Levensmiddelen zijn samengesteld uit tal van componenten, waaronder proteïnen, vetten, koolhydraten en water. Tezamen bepalen ze de textuur die niet enkel de stabiliteit van een levensmiddel bepaalt maar ook de aroma- en nutriëntenbeschikbaarheid. Het optimaliseren van levensmiddelenstructuren met het oog op smaak en functionaliteit is een hele uitdaging. Daarom trachten onderzoekers ondermeer via modeling grip te krijgen op de complexe voedingssystemen.
Een groep Amerikaanse en Zwitserse fysici en materiaaldeskundigen spitsen hun onderzoek samen met onderzoekers van het Nestlé Research Center alvast toe op de interacties tussen vetten en water als vitaal onderdeel van de levensmiddelenstructuur. Vetzuren kunnen zich in waterige oplossingen op verschillende manieren organiseren afhankelijk van hun chemische structuur, hun concentratie en de omgevingsfactoren temperatuur en druk. Zo kunnen vetzuren naast de bekendste toestandsvorm, de lipide dubellaag, onder welbepaalde condities micellen, monolagen en verschillende lipide mesofasen vormen. Deze laatsten vertonen vloeibaar kristallijn gedrag en zijn wetenschappelijk-technologisch zeer interessant. Vooral de zogenaamde kubisch bicontinue fasen en hun tegengestelde fasen kunnen in voedingssystemen een belangrijke rol gaan spelen omdat ze als het ware kanalen creëren langswaar kleinere moleculen zoals smaak- en aromastoffen evenals nutriënten kunnen getransporteerd en vrijgesteld worden.
In een artikel in Physical Review Letters beschrijven Won Bo Lee en coauteurs hoe een kwantummechanische theorie, in het bijzonder de ‘self-consistent field theory’, aangewend kan worden om te voorspellen onder welke omstandigheden deze interessante lipide mesofasen gevormd worden. De onderzoekers ontwikkelden een thermodynamisch model waarmee de ongewone faseovergangen die zich voordoen in waterige oplossingen van non-ionische lipiden (bv. monooleine) kunnen worden beschreven. Het in rekening brengen van de thermisch reversibele waterstofbrugvorming tussen de lipide kop en water en de daaruitvolgende wijzigingen in kopvolumes en –interacties bleek hierbij een sleutelelement te zijn. De ongewone faseovergangen die het fasediagramma van het monooleine-water systeem toont, kunnen verklaard worden door competitie tussen waterstofbrugvorming, veranderingen in kopvolume en –interacties, de entropie van de lipide staart en hydrofobische effecten.
Bron
Lee Won Bo, Mezzenga Raffaele and Fredrickson Glenn H (2007). Anomalous Phase Sequences in Lyotropic Liquid Crystals. Phys. Rev. Lett. 99, 187801 Reprints van dit artikel kunnen aangevraagd worden bij Glenn Fredrickson: ghf@mrl.ucsb.edu
