Biochemical mechanisms responsible for postharvest ageing and cooking kinetics in common beans across diverse accessions

Promovendus/a: Henry Tafiire

Promotor(en): Prof. dr. ir. Tara Grauwet, Prof. dr. ir. Marc Hendrickx, Dr. Patrick Ogwok

Droge bonen behoren tot de belangrijkste basisvoedingsmiddelen ter wereld. Ze zijn voedzaam, betaalbaar en een essentieel onderdeel van duurzame diëten. Toch worden grote delen van het Globale Zuiden, waar bonen veel worden geteeld en gegeten, geconfronteerd met een probleem: bonen die veel langer moeten koken. Wanneer droge bonen worden opgeslagen in de warme, vochtige omstandigheden die typisch zijn voor deze regio’s, ontwikkelen ze wat bekendstaat als het hard-to-cook (HTC)-defect. Door de toenemende verstedelijking in deze gebieden stappen veel consumenten af van het eten van droge bonen, vanwege het ongemak en het hoge energieverbruik bij het koken van HTC-bonen. Hoewel onderzoekers dit HTC-defect al decennialang bestuderen, ontbreekt nog steeds een volledig begrip van hoe bonen zacht worden en hoe dit defect zich ontwikkelt. Dit maakt het moeilijk om kookprocessen te optimaliseren en praktische oplossingen te ontwikkelen. Dit komt vooral doordat eerdere studies slechts een beperkt aantal bonentypes onderzochten – vaak slechts één – terwijl er binnen en tussen accessies (met verschillende genetische achtergronden en groeiomstandigheden) variaties bestaan die hun kookgedrag kan beïnvloeden.

Dit doctoraatsonderzoek had tot doel deze leemte (deels) op te vullen door het kookgedrag van een groot en divers assortiment bonentypes te bestuderen. Het doel was niet alleen te begrijpen hoe snel bonen zacht worden tijdens het koken, maar vooral waarom: welke biochemische processen dit verzachten aandrijven, en welke veranderingen tijdens de opslag na de oogst leiden tot het HTC-defect.

Hoe bonen zacht worden

Het eerste deel van het onderzoek bestudeerde hoe zowel verse (niet-verouderde) als verouderde (opgeslagen) bonen van vierentwintig accessies zacht worden tijdens het koken. Met behulp van een precieze methode die de hardheid van individuele zaden meet, toonde de studie aan dat verschillende accessies – zowel vers als verouderd – sterk verschillen in hun kookgedrag. Veroudering veranderde over het algemeen niet hoe hard bonen waren vóór het koken, maar zorgde er wel consequent voor dat ze langzamer zacht werden. Daardoor hadden verouderde bonen meer tijd nodig om eetbare zachtheid te bereiken dan verse bonen. Verouderde bonen vertoonden uitgesproken ‘lag – fases’ aan het begin van het kookproces, periodes waarin vrijwel geen verzachting plaatsvond. Toch konden verouderde bonen uiteindelijk even zacht worden als verse bonen, mits lang genoeg gekookt.

Wat bepaalt hoe snel bonen zacht worden?

Om de biochemische oorzaken van het verzachten beter te begrijpen, focuste het onderzoek op vijf geselecteerde accessies. De resultaten toonden aan dat de wijzigingen (of oplosbaarheid) van pectine – de lijmachtige stof in de celwanden van bonen – de bepalende factor is voor hoe snel bonen zacht worden, zowel in verse als in verouderde accessies. Andere biochemische veranderingen, zoals het denatureren van eiwitten of het smelten zetmeel, vonden al vroeg tijdens het koken plaats en hadden weinig tot geen invloed op de totale verzachting. Veroudering vertraagde consequent de pectine-wijzigingen in alle accessies, wat verklaart waarom verouderde bonen meer tijd nodig hebben om eetbaar zacht te worden.

Hoe ontstaat het hard-to-cook-defect?

In dit deel werd onderzocht waarom veroudering de pectine-wijzigingen en verzachting vertraagt. Het onderzoek koppelde dit aan een cascade van chemische gebeurtenissen waarbij fytinezuur, calcium en pectine betrokken zijn. Tijdens opslag wordt fytinezuur in de zaadlobben afgebroken door het enzym fytase, waardoor calcium vrijkomt. Dit calcium migreert vervolgens naar de celwanden van de zaadlobben en bindt zich stevig aan pectine, waardoor extra bindingen ontstaan die de celwand versterken – alsof er extra klinknagels aan een brug worden toegevoegd. Dit door calcium versterkte pectine wordt veel beter bestand tegen wijzigingen tijdens het koken, wat leidt tot het trage verzachtingsproces dat kenmerkend is voor het bonen met het HTC-defect. De studie bevestigde dit mechanisme in alle onderzochte accessies en toonde een sterk verband aan tussen een verhoogde hoeveelheid calcium in de celwand, een grotere afbraak van fytinezuur en de langere kooktijden.

Deze bevindingen geven een volledig beeld van hoe en waarom bonen zacht worden tijdens het koken en hoe het HTC-defect ontstaat. Deze kennis kan voedingsproducenten, plantenveredelaars en onderzoekers helpen bij het ontwerpen of optimaliseren van kookprocessen en bij het ontwikkelen van praktische strategieën om het HTC-defect te voorkomen of te verminderen.