Dankzij de symbiose met micro-organismen in de pens kunnen herkauwers, in tegenstelling tot eenmagigen, structurele koolhydraten en niet-eiwit stikstof uit hun voeder benutten. Anderzijds kunnen deze pensmicroben de ele waarde van essentiële voedingstoffen tenietdoen waardoor een bescherming tegen microbiële afbraak voor deze voedingstoffen een meerwaarde biedt. Recent werd binnen onze onderzoeksgroep een nieuwe technologie ontwikkeld voor het beschermen van poly-onverzadigde vetzuren tegen biohydrogenering in de pens op basis van het enzym polyfenoloxidase (PPO). Hierbij werd lijnzaadolie (rijk aan poly-onverzadigde vetzuren) geëmulgeerd in een PPO-houdend eiwitextract, waarna de eiwitten in de emulsie vernet werden door toevoegen van een difenolisch PPO-substraat. In eerder onderzoek werden de mogelijkheden van deze technologie uitgebreid geëxploreerd en de eerste focus van deze thesis was om de potentiële toepassing van deze technologie op dubbele emulsies te evalueren voor het beschermen van zowel vet- als wateroplosbare voedingstoffen.

Een eerste vereiste voor de bescherming van wateroplosbare voedingstoffen via deze technologie is de efficiënte inkapseling van deze nutriënten in dubbele emulsies gestabiliseerd door een PPO-houdend eiwitextract. Uit verschillende experimenten bleek echter dat het PPO-houdend extract niet geschikt is om de migratie van wateroplosbare componenten van de binnenste naar de buitenste waterfase van dubbele emulsies tegen te gaan (Hoofdstuk 2). Bijgevolg werd in het volgende deel van de thesis de focus gelegd op het verder optimaliseren van deze enzymtechnologie voor het pensbestendig maken van poly-onverzadigde vetzuren. In het volgende onderzoekshoofdstuk, werd voor verschillende eiwitten aangetoond dat eiwit-gestabiliseerde emulsies effectief beschermd konden worden door PPO extract toe te voegen na emulsiebereiding. Deze aanpak zou nieuwe perspectieven kunnen bieden voor de toepassing van deze enzymtechnologie voor het vernetten van dubbele emulsies.

Aangezien in eerder onderzoek emulsies met een oliegehalte van slechts 2 % (w/v) werden beschermd, werd een efficiënter gebruik van PPO-houdend extract nagestreefd. Hierbij werd eerst aangetoond dat 2% (w/v) emulsies efficiënt beschermd konden worden door bereiding van deze emulsies in afwezigheid van PPO, met behulp van een meer geschikte eiwitemulgator. Vernetting werd dan achteraf verkregen door toevoegen van PPO-houdend extract en difenolisch PPO-substraat. Vervolgens werd een serie van experimenten uitgevoerd om de bescherming van emulsies met een hoger olie- en een lager gehalte aan PPO-houdend extract te evalueren, met als meest optimale resultaat de efficiënte bescherming van emulsies van 8% (w/v) olie en slechts 60% (w/v) eiwitextract. Dus, aan de hand van deze nieuwe procedure kon 6.5 keer meer olie worden beschermd met dezelfde hoeveelheid PPO-houdend extract in vergelijking met het oorspronkelijk protocol.

In een volgend luik van de thesis (Hoofdstuk 4), werden de vrije en geadsorbeerde eiwitfractie van vernette emulsies met verschillende graden van bescherming onderzocht om essentiële factoren te achterhalen die voor een efficiënte bescherming van emulsies van belang zijn. Hieruit bleek dat de hoeveelheid aan eiwit-gebonden fenolen in eiwit aan het grensvlak van emulsies positief gecorreleerd was met de beschermingsgraad, waarbij een overmaat aan eiwit-gebonden fenolen ten opzichte van het theoretisch aantal beschikbare bindingsplaatsen op het eiwit een vereiste was om hoge bescherming te verkrijgen. Daarnaast, bleek een hoger gehalte aan niet-geadsorbeerd eiwit te resulteren in een lagere bescherming.

In een laatste hoofdstuk werden data van verschillende experimenten gecombineerd met als doel een model op te stellen waarmee de beschermingsgraad zou kunnen voorspeld worden aan de hand van emulsiekarakteristieken die reeds beschikbaar of eenvoudig achterhaalbaar zijn. Verschillende vergelijkingen werden opgesteld maar geen van de modellen slaagde erin om bij externe validering de beschermingsgraad accuraat te voorspellen. Op basis van resultaten van hoofdstuk 4 en het kwantitatieve voorspellingsmodel van hoofdstuk 5A werd de hoeveelheid eiwit-gebonden fenolen naar voor gebracht als een mogelijk goede voorspeller van de beschermings­efficiëntie. Dit zou echter moeten bevestigd worden in toekomstige experimenten aangezien deze parameter momenteel slechts in enkele experimenten kwantitatief werd bepaald.

Samengevat beschrijft deze thesis de exploratie en verdere optimalisatie van een nieuwe strategie voor het beschermen van voedingstoffen tegen microbiële afbraak in de pens. Daarenboven werden enkele essentiële eigenschappen van deze enzym-gebaseerde technologie geïdentificeerd als een leidraad voor toekomstig onderzoek.

Toekomstperspectieven voor verder onderzoek zouden onder meer de vorming van een droog product kunnen inhouden, bv. aan de hand van sproeidrogen. Dit enerzijds om de praktische beperkingen bij het supplementeren van een vloeibaar product te omzeilen, anderzijds om een verlengde houdbaarheid te bekomen. Daarnaast, is de postruminale vrijstelling van pensbestendige emulsies een absolute must. Dit zou geëvalueerd kunnen worden door rechtstreeks de vrijstelling van de vetzuren op te volgen of door monitoren van de afbraak van de beschermende eiwitmatrix bv. aan de hand van SDS-PAGE. Tenslotte zouden, naast in vitro studies, in vivo studies moeten uitgevoerd worden om de beschermingsefficiëntie, postruminale vrijstelling en transfer naar de melk te evalueren, enerzijds voor validatie van de ontwikkelde technologie en anderzijds om de in vitro-in vivo relatie te beoordelen.