Impact of Processing Conditions and Membrane Fractionation on Chloropropanol Formation during Protein Hydrolysate Production from Meat Trimming By-products

Elk jaar genereert de wereldwijde vleesindustrie een verstikkende hoeveelheid restmateriaal. Van de snijresten van karkassen tot de bindweefsels en vetten die vaak worden weggegooid, deze bijproducten vertegenwoordigen een enorme reserve aan eiwitten die, als ze ongebruikt blijven, bijdragen aan verspilling en milieudruk. Om dit afval om te zetten in iets waardevols, zetten voedingswetenschappers deze resten vaak om in proteïnehydrolysaten. Denk bij deze hydrolysaten aan eiwitten die zijn afgebroken tot kleinere, nuttigere stukjes, waardoor ze gemakkelijker door het lichaam kunnen worden verteerd en als ingrediënt kunnen worden gebruikt in alles van soepen tot sportvoedingsrepen. Het proces houdt in dat de ruwe vleesresten worden genomen, de eiwitten worden opgelost en er vervolgens enzymen worden gebruikt—biologische hulpmiddelen die werken als scharen—om de lange eiwitketens in kortere fragmenten te knippen. Hoewel deze methode uitstekend is voor duurzaamheid en voeding, roept het een kritische vraag op over voedselveiligheid: creëert het proces van het afbreken van deze eiwitten zelf verborgen, schadelijke stoffen?

Een dergelijke groep stoffen staat bekend als chloroproponalen. Dit zijn chemische verbindingen die kunnen ontstaan wanneer vetten en oliën reageren met chloor onder bepaalde omstandigheden, met name wanneer hitte en zuurgraad een rol spelen. Het zijn geen ingrediënten die aan het voedsel worden toegevoegd, maar eerder accidentele bijproducten van de verwerking. Onder deze stoffen hebben twee specifieke typen de meeste aandacht getrokken van gezondheidsonderzoekers: 3-MCPD en 2-MCPD. Hoewel 3-MCPD de meer bekende versie is, die in diverse bewerkte voedingsmiddelen wordt aangetroffen, hebben beide zorgen opgeroepen vanwege potentiële toxische effecten op organen zoals de nieren. De uitdaging ligt in het precies begrijpen van wanneer en hoe deze verbindingen verschijnen tijdens de productie van eiwit ingrediënten, vooral wanneer het startmateriaal vlees is, dat van nature vetten bevat die als grondstof voor deze ongewenste chemicaliën kunnen dienen.

In een recente studie zetten onderzoekers zich in om de reis van deze contaminanten door de productielijn van proteïnehydrolysaten gemaakt van vleessnijresten in kaart te brengen. Het team, werkzaam aan de Atatürk Universiteit, begon met een eenvoudige maar rigoureuze aanpak. Ze namen vleessnijresten—mengsels van spier, vet en bindweefsel van runderen—en onderwierpen deze aan een reeks gecontroleerde experimenten. Eerst losten ze de eiwitten op in water, waarbij ze de zuurgraad van het mengsel aanpasden naar acht verschillende niveaus, variërend van zeer zuur tot zeer alkalisch. Deze stap was ontworpen om te zien of de chemische omgeving tijdens de extractie de vorming van schadelijke verbindingen zou triggeren. Zodra de eiwitten waren opgelost, voegde het team een enzym genaamd Alcalase toe om ze af te breken tot kleinere peptiden, een proces dat enzymatische hydrolyse wordt genoemd. Deze stap hield in dat het mengsel werd verhit tot specifieke temperaturen om het enzym te laten werken, waarna de reactie met meer hitte werd gestopt.

Na de afbraak van de eiwitten stonden de onderzoekers voor een cruciaal beslispunt in het proces: of het mengsel gefilterd moest worden. Ze gebruikten een membraanfiltratietechniek om de vloeistof in twee delen te scheiden. Eén deel bevatte de kleinere eiwitfragmenten die door het filter konden passeren, terwijl het andere deel de grotere moleculen en eventuele resterende vetten of complexen die te groot waren om erdoorheen te passen, vasthield. Door de vloeistof op drie afzonderlijke stadia te testen—het initiële eiwitextract, het ongefilterde hydrolysaat en het uiteindelijke gefilterde fractie—kon het team precies lokaliseren waar eventuele contaminanten zouden verschijnen. Ze gebruikten uiterst gevoelige laboratoriumapparatuur om sporen van 2-MCPD en 3-MCPD te zoeken, waarbij ze zochten naar concentraties zo laag als enkele delen per miljard.

De resultaten van dit onderzoek boden een duidelijk en enigszins geruststellend beeld, hoewel met belangrijke nuances. De onderzoekers ontdekten dat de initiële extractie van eiwitten, ongeacht of het water zuur of alkalisch was, geen detecteerbare hoeveelheden van een van beide contaminanten produceerde. Het echte verhaal kwam naar voren tijdens de latere stadia van de verwerking. Wanneer het team het ongefilterde proteïnehydrosaat analyseerde, vonden ze sporen van 2-MCPD. De niveaus varieerden afhankelijk van de specifieke omstandigheden, maar de verbinding was aanwezig in het mengsel dat nog niet gefilterd was. Echter, wanneer ze naar de eiwitextracten keken vóór de hydrolyse, of naar de uiteindelijke gefilterde fractie die alleen de kleinste eiwitstukjes bevatte, was 2-MCPD nergens te vinden. Het was alsof de contaminant verscheen tijdens het afbraakproces, maar vervolgens werd verwijderd toen het mengsel door het filter werd geleid.

Nog significanter was de volledige afwezigheid van 3-MCPD. Ondanks de aanwezigheid van vetten en de toepassing van hitte en zuur, kwam deze specifieke verbinding in geen enkel monster naar voren, zelfs niet in sporen. Dit suggereert dat de omstandigheden die in deze specifieke productiemethode worden gebruikt, de creatie van 3-MCPD simpelweg niet bevorderen, of dat de niveaus zo laag zijn dat ze ondetecteerbaar blijven met de huidige methoden. De studie benadrukte ook dat de vorming van 2-MCPD blijkbaar gekoppeld was aan de aanwezigheid van residu-vetten en de specifieke thermische behandelingen die tijdens de enzymatische reactie werden toegepast. Het feit dat de gefilterde fractie vrij was van de contaminant wijst op een praktische oplossing: de membraanfiltratiestap heeft waarschijnlijk de grotere lipide-gebaseerde precursoren of complexen verwijderd die verantwoordelijk waren voor de vorming van 2-MCPD.

Deze bevindingen bieden een waardevolle routekaart voor de voedingsmiddelenindustrie. Ze geven aan dat hoewel de productie van proteïnehydrolysaten uit vleesbijproducten een duurzame en voordelige praktijk is, de procescondities van belang zijn. De studie suggereert dat de vorming van bepaalde contaminanten geen onvermijdelijk gevolg is van het gebruik van vleessnijresten, maar eerder een specifiek resultaat van hoe de eiwitten worden behandeld. Door te begrijpen dat de contaminant verschijnt tijdens de hydrolyse-fase en kan worden verminderd door filtratie, kunnen fabrikanten hun methoden aanpassen om veiligheid te garanderen zonder de nutritionele waarde van het eindproduct op te offeren. Het onderzoek bevestigt dat het met zorgvuldige controle van het proces, met name wat betreft hitte en filtratie, mogelijk is om hoogwaardige eiwitingrediënten te creëren die zowel milieuvriendelijk als veilig voor consumptie zijn.