Denkend aan het schilderij ‘De aardappeleters’ van Van Gogh, krijg je waarschijnlijk niet direct het idee dat er een kerngezonde familie rond de tafel zit. Het dieet in de negentiende eeuw was eenzijdig en de leefomstandigheden zwaar. Maar aardappelen zijn wel degelijk een belangrijke grondstof voor gezonde voedingsingrediënten. Avebe, producent van aardappelzetmeel en -eiwitten, innoveert continu met de ontwikkeling van gezondere voedingsingrediënten op basis van aardappelzetmeel. Marc Laus, Technology Officer Product & Applications bij het bedrijf, geeft aan dat Avebe bestaande processen wil vergroenen en tevens haar productportfolio van gezonde zetmeelproducten wil uitbreiden. ‘Door de structuur van zetmeel te veranderen kun je het verschillende functionaliteiten geven’, vertelt Laus. ‘Zo worden bepaalde zetmeelvariaties geschikt als verdikkings- of geleermiddel en zorgen voor een goede textuur van een voedingsmiddel. Ook kan het voeding bijvoorbeeld de eigenschap geven dat het geen vocht verliest bij vriezen of dooien, of geen kwaliteit verliest bij verhitting.’ 

Kleinere ecologische voetafdruk 

Daarnaast hebben bepaalde zetmeelvariaties een positief effect op de darmgezondheid, doordat ze langzaam verteren en hierdoor de bloedsuikerspiegel stabiel houden. Veel zetmeelvariaties worden nu met behulp van chemische reacties gemaakt: crosslinking, oxidatie, het toevoegen van carboxylgroepen of het toevoegen van zijgroepen. Of fysisch, door het zetmeel te verhitten of door druk toe te passen. ‘Dit zijn ontwikkelingen die al sinds de jaren zestig lopen, kortom een vakgebied dat uitontwikkeld is’, legt Laus uit. ‘We denken dat we met enzymatische processen andere functionaliteiten kunnen geven aan zetmeel, zonder daarbij chemische processen te hoeven gebruiken.’ Op deze manier wil Avebe varianten ontwikkelen die een positief effect hebben op de gezondheid en tegelijkertijd een goede textuur kunnen geven aan voedingsmiddelen. 

‘Door de structuur van zetmeel te veranderen kun je het verschillende functionaliteiten geven’

Marc Laus 

Enzymatische processen hebben bovendien een kleinere ecologische voetafdruk, vertelt Laus. ‘Bij enzymatische processen is het niet nodig om afvalwaterstromen te spoelen. Hierdoor kunnen we het watergebruik verminderen.’ Ook is het energieverbruik van bio-gekatalyseerde processen lager doordat deze bij kamertemperatuur en normale druk plaatsvinden. Avebe produceert al een aantal producten op deze manier en hiermee kan het bedrijf haar duurzame productportfolio uitbreiden. 

Toolbox 

Het startpunt van het project ligt bij het vinden van de juiste enzymen voor de zetmeelomzettingen. Sinds augustus werkt Avebe samen met het UMCG en CarbExplore Research in het project FIBERS (Functional Ingredients by Enzymatic Redesign of Starch), Voor de uitvoering hebben de partijen ruim €1,4 miljoen Europese subsidie ontvangen vanuit het Just Transition Fund. Het eerste deel van het project betreft de ontwikkeling en productie van nieuwe zetmeelvarianten met behulp van enzymen. Daar komt de expertise van CarbExplore Research van pas. Deze innovatieve onderneming identificeert en selecteert specifieke koolhydraatmodificerende enzymen.  

Marcel van der Sluis, Chief Business Officer van CarbExplore Research, legt uit dat er dankzij het gebruik van enzymen veel mogelijkheden zijn. ‘Met enzymen kijk je op een andere manier naar zetmeel. Je hebt de beschikking over een andere toolbox dan bij chemische omzettingen, waardoor je ook andere functionaliteiten kunt bereiken.’ Dat gaat bijvoorbeeld om de verteerbaarheid van de zetmeelvarianten, vervolgt hij: ‘Zetmeel bestaat uit twee biopolymeren, amylose en amylopectine. Deze zijn allebei opgebouwd uit glucosemonomeren, die met elkaar verbonden zijn via snel verteerbare bindingen. Door gebruik te maken van glucanotransferase-enzymen kun je de glucosebindingen van het zetmeel veranderen zodat het minder snel verteert. Dat heeft een positief effect op de gezondheid.’ Daarnaast richt het onderzoek in FIBERS zich op het vinden van nieuwe structuren die textuur geven aan voedingsmiddelen. 

AI modeling software 

De eerste uitdaging van de onderzoekers is om het enzym te vinden dat precies deze reacties kan uitvoeren en stabiel blijft onder procesomstandigheden. Van der Sluis: ‘Het is bekend dat glucanotransferase-enzymen de zetmeelstructuur kunnen modificeren. Deze klasse van enzymen vormt dan ook het startpunt van de zoektocht.’ Waar deze zoektocht vroeger een tijdrovende klus was, kunnen de onderzoekers tegenwoordig gebruik maken van digitale tools. ‘We zoeken in genoomdatabases naar specifieke DNA-sequenties van bacteriën die potentieel dit type enzymen kunnen produceren. Zo kunnen we een selectie maken van enzymen die we experimenteel willen testen voor de reacties.’  

‘Met enzymen heb je de beschikking over een andere toolbox dan bij chemische omzettingen’

Marcel van der Sluis 

Sinds enkele jaren zorgt modellerende software zoals AlphaFold voor een versnelling van de experimenten, vertelt van der Sluis. ‘We kunnen hiermee snel kennis verwerven over de driedimensionale structuur van enzymen. Daarmee proberen we te begrijpen hoe een enzym werkt. Dankzij modeling kunnen we ook uitvinden welke stukken van de enzymen niet nodig zijn om het proces te katalyseren. Door het enzym kleiner te maken kunnen we het enzym gemakkelijker produceren.’ 

Wereld van mogelijkheden 

Na een eerste selectie uit een groot aantal kandidaatenzymen zal Avebe de twee of drie meest veelbelovende enzymen verder onderzoeken. Daarbij kijkt het bedrijf naar de activiteit en selectiviteit en welke zetmeelvariaties je kunt maken. ‘Daarna kijken we welke eigenschappen deze variaties precies hebben op het gebied van textuur; resistentie tegen foodprocessingcondities als hitte, vocht en druk onder andere’, licht Laus toe. ‘Dit gebied van de biokatalyse is nog grotendeels onontdekt. Het functionaliseren van zetmeel met behulp van enzymen is relatief nieuw.’ Avebe heeft op dit moment twee producten in haar productportfolio die met behulp van enzymen worden gemaakt. ‘Dat betekent dat er een wereld van mogelijkheden is.’  

Koude aardappels 

Aan de andere kant gaat het consortium de gevormde zetmeelderivaten screenen op de potentiële positieve effecten op de gezondheid. Vanuit het UMCG is Paul de Vos, hoogleraar immunoendocrinologie bij FIBERS betrokken. ‘Het onderzoek naar de gezondheidseffecten van zetmeelproducten staat nog in de kinderschoenen’, vertelt hij. ‘We weten dat zogenoemd geretrogradeerd zetmeel dezelfde functie heeft als voedingsvezels. Zetmeel in deze kristalvorm hecht aan de darmwand en zorgt voor een tragere vertering.’  

Dit effect ontstaat ook als je gekookte aardappels laat afkoelen, legt De Vos uit. ‘Bij het koken wordt het niet verteerbare zetmeel in rauwe aardappels omgezet in zetmeel dat ons lichaam kan verteren. Als de aardappels afkoelen wordt het zetmeel weer terug omgezet naar de resistente kristalvorm en is niet verteerbaar door menselijke enzymen in de darm. Het zetmeel komt daardoor in de dikke darm en vormt daar een belangrijke voedingsbron voor de darmflora. De darmflora maken daar stoffen van die gezond zijn voor onze afweer, stofwisseling en mentale gezondheid.’

Het oude gezegde ”je bent wat je eet” heeft zeker een wetenschappelijke basis. Darmgezondheid staat in nauw verband met geestelijke gezondheid, licht De Vos toe: ‘Er loopt een belangrijke zenuwbaan tussen darmen en brein. In het begin van de dikke darm worden stoffen aangemaakt die effect blijken te hebben op kleine ontstekingen in het brein, die invloed hebben op de mentale gezondheid. We denken dat bepaalde zetmeelvarianten hier een positief effect op kunnen hebben. Er zijn heel veel zetmeelstructuren die supergezond zijn, maar dat is een nog erg onbekend terrein.’ Het UMCG onderzoekt of de nieuwe producten daadwerkelijk een positief effect op de gezondheid kunnen hebben. Om dit te voorspellen onderzoekt het UMCG hoe de nieuwe zetmeelstructuren interageren met receptoren in celsystemen. De Vos geeft aan ‘als er aan het einde van het project echte gezondheidsclaims gedaan kunnen worden, zullen we ook klinische tests uitvoeren.’