Vegetarian soy burgers - effect of alginate, brown seaweed and methyl cellulose on texture

Abstract

Grunnet miljøpåvirkninger fra storfeproduksjon og helseproblemer knyttet til konsum av rødt kjøtt, har det oppstått en økt interesse for kjøttanaloger de siste årene. Mange kjøttanaloger basert på soyaproteinisolat (SPI) bruker metylcellulose (MC) for å oppnå samme tekstur som kjøtt. Målet for denne hovedoppgaven var å undersøke om full eller delvis substitusjon av MC med forskjellige bindemidler kunne føre til samme tekstur som MC gjør i dagens kjøttanalogburgere.

Avhandlingen besto av seks eksperimenter, i tillegg til to deleksperimenter. Starteksperimentet ble brukt til å formulere burgeroppskriften. Hver burger veide ca. 40 g og var laget av 30.0% SPI, 3.8% kokosolje, 3.8% rapsolje, og 62.5% destillert vann. Mengden bindemiddel ble tilsatt i prosent av totalvekten av en burger. Bindemidlene som ble undersøkt var 0-2% MC, 0-1% alginat – en med høy G-blokk fraksjon (G) og en med lav fraksjon (M) – 0-2% tare fra Saccharina latissima (SL) forbehandlet med enten enzymer eller vann med pH 8. En blanding av alginat (G og M) og MC i forskjellige forhold ble også testet som bindemiddel. Deleksperiment a og b undersøkte henholdsvis alginatene og tarene.

Burgerne ble blandet, presset, og lagt til hvile for en bestemt tid, ved en bestemt temperatur avhengig av eksperimentet. Deretter ble de stekt ved en bestemt temperatur til kjernetemperaturen var 75°C. Hardheten, kohesiteten, spenstigheten og seigheten til burgerne ble gitt med en skjæretest og teksturprofilanalyse. Eksperiment 2 og 3 optimaliserte metoden brukt i eksperimentene. Eksperiment 3 konluderte med at burgerne burde tørrstekes ved 250 W fra rå tilstand istedenfor frossen. Hviletiden ble inkludert i oppskriften slik at bindemiddelet kunne få tid til å sette seg i matrisen. Denne endret seg fra to timer i romtemperatur til to timer (eksperiment 4) og 24 timer i kjølerom (eksperiment 5 og 6).

C-0% (burger uten bindemiddel) falt sammen under nesten hvert eksperiment. Dette viste viktigheten av et bindemiddel. 2% MC var ikke signifikant forskjellig fra 1% med 5% signifikansnivå. 1% G og 1% M var heller ikke signifikant forskjellig fra hverandre og ga signifikant lavere teksturegenskaper enn 1% MC. 0.5% MC, G, og M resulterte i lavere teksturparametre enn 1% MC. 1% SL behandlet med høy pH (H) var det eneste bindemiddelet fra tare som ikke ga signifikant forskjellig teksturparametre fra 1% MC. Enzymbehandlet SL ga signifikant lavere verdier, uavhengig av konsentrasjon. Disse resultatene kan tyde på at forbehandling med høy pH førte til en høyere grad av alginattilgjengelighet enn enzymbehandling. 2% H resulterte ikke i de samme resultatene som 1% H. Dette kan være på grunn av den lave vanntilgjengeligheten i matrisen. Blandingen mellom alginat og MC ga de mest lovende resultatene. Det var ingen signifikant forskjellige teksturparametre mellom noen av burgerne med en blanding mellom 1% MC og blandingen av MC og alginat, uavhengig av blandingsforhold. Dette kan tyde på at polymerene interagerte med hverandre. Dette samsvarte med tidligere funn av en synergieffekt som oppstår mellom alginat og MC. Det ble imidlertid ikke trukket noen pålitelig konklusjon angående det optimale forholdet mellom alginat og MC. En delvis substitusjon av MC med alginat bør undersøkes nærmere.

Due to the environmental impact of red meat production and the health issues regarding its consumption, meat analogues are becoming increasingly popular. Many meat analogues based on soy protein isolate (SPI) mimic meat texture by using methyl cellulose (MC). This thesis aimed to see if complete or partial substitution of MC with different binders could lead to the same texture as MC does in meat analogue burgers today.

The thesis consisted of six experiments and two sub-experiments. The initial experiment consisted of formulating the burger recipe. Each burger weighed approximately 40 g and was made of 30.0% SPI, 3.8% coconut oil, 3.8% canola oil, and 62.5% distilled water. The amount of binder was added as a percentage of the total weight of the burger. The binders investigated were 0-2% MC, 0-1% alginate – one with a high fraction of G-blocks (G) and one with a low fraction (M) – and 0-2% seaweed from Saccharina latissima (SL) pre-treated with either enzymes or water with pH 8. A mixture of alginate (G and M) and MC, at different ratios, were also tested as binders. Sub-experiment a and b investigated the viscosity of the alginates and pre-treated seaweed, respectively.

The burgers were mixed, pressed, and rested for a chosen amount of time, at a chosen temperature, depending on the experiment. The burgers were fried at a chosen temperature until the core temperature was 75°C. The hardness, cohesiveness, springiness, and chewiness of the burgers were obtained with a shearing test and texture profile analysis. Experiments 2 and 3 optimised the method of the experiments. Experiment 3 concluded that the burgers should be dry-fried at 250 W in a raw state instead of frozen. A resting time was included before frying to allow the binders to set in the food matrix, varying from 2 hours in room temperature to 2 hours (experiment 4) and 24 hours (experiments 5 and 6) in a cold room.

C-0% (burger with no binder) fell apart in nearly every experiment, proving the importance of a binder. 2% MC was not significantly different from 1% at 5% level of significance. 1% G and 1% M were not significantly different and yielded significantly lower textural parameters than 1% MC. 0.5% MC, G, and M resulted in lower textural parameters than 1% MC. The burger with 1% of the SL pre-treated with high pH (H) was the only burger with seaweed as a binder not resulting in significantly different textural properties to 1% MC. The enzyme pre-treated SL gave lower results than 1% MC, regardless of concentration. The results may suggest that the high pH treatment led to higher availability of alginate than the enzyme pre-treatment. 2% H did not yield the same results as 1% H, but this may be due to the low water availability in the food matrix. The mixture of alginate and MC gave the most promising results. There were no significantly different textural parameters between 1% MC and the burgers with alginate and MC, regardless of the ratio. This result suggested that the polymers interacted with each other, and coincided well with previous studies reporting a synergistic effect between MC and alginate. No reliable conclusion was drawn on the optimal ratio between the two polymers. The partial substitution of MC with alginate should be investigated further.