Ze is iemand van de praktijk, en dat ze van koken houdt kwam haar onderzoek ook wel ten goede, lacht Mariska Brüls-Gill. “Ik kan het maken van yoghurt ondertussen dromen. Voor mijn experimenten maakte ik die zelf: melk verwarmen, bacteriën toevoegen om de melk te laten verzuren en vervolgens warm houden en wachten. Heel bijzonder dat we nu op microscopisch niveau kunnen volgen wat er zich in de zure melk afspeelt.”

Brüls-Gill en twee collega PhD-studenten hebben afgelopen jaren in samenwerking met Wageningen University & Research (WUR) en enkele voedingsbedrijven als Unilever en DSM onderzocht hoe je aan de hand van de microstructuur voedingsmiddelen kunt verbeteren. “Voeding is heel belangrijk. Verbetering van voedingsmiddelen kan op meerdere fronten. Zo kun je door kleine aanpassingen het product gezonder maken, of juist lekkerder: een betere brosheid of een gladdere structuur. Maar door eigenschappen te veranderen kunnen we ook de houdbaarheid optimaliseren, waardoor er minder voedsel verspild wordt.”

Voor Brüls-Gill was het plan om in Eindhoven twee jaar yoghurt onder de loep te nemen, om daarna in Wageningen twee jaar ‘aan de mayonaise’ te gaan. Maar onderzoek valt niet altijd te plannen, verklaart Brüls-Gill. “De yoghurt liep nogal uit. Maar we hebben nu wel een techniek verfijnt die bedrijven kunnen gebruiken om op een snelle manier naar hun yoghurtstructuur te kijken. En dat is heel belangrijk voor innovatieve productontwikkeling.”

Bolletjes in de yoghurt

Terug naar het begin. Bruls legt uit hoe de yoghurt die we ’s ochtends bij onze muesli weglepelen – of ’s avonds als toetje – er in detail uitziet. “Melk en yoghurt hebben min of meer dezelfde samenstelling, maar zijn toch heel anders. Yoghurt is veel zuurder en dikker dan melk. Dat komt door de microstructuur. De vetten in melk zitten verpakt in kleine vetbolletjes, de eiwitten – voornamelijk caseïne-eiwitten – vormen micellen. Dat zijn complexe structuren die aan de buitenkant goed in een waterig milieu kunnen, en aan de binnenkant een waterafstotend deel hebben. Wanneer je de melk gaat fermenteren door het toevoegen van melkzuurbacteriën wordt het zuurder. Daardoor gaan de caseïne-micellen samenklonteren, met de vetbolletjes ertussen. En dat bolletjesnetwerk zorgt dus voor een dikke structuur. Maar hoe gaat die netwerkformatie nu in detail? En welke aspecten hebben invloed om het samenklonteren? Wat maakt een yoghurt nog lekkerder en gezonder?”

Genoeg vragen, maar het probleem zat in de technische aanpak. Want de caseïne-micellen zijn zo klein dat je onder een normale microscoop de individuele eiwitten niet zichtbaar kunt maken. Dus moest Brüls-Gill op zoek naar een techniek waarin ze de melkeiwitten in hun natuurlijke, waterige oplossing, wel te zien kreeg. Ze zocht haar toevlucht in de superresolutie microscopie, iets wat voor yoghurt nog niet eerder geprobeerd was. De afkortingen STED, PALM en PAINT komen in haar verhaal voorbij, hightech methodes die ze voor haar vraagstelling inzet. En na veel experimenten en geknoei met minibakjes yoghurt-in-de-maak lukte het om verschillende soorten melkeiwit in de yoghurt te onderscheiden. Voor het live bekijken hoe melkeiwitten elkaar vinden en een netwerk vormen, gebruikte ze de meer ‘standaard’ confocale microscopie. “Toen konden we echt van start. We hebben verschillende bacteriemixen bestudeerd, en zagen duidelijk verschillen in de microstructuur van de yoghurts. En dat suikers die door bepaalde bacterieculturen gemaakt worden ook heel sterk de yoghurtstructuur kan beïnvloeden. Zeker voor staande yoghurt – die niet zoals schenkyoghurt geroerd wordt – is dat belangrijk. Je wilt graag een mooie dikke yoghurt zonder waterafscheiding erbovenop.”

Plantaardige primeur

Dan nog snel de mayonaise. Die maak je door een grote hoeveelheid olie met een beetje azijn of citroensap en eigeel stevig te mixen, legt Brüls-Gill uit. “Er ontstaan dan allemaal kleine vetbolletjes met een dun laagje waterige vloeistof er omheen. Eigeel zorgt voor een stevige emulsie, zodat je niet twee losse lagen -olie en water – krijgt. Met samenwerkingspartner Unilever bekijken we welke plantaardige vervanger net zo’n mooi resultaat geeft. Daarnaast ligt met de grote hoeveelheid onverzadigde vetzuren ranzigheid op de loer door snelle oxidatie, hoe zit dat bij de vegan mayonaise?” Met een speciaal lichtgevend molecuul dat van kleur veranderd als de omgeving oxideert, kon Brüls-Gill de verschillende soorten mayonaise onder de microscoop bestuderen. En dat gebeurde met de plantaardige mayonaise niet eerder. “Wanneer je soja- of erwteneiwit gebruikt zie je dat de vetbolletjes groter zijn dan in de standaard mayonaise. Eigeel is een perfecte emulgator, we moeten nog op zoek hoe we dezelfde microstructuur in vegan mayonaise kunnen bereiken. Maar wat heel verrassend was is dat we zagen dat plantaardige eiwitten het oxidatieproces vertragen. Daar kunnen we weer van leren voor de optimalisatie van de standaard mayonaise. Een mooie kruisbestuiving.”

PhD in the Picture

Wat zien we op je proefschriftkaft?
“Yoghurt op de voorkant, mayonaise achterop. En hoewel de beide microstructuren heel anders zijn, draaide het in mijn onderzoek toch voornamelijk om bollen.”

Je bent op een verjaardagsfeestje. Hoe leg je in één zin uit wat je onderzoekt?
“Ik kijk naar de interne structuur van ons eten om te leren hoe we voedingsmiddelen kunnen verbeteren.”

Hoe kun je naast je onderzoek stoom afblazen?
“Klimmen en klauteren, het liefst bij de survivalvereniging waar ik lid van ben. Heerlijk om zo fysiek bezig te zijn. En kamperen in de natuur met de gezelligheid van vrienden. Dan wel liever zonder het survival-element.”

Welke tip had je als beginnende PhD-student willen krijgen?
“Stop voldoende tijd in het opzetten van je onderzoek. Eerst denken, dan doen. Achteraf had ik best wat experimenten anders willen aanvliegen.”

Wat is je volgende stap?
“Ik wil graag richting bedrijfsleven, op een R&D afdeling toepassingsgericht onderzoek doen. Op de middelbare school plantte mijn docente Algemene Natuurwetenschappen dit zaadje. Hoe kun je wetenschap gebruiken om nieuwe producten te maken? Mijn interesse werd aangewakkerd en door haar sta ik hier nu met mijn boekje. En het leuke: ze zit straks vooraan bij mijn verdediging!”