In het Flanders' FOOD artikel van 02/04/2009 werd reeds aangetoond dat de functionaliteit van vetmengsels door meer dan enkel de verhouding tussen verzadigde en (poly-)onverzadigde vetzuren bepaald wordt. Om de gewenste kristallisatie, structuur en stabiliteit gedurende bewaring te bekomen, is het eveneens belangrijk om aandacht te schenken aan hoe de verschillende vetzuren (verzadigd versus onverzadigd) op triglyceridenniveau ingebouwd zijn. Zo werd aangetoond dat een vetmengsel bestemd voor de zoetwarensector adequaat geformuleerd dient te worden naar het gehalte aan triverzadigde triglyceriden, alsook naar de verhouding tussen palmitinezuur en stearinezuur.
Om in deze bijdrage nog een stap verder te gaan, wordt hieronder eerst herhaald dat een triglyceride, of voluit triacylglycerol en afgekort als TAG, opgebouwd is uit een glycerol ruggengraat die veresterd is met drie vetzuren. Figuur 1 geeft een schematisch voorbeeld van een triglyceride, veresterd met één verzadigd vetzuur (boven), één mono-onverzadigd vetzuur (midden) en één poly-onverzadigd vetzuur (onder).
Figuur 1. Schematische voorstelling van een triacylglycerol (voorbeeld).
Voor het onderscheid tussen mono-, di- en triverzadigde triglyceriden wordt verwezen naar de eerdere bijdrage in het artikel van 02/04/2008. Wanneer we nu een mono-onverzadigd triglyceride beschouwen, kan bijkomend een onderscheid gemaakt worden tussen:
- Symmetrische mono-onverzadigde triglyceriden waarbij het onverzadigde vetzuur op de middenpositie van de glycerol ruggengraat ingebouwd is en op beide andere posities verzadigde vetzuren voorkomen (b.v. POP, SOS, POS waarbij P = palmitinezuur, C16:0; O = oliezuur, C18:1; en S =stearinezuur, C18:0);
- Asymetrische mono-onverzadigde triglyceriden waarbij het onverzadigde vetzuur niet op de middenpositie van de glycerol ruggengraat ingebouwd is (b.v. PPO, SSO, PSO).
Een recente studie aan de Universiteit Gent (Vereecken et al., 2009) beschrijft 4 vetmengsels met eenzelfde gehalte aan verzadigde vetten (30%, zoals typisch aanbevolen door diverse gezondheidsorganisaties). Hierbij wordt de vergelijking gemaakt tussen vetmengsels gebaseerd op enerzijds palmitinezuur (C16:0, P) en anderzijds stearinezuur (C18:0, S). Voor de voedingsindustrie zijn dit immers de 2 meest belangrijke verzadigde vetzuren. Voor elk type (C16:0 gebaseerd versus C18:0 gebaseerd) werden 2 vetmengsels bestudeerd, één met een hoog gehalte aan symmetrische triglyceriden versus één met een hoog gehalte aan asymmetrische triglyceriden. Bij de vergelijking van de vetmengsels rijk aan symmetrische versus asymmetrische triglyceriden werd er over gewaakt dat het aandeel aan di- en triverzadigde triglyceriden gelijkaardig was.
In hun studie onderzochten Vereecken et al. (2009) het effect van symmetrische versus asymmetrische triglyceriden op de kristallisatie, het smeltgedrag en de microstructuur van vetmengsels met eenzelfde gehalte aan verzadigde vetzuren. Eveneens werd inzicht bekomen in het effect van de ketenlengte van verzadigde vetten door de vergelijking van vetmengsels gebaseerd op palmitinezuur (C16:0) met vetmengsels gebaseerd op stearinezuur (C18:0).
Figuur 2. beschrijft de isotherme kristallisatiekinetiek van de 4 vetmengsels, bekomen bij twee verschillende temperaturen (15°C versus 20°C).
Figuur 2. Evolutie van de smeltenthalpie zoals bekomen via DSC ‘stop-and-return’ isotherme kristallisatie bij 15°C (a-b) en 20°C. De 4 onderzochte vetmengsel zijn respectievelijk rijk aan POP (Blend P), PPO (Blend iP), SOS (Blend S) en SSO (Blend iS).
Het deelonderzoek naar de evolutie van het vast-vet gehalte als functie van de temperatuur leverde slechts beperkte verschillen op wanneer vetmengsels met een hoog gehalte aan symmetrische triglyceriden versus een hoog gehalte aan asymmetrische triglyceriden met elkaar vergeleken werden. Wel werd de eerder gemaakte vaststelling bevestigd dat de vastvetgehaltes van stearinegebaseerde vetmengsels globaal hoger liggen dan die van equivalente palmitinegebaseerde vetmengsels.
Uit de isotherme kristallisatieprofielen (Figuur 2) konden wel een aantal verschillen als functie van het gehalte aan (a)symmetrische triglyceriden afgeleid worden:
- Bij de palmitinegebaseerde vetmengsels (Fig. 2a vs. 2c) bleek het vetmengsel met een hoog gehalte aan symmetrische triglyceriden na een kortere inductietijd en bovendien sneller te kristalliseren dan het vetmengsel met een hoog gehalte aan asymmetrische TAG;
- Dit effect werd nog in sterkere mate vastgesteld bij de stearinegebaseerde vetmengsels (Fig. 2b vs. 2d) met een duidelijk tragere kristallisatie voor het vetmengsel met hoog gehalte aan asymmetrische triglyceriden. Hierbij was er tevens een indicatie van een verschillend kristallisatiemechanisme (polymorfe transitie bij het vetmengsel met symmetrische TAG versus een fractionele kristallisatie bij het vetmengsel met asymmetrische TAG).
Een globale vergelijking van de resultaten voor de palmitinegebaseerde vetmengsels versus de stearinegebaseerde vetmengsels levert bovendien op dat:
- De palmitinegebaseerde vetmengsels sneller kristalliseren dan de stearinegebaseerde vetmengsels;
- Het smeltpunt van de palmitinegebaseerde triglyceriden lager is dan dat van de stearinegebaseerde TAG.
Ook de microstructuur van de verschillende vetmengsels werd onderzocht, zowel onmiddellijk na het kristalliseren als na 1 maand bewaring bij kamertemperatuur. Hoewel bovenstaande resultaten verschillen als functie van de (a)symmetrie in de TAG aantoonden, werden bij de microscopische analyse van de vetmengsels weinig verschillen waargenomen. Zoals blijkt uit Figuur 3a, vertoonden nagenoeg alle mengsels een dens netwerk van zeer kleine kristallen, wat het resultaat is van een snelle kristallisatie. Na 1 maand bewaring bij kamertemperatuur bleken bij de meeste vetmengsels geen wijzigingen in de microstructuur te zijn opgetreden, behalve bij het stearinegebaseerde vetmengsel met hoog gehalte aan asymmetrische TAG, gekristalliseerd bij 20°C. In Figuur 3b kan een minder homogene microstructuur opgemerkt worden, hetgeen in verband kan gebracht worden met de bredere TAG distributie van het betreffende vetmengsel. Dit heeft mogelijks aanleiding gegeven tot de vorming van verschillende mengkristallen (b.v. SOS-SSO, SOS-SSS) met elk een verschillende kristalmorfologie.
Figuur 3. Evolutie van de microstructuur van de vetmengsels: (a) palmitinegebaseerd vetmengsel met hoog gehalte aan symmetrische TAG onmiddellijk na kristallisatie bij 15°C; (b) stearinegebaseerd vetmengsel met hoog gehalte aan asymmetrische TAG na kristallisatie bij 20°C en 1 maand bewaring bij kamertemperatuur.
Bovenstaand onderzoek toont aan dat bij het formuleren van vetmengsels voor specifieke toepassingen niet alleen rekening moet gehouden worden met de vetzuursamenstelling en de hoeveelheid triverzadigde triglyceriden (cf. STW n°18), maar dat eveneens de graad van (a)symmetrie van de triglyceriden bepalend kan zijn voor de kristallisatie en uiteindelijke mechanische sterkte, structuur en stabiliteit.
Literatuurbron
Vereecken, J., Foubert, I., Smith, K.W., Sassano, G.J., & Dewettinck, K. (2009). Crystallization of model fat blends containing symmetric and asymmetric monounsaturated triacylglycerols. European Journal of Lipid Science and Technology, aanvaard voor publicatie.