Fermentatie verbetert aminozuurcompositie; mycelium biedt kansen

Fermentatie met schimmels zorgt voor een verbetering van de aminozuurcompositie, zo blijkt uit onderzoek van Wageningen University & Research. In een vervolgonderzoek worden ook de kansen voor paddenstoelvormende schimmels en mycelium onderzocht. De resultaten zijn volgens onderzoeker Jasper Zwinkels veelbelovend.

Levensmiddelenmicrobioloog Jasper Zwinkels studeerde Food Technology, waarbij hij zowel zijn bachelor als master behaalde. “In mijn thesis deed ik samen met professor Eddy Smid onderzoek naar schimmelfermentatie van lupine bonen (tempeh) en de verrijking met vitamine B12”, blikt Zwinkels terug. Inmiddels werkt hij ruim drie jaar bij Wageningen University & Research (WUR). “Ik startte als onderwijs- en onderzoeksmedewerker. In één van mijn projecten onderzocht ik onder begeleiding van professor Eddy Smid of schimmelfermentatie de eiwitkwaliteit van granen kan verbeteren. Dat hebben wij voor het eerst echt kunnen aantonen.”

Aminozuurcompositie

In het project werd onder meer gekeken naar de aminozuurcompositie. Zwinkels licht toe: “We hadden wel verwacht dat schimmelfermentatie een positief effect heeft op de eiwitkwaliteit, maar het effect bleek veel groter te zijn. Dat komt vooral doordat er substantiële hoeveelheden schimmel biomassa, in totaal ongeveer 10 procent, werden geproduceerd. Dit is substantieel meer dan wordt verondersteld bij bacteriële fermentaties.”

We hadden wel verwacht dat schimmelfermentatie een positief effect heeft op de eiwitkwaliteit, maar het effect was veel groter

Het schimmeleiwit heeft over het algemeen een veel betere aminozuurcompositie, vervolgt Zwinkels. “Deze twee effecten blijken complementair aan elkaar te werken, waardoor de overall aminozuurcompositie verder verbetert. We hebben testen uitgevoerd met rijst en gerst en gebruikten hiervoor schimmels die worden gebruikt voor respectievelijk de productie van tempeh en koji. Bij drie van de vier samples zagen we ongeveer 30% verbetering in de aminozuurscore gecorrigeerd voor verteerbaarheid op basis van de protein digestibility corrected amino acid score. Dat was een heel mooi resultaat en een mooie basis voor verder onderzoek.” Opvallend is dat de lysine toenam. “Dit is een essentieel aminozuur, dat ons lichaam zelf niet aanmaakt. Lysine is in hoge concentratie aanwezig in vlees, zuivel en vis, maar heel weinig in granen.”

Paddenstoelvormende schimmels

Uit dit project is het huidige PhD-project voortgekomen. “We doen nu een vergelijkbaar onderzoek, maar gebruiken hierbij paddenstoelvormende schimmels. We werken aan vragen als: Hoe groeien ze?; Welke condities hebben ze nodig voor groei?; Wat is het verschil tussen schimmels die we normaal gebruiken en de paddenstoelvormende schimmels?; en Welke eiwitkwaliteit hebben ze?”

Over de aanleiding vertelt Zwinkels: “Sommige schimmelculturen worden al eeuwen gebruikt voor fermentatie. Maar naast de traditionele culturen is een enorme hoeveelheid aan schimmels nog nooit in fermentatie zijn gebruikt. Hebben de paddenstoelvormende schimmels toegevoegde waarde?” Deze onderzoeksvraag is in overleg met collega wetenschappers van Mushroom Research (Wageningen Research) uitgebreid. “Zij werken niet alleen met paddenstoelen, maar ook aan mycelium. Zou dit mycelium ook van waarde kunnen zijn in de voedseltransitie? Dat was het begin van onze samenwerking.”

Onderzoekers van Wageningen University & Research (WUR) kijken met veel interesse naar mycelium, het ondergrondse schimmeldradennetwerk. Lees ook het interview met WUR-onderzoeker Karin Scholtmeijer. “We willen het maximale uit mycelium halen als aanvullende eiwitbron van de toekomst.”

Myceliumkweek

Het startpunt van het onderzoek was een literatuurstudie. “De paddenstoelvormende schimmels maken deel uit van een enorm grote taxonomische groep met duizenden soorten. Aan de hand van het literatuuronderzoek en de ervaring van Mushroom Research hebben we een eerste screening gedaan. Hierbij hebben we gekeken welke schimmels überhaupt kunnen groeien op eetbare substraten. Daarna hebben we onderzocht welke van deze soorten snel kunnen groeien en welke interessante eigenschappen ze hebben. Uiteindelijk hebben we acht soorten geselecteerd. Hiervan hebben we mycelium gekweekt.”

Vervolgens is het mycelium van paddenstoelvormende schimmels gebruikt voor fermentatie. “Daarbij focussen we op zilvervliesrijst, bierborstel en lupine. We hebben voor rijst en bierbostel gekozen vanwege de bewezen werking van schimmels op granen in het eerdere onderzoek. Lupine is een eiwitrijk peulvrucht, waarvan we nog niet weten wat het effect is van schimmelfermentatie op de aminozuurcompositie. Er is een kans dat deze composities niet complementair zijn of dat de hoge concentratie eiwit in lupine zorgt dat er weinig ruimte is voor verandering.”

Huidige fase

Inmiddels zijn alle fermentaties gelukt. “We hebben een tijd problemen gehad met contaminaties door bacteriën. Ook was het lastig om de juiste omgeving te creëren waarin factoren als luchtvochtigheid, temperatuur et cetera allemaal perfect zijn voor groet van schimmelmycelium. Nu kunnen we de samples onderzoeken. We zijn nu aan het uitwerken wat de kwaliteit is van die uiteindelijke producten. Zo willen we antwoord geven op de vraag of met het mycelium van deze paddenstoelvormende schimmels de eiwitkwaliteit verbeterd kan worden.”

Over de eerste resultaten van de fermentatie met de paddenstoelvormende schimmels vertelt hij: “Een substraat als graan levert relatief weinig eiwit. Dat wordt naar verwachting verder verhoogd door het fermentatieproces. Lupine daarentegen bevat van nature al veel eiwit waardoor waarschijnlijk de relatieve bijdrage van schimmeleiwit lager zal zijn. Deze resultaten zijn net binnen, dus die zijn we nog aan het uitwerken.”

Umami smaakstoffen

Naast de eiwitkwaliteit worden ook de umami smaakstoffen onderzocht. Zwinkels licht toe: “Paddenstoelen zijn populair vanwege de umami smaakstoffen. We waren benieuwd of deze ook in het mycelium aanwezig zijn. Het blijkt dat de umami smaakstoffen van mycelium minimaal net zo goed te zijn als die van de paddenstoelen. Dus dat is heel veelbelovend.”

Het blijkt dat de umami smaakstoffen van mycelium minimaal net zo goed te zijn als die van de paddenstoelen. Dus dat is heel veelbelovend

Verder wordt onderzocht of mycelium een geschikte vleesvervanger is. “Samen met Sander Biesbroek van de Global nutrition leerstoelgroep kijken we op maaltijdniveau naar de eiwitkwaliteit wanneer mycelium wordt ingezet als vleesvervanger. We hebben een model ontwikkeld waarin bij 4.000 participanten vlees in de avondmaaltijd is vervangen door mycelium. We zijn heel benieuwd wat daarvan het effect is op de eiwitkwaliteit van de maaltijd en de hoeveelheid opneembaar eiwit die mensen binnenkrijgen. Uit de eerste resultaten blijkt dat mycelium prima werkt om vlees te vervangen. De eiwitkwaliteit van de maaltijd wordt niet lager en de opneembare hoeveelheid eiwit wordt zelfs iets hoger. Momenteel zijn we bezig om dit verder uit te werken. Daarbij kijken we ook naar het effect van de gangbare vleesvervangers. Zo willen we nog meer scenario’s creëren.”

Kansen

Het project wordt gefinancierd door de Amerikaanse non-profit organisatie Good Food Institute en levert een waardevolle bijdrage aan de eiwittransitie. “De voedingswaarde van plantaardige eiwitten kan leiden tot problemen bij veganistische diëten. Dat maakt het extra belangrijk om de eiwitkwaliteit van alternatieve eiwitten te verbeteren. Wellicht kunnen de schimmel gefermenteerde producten hierbij een belangrijke rol spelen. De mogelijkheden zijn oneindig, omdat er zijn heel veel verschillende schimmels en heel veel verschillende substraten zijn. Elke schimmel-substraatcombinatie levert andere en soms nieuwe eigenschappen op.”

Om de selectie te vergemakkelijken wordt in een ander, onlangs gestart, project gewerkt aan een AI-tool, die de schimmels screent op hun eigenschappen, en het substraat op samenstelling. “Zo kunnen we sneller en beter bepalen welke schimmels voor welke toepassing van waarde kunnen zijn.”

Fermentatie met schimmels zorgt voor een verbetering van de aminozuurcompositie, zo blijkt uit onderzoek van Wageningen University & Research. In een vervolgonderzoek worden ook de kansen voor paddenstoelvormende schimmels en mycelium onderzocht. De resultaten zijn volgens onderzoeker Jasper Zwinkels veelbelovend.

Levensmiddelenmicrobioloog Jasper Zwinkels studeerde Food Technology, waarbij hij zowel zijn bachelor als master behaalde. “In mijn thesis deed ik samen met professor Eddy Smid onderzoek naar schimmelfermentatie van lupine bonen (tempeh) en de verrijking met vitamine B12”, blikt Zwinkels terug. Inmiddels werkt hij ruim drie jaar bij Wageningen University & Research (WUR). “Ik startte als onderwijs- en onderzoeksmedewerker. In één van mijn projecten onderzocht ik onder begeleiding van professor Eddy Smid of schimmelfermentatie de eiwitkwaliteit van granen kan verbeteren. Dat hebben wij voor het eerst echt kunnen aantonen.”

Aminozuurcompositie

In het project werd onder meer gekeken naar de aminozuurcompositie. Zwinkels licht toe: “We hadden wel verwacht dat schimmelfermentatie een positief effect heeft op de eiwitkwaliteit, maar het effect bleek veel groter te zijn. Dat komt vooral doordat er substantiële hoeveelheden schimmel biomassa, in totaal ongeveer 10 procent, werden geproduceerd. Dit is substantieel meer dan wordt verondersteld bij bacteriële fermentaties.”

We hadden wel verwacht dat schimmelfermentatie een positief effect heeft op de eiwitkwaliteit, maar het effect was veel groter

Het schimmeleiwit heeft over het algemeen een veel betere aminozuurcompositie, vervolgt Zwinkels. “Deze twee effecten blijken complementair aan elkaar te werken, waardoor de overall aminozuurcompositie verder verbetert. We hebben testen uitgevoerd met rijst en gerst en gebruikten hiervoor schimmels die worden gebruikt voor respectievelijk de productie van tempeh en koji. Bij drie van de vier samples zagen we ongeveer 30% verbetering in de aminozuurscore gecorrigeerd voor verteerbaarheid op basis van de protein digestibility corrected amino acid score. Dat was een heel mooi resultaat en een mooie basis voor verder onderzoek.” Opvallend is dat de lysine toenam. “Dit is een essentieel aminozuur, dat ons lichaam zelf niet aanmaakt. Lysine is in hoge concentratie aanwezig in vlees, zuivel en vis, maar heel weinig in granen.”

Paddenstoelvormende schimmels

Uit dit project is het huidige PhD-project voortgekomen. “We doen nu een vergelijkbaar onderzoek, maar gebruiken hierbij paddenstoelvormende schimmels. We werken aan vragen als: Hoe groeien ze?; Welke condities hebben ze nodig voor groei?; Wat is het verschil tussen schimmels die we normaal gebruiken en de paddenstoelvormende schimmels?; en Welke eiwitkwaliteit hebben ze?”

Over de aanleiding vertelt Zwinkels: “Sommige schimmelculturen worden al eeuwen gebruikt voor fermentatie. Maar naast de traditionele culturen is een enorme hoeveelheid aan schimmels nog nooit in fermentatie zijn gebruikt. Hebben de paddenstoelvormende schimmels toegevoegde waarde?” Deze onderzoeksvraag is in overleg met collega wetenschappers van Mushroom Research (Wageningen Research) uitgebreid. “Zij werken niet alleen met paddenstoelen, maar ook aan mycelium. Zou dit mycelium ook van waarde kunnen zijn in de voedseltransitie? Dat was het begin van onze samenwerking.”

Onderzoekers van Wageningen University & Research (WUR) kijken met veel interesse naar mycelium, het ondergrondse schimmeldradennetwerk. Lees ook het interview met WUR-onderzoeker Karin Scholtmeijer. “We willen het maximale uit mycelium halen als aanvullende eiwitbron van de toekomst.”

Myceliumkweek

Het startpunt van het onderzoek was een literatuurstudie. “De paddenstoelvormende schimmels maken deel uit van een enorm grote taxonomische groep met duizenden soorten. Aan de hand van het literatuuronderzoek en de ervaring van Mushroom Research hebben we een eerste screening gedaan. Hierbij hebben we gekeken welke schimmels überhaupt kunnen groeien op eetbare substraten. Daarna hebben we onderzocht welke van deze soorten snel kunnen groeien en welke interessante eigenschappen ze hebben. Uiteindelijk hebben we acht soorten geselecteerd. Hiervan hebben we mycelium gekweekt.”

Vervolgens is het mycelium van paddenstoelvormende schimmels gebruikt voor fermentatie. “Daarbij focussen we op zilvervliesrijst, bierborstel en lupine. We hebben voor rijst en bierbostel gekozen vanwege de bewezen werking van schimmels op granen in het eerdere onderzoek. Lupine is een eiwitrijk peulvrucht, waarvan we nog niet weten wat het effect is van schimmelfermentatie op de aminozuurcompositie. Er is een kans dat deze composities niet complementair zijn of dat de hoge concentratie eiwit in lupine zorgt dat er weinig ruimte is voor verandering.”

Huidige fase

Inmiddels zijn alle fermentaties gelukt. “We hebben een tijd problemen gehad met contaminaties door bacteriën. Ook was het lastig om de juiste omgeving te creëren waarin factoren als luchtvochtigheid, temperatuur et cetera allemaal perfect zijn voor groet van schimmelmycelium. Nu kunnen we de samples onderzoeken. We zijn nu aan het uitwerken wat de kwaliteit is van die uiteindelijke producten. Zo willen we antwoord geven op de vraag of met het mycelium van deze paddenstoelvormende schimmels de eiwitkwaliteit verbeterd kan worden.”

Over de eerste resultaten van de fermentatie met de paddenstoelvormende schimmels vertelt hij: “Een substraat als graan levert relatief weinig eiwit. Dat wordt naar verwachting verder verhoogd door het fermentatieproces. Lupine daarentegen bevat van nature al veel eiwit waardoor waarschijnlijk de relatieve bijdrage van schimmeleiwit lager zal zijn. Deze resultaten zijn net binnen, dus die zijn we nog aan het uitwerken.”

Umami smaakstoffen

Naast de eiwitkwaliteit worden ook de umami smaakstoffen onderzocht. Zwinkels licht toe: “Paddenstoelen zijn populair vanwege de umami smaakstoffen. We waren benieuwd of deze ook in het mycelium aanwezig zijn. Het blijkt dat de umami smaakstoffen van mycelium minimaal net zo goed te zijn als die van de paddenstoelen. Dus dat is heel veelbelovend.”

Het blijkt dat de umami smaakstoffen van mycelium minimaal net zo goed te zijn als die van de paddenstoelen. Dus dat is heel veelbelovend

Verder wordt onderzocht of mycelium een geschikte vleesvervanger is. “Samen met Sander Biesbroek van de Global nutrition leerstoelgroep kijken we op maaltijdniveau naar de eiwitkwaliteit wanneer mycelium wordt ingezet als vleesvervanger. We hebben een model ontwikkeld waarin bij 4.000 participanten vlees in de avondmaaltijd is vervangen door mycelium. We zijn heel benieuwd wat daarvan het effect is op de eiwitkwaliteit van de maaltijd en de hoeveelheid opneembaar eiwit die mensen binnenkrijgen. Uit de eerste resultaten blijkt dat mycelium prima werkt om vlees te vervangen. De eiwitkwaliteit van de maaltijd wordt niet lager en de opneembare hoeveelheid eiwit wordt zelfs iets hoger. Momenteel zijn we bezig om dit verder uit te werken. Daarbij kijken we ook naar het effect van de gangbare vleesvervangers. Zo willen we nog meer scenario’s creëren.”

Kansen

Het project wordt gefinancierd door de Amerikaanse non-profit organisatie Good Food Institute en levert een waardevolle bijdrage aan de eiwittransitie. “De voedingswaarde van plantaardige eiwitten kan leiden tot problemen bij veganistische diëten. Dat maakt het extra belangrijk om de eiwitkwaliteit van alternatieve eiwitten te verbeteren. Wellicht kunnen de schimmel gefermenteerde producten hierbij een belangrijke rol spelen. De mogelijkheden zijn oneindig, omdat er zijn heel veel verschillende schimmels en heel veel verschillende substraten zijn. Elke schimmel-substraatcombinatie levert andere en soms nieuwe eigenschappen op.”

Om de selectie te vergemakkelijken wordt in een ander, onlangs gestart, project gewerkt aan een AI-tool, die de schimmels screent op hun eigenschappen, en het substraat op samenstelling. “Zo kunnen we sneller en beter bepalen welke schimmels voor welke toepassing van waarde kunnen zijn.”