groentes voor te komen. Van Hooijdonk is er niet mee bekend.

Melkzuurbacteriën.

Jeroen Hugenholtz, oud NIZO-onderzoeker en nu hoogleraar Industriële Moleculaire Biologie aan de Universiteit van Amsterdam, introduceert Lactococcus lactis als de perfecte fabriek voor (zuivel)ingrediënten. Melkzuurbacteriën hebben een simpel metabolisme, er is een scheiding tussen biosynthese en energiemetabolisme, de genetische ‘tools’ en genoom-sequenties zijn beschikbaar en tenslotte de industriële financiering is aanwezig. Al met al ideaal om mee te werken.

Gekoppeld aan de bijna 100 %ige omzetting van suiker levert de perfecte fabriek naast het melkzuur smaakstoffen, B-vitamines, laagcalorische zoetstoffen en (exo)polysacchariden op.

Smaakvorming is een belangrijke taak van de melkzuurbacterie. Bij de kaasrijping vormen aminozuren na proteolyse en peptidolyse van de caseine een belangrijke grondstof voor de smaakvorming. Om dit efficiënt nader te kunnen bestuderen is door NIZO een kaasscreeningmodel met microtiterplaten voor de kaasbereiding ontwikkeld. Zo wordt de industriële kaasproductie vertaald naar microtiterformaat. Twee ml melk levert 200 mg (micro)kaas op. NIZO heeft het patent hiervoor gedeponeerd. Dankzij Genomics is men zo ver gekomen.

Zo is bijvoorbeeld binnen de Leuconostoc laktis-soort de selectie voor ‘chocola’smaak c.q. moutsmaak mogelijk geworden. Door de kennis van zgn, ‘key-aroma’s’ ontstaat de focus op de juiste enzymen. Enkele aminozuurconvertases zijn reeds geïdentificeerd.

Ook gisten en schimmels zijn overigens zeer interessante bronnen voor deze smaakvormende reacties.

Het B-vitamine foliumzuur (ook wel vitamine B9 B11) is in relatief grote hoeveelheden aanwezig in bladgroenten, maar zit ook in eieren, vis en gefermenteerde zuivelproducten. Het is belangrijk in het dieet, omdat het tijdens de zwangerschap bij deficiëntie de kans op een open ruggetje vergroot. Verder biedt het bescherming tegen hart- en vaatziekte en kan deficiëntie leiden tot bloedarmoede. Ook bij ons - in het rijke westen - komt foliumzuurdeficiëntie veelvuldig voor bij adolescenten en ouderen.

Er zijn twee manieren om in situ de foliumzuur productie te stimuleren. En wel door gebruik te maken van de natuurlijke biodiversiteit of via een biotechnologische oplossing.. De biotechnologische oplossing bestaat uit de ‘self-cloning engineering’ technologie Hier wordt gebruik gemaakt van homologe recombinatie d.w.z. eigen DNA. Dit wordt in de Verenigde Staten niet gezien als genetische modificatie.

Met een bepaalde stam van Lactobacillus reuteri, die in tegenstelling tot de meeste melkzuurbacteriën wel vitamine B12 kan produceren, is het mogelijk om natuurlijk verrijkte yoghurt te maken. Door stamselectie en stamcombinatie kan de hoeveelheid van 1 microg. B12/l verhoogd worden tot 2 – 3 microg./l.

Laag-calorische suikers als sorbitol, lactitol en xylitol zijn interessant als producten van melkzuurbacteriën.

L. plantarum is er zo een, die met optimalisatie zelfs nog wel 50% meer sorbitol kan produceren.

Hugenholtz concludeert dat fermentatie via de natuurlijke weg productdiversificatie en producten met additionele eigenschappen oplevert.

Bioactieve componenten van melk.

De van de Belgische Universiteit van Gent afkomstige onderzoeker Koen Dewettinck complimenteert de organisatie met de lokatie. Hij zou er wel willen trouwen, maar is – naar eigen zeggen spijtig genoeg - reeds getrouwd.

Zijn inleiding betreft het wonder ‘melk’.

Trefwoorden bij ‘melk’ zijn naar zijn gevoel ’ zoogdieren’, ‘voeden van pasgeborenen’, ‘immunologische bescherming’, ‘zeer complexe vloeistof’, ‘groot aantal componenten (tot 10⁵ verschillende componenten)’, ‘bederfbaar’ en tenslotte ‘intensief bestudeerd en toch……’.

Inzoomend op de microstructuur komen we al vrij snel op de melkvetglobulemembraan (MFGM). Deze is 10-20 nm dik, is emulgator (voorkomt coalescentie), beschermt tegen enzymatische afbraak, bestaat voor 1/3 uit polaire lipiden en 2/3 uit specifieke eiwitten en is negatief geladen. Voor alle duidelijkheid: de melkvetglobulemembraan is wat anders dan de caseinemembraan van gehomogeniseerde melk.

Bij de polaire lipiden gaat het voor 70% om fosfolipiden en 30% sfingolipiden.

De fosfolipide fosfatidylcholine bevordert leverherstel en is een goede bron van choline (een essentieel nutriënt, dat belangrijk is voor het geheugen en de hersenontwikkeling). Een ander fosfolipide nl. fosfatidylserine vertraagt de neuronale effecten van veroudering. Daarnaast heeft het positieve effecten bij Alzheimerpatiënten en een positief effect op spierpijn en algemeen welzijn.

Sfingolipiden zijn van belang uit nutritioneel oogpunt. Ze voorkomen colonkanker (testen uitgevoerd op knaagdieren), verlagen de intestinale opname van cholesterol (muizenproef) en verhinderen de adhesie van pathogene bacteriën aan de intestinale mucosa.

De eiwitten in de melkvetmembraan zijn van een grote verscheidenheid. Van proteosepeptonen, butyro- en adipofiline tot mucine en xanthine dehydrogenase/oxidase.

Van de nutritionele aspecten van MFGM-eiwitten noemt Dewettinck met name de antikanker effecten. Van butyrofyrine is de positieve invloed bekend op auto-immune encephalomyelitis (multiple sclerose) en autisme. Bepaalde proteose peptonen geven rechtstreekse antibacteriële effecten. Van enkele glucopeptiden tenslotte zijn anti-adhesieve effecten bekend d.w.z. voorkomen het vasthechten van toxische bacteriën.

Vervolgens doet Dewettinck verslag van nutritionele testen met enkele commerciële producten, die respectievelijk van nut kunnen zijn voor de darmintegriteit onder stresscondities dan wel psychologisch gedragsverbetering opleveren. Deze MFGM-producten worden verkregen door (dia)flitratie van zure wei danwel thermocalcische aggregatie van wei.

Eén van de sfingolipiden nl. sphingomyeline gaat volgens Van Hooijdonk Heliobacter-besmetting tegen. Dewettinck kan dit bevestigen. Het heeft inderdaad interessante antimicrobiële eigenschappen vergelijkbaar met glycolipiden. Er is een competitie-effect m.b.t. de hechting.

Van Hooijdonk heeft geconstateerd, dat bij robotmelken iets hogere hoeveelheden vrije vetzuren voorkomen. Spreker lijkt dit een interessant idee om daar een algemeen onderzoek naar te doen en dan vooral naar de vetglobuleverdeling in verschillende soorten rauwe melk. Hem is wel bekend dat in geitenmelk de vetbolletjes kleiner zijn.

Duurzaamheid.

De politiek heeft gekozen voor een beleid richting duurzaamheid. Bij het Ministerie van LNV is zelfs sprake van een ‘duurzaamheidssprong’. In EU-verband zijn doelstellingen op het gebied van energiegebruik geformuleerd. Zo moet 20% van het energiegebruik duurzaam zijn in 2020. Verder moet in het algemeen in tien jaar tijd 20% energiebesparing worden gehaald. In de transportsector moet in 2020 10% biobrandstoffen worden gebruikt. In Nederland heeft Minister Verburg als visie neergelegd, dat in 2011 5% van de stallen duurzaam moet zijn ingericht.

Tjeerd Jongsma, director Corporate Technology bij Friesland Foods, doet verslag van inspelen op dat beleid in de melkproductieketen.

In de melkketen vallen qua energiegebruik processtappen als indampen en sproeidrogen op als belangrijk in het kader van de productie van broeikasgassen. Desalniettemin is de publieke aandacht veel meer gericht op de primaire productie. De Partij voor de Dieren stelt dat voor elke kg melk die een koe levert, ze ook 1,4 kg CO₂ equivalenten produceert en ….methaan is een 21 keer sterker broeikasgas dan CO₂. Jongsma constateert zuinigjes, dat hier ‘kernen van waarheid’ in zitten. Aangezien de melkproductie in Nederland naar verwachting de komende jaren zal groeien, is het zaak te proberen het plafond van 20-30% groei met nieuwe technieken te doorbreken.

Friesland Foods heeft het initiatief genomen om te proberen te komen tot een (semi) closed loop systeem om mest te converteren tot bio-energie en eiwitrijk voedsel of voer. Een belangrijke voorwaarde daarbij is, dat geen concessie mocht worden gedaan aan dierenwelzijn. De reeds bestaande technologie op dit gebied is anaerobe vergisting en/of thermochemische processen dan wel micro-algen bioreactors. Die laatsten maken deel uit van geïntegreerde units en worden nu verder ontwikkeld. In algen zitten oliën, eiwitten en vezels met veel micronutriënten. Daarmee zijn ze zeer interessant als bron voor biodiesel, als zgn. tweede generatie biobrandstoffen (geen concurrentie met voedsel).

Met micro-algen zijn er in de wereld al diverse commerciële initiatieven. Jongsma noemt een drietal voorbeelden uit de VS van Amerika.

Algen zijn de facto biologische zonnecellen. Ze verviervoudigen elke twintig uur, waarmee ze de snelst groeiende planten ter wereld zijn met een zeer hoge opbrengst per ha. Ze groeien op CO₂ , nitraten, fosfaat en zonlicht.. Microalgen zijn een primaire bron voor polyonverzadigde oliën in de voedselketen.

Jongsma behandelt vervolgens een vijftal productiesystemen. Het meest simpele is het open systeem met ondiepe bassins. Daarbij valt met name op, dat de oogstkosten relatief hoog zijn. Een voorbeeld van een gesloten systeem is de zgn. ‘bubble column’, vertikale buizen waar men de algen door laat stromen. Probleem daarbij zijn de beperkingen om het op te schalen. Een ander gesloten systeem is de buizenreactor. Dit is suboptimaal, omdat er veel gasproductie plaatsvindt in de buizen. Een variant is een buizenreactor met pulserend lichtsysteem. Hiermee wordt in Duitsland een productie van 80 ton per ha per jaar gehaald. Tenslotte is er de ‘flat panel reactor’ met als kenmerken: intensief mixen, korte licht-donker perioden, hoge biomassa concentratie (> 15 g/l) en een productie van 100 ton per ha per jaar.

Al met al blijven de kosten nog de ‘bottle neck’. Ze zijn globaal tien maal hoger dan de opbrengst van de energie die eruit te krijgen is. Vanzelfsprekend gaan de kosten omlaag zodra een wezenlijke opschaling mogelijk is. Jonstra rekent voor, dat de kosten bij 1 ha € 10,62 per kg biomassa bedragen. Bij 100 ha is dat al € 4,02 en potentieel is € 0,40/ kg biomassa oftewel € 15/GJ mogelijk.

Jongstra ziet zeker kansen.

Met cijfers – onder dankzegging ontvangen van Campina – geeft hij dit aan:

Nederland: 1,5 miljoen melkkoeien, 1,1 miljard liter melk, 42 miljoen ton mest en 4900 ton stikstof.

Dat levert een productenpotentieel op van > 52.000 ton biomassa, > 21.000 ton olie en > 31.000 ton eiwit.