Een initiatief van :




Wageningen Universiteit





Sitekeuring.NET Award

Food-Info.net> Onderwerpen > Literatuurverslagen

Gommen en zetmeel als alternatief voor gelatine

Literatuurverslag door Paulien Hollering,
Wageningen Universiteit, afd. Levensmiddelentechnologie, december 2000.

Inhoudsopgave



1. Probleemstelling 2

2 Gelatine 2
2.1 Inleiding 2
2.2 Karakteristieke kwaliteitsaspecten 3
2.2.1 Gelkracht 3
2.2.2 Viscositeit 3
2.2.3 Smelt en stol karakter 3
2.2.4 Kleur en transparantheid 4
2.3 Technische eigenschappen en toepassingen 4

3 Pectine, zetmeel en gommen 5
3.1 Inleiding 5
3.2 Pectine 6
3.3 Zetmeel 6
3.4 Alginaat 7
3.5 Agar 8
3.6 Carrageenaan 8
3.7 Guar gom 9
3.8 Locust bean gom 9
3.9 Xanthan 9
3.10 Gellan gum 10

4. Keuze en toepassing 11
4.1 Factoren die van invloed bij slagen van alternatief 11
4.2 Verschillen in enkele toepassingen 11
4.2.1 Effect van verschillende stabilisatoren op ijs 11
4.2.2 Effect van substitutie van gelatine in margarine 11

5 Conclusie en aanbevelingen 12

1. Probleemstelling



Gelatine is een eiwit dat uit botten en huiden van dieren wordt gewonnen en in veel levensmiddelen wordt toegepast. Het is een relatief duur product, maar vanwege zijn unieke eigenschappen wordt het in tal van levensmiddelen en farmaceutische producten gebruikt.
Door de commotie rond Bovine Spongigorm Encephalopathy (BSE) vanaf 1995 is er vergrote interesse ontstaan bij levensmiddelenproducerende bedrijven om naar alternatieven te kijken (Jensen, 2000). Er zal waarschijnlijk niet één alternatief voor gelatine zijn, waardoor er voor verschillende toepassingen naar verschillende alternatieven gezocht moet worden.

Doel van dit onderzoek om inzicht en overzicht te krijgen in de mogelijkheden die er zijn om gelatine te vervangen in verschillende toepassingen.

2 Gelatine


2.1 Inleiding

Gelatine is waarschijnlijk bij toeval ontdekt toen huiden van dieren of botten werden gekookt samen met het vlees om het laatste mogelijk eetbare gedeelte van het rauwe materiaal te verkrijgen (Walker, 1984). Gelatine is een product dat verkregen wordt door partiële hydrolyse van collageen verkregen van huid, wit bindweefsel en botten van dieren. Gelatine is net als collageen samengesteld uit 18 verschillende aminozuren, welke op een geordende manier met elkaar verbonden zijn. Het gemiddelde molecuulgewicht kan variëren tussen 20.000 en 250.000. Het gewicht is afhankelijk van de mate waarin het collageen gehydrolyseerd is en beïnvloedt eigenschappen als gelkracht, viscositeit en oplosbaarheid. Tabel 1 geeft de samenstelling van gelatine. Gelatine bevat geen tryptofaan, dat een essentieel aminozuur is en methonine is alleen in een lage hoeveelheid aanwezig.


Tabel 1 Samenstelling gelatine (Schrieber, 1976)

Aminozuur %
Alanine 11.0
Arginine 9.0
Asparaginezuur 6.7
Cysteïne 0.1
Glutaminezuur 11.4
Glycine 27.0
Histidine 0.8
Hydroxyproline 13.8
Isoleucine 1.5
Leucine 3.3
Lysine 4.3
Methionine 0.8
Phenylalanine 2.4
Proline 16.0
Serine 4.1
Threonine 2.2
Tryptofaan 0
Tyrosine 0.3
Valine 2.7


Er kan onderscheid worden gemaakt tussen twee verschillende soorten gelatine, type A en type B. Type A wordt verkregen door collageen met zuur te behandelen en heeft een iso-electrisch punt tussen pH 7 en pH 9. Type B wordt verkregen door collageen te behandelen met een base. Hierdoor ligt het iso-electrische punt aanzienlijk lager, tussen pH 4.7 en pH 5.1. Het verschil in iso-electrisch punt kan voor bepaalde toepassingen van belang zijn (Schrieber, 1976).
Afhankelijk van de concentratie collageen en de temperatuurgradiënt zal het collageen tijdens koelen over gaan in gelatine in een structuur, weergegeven in Figuur 1.
Bij een lage concentratie treedt er intramoleculair ‘back-pleating' op met enkele ketens.
Bij hoge concentraties en lange koeltijd ontstaat er een structuur die overeenkomt met de originele structuur. Bij hogere concentraties en een snelle afkoeling ontstaan er structuren waarbij er naast helicale segmenten ook willekeurig opgevouwen delen ontstaan.
Al deze structuren kunnen een grote hoeveelheid water binden (Belitz en Grosch, 1999).

2.2 Karakteristieke kwaliteitsaspecten

Gelatine kan uit meerdere bestanddelen worden gemaakt, waardoor er verschillen in kwaliteit kunnen ontstaan. Deze verschillen zijn van belang voor het gebruik van gelatine en zijn verantwoordelijk voor een prijsverschil. De aspecten die de kwaliteit van gelatine bepalen en van belang zijn in verschillende toepassingen worden behandeld in de volgende paragrafen.

2.2.1 Gelkracht
De belangrijkste eigenschap voor gelatine is het vermogen om een temperatuur reversibel gel te vormen. De gelkracht bepaalt naast andere karakteristieken in grote mate de prijs van de gelatine. Het is hierdoor van belang op welke methode de gelkracht gemeten wordt. Sinds de uitvinding van de Bloom-gelometer in 1935 zijn andere methoden in onbruik geraakt (Schrieber, 1976).
De gelkracht (of Bloom) wordt uitgedrukt in gram en is afhankelijk van de elasticiteit van de gel. De gelkracht is de kracht die nodig is om een gel die 6.67% eiwit bevat en 16-18 uur voor de meting geprepareerd is bij 10°C met een standaard cilinder tot een gegeven diepte te kunnen penetreren. De waarde, die in de praktijk tussen de 50 en 300 Bloom ligt, geeft een indicatie van de eigenschappen van de gel die verwacht kunnen worden. De gelkracht neemt toe in de tijd, dit wordt het rijpen van de gel genoemd (Linden & Lorient, 1999).

2.2.2 Viscositeit
De viscositeit van gelatine oplossingen is één van de belangrijkste eigenschappen van gelatine voor bepaalde toepassingen. Afhankelijk van de toepassing wordt een gelatine met een bepaalde viscositeit gekozen. Zo is bijvoorbeeld voor de productie van wine gums een gelatine met een lage viscositeit gewenst, maar voor een stabiliserende emulsie één met een hoge viscositeit.
Commercieel verkrijgbare gelatines verschillen in viscositeit tussen 15 en 1000 mPas.
Factoren die de gelkracht beïnvloeden hebben hetzelfde effect op de viscositeit. Over het algemeen kan gesteld worden dat een gelatine met een hoge Bloom kracht ook een hoge viscositeit heeft. Dit is echter alleen van toepassing voor gelatines van hetzelfde type. Gelatine type B heeft over het algemeen een hogere viscositeit dan die van type A met dezelfde bloomkracht (Schrieber, 1976).

2.2.3 Smelt en stol karakter
Een ander karakteristieke eigenschap is de temperatuur waarop gelatine een gel vorm, het zogenaamde ‘settingpoint'. Ook de tijd die nodig is voor de vorming van een gel, de setting time, kan van belang zijn bij de keuze van een gelatine, maar deze is maar voor enkele producten als b.v. marshmallows van belang. Setting point en setting time spelen ook een belangrijke rol bij de productie van farmaceutische gelatine capsules.
Het smeltpunt van een van gelatine is voor sommige toepassingen van belang. Het wordt bepaald door de concentratie en de kwaliteit van de gelatine. Gelatine met een hogere Bloom waarde smelt bij hogere temperaturen dan gelatine met een lagere Bloom waarde (Schrieber, 1976).

2.2.4 Kleur en transparantheid
De kleur van de gelatine wordt bepaald door de afkomst van het uitgangsmateriaal, de methode waar mee het verkregen is en de mate van degradatie van de gelatine.
Gelatine van varkenshuid is over het algemeen minder gekleurd dan gelatine gemaakt van botten. De eerste extractie (hoogste Bloom) heeft een erg lichte kleur. Gelatines met een lage Bloom kracht hebben, tenzij gebleekt, een donker gele kleur.
Ook de mate waarin een gelatine transparant is kan voor veel toepassingen in de levensmiddelenindustrie van belang zijn. Soms kan echter een transparant gelatine een troebele oplossing geven. Dit kan verschillende oorzaken hebben. Zo kan een lage concentratie (rond 2 %) met een pH rond het iso-electrische punt een maximale troebelheid veroorzaken. Verhogen van de concentratie of veranderen van de pH zal verminderen. Ook kan gelatine type A in combinatie met type B bij een pH tussen 5 en 7 een troebelheid veroorzaken. De intensiteit is afhankelijk van de verhouding van de componenten en afhankelijk van de pH. De reden van deze troebelheid is dat de gelatines een coacervaat tussen de verschillende gelatines vormen (Schrieber, 1976).

2.3 Technische eigenschappen en toepassingen

Er wordt meer dan 235.000- 250.000 ton gelatine jaarlijks over de wereld geproduceerd. Ongeveer 70% van de totale productie wordt gebruikt in de levensmiddelenindustrie. De overige 30% worden voor het grootste deel gebruikt voor de farmaceutische en fotografische industrie (Jensen, 2000).
In de levensmiddelenindustrie wordt gelatine meestal voor een van onderstaande doelen gebruikt. Vaak spelen meerdere doelen tegelijkertijd een rol.

gelering
verdikking
emulgering
preventie van synerese
verbetering van textuur
vocht retentie
plastificering
schuim vorming
bindmiddel
binding van vlees delen tot een geheel

Gezien de hoge productie en verbruikscijfers moet het duidelijk zijn dat in een groot aantal levensmiddelen gelatine verwerkt is. Het blijkt echter dat een paar toepassingen verantwoordelijk zijn voor een groot deel van de gelatine verbruik (Jensen, 2000).
De zoetwarenindustrie is verantwoordelijk voor het grootste gelatine gebruik, gevolgd door de productie van op water gebaseerde jellies, boterham spreads en vleesproducten. Daarnaast wordt gelatine ook in de zuivelindustrie gebruikt voor producten als yoghurt, kaas en dessert mousses.
Tabel 2 geeft een overzicht van de producten waarvoor gelatine gebruikt wordt en een overzicht van criteria waaraan gelatine moet voldoen.

Application typeA/B Bloom Viscosity Other criterion's
Confectionery
Winegums A ++ -- Colour
Toffees A/B +/++ -/+
Marshmallows A +++ - Foam
Foam wafers A ++ - Foam
Dragees A/B + +
Meet products
Aspic products A ++/+++ -/+ Colour
Canned ham A/B +/++ -/++ Colour
Sausage coating B +/++ +++
Corned beef A/B -/+ -/++ Metals
Dairy products
Fruit yoghurts A/B +++ ++ Melting point
Sour milk drinks A/B ++ -
Curds-dishes A/B ++ +
Milk desserts A +++ - Foam
Low fat butter A/B +++ +
Ice cream A/B ++ + Foam
Table desserts
Jellies A +++ + Taste
instant-desserts A/B ++ + Granulation
Fish
Jellied fish A/B +++ + Colour
Jellied prawns A/B +++ + Colour
Drink industry
Wine fining A/B -- -- Clarifying effect
fruit juice clarification A/B - - Clarifying effect
Pastries
Tart fillings A/B ++ +
Cream A/B ++ + Taste

+++ very high
240-270
++ high
200-240
+ medium
150-200
- low
100-150
-- very low
40-100

Tabel 2 Benodigde eigenschappen van gelatine in verschillende toepassingen (Schrieber, 1976)

3 Pectine, zetmeel en gommen


3.1 Inleiding

Gelatine is, zoals uit de vorige paragraaf blijkt, een product met veelzijdige eigenschappen dat in een groot aantal producten gebruikt wordt. Er is om verschillende redenen veel onderzoek gedaan naar stoffen die een alternatief voor gelatine kunnen zijn.
Producenten van hydrocolloïden worden aangemoedigd tot de ontwikkeling en onderzoek naar gelatinealternatieven door de relatieve hoge verbruikskosten van gelatine.
Hydrocolloïden zijn goedkoper waardoor een prijsconcurrerend alternatief ontwikkeld zou kunnen worden.
De bezorgdheid rond Bovine Spongiform Encephalopathy (BSE) vanaf 1995 heeft levensmiddelenproducenten opnieuw aangezet tot het kijken naar alternatieven. Bovendien is gelatine een probleem voor orthodoxe Joden, Moslims en de groeiende populatie vegetariërs (Jensen, 2000).
Een alternatief voor gelatine zou gevonden kunnen worden in gommen en hydrocolloïden.
Gommen zijn natuurlijke stoffen met bijzondere eigenschappen. Ze kunnen aanwezig zijn in intracellulaire delen van de plant (wortels, stengels, zaden), extracellulair geproduceerd worden als gevolg van een beschadiging aan de plant, geproduceerd worden door micro-organismen of door fysisch of chemische modificatie van natuurlijke stoffen.
Gommen worden voor een groot aantal toepassingen gebruikt in de levensmiddelenindustrie, als water binders, stabilisatoren in emulsies of als verdikkingsmiddelen. Het zijn hydrofiele polymere koolhydraten met een hoog molecuulgewicht.
Ze bepalen in grote mate het mondgevoel. Gommen zijn belangrijk bij de stabilisatie van ijs, sorbets en andere bevroren dessert gerechten. Het zijn belangrijke toevoegingen aan bier, worstjes, cottage cheese, jam, jellies en geneesmiddelen. Ook worden ze gebruikt in gemaksvoedsel, dieetproducten als imitatie zure room en cholesterol vrije ei-imitaties.
Ze kunnen ook gebruikt worden als gelatine vervanger in gelatine toetjes.
De volgende paragrafen behandelen enkele voor de levensmiddelenindustrie belangrijke gommen.

3.2 Pectine

Pectine is een hoofdbestanddeel van de middenlamel en de primaire celwand en komt daardoor in alle planten voor. Pectine wordt commercieel gewonnen uit de schillen van citrus fruit en appel pomace uit de sapindustrie en het overgebleven bietenpulp uit de suikerproductie.
De hoofdketen van pectinestoffen wordt gevormd door a-1.4 gebonden galacturonzuur eenheden die een lineaire keten vormen. In de hoofdketen komt ook rhamnose voor waardoor men spreekt van een rhamnogalacturonaanketen. Neurale suikers kunnen covalent aan het pectinemolecuul gebonden zijn.
Pectine zuren (pectine) zijn colloïdale polygalacturonzuren waarbij sommige van de carboxylgroepen veresterd zijn met methyl groepen. Laag veresterde pectine bevat minder dan 7% (en over het algemeen 3 tot 5 %) methoxyl, hoog veresterde pectine minimaal 7 tot 8 %. Deze water oplosbare pectines met variërende methylester samenstelling zijn in staat tot het vormen van gelen met water en zuur onder geschikte omstandigheden.

Er zijn twee typen pectinegelen te onderscheden, n.l. het pectine / suiker / zuur- gel en het Ca-pectinaatgel.
Het pectine / suiker / zuur-gel wordt o.a. gevormd in jams, confituren en vruchtengelei. Een pectine concentratie van 0.3 % is voldoende om een gel te vormen. De pH varieert tussen de 2.8-3.2 en de gel bevat tussen de 65 tot 70% aan oplosbare droge stof, in hoofdzaak suiker. Het evenwicht tussen gedissocieerde en ongedissocieerde carboxylgropeen verschuift door protonen van het zuur naar meer ongedissocieerde groepen waardoor de negatieve lading en de binding van watermoleculen aan pectine wordt verlaagd. Het vermogen van pectine om in gedispergeerde toestand te blijven neemt af en bij afkoelen vormt zich een gel. Dit type gelen kan gemaakt worden van pectine met een hoge veresteringsgraad (> 50%).
Ca-pectinaatgelen worden verkregen door geleidelijk laagveresterde pectine met Ca 2+ te laten reageren. In de levensmiddelenindustrie wordt dit gedaan door toevoeging van een onoplosbaar zout waardoor Ca-ionen geleidelijk aan pectine worden uitgewisseld.
De gevormde gelen zijn thermoreversibel en er kunnen gelen gemaakt worden met een watergehalte van 99.5% gemaakt worden. Het pH bereik is wijder dan pectine / suiker / zuur gelen. Ze worden o.a. gebruikt bij de bereiding van jam met een laag calorische waarde en melkpuddingen. Ca-ionen zijn reeds in melk aanwezig, waardoor door verhitten en afkoelen een gelstructuur tot stand komt. Bij de fabricage van zuivelproducten worden andere geleermiddelen als gelatine, agar of carragenaan gebruikt. Deze zijn bestendiger tegen de hoge pH van melk en sterilisatietemperaturen (Voragen, 1992).

Pogingen om pectine als gelatinevervanger te gebruiken zijn vooralsnog niet succesvol gebleken. Meerdere producenten van pectine produceren al enige tijd producten die in de zoetwarenindustrie gebruikt kunnen worden. Ondanks grote overeenkomsten van pectine met gelatine is pectine minder geschikt als vervanger, vanwege haar kortere, en in sommige producten plakkerige textuur en haar geringere bestendigheid tegen pH en temperatuur. (Jensen, 2000).

3.3 Zetmeel

De voornaamste commerciële bronnen voor de winning van zetmeel zijn mais, tarwe, aardappelen en tapioca. Het zetmeel wordt vernoemd naar de bron. Eigenschappen van de zetmelen zijn verschillend.
Zetmeel is een polymeer van a-D-glucosebouwstenen die door glycosidische bindingen met elkaar verbonden zijn. De meeste zetmelen zijn mengsels van twee structureel verschillende componenten, het lineaire amylose bestaande uit a-1,4 glucaan en het vertakte amylopectine dat bestaat uit a-1,4 glucaanketens, verbonden met een a-1,6 bindingen.
De eigenschappen van zetmelen worden in belangrijke mate bepaald door de amylose/amylopektine verhouding.
Bij een oplossing van zetmeel neemt met het stijgen van de temperatuur de viscositeit toe door het zwellen van de korrels totdat de piekviscositeit bereikt wordt.

Natieve zetmelen zijn veelal ongeschikt voor toepassing in de levensmiddelenindustrie. Door modificatie van het natieve zetmeel langs fysische of chemische weg kunnen beter aangepaste grondstoffen worden verkregen.
Fysische modificaties zijn belangrijk bij de bereiding van zwelstijfsels (instant zetmeel). Het verkregen zetmeel is oplosbaar of zwelbaar geworden in koud water. Na opkoken kunnen gelen gevormd worden. Ze worden toegepast als bindmiddel in sausen, soepen en in bakkerijgrondstoffen.
Chemische modificaties worden gebruikt om zetmelen met een lagere viscositeit te verkrijgen. De verkregen oplossingen hebben een sterke neiging tot gelering. Ze worden gebruikt als bind- of verdikkingsmiddel in levensmiddelen die bij hoge temperatuur worden bereid.
Gemodificeerd zetmeel wordt in een groot aantal levensmiddelen toegepast ter verbetering van de sensorische kwaliteit en gebruiksgemak. Het fungeert als verdikkingsmiddel, geleermiddel, bindmiddel, drager, emulgeermiddel of stabilisator (Voragen, 1992).

Verschillende producenten bieden producten aan gebaseerd op zetmeel die alternatieven kunnen zijn voor het gebruik van gelatine. De textuur is korter en de consistentie is plakkeriger dan bij gebruik van gelatine. In marktsegmenten, waar de prijs belangrijker is dan de verkregen textuur, wordt er veel gebruik gemaakt van zetmeelproducten. Voor luchtige producten als marshmallows is geen alternatief voor gelatine op basis van zetmeel (Jensen, 2000).
Een voorbeeld van een pas ontwikkeld product is Struct-Sure TM ,ontwikkeld door het bedrijf National Starch and Chemical Co. Reometrische test geven een textuur profiel dat overeenkomt met gelatine in combinatie met gemodificeerd zetmeel.
Het kan worden gebruikt als vervanging voor gelatine in de stabilisatie van normale, magere, light en geen vet bevattende yoghurt. De gevormde producten hebben een zachte romige textuur (Pszczola, 1999).

3.4 Alginaat

Drie commercieel belangrijke hydrocolloïden uit zeewier zijn agar, alginaat and carrageenaan. Agar en carrageenaan worden gewonnen uit rode algen, terwijl alginaten uit de celwanden van bruine algen gewonnen worden.

Alginaten worden gebruikt in de levensmiddelen, farmaceutisch en cosmetische industrie voor hun emulgerende, stabiliserende en oplossende eigenschappen.
Bruine algen uit de Phaeophyceae familie en Laminaria digitata in het bijzonder worden behandeld met een natrium carbonaat oplossing of een andere alkalische oplossing.
Het algine zuur lost op en wordt vervolgens neergeslagen met hydrochloor zuur. Van het geproduceerde ruwe algine zuur wordt het niet oplosbare deel van het algine zuur gescheiden door het verwijderen van de cellulose van het ruwe product. Het wordt gebleekt, gezuiverd en gedroogd. Het onoplosbare algine zuur wordt omgezet voor de meest praktische doelen in een wateroplosbare alginaat.

De toepassing van alginaten is afhankelijk van afkomst en samenstelling van het alginaat.
Alginaten kunnen gelen vormen in de aanwezigheid van calcium ionen. Afhankelijk van de toepassing moet rekening worden gehouden met het type alginaat, de verhouding alginaat tot calcium ion, de bron van de calcium ionen en de gekozen productie methode (Sime,1984).

Commercieel verkrijgbare alginaten worden uit verschillende soorten wier verkregen. Hierdoor zijn er ook verschillen in samenstelling. Elk alginaat verschilt in gelerings-eigenschappen en reactiviteit met calcium.
Tabel 3 bevat de samenstelling van de alginaten uit de drie meest gebruikte bruine wieren. Macrocystis Pyrifera wordt mechanisch geoogst voor de kust van Californie. Laminaria Hyperborea groeit rond de kusten van Schotland, Ierland en Frankrijk. Deze wordt met name verzameld op de stranden na een storm.
Ascophyllum Nodosum groeit tussen laag en hoog tij in het noordelijk gedeelte van Europa en Canada. Het wordt bij laagtij met de hand losgesneden en bij hoogtij in netten verzameld.
Als gevolg van verschillen in mannuronic en guluronic zuur worden ze ‘high M' of ‘high G' alginaten genoemd.

% Macrocystis pyrifera Ascophyllum nodosum Laminaria hyperborea
mannuronic acid 61 65 31
guluronic acid 39 35 69

Tabel 3 Samenstelling verschillende alginaten
‘High G' alginaten produceren sterke brose gelen, die hitte stabiel zijn.
‘High M' alginaten geven meer elastische gelen die minder hittestabiel zijn, maar een grotere dooi/vries stabiliteit bezitten. Bij lage concentratie calcium vormt high M een stevigere gel (Sime, 1984).
Alginaten worden onder andere gebruikt bij de bereiding van enkele dessert gelen, hergestructureerde vruchten (kersen) en hergestructureerde paprika voor de vulling van olijven.

3.5 Agar

Agar is de gedroogde hydrofiele colloïdale substantie die kan worden geëxtraheerd uit Gelidium cartilogineum (Fam. Gelidiaceae) Gaillon, Gracilaria confervoides (Fam. Shpaerococcaceae) Greville en verwante rode algen (Class Rhodophyceae). Rood paars zeewier, waarvan agar wordt verkregen, groeien in bijna alle oceanen van de wereld.
Commercieel verkrijgbare agar bevat naast onoplosbare debris, proteinaceous materiaal en oplosbare zouten twee belangrijke scheidbare polysaccharides. Een daarvan, agarose, is een sterk gellerend, niet-ionisch polysaccharide welke bestaat uit 1,3-ß-D-galactopyranose en 1,4 verbonden 3,6-anhydro-a-L-galactopyranose eenheden.
De andere, agaropectine, is een minder goed definieerbaar, meer complex polysaccharide met sulfate groepen aan het verbonden.

Agar wordt gebruikt in de zoetwarenindustrie, voornamelijk in Rusland. Het speelt echter geen belangrijke rol omdat de textuur korter is en niet overeen komt met gelatine. In Azië wordt het product in poedervorm verkocht voor het maken van dessert jellies. De kwaliteit van het product is echter minder dan die van gelatine, als gevolg van een kortere structuur en smelteigenschappen (Jensen, 2000)

3.6 Carrageenaan

Carrageenaan wordt commercieel gebruikt ter verhoging van de viscositeit van verschillende waterige oplossingen als bijvoorbeeld chocolade melk, salade dressings, ijs en tandpasta.
Het wordt verkregen door alkalische extractie van rode zee algen, die beter bekend zijn onder de naam Iers mos of carrageenaan (Lawrence, 1976) en algen van de franse kust, Chondrus crispus en Gigartina stellata (Linden, et al ., 1999).

Commercieel te verkrijgen carrageenaan is samengesteld uit twee belangrijke bestanddelen, lambda en kappa carrageenaan. De lambda fractie bevat D-galactose en 35 % veresterde sulfaat terwijl de kappa fractie 25 % veresterde sulfaat bevat. De kappa fractie bevat naast D-galactose ook 3,6-anhydro-D-galactose. De kappa fractie bezit geen gelvormende eigenschappen.

Recente ontwikkelingen hebben het mogelijk gemaakt carrageenaan toe te kunnen passen in de zoetwarenindustrie. GENUTINE, een product ontwikkeld door het bedrijf Hercules Inc. heeft een cohesieve en flexibele structuur die erg op die van gelatine lijkt. Daarnaast heeft het bijzondere karakteristieken als snellere gelering, verkorte productietijd en vorming van een gel zonder aanwezigheid van zetmeel. Nadelig kan de hogere temperatuur genoemd worden waaronder het product moet worden opgelost.
Deze carrageenaan is bijzonder geschikt voor de productie van marshmallows, waarbij het product direct op een bewegende band kan worden gebracht. Ook kan een verhoogde stabiliteit van het product bereikt worden.
Carrageenaan heeft ook een deel van de dessert jellies markt veroverd. Zo is het in Azië het geprefereerde gel vormende product, maar meestal in combinatie met een ander gelvormend product als Locust Bean Gom. In Duitsland bestaat er een aparte markt voor dessert gellies op basis van carrageenaan naast die van gelatine. In Engeland en de Verenigde Staten wordt er alleen gelatine gebruikt (Jensen, 2000).

3.7 Guar gom

Guar gom wordt geïsoleerd uit de zaden van de Guar plant, welke in India, Pakistan en de Verenigde Staten (Texas) groeit. Hij wordt gezaaid tussen juli en augustus waarna het in december geoogst kan worden. De peulen worden tussen de 5 en 8 cm. lang en worden geconsumeerd als groente of gebruikt als veevoer. De zaden bepalen voor 60% het gewicht van de peulen. De opbrengst per hectare is maximaal 1800 kg. De zaden worden gemalen en gedroogd.
Guar bevat galactomannan als reservestof. Bij oplossing van galactomannan in water ontstaat een erg visceuse oplossing. De structurele keten bestaat uit D-mannose eenheden die via een 1,4 bindingen verbonden zijn. Aan elk tweede D-mannosemolecuul is een galactose eenheid verbonden met een 1-6 binding. Guar gom bevat ongeveer 38% D-galactose. Galactose en mannose hebben beiden hydroxylgroepen in een cis positie. Deze zijn medeverantwoordelijk voor de unieke eigenschappen.
Guar lost bijna geheel op in water en wordt niet beïnvloed in een vries-dooi cyclus.
Guar wordt alleen of in combinatie met locust bean gom veelvuldig in levensmiddelen gebruikt. Voor vervanging van gelatine is het echter minder geschikt.

3.8 Locust bean gom

Locust bean gom (LBG) is afkomstig van de carob boom. Deze groeit in mediterane landen, Portugal en Marokko. De zaden groeien in peulen, waarvan er bij volwassen bomen tot 500 kg per jaar geoogst kan worden. Locust bean gom vertoont veel overeenkomsten met guar gom. Locust bean gom is ook een polygalactomannan gom van gelijke moleculaire structuur als guar gom. De verhouding galactose tot mannose is 1 : 4.
Het verschil tussen guar en LBG komt naar voren in het hydratatiegedrag. Ongemodificeerd LBG hydrateert tot een bepaald percentage terwijl Guar bijna geheel oplost.
Ze vertonen ook een ander gedrag in een vries-dooi cyclus. LBG vertoont gelvormend gedrag, terwijl guar niet wordt beïnvloed (Wielenga, 1984).
LBG is alleen, net als guar gum, minder geschikt voor de vervanging van gelatine.

3.9 Xanthan

Xanthan gom is het extracellulair verkregen polysaccharide van Xanthomonas campestris . Het is in meerdere landen toegelaten als voedsel additief. Xanthan slaat neer uit de oplossing door toevoeging van isopropyl alcohol. Het coagulum wordt gescheiden, gewassen, gedroogd en gemalen (Linden en Lorient, 1999).
Het bestaat uit b-1,4 verbonden D-glucose eenheden, wat identiek is aan cellulose. De hoofdketen van Xanthan bevat echter zijketens die verbonden zijn aan elk tweede glucose molecuul. De zijketens bestaan uit twee D-mannose eenheden en een glucuronic acid eenheid. De unieke samenstelling zorgt voor de volgende kenmerkende eigenschappen:
-een hoge viscositeit van de oplossing, ook bij lage concentraties
-een verhoogde viscositeit in de aanwezigheid van zouten
-een hoge viscositeit, bij hoge temperaturen en aanwezigheid van zouten
-behoud van viscositeit bij groot pH bereik en in aanwezigheid van zouten

Xanthan wordt in de levensmiddelenindustrie gebruikt als stabilisator voor emulsies, suspensies en schuimen. Het dispergeert zowel in warm als koud water gemakkelijk waarbij de viscositeit verhoogt wordt. Deze blijft constant, ook bij veranderingen van temperatuur, waardoor ze goed toepasbaar is in sauzen, toetjes, en dressings (Sanderson, 1982).
Over Xanthan als gelatinevervanger is geen literatuur beschikbaar.

3.10 Gellan gum

Gellan gums zijn gommen verkregen bij aerobe fermentatie van Pseurdomonas elodea . Door toevoeging van isopropanol slaat de gel neer en wordt een gel verkregen met een hoog acetyl gehalte. Door behandeling met een heet alkalische oplossing voor alcoholtoevoeging kan een gel met een laag acetyl gehalte verkregen worden.
Verdere zuivering van de laag geacetyleerde vorm door filtratie geeft een doorzichtig gellan gom. De hoog geacetyleerde en laag geacetyleerde gelen vertonen zeer verschillende eigenschappen.
Hoog geacetyleerde gelen lossen gemakkelijk op in water en verhogen daarbij de viscositeit. In de aanwezigheid van zouten wordt er een thermoreversibele gel gevormd welke elastische eigenschappen vertoont. Laag geacetyleerde gelen worden gevormd door hete oplossingen af te laten koelen in de aanwezigheid van toegevoegde kationen. De hardheid van de gel is afhankelijk van de gel en ion concentratie. Verschillende studies tonen aan dat de gel is samengesteld uit rhamnose, glucose en glucuronic acid, in een 1:2:1 verhouding en een tetramere herhaling vertoont.

Gellan gom is een fermentatieproduct, waardoor de beschikbaarheid niet afhangt van omgevingscondities welke de guar productie in het verleden hebben beïnvloed.
Hoog geacetyleerde gellan gom hebben vergelijkbare eigenschappen als gelen verkregen met xanthan gom/locust bean gom.
Laag geacetyleerde gellan gom heeft het meeste potentieel voor gebruik in de levensmiddelenindustrie. Het kan toegepast worden in meer dan 30 producten welke nu agar, carrageenaan, gelatine, pectine, alginaat of zetmeel bevatten. Het kan in een lage concentratie (0.02% - 0.4%) gebruikt worden.

Gellan gom kan gebruikt worden voor een groot aantal producten in de zoetwarenindustrie, jams en jellies, hergestructureerde producten, gelen op water basis, taart vulling, pudding, diervoeding, glazuur, en zuivelproducten. Gellan gom is uniek door grote toepasbaarheid en ter vervanging van bestaande gelling polysaccharides, soms bij een veel lagere concentratie.
Vervanging van verschillende hydrocolloiden door een enkel product zou uit praktische overwegingen een groot voordeel zijn (Sanderson et al , 1984).

Gellan gom kan alleen of in combinatie met andere gommen worden gebruikt in de zoetwarenindustrie. Alleen kan het echter niet dezelfde gelatine achtige texturen produceren. Het kan wel bijzondere voordelen veroorzaken bij gelijktijdig gebruik van gelatine door een snellere gelering (Jensen, 2000).

4. Keuze en toepassing


4.1 Factoren die van invloed bij slagen van alternatief

Bij vervanging van gelatine door een gom zijn net als bij de keuze van een geschikte stabilisator enkele aspecten van belang. Het eindproduct is vaak een gecompliceerde mix van meerdere componenten. Elk molecuul heeft een wisselwerking met andere moleculen waardoor eigenschappen van ingrediënten kunnen verschillen met initiële eigenschappen.
Voor een geschikte vervanging is het van belang dat het doel gedefinieerd wordt.
Dit is vrij gecompliceerd daar eigenschappen zich moeilijk laten omschrijven. Na deze stap zal er een inventarisatie van mogelijke geschikte stoffen plaatsvinden op basis van relatie tussen structuur en activiteit.
Gommen kunnen zelf negatieve gevolgen hebben op de geur of smaak van het product maar kunnen ongewenste reacties veroorzaken, secundaire effecten, waardoor er een afname van de gewenste eigenschappen optreedt. Het kan van invloed zijn op de microbiële veiligheid, door zelf micro-organismen te bevatten of een voedingsbron te zijn voor ongewenste micro-organismen.
Er moet gekeken worden naar wettelijke regelingen als maximaal toegestane hoeveelheid. De prijs van het product en benodigde hoeveelheid en het gebruiksgemak (Walker, 1984).

4.2 Verschillen in enkele toepassingen

Voor het vervangen van gelatine door een alternatief product spelen meerdere, in §4.1 vermelde, factoren een rol. Naast prijs, gebruiksgemak en wettelijke regelingen spelen vooral organoleptische eigenschappen van het eindproduct een belangrijke rol.
Voor enkele gelatine alternatieven zijn vergelijkende organoleptische tests uitgevoerd met het eindproduct.

4.2.1 Effect van verschillende stabilisatoren op ijs

In een onderzoek van Hussein en medewerkers (Hussein et al, 1998) wordt het effect van pectine, agar, sodium alginaat en gelatine met elkaar vergeleken. Naast effecten op pH, de hoeveelheid titreerbaar zuur, de viscositeit, gewicht, smelttijd werden de sensorische eigenschappen bestudeerd.
In de sensorische tests werden aan het ijs (per stabilisator drie of vier concentraties) punten toegekend voor geur en smaak (max. 45), textuur (max.30), smeltkwaliteit (max. 5) en kleur (max. 5). Toevoeging van pectine of agar resulteerde in een textuur verbetering maar vertoonde geen verbetering in geur, smaak of kleur van het ijs. Het sodium alginaat ijs scoorde het hoogst in de totale evaluatie, terwijl toevoeging van gelatine (0.80%) de hoogste score kreeg voor de totale sensorische evaluatie (Hussein et al. 1998).

4.2.2 Effect van substitutie van gelatine in margarine

Madsen (1999) heeft het effect van substitutie van gelatine in margarine door twee laagveresterde pectines, alginaat en een combinatie van pectine en alginaat vergeleken. Hieruit bleek dat het geleer- en smeltgedrag van de hydrocolloiden in de water of vet fase samenhangen met de eindkwaliteit van het product.
Margarines van een vergelijkbare kwaliteit konden worden geproduceerd indien de geleertemperatuur lager dan 30°C was en beneden 37°C een aanzienlijke verzachting van de gelstructuur optrad. Reologisch onderzoek heeft aangetoond dat margarines met vergelijkbare kwaliteit geproduceerd kunnen worden (Madsen, 1999).
Margarines bevatten echter maar een kleine hoeveelheid gelatine.

5 Conclusie en aanbevelingen


Er is weinig gepubliceerd over producten die gelatine kunnen vervangen. Het onderzoek dat uitgevoerd wordt niet gepubliceerd.

Er moet meer onderzoek worden uitgevoerd om het effect van gelatinevervangers in producten te bepalen.

Bij de ontwikkeling van een product zonder gelatine of vervanging van gelatine door andere producten zal het gehele recept moeten worden aangepast. Gelatine kan niet door een enkel andere product worden vervangen.

Per product of productgroep zijn er stoffen die de werking van gelatine voor een deel kunnen vervangen, maar vaak hebben deze ongewenste neveneffecten.

Literatuur



Belitz, H.-D. Grosch, W. 1999. Food Chemistry. 2nd. ed. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Germany.

Hussein, A.A. Fahmy, M.A. El-Hoda, H. Abd El-Rahim, A.M. Effect of Different stabilizers on the properties of ice cream. Dairy Sciences Department, Faculty of agriculture, Assiut, Egypt.

Jensen, J. 2000. Gelatine alternatives. International Food Ingredients . No.1.10-12.

Lawrence, A. 1976. Natural gums for edible purposes. New York.

Linden, G. Lorient, D. 1999. New ingredients in food processing, Woodhead Publishing Ltd, Cambridge, England.

Madsen, F. 1999. Substitution of gelatine in low-fat spread: a rheological characterisation.
In: Gums and stabilisers for the food industry 10. 411-420.

Pszczola, D.E. 1999. Starches and gums move beyond fat replacement. Food Technology . 53 (8), 74-76, 78, 80.

Sanderson, G. R. Clark, R. C. 1984. Gellan Gum, a new gelling polysaccharide. In: Gums and stabilisers for the food industry. II Applications of hydrocolloids. Eds. Phillips, G.O. Wedlock, D.J. 201-210. Pergamon Press Ltd. Oxford, UK.

Sanderson, G.R. 1982. The interactions of Xanthan gum in food systems, Progress in Food Nutrition an Science . Vol 6. 77-87, 1982.

Schrieber, R. 1976. Edible gelatine. Types, properties, use and applications in the food industry. Gordian . 76: 12, 356, 358, 360, 364.

Sime, W. J. 1984. The practical utilisation of alginates in food gelling systems. In: Gums and stabilisers for the food industry II. Applications of hydrocolloids. Eds. Phillips, G.O. Wedlock, D.J. 177-188, Pergamon Press Ltd. Oxford, UK.

Voragen, A.G.J. 1992. Collegedictaat Inleiding in de levensmiddelenchemie en -analyse, Koolhydraten. Wageningen, herziene druk.

Walker, B. 1984. Gums and stabilisers in food formulations. In: Gums and stabilisers for the food industry II. Applications of hydrocolloids. Eds. Phillips, G.O. Wedlock, D.J. 137-161. Pergamon Press Ltd. Oxford, UK.

Wielenga, W.C. Williams, P.A. 1984. Application of gum-based stabilization systems in ice-cream and fruit ices. Gums and stabilisers for the food industry II Applications of hydrocolloids. 251-276. Pergamon press Ltd. Oxford, UK.




European Masters Degree in Food Studies - an Educational Journey


Master in Food Safety Law



Food-Info.net is an initiative of Wageningen University, The Netherlands