Projecten

WOW

Dubbele emulsies voor vetreductie, ingrediënt-afscherming en bescherming van wateroplosbare componenten

Opportuniteit en kader van het onderzoek

Vetreductie is een belangrijk streven binnen de huidige voedingsindustrie gezien de gezondheidsaspecten die aan een verminderde vetconsumptie verbonden worden. Maar vet heeft in vele voedingsmiddelen (met als typevoorbeelden mayonaise en slagroom) ook een belangrijke functie in de smaak en tevens in de functionaliteit van het product. Denk maar aan de viscositeit, opklopgedrag, textuur, theologie en in de voeding zeer belangrijk, de smaak. Door een deel van het vet in de oliedruppels van een emulsie - dus door het bewerkstelligen van een dubbele W/O/W emulsie - kan het vet in een product gereduceerd worden, zonder gebruik te hoeven maken van vetvervangers.

Inkapselen van hoogwaardige nutriënten in de veevoederindustrie is van belang in voeder voor herkauwers. In de pensmaag van herkauwers worden door de zeer intense microbiële activiteit vele nutriënten in meer of mindere mate afgebroken. Het voorkomen van de afbraak van deze nutriënten, waardoor ze meer beschikbaar komen voor het dier, kan een verhoging van de (re)productie van het dier en/of van de kwaliteit van het eindproduct bewerkstelligen. Recent onderzoek naar de toepassingen van polyfenol oxidase heeft aangetoond dat dit enzym kan gebruikt worden voor de bescherming tegen pensafbraak van vetzuren in enkelvoudige emulsies. Een uitbereiding van deze technologie naar meervoudige emulsies zou de bescherming van wateroplosbare nutriënten mogelijk maken.

Echter zowel voor de vetreductie als voor de inkapseling is er een zeer brede achtergrondkennis vereist over W/O/W emulsies. In dit project lag de focus op het verhogen van de kennis aangaande meervoudige W/O/W-emulsies. Met de opgebouwde achtergrond-kennis als basis, kunnen toepassingen worden uitgewerkt.

doelstelling, onderzoeksaanpak en resultaten

De bedoeling van het project was vooral om een ‘proof of principle’ te leveren van de mogelijkheden van dubbele emulsies aan de hand van een aantal specifieke toepassingen, die gekozen werden op basis van de deelnemende bedrijven.

Opbouw van (basis)kennis rond meervoudige W/O/W-emulsies was dan ook een belangrijk deel van dit project. Er kan immers maar doelgericht aan een toepassing gewerkt worden indien er voldoende kennis voorhanden is om de technologie te ondersteunen. Hierbij was het onderzoek in eerste instantie gericht op de aanmaak, waarbij formuleringsaspecten zoals type en concentratie van de gebruikte emulgatoren en procescondities belangrijk zijn. Een tweede belangrijk aspect was de karakterisering van de gemaakte producten, en nagaan van de stabiliteit. Een belangrijk aspect van de stabiliteit van multipele emulsies is de migratie van zowel water als opgeloste componenten tussen de inwendige en uitwendige waterfase en dit niet enkel onder stationaire omstandigheden, maar ook bij processing (zoals bijvoorbeeld opklop). Zowel de fysische toestand van de oliebarrière (vast of vloeibaar, afhankelijk van gebruikte olie en bewaartemperatuur) als van de interne waterfase (al dan niet gegeleerd) zal hierbij een belangrijke invloed hebben. Ook osmotische effecten werden bestudeerd.

Vanuit deze opgebouwde kennis werd overgegaan naar een “proof-of-principle” voor de verschillende toepassingen. In het kader van vetreductie werd een mayonaise en een crème bereid. Voor encapsulatie voor toepassingen in de diervoedingssector, werd nagegaan aan de hand van “in vitro” experimenten of nutriënten in de interne waterige fase beschermd zijn tegen afbraak in de pens.

Karakterisatie van een dubbele emulsie

De belangrijkste parameters zijn de 'yield' op opbrengst, i.e. de hoeveelheid water die aanwezig is in de oliedruppels van de W/O/W emulsie ten opzichte van de hoeveelheid toegevoegd in de primaire W/O emulsie, en de druppelgrootte. Verschillende technieken zijn beschikbaar om beide parameters te meten, en wat de beste methode is, hangt gewoonlijk af van de omstandigheden.

Bereiding van een stabiele dubbele emulsie

Onder de juiste omstandigheden is het mogelijk een relatief stabiele dubbele (WOW) emulsie te bereiden. De belangrijkste hindernis is echter het noodzakelijk gebruik van PGPR als emulgator, die niet in alle levensmiddelen wettelijk is toegelaten (en ook een negatieve invloed heeft op de smaak). Er zijn mogelijke alternatieven zoals laag-HLB sucrose esters, maar deze zijn momenteel niet goedkeurd voor gebruik in levensmiddelen.

Ontwikkeling van een laagvet mayonaise

De validatietesten voor ontwikkeling van een laagvet mayonaise geven aan dat hier zeker mogelijkheden zijn. Maar ook hier zijn een aantal moeilijkheden die eerst nog moeten verder bekeken en opgelost worden, zoals het feit dat lecithine uit het ei interfereert in de werking van de emulgator uit het systeem en ook hier de vervanging van PGPR door een smaakloos en wettelijk toegelaten alternatief.

Ontwikkeling van een laagvet roomproduct, vinaigrette of vetvulling

Hoewel niet al deze toepassingen niet werden uitgetest in het project, kunnen in theorie dezelfde principes wel toegepast worden op andere laagvet producten met WOW technologie zoals crèmes en vinaigrettes. In crèmes op basis van melk/room kunnen de verschillende melkcomponenten wel zorgen voor moeilijkheden bij de bereiding en stabilisatie van de emulsies door te interfereren in het systeem. Voor een vaste, laagvet crèmevulling op basis van palmvet kon wel een stabiele WOW structuur bekomen worden in het project.

Bescherming van grote molecules

Grote wateroplosbare molecules zoals vitaminen of eiwitten/peptide zouden in de W2 fase van een WOW emulsie vervat kunnen worden ter bescherming tegen (enzymatische) afbraak in een waterige (W1) omgeving. De uitwisseling tussen beide waterfasen is eerder klein voor kleine molecules zoals ionen, en verder onderzoek zal uitwijzen of dit voor grotere moleculen nog minder of onbestaande is. Hierbij zijn ook systemen mogelijk om de emulsie nog verder te stabiliseren, zoals het geleren van de interne waterdruppeltjes.

Bescherming van vetoplosbare componenten in veevoeder tegen rumen degradatie

Voor vetoplosbare componenten kan met behulp van PPO/eiwit complexen een capsule gegenereerd worden die de componenten beschermd tegen biodegradatie in het rumen (beschermingsgraad van 70% bij WOW emulsies, 90% voor WO emulsies). Voor wateroplosbare componenten kon geen significante bescherming gecreëerd worden door PPO/eiwit complex kapsels.

Doelgroepbedrijven

  • zuivelsector of sauzensector voor wat aspect vetreductie betreft;
  • ingrediënt-toeleveraars (of eindgebruikers) voor wat inkapseling betreft;
  • veevoeder- en premixensector voor bescherming van wateroplosbare nutriënten (rumen bypass)

Uitvoerders

De Onderzoekseenheid Deeltjes- en Grensvlaktechnologie spitst zich toe op de bereiding, karakterisatie en stabilisatie van uiteenlopende disperse sytemen, zoals emulsies, suspo-emulsies, (nano)suspensies en liposomale dispersies. De eenheid beschikt daarvoor over state of the art apparatuur voor bereiding (laboschaal hoge druk homogenisator tot 2000 bar; microfluidiser M110S tot 1000 bar; Ultra-Turrax) en karakterisatie. Naast klassieke deeltjesgrootte-apparatuur (o.a. dynamische lichtverstrooiing en laser diffractie) heeft de eenheid ook toegang tot gevorderde microscopie (o.a. CSLM) en pfg-NMR.

Anderzijds beschikt het Labo voor Levensmiddelentechnologie en –Proceskunde over een uitgebreid gamma aan toestellen voor het karakteriseren van (micro)structuur en hebben ze ook een uitgebreide expertise opgebouwd rond vetkristallisatie (ook in ge-emulgeerde toestand).

Het laboratorium voor diervoeding en kwaliteit van dierlijke producten beschikt over een grote expertise aangaande in vitro systemen voor het testen van afbraak van componenten in de pens en de dunne darm. Tevens werd gedurende een Flanders’ FOOD project (RedProteX) cruciale ervaring opgedaan in het beschermen tegen oxidatie en pensbestendig maken van enkelvoudige emulsies met behulp van encapsulatie in eiwit-fenol complexen.

Deelnemen

Het project is afgelopen op 30/11/2014, maar het rapport met de resultaten kunnen wel nog besteld worden. Bij de bestelling van het rapport kan er ook een persoonlijke toelichting worden gegeven door de verantwoordelijke projectmanager (Charlotte Boone). De prijs hiervan is gedurende de eerste twee jaar na afloop van het project gelijk aan de deelnameprijs voor een project, en is afhankelijk van de grootte (aantal werknemers) van het bedrijf en Flanders' FOOD lidmaatschap:

# Werknemers

Lid

Niet-lid

<50

1750 €

2750 €

51 - 100

2625 €

4625 €

101 - 150

3500 €

6500 €

151 - 200

4375 €

8375 €

201 - 250

5250 €

10250 €

>250

7000 €

13000 €


Voor meer info en/of een bestelling, neemt u best contact op met Charlotte Boone