Zuivel in een nieuw jasje? – alternatieve ingrediënten voor zuivelproducten - Voorjaassymposium 2024

Op 11 april 2024 vond het Voorjaarssymposium van het Genootschap ter bevordering van Melkkunde plaats bij HAS green academy. 

Het voorjaarssymposium bij HAS green academy in Den Bosch was een groot succes! Met inhoudelijk fantastische sprekers en de posterpresentaties en een uitgebreide rondleiding door de techno-hal en laboratoria zijn we weer vollop geinspireerd in mogelijkheden voor de toekomst.  Dank aan alle sprekers en de gastvrijheid van HAS green academy.

Redactie: Betsie Slaghuis, Tineke van der Haven, Marin Warmerdam en Yves De Groote

De gastvrouw van het voorjaarscongres was Ingeborg Haagsma-Boels van de HAS green academy in Den Bosch. Zij is sinds 1 januari 2023 de nieuwe lector Eiwittransitie. De naam van de hogeschool bekrachtigt de beweging die de HAS maakt naar een toekomst als hét expertisecentrum voor de sector agro, food en leefomgeving in Zuid-Nederland. Met haar komst werd de scope van het lectoraat verbreed tot de ontwikkeling van producten met alternatieve eiwitten voor humane consumptie. Dit betekent dat het lectoraat zich naast plantaardige eiwitten ook gaat richten op bijvoorbeeld cellulaire agricultuur en insecten.

Towards animal-free dairy products: application-driven protein extraction and structuring | Julia Keppler (WUR)

Cellulaire agricultuur
Zonder dieren zuivel of vlees produceren komt neer op cellulaire agricultuur en betekent dat bijvoorbeeld eiwit en de structuur door micro-organismen geproduceerd worden, hield Julia Keppler, associate professor Functionality Driven Protein Processing van WUR, de circa 90 aanwezigen voor. “Dat kan grofweg op twee manieren: op de cellulaire manier, door van dierlijke stamcellen uit te gaan en deze te incuberen zodat een soort ‘laboratorium uier’ ontstaat dat ‘melk’ produceert of de acellulaire manier (precisiefermentatie, red.), door van cellen uit te gaan die in een bioreactor met behulp van (genetische) micro-organismen omgezet worden tot nieuwe melkeiwitten.” De laatste methode is vooral bekend van de productie van insuline en enzymen.

β -lactoglobuline
Als voorbeeld van door cellen geproduceerd eiwit presenteerde Keppler de gerecombineerd β-lactoglobuline (het belangrijkste wei-eiwit in koe, red.). Ze vergeleek eigenschappen vergeleken met de dierlijke variant, waarbij verschillende varianten te zien waren. De functionaliteit van de varianten werd bepaald en de structuur was verschillend voor die van koe en die van de cellen. De fysisch-chemische en emulgerende eigenschappen van beide soorten β-lactoglobuline zijn ook vergeleken en kwamen overeen. Vervolgens werd het geproduceerde eiwit gezuiverd uit een oplossing met verschillende reactieproducten. Als voorbeeld werd zuivering met polyfosfaat getoond, maar er waren nog wel mannanen (polysachariden, die bij hydrolyse naast glucose ook mannose opleveren, red.) aanwezig, die echter geen invloed hadden op de emulsiestabiliteit. Dit moet dan wel kostenefficiënt zijn, maar dat is nog niet verder onderzocht, liet Keppler weten.

Caseïne
Keppler: “De vraag is of fosfaat nodig is om de structuur te realiseren en of micellen nodig zijn om kaas te maken. Verder is er wel vet nodig en is de vraag of de geïsoleerde eiwitten wel duurzaam zijn. Er is wel een koolstofbron nodig voor de productie van de caseïne en er is chromatografie nodig om de eiwitten te scheiden van andere reactieproducten. Het proces moet nog wel verder geoptimaliseerd worden om duurzamer te worden dan dierlijke eiwitten.” Op deze manier zou er volgens haar een keuze kunnen komen voor consumenten tussen dierlijk geproduceerde eiwitten, plantaardige eiwitten en door micro-organismen geproduceerde eiwitten. “Maar voor het laatste is er nog wel wat werk aan de winkel wat betreft de veiligheid, EU-wetgeving, duurzaamheid en sensorische eigenschappen.”
Tijdens de discussie over de manier van produceren van een omgevingsvriendelijk product zonder in te leveren op smaak een aanvulling kan, zei de associate professor maar het nu nog niet realistisch is omdat de ontwikkeling/productie nog niet zover is. “Er zijn wel startups bezig op het gebied van precisiefermentatie.”

Productie van voedingsingrediënten middels precisiefermentatie | Bas Kuipers (FrieslandCampina)

Oligosachariden
Na Julia Keppler kreeg Bas Kuipers van de business group Ingredients van Royal FrieslandCampina het woord. Zijn inleiding ging over de toepassing van precisiefermentatie bij de productie van oligosachariden voor babyvoeding. Het zuivelconcern heeft al een lange geschiedenis waar het gaat over het produceren van babyvoedsel. Gestreefd wordt naar het zo goed mogelijk nabootsen van moedermelk. Complexe suikers (oligosachariden) zijn een belangrijk bestanddeel van moedermelk. Deze spelen een rol bij de bescherming van het jonge kind. Koemelk bevat deze complexe suikers niet. In de voorbije 15 tot 20 jaar werden vooral galacto-oligosachariden (GOS) gefabriceerd door het enzym β-galactosidasete te laten inwerken op lactose waardoor een polymerisatie van de enkelvoudige suikermoleculen optreedt variërend in lengte van 2 tot 9 moleculen, zei Kuipers. Er ontstaan heel veel varianten, zowel vertakt als onvertakt.

Human Milk Oligosacchariden
“In koemelk en in geitenmelk zijn ze in veel kleinere hoeveelheid aanwezig dan in humane moedermelk. Door bepaalde filtratietechnologieën kunnen de HMO’s wel gewonnen worden uit de melk van genoemde diersoorten. Ook door extractie is dit mogelijk. Van de commercieel beschikbare HMO’s wordt echter de grootste hoeveelheid geproduceerd door precisiefermentatie.”

Upstream- en downstream
Hierbij worden upstream- en downstream processen toegepast, vervolgde Kuipers. “In de upstreamfase gaat het om het ontwerpen van de goede stam voor de fermentatie. Dit gebeurt samen met het Amerikaanse bedrijf Glycosyn uit Boston. Het doel van deze fase is om een maximale opbrengst te realiseren en het proces zo robuust mogelijk te maken opdat invloeden van buitenaf het proces zo weinig mogelijk kunnen verstoren.”
In de downstreamfase gaat het erom de biomassa te verwijderen en het HMO-product te zuiveren. Bij deze fase komen er meerdere disciplines aan te pas. Kuipers: “Bijvoorbeeld wordt nagedacht over eigenschappen die van belang zijn voor de productfunctionaliteit en ook aspecten van wetgeving in verband met de uiteindelijke toelating. Veel gevarieerde deskundigheid is nodig bij het in de markt zetten van de producten.”

Meer samenwerkingen
Precisiefermentatie krijgt in de productieprocessen veel aandacht. Vooral ook bij de productie van eiwitten in de zuivel. Genoemd werden β-lactoglobuline, lactoferrine en kaas. FrieslandCampina heeft ook een samenwerkingsverband met Triplebar, een Californisch biotechnologiebedrijf. Voor het zuivelbedrijf is deze samenwerking een logische ontwikkeling, immers de onderneming heeft meer dan een eeuw ervaring met zuiveleiwitten en een zeer gespecialiseerd team dat al meer 10 jaar heeft gewerkt aan de biotechnologie van HMO’s. Bovendien heeft men uitgebreid ervaring opgedaan met het zuiveren van de eiwitten met behoud van hun functionele eigenschappen door middel van downstream processing alsmede ook met alle overige disciplines die verband houden met opschalen, registratie en wetgeving, duurzaamheid en acceptatie van de producten door de afnemers.
In de discussie wordt nog gevraagd of het geen bezwaar is dat HMO’s worden toegepast in babyvoedsel voor zuigelingen van 0 tot 6 maanden. Dit is geen bezwaar. Ook hoeft niet te worden gedeclareerd dat deze producten zijn vervaardigd met behulp van genetische modificatie. Dit in tegenstelling tot farmaceutische producten. Ook niet zuivel substraten (dus andere dan lactose) mogen worden toegepast. Over humane lactoferrine mag de spreker geen informatie geven omdat dit valt onder het bedrijfsgeheim.

The amazing world of mycoproteins – from discovery to application | Wilco C. Meijer (Marlow Ingredients)

Mycoproteine
De inleider Wilco Meyer, nam ons mee door de wondere wereld van Quorn, het hoogwaardige mycoproteine van Marlow Ingredients. Het was Winston Churchill die al in 1931 voorspelde dat op termijn geen hele beesten meer gefokt zouden gaan worden indien we uitsluitend de dijen, de borststukken en/of vleugels ervan zouden opeten; dan zouden deze beter separaat gemaakt kunnen worden. Deze suggestie indachtig begon Lord J. Arthur Rank begin jaren 60 met de screening van grondmonsters op micro-organismen met het vermogen tot de productie van eiwit uit suikerresten. In de periode na de oorlog was er in de UK een tekort aan eiwitten en juist een overschot aan suiker(-bieten). Marlow Ingredients, 50 km ten westen van Londen, vond midden jaren 60 de Fusarium venenatum en na ruim 20 jaar onderzoek en ontwikkeling kwamen de eerste consumentenproducten op de markt met de schimmeleiwitten als vlees-vervangend ingrediënt.

Fermentatie
Met behulp van grootschalige fermentatie in 150-kuubs pijpfermentoren van 40 meter hoog en 6 m in diameter, wordt het hoogwaardige Quorn Mycoproteine geproduceerd in cycli van 6 weken. Het bijzondere aan dit verticale proces, is dat met lucht geroerd wordt. Alle 9 essentiële aminozuren zijn in het eindproduct aanwezig en de eiwitbenutbaarheid is nagenoeg 100%. Bij een goed lopende fermentatie neemt de hoeveelheid eiwit-biomassa toe met 2.000 kg per uur.
Toch duurde het tot 1996 totdat Quorn voor het eerst winstgevend kon worden geproduceerd en afgezet. In het proces, wordt de fermentatie gevolgd door een RNA-reductiestap, dit om ogenschijnlijk het risico op jicht te reduceren, waarna het eiwit gecentrifugeerd en gekoeld wordt voor het transport naar de fabriek in Stokesley voor verdere verwerking.
In totaal bedraagt de jaarlijkse productie inmiddels zo’n 400.000 ton mycoproteine! Er is de afgelopen 35 jaar uitgebreid onderzoek gedaan naar samenstelling, veiligheid, verteerbaarheid en toepasbaarheid van het schimmeleiwit. Wat tevens de onderbouwing van de gezondheidsclaims leverde: Marlow werft met termen als het ‘complete eiwit’ dat ‘vrij is van cholesterol’ daarbij ‘laag in vet’ is en ‘high in fiber’. Verder blijkt Quorn een belangrijke bron van zink, koper, selenium en opvallend genoeg ook riboflavine te zijn. Applicatie-onderzoek leidt tot de slogan dat “Quorn mushroom-meat is welke goed is voor hart, de darmflora en voor de spieren”.
De filamenten van de schimmel vertonen ook een sterke morfologische gelijkenis met individuele spiervezels. Door de mycoproteine-massa te mengen met functionele ingrediënten, te vormen, koken en bevriezen, ontstaan kip-nugget en schnitzel-achtige structuren, die het idee van vleesvervanging bevestigen.

Yoghurt- en kaasachtige toepassingen
Recentelijk zijn ook yoghurt en kaasachtige toepassingen ontwikkeld waarbij het mycoproteine geheel of gedeeltelijk de melkeiwitten vervangt. Met het gebruik van havermelk of kokosmelk levert quorn dan de matrix voor de toegevoegde suikers, vruchten en startercultures om dichter bij de zuivel-originelen in de buurt te blijven. De kaas-alternatieven vinden vooral toepassing op pizza’s en andere gerechten, waarbij de beelden de tekst ondersteunen dat met behulp van Quorn enige bestaande vegan-kaas-alternatieven van een betere kwaliteit kunnen worden voorzien. Eerder dan dat het de echte kaasliefhebber direct zal bekeren. Daar Marlow Ingredients de aantallen flexitariërs, mensen die echte zuivel of vlees, met hun vegan-broertjes en -zusjes afwisselt, ziet toenemen (groeicijfers van +15% per jaar tot 2029), hopen zij met quorn in de markt voor vegan-alternatieven een graantje mee te pikken.

Dr. Inge Gazi ontving de Pieter Walstra Award 2024

Dr. Inge Gazi ontving tijdens het voorjaarscongres van het Genootschap ter Bevordering van Melkkunde de Pieter Walstra Award 2024 voor haar wetenschappelijk werk aan de Universiteit van Utrecht. De jury noemde haar proefschrift ‘Unravelling elusive mysteries of bovine milk proteins by mass spectrometry’ (Ontrafelbare mysteries van rundermelkproteïnen met massaspectrometrie, red.) uit 2023 het beste internationale wetenschappelijke proefschrift over zuivelonderzoek.
Jurylid Mohéb Elwakiel (manager Quality and Safety Dairy Products bij NZO): “Het onderzoek van Gazi voldoet aan alle kwaliteiten die nodig zijn om deze mooie prijs te winnen. Het is zeer goed uitgevoerd en vernieuwend, heeft aandacht voor details en geeft een boost aan nieuw wetenschappelijk zuivelonderzoek.”

Pieter Walstra Award
De tweejaarlijkse Award, vernoemd naar de Wageningse prof. dr. Pieter Walstra († mei 2012), is in 2012 ingesteld door de Nederlandse Zuivel Organisatie om het internationale wetenschappelijk onderzoek naar zuivel te stimuleren en wordt dit jaar voor de zevende keer uitgereikt. Aan de prijs is een geldbedrag van 3.000 euro verbonden. De jury bestaat uit vertegenwoordigers van Nederlands zuivelonderzoek uit de wetenschap en zuivelindustrie. Dit jaar bestaat die jury uit voorzitter prof. dr. Thom Huppertz (WUR), prof. dr. Ingeborg Haagsma-Boels (HAS green academy) en dr. Mohèb Elwakiel (NZO).

Inzicht in melkeiwitten

Het onderzoek van Gazi draagt bij aan een beter inzicht in de moleculaire samenstelling van melkeiwitten. Dit is relevant voor onder andere de melkeiwitverteerbaarheid. Andere delen van het proefschrift focussen op eiwitglycosylatie, dat meer inzicht geeft hoe eiwitten gevormd worden en welke functie ze kunnen hebben. Het ontdekken van nieuwe melkeiwiteigenschappen opent de deur naar nieuwe productmogelijkheden. Denk aan eiwitverrijkte drankjes, snacks of voedingssupplementen waarbij de eigenschappen van de bioactieve eiwitten zoals onderzocht door Gazi een belangrijke rol spelen. Zuivelbedrijven kunnen deze kennis gebruiken om innovatieve producten te ontwikkelen en hun assortiment uit te breiden.

Eervolle vermeldingen
Eervolle vermeldingen zijn er voor twee andere onderzoekers: Dr. Mengxiao Yang van Massey University in Nieuw-Zeeland voor haar proefschrift over de interactie tussen melkproteïnen en spijsverteringsenzymen en voor dr. Boxin Deng van Wageningen University & Research voor onderzoek naar microfluïdische analyse van dynamische processen die optreden tijdens de vorming en stabilisatie van bellen.

Tot slot nog een kleine sfeerimpressie van deze inspirerende dag: