Dit onderzoek werd uitgevoerd bij de Paint- (Particle & Interfacial Technology) groep onder leiding van Prof. Paul Van der Meeren, Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, Universiteit Gent. De openbare verdediging van het proefschrift vindt plaats op vrijdag 26 juni 2009. Hieronder vindt u een summiere samenvatting van hun belangrijkste bevindingen.
Emulsie?
Een emulsie wordt gevormd wanneer 2 niet-mengbare, vloeibare fasen, zoals olie en water, samengebracht worden en door mixen de ene fase in de andere fase fijn verdeeld wordt. Gekende voorbeelden van O/W emulsies zijn (soja) melk en hun afgeleide producten. Niet enkel in voeding vinden we veel emulsies, maar ook in farmacie of cosmetica. Bij eigenbereide emulsies, zoals vinaigrette, wordt de (pseudo-)kok soms snel geconfronteerd met het destabilizeren van de emulsie door oproming en/of coalescentie (d.i. samengaan tot grotere druppels). Vandaar dat emulsies, naast olie en water, ook emulgatoren bevatten, zoals eiwitten, die toelaten om de fijn verdeelde geëmulgeerde toestand enige tijd aan te houden.
Link onderzochte modelsystemen en commerciële producten Bij de ontwikkeling van commercieel verkrijgbare voedingsemulsies, worden meestal nogandere componenten toegevoegd aan de primaire emulsie, teneinde de gravitaire stabiliteit, het visuele aspect, de kleur, het mondgevoel of de smaak in positieve zin te beïnvloeden. Al deze product-gerelateerde karakteristieken worden sterk beïnvloed door de structuur van het levensmiddel. Dit maakt dat bij productontwikkeling structuurvorming en –controle (gedurende de bewaartijd) echte sleutelelementen zijn. Bij het selecteren van de onderzochte modelsystemen werden een aantal commercieel verkrijgbare producten in het achterhoofd gehouden, met name ‘light’ producten (laag vet t.o.v. mayonaise), aangezuurde melkdranken en gesterilizeerde vloeibare koffieroom.
Case 1: guar gom als verdikker
In een eerste case-study werd een verdikker gebruikt om meer mondgevoel/structuur te creëren zonder optreden van destabilisatie. Gebruik makende van een modelsysteem bestaande uit een natrium caseïnaat-gestabilizeerde O/W emulsie, werd aangetoond dat bij tussenliggende concentraties van het ongeladen polysacharide guar gom net het tegenovergestelde effect kon bekomen worden: bij deze concentraties leidde guar gom tot versnelde oproming door (depletie) flocculatie. Dit visueel zichtbaar ontmengen van de emulsie kon gereduceerd of verhinderd worden door het vormen van een voldoende sterk driedimensioneel netwerk. Hiervoor dienden de concentraties aan guar gom voldoende hoog te zijn, al dan niet in combinatie met het verhogen van de ionensterkte (door zoutadditie). Het finaal uitzicht van de emulsie wordt dus bepaald door een complex samenspel van depletie-, elektrostatische en viscositeitseffecten.
De gravitaire stabiliteit, 10 dagen na productie, van 0,3% natrium caseïnaat gestabilizeerde 25% soja O/W emulsies bij pH 6,5 wordt beïnvloed door het toevoegen van guar gom voor emulsificatie: van links naar rechts neemt de guar gom concentratie toe van 0 naar 0,1 over 0,2 en 0,5 tot 1%.
Case 2: pectine als stabilisator
In een volgend experimenteel gedeelte werden pectines (negatief geladen polysachariden) gebruikt om de stabiliteit van wei-eiwitgestabilizeerde O/W emulsies, bij pH-waarden dicht bij de iso-elektrische pH van het eiwit, te verbeteren door adsorptie van pectine aan het eiwitoppervlak, en dit via zowel elektrostatische als sterische effecten. Gezien de zwakke lading bij deze pH, zijn ook elektrostatische interacties zwak, zodat grote hoeveelheden pectine dienden toegevoegd te worden. Onze experimenten toonden aan dat het covalent binden van polysachariden aan eiwitten via een milde droge hittebehandeling, een veelbelovende methode is om de emulsiestabiliteit gevoelig te verbeteren wanneer gewerkt wordt in de buurt van het iso-elektrisch punt van het eiwit. In dit geval sleurt het oppervlakactieve eiwit het sterk geladen en hydrofiele polysacharide mee naar het emulsiedruppeloppervlak en zorgt op die manier voor een uitgesproken elektrosterisch stabilisatie-effect.
Case 3: lecithine als protector
In een laatste stuk werd de hitte-geïnduceerde coagulatie van een koffieroom simulant bestudeerd. Hittecoagulatie kan leiden tot een overdreven toename van de viscositeit van gesterilizeerde geconcentreerde melk. Er werd vastgesteld dat gehydrolyzeerde lecithinesoelaas kon bieden. Toevoeging ervan leidde tot een significante vermindering van de extra eiwitadsorptie bij sterilisatie. Deze vaststellingen suggereren dat het hittestabilizerende effect van de lecithine te danken is aan het sterk verminderen van eiwit-eiwit interacties tijdens verhitting, zoals interacties tussen de wei-eiwitten onderling en tussen (geaggregeerde) wei-eiwitten en caseïnemicellen.
Besluit Deze onderzoeksresultaten illustreren duidelijk dat interacties tussen ingrediënten een groot effect kunnen hebben op de fysicochemische stabiliteit van emulsies, en dit zowel in positieve als negatieve zin.
Bron
Nico Neirynck en Paul Van der Meeren - Doctoraal proefschrift Nico Neirynck (2009): Invloed van interacties tussen ingrediënten op de fysicochemische stabiliteit van melkeiwit-gestabilizeerde olie-in-water emulsies – promotor Prof. Paul Van der Meeren (Universiteit Gent), 150 p.