Inzicht in het structuurvormend vermogen van microalgen voor toepassing in groentegebaseerde levensmiddelen.

Microalgen tonen potentieel als functioneel ingrediënt dankzij hun opmerkelijke biomassasamenstelling, rijk aan verschillende (essentiële) nutriënten en gezondheidsbevorderende componenten. De functionaliteit in levensmiddelen hoeft echter niet beperkt te worden tot gezondheidsaspecten, aangezien microalgen ook een structurele rol zouden kunnen spelen in levensmiddelen. Microalgen bevatten namelijk verschillende structurele biopolymeren, zoals proteïnen, reserve-polysachariden en celwandgerelateerde polysachariden. Zo zouden microalgen dienst kunnen doen als multifunctionele ingrediënten, door combinatie van nutritionele en structurele functionaliteit, met mogelijks een verminderde nood aan additionele verdikkingsmiddelen tot gevolg. Tot op vandaag is echter zeer weinig onderzoek gebeurd naar de functionaliteit van microalgen en hun structurele biopolymeren.

Een eerste strategie voor het benutten van de structurele biopolymeren is het gebruik van geëxtraheerde celwandgerelateerde polysachariden als verdikkingsmiddelen in de voeding, zowel celwandgebonden als extracellulaire polysachariden. Hoewel polysachariden uit macroalgen reeds courant gebruikt worden als verdikkings- of geleermiddel, hebben polysachariden uit microalgen tot nog toe slechts weinig aandacht gekregen. Daarom werd in het eerste deel van deze doctoraatsthesis de moleculaire structuur van celwandgerelateerde polysachariden van tien verschillende microalgen gekarakteriseerd. Gezien de grote evolutionaire diversiteit van microalgen vertoonden de verschillende soorten een diverse celwandsamenstelling, waarbij weinig overeenkomst met conventionele verdikkingsmiddelen waargenomen werd. Op basis van de veelbelovende verdikkingseigenschappen van de extracellulaire polysachariden van Porphyridium cruentum beschreven in de literatuur, werden verschillende celwandfracties geïsoleerd uit deze microalg en gekarakteriseerd op vlak van moleculaire structuur en reologische eigenschappen. In tegenstelling tot de celwandgebonden polysachariden werden de extracellulaire polysachariden gekarakteriseerd als polymeren met hoog moleculair gewicht, verantwoordelijk voor hogere intrinsieke viscositeiten dan verschillende commerciële verdikkingsmiddelen. De functionaliteit van deze extracellulaire fractie is echter gelimiteerd door de co-extractie van proteïnen en mineralen, en pogingen om de polysachariden te geleren door het toevoegen van kationen en/of het aanwenden van opwarming-afkoeling cycli waren onsuccesvol.

Een tweede strategie bestaat uit het toevoegen van de volledige microalgenbiomassa aan levensmiddelen. Dit wordt namelijk beschouwd als een efficiëntere en duurzamere aanpak, aangezien nutritionele en gezondheidsbevorderende componenten eveneens geïntroduceerd worden en afvalstromen vermeden worden. Het gebrek aan literatuurgegevens over de reologische eigenschappen van microalgensuspensies en de impact van procesvoering laten echter niet toe om het potentieel van deze toepassing in te schatten. Daarom werden de reologische eigenschappen van verschillende microalgen gekarakteriseerd, waarbij een grote diversiteit werd waargenomen, zowel voor als na procesvoering. Terwijl sommige microalgen zoals Nannochloropsis sp. Newtoniaans vloeigedrag vertoonden, waarbij de biomassa gebruikt zou kunnen worden zonder de reologische eigenschappen van de voedingsmatrix te verstoren, werden pseudoplastische vloei-eigenschappen en viscoelastisch gedrag waargenomen voor de andere microalgen. Het belang van mechanische en thermische procesvoering werd duidelijk aangetoond, niet alleen in het verkrijgen van verbeterde reologische eigenschappen, maar ook in het sturen van de microstructuur. Zo werden specifieke processtrategieën opgesteld voor Chlorella vulgaris en Porphyridium cruentum voor het maximaal benutten van hun structuurvormend vermogen en het creëren van verschillende microstructuren.

Het belang van deze microstructuur werd aangetoond in het laatste deel van deze doctoraatsthesis, waarbij de lipidenvertering en in vitro biotoegankelijkheid van carotenoïden en ω3-LC-PUFA in microalgenbiomassa onderzocht werd. Als hypothese werd namelijk vooropgesteld dat de celwand van de microalgen een fysieke barrière vormt voor de vertering en biotoegankelijkheid van intracellulaire componenten, onder de aanname dat de celwand niet afgebroken wordt door de verteringsenzymen in het gastro-intestinaal stelsel. Deze hypothese werd bevestigd, aangezien een toegenomen lipidenverteerbaarheid en biotoegankelijkheid van carotenoïden en ω3-LC-PUFA werd waargenomen voor gedisrupteerde biomassa van Nannochloropsis sp. ten opzichte van onbehandelde biomassa. De biotoegankelijkheid bleef echter relatief laag, wellicht te wijten aan de locatie van de carotenoïden en/of de aanwezigheid van andere macromoleculen in de biomassa, aangezien carotenoïden beduidend beter toegankelijk waren in de vorm van geëxtraheerde olie.

Deze doctoraatsthesis leverde de wetenschappelijke basis voor evaluatie van het potentieel van microalgen als structuurvormende ingrediënten in levensmiddelen. De grote diversiteit in fysicochemische eigenschappen vereist zonder twijfel een doordachte selectie van de soort microalg voor specifieke toepassingen. Het toevoegen van de volledige biomassa aan levensmiddelen wordt beschouwd als de meest beloftevolle strategie, aangezien de reologische eigenschappen doelgericht gestuurd kunnen worden door specifieke processtrategieën. Bijkomend onderzoek over de stabiliteit van de gezondheidscomponenten tijdens procesvoering en de impact op de sensorische eigenschappen is echter vereist voor het creëren van kwaliteitsvolle levensmiddelen aangerijkt met microalgen.