Invloed van grondstoffen en procesvoering op de structuur van gel-type geëmulgeerde vleeswaren.

Kookworsten kunnen beschreven worden als gel-type geëmulgeerde vleeswaren. Ze worden bereid door een magere vleesfractie, vet, ijs en additieven te verkleinen, ter vorming van een rauw vleesdeeg. Het verkregen deeg wordt afgevuld in darmen, verhit (gepasteuriseerd) en vervolgens gekoeld, om zo tot het finale vleesproduct te komen. De vetfractie in het rauwe vleesdeeg (voornamelijk afkomstig van varkensrugspek) is macroscopisch vast door de lage temperatuur tijdens het productieproces. Daarom worden vleesproducten niet aanzien als een echte emulsie. Desondanks wordt beschreven dat de myofibrillaire proteïnen (afkomstig van het vlees) een proteïnefilm vormen op de interfase rond de vetpartikels. Deze proteïnefilm stabiliseert de vetfase die vloeibaar wordt tijdens het pasteurisatieproces, en gaat zo het samenvloeien (coalescentie) en het uittreden van het vet tegen. Tijdens verhitten vormen de myofibrillaire proteïnen een driedimensionaal gelnetwerk (gelering) waarin vet en water fysisch worden verankerd. Tijdens het afkoelen wordt het gelnetwerk verder gestabiliseerd, en kristalliseert de vetfractie gedeeltelijk. Omdat de vetpartikels omgeven zijn door een proteïnefilm die op zijn beurt interageert met het continue gelnetwerk, gedragen deze vetpartikels zich als ‘actieve vulpartikels’ en dragen deze zo bij tot de algemene gelsterkte. Hieruit volgt dat de structuur van kookworsten hoofdzakelijk afhangt van de eigenschappen van het continue gelnetwerk en de gekristalliseerde vetpartikels (vulpartikels), die op hun beurt beïnvloed worden door de procescondities. De productstructuur heeft een grote invloed op de macroscopische eigenschappen van het vleesproduct zoals de mechanische (reologische en texturele) en stabiliteitseigenschappen (water- en vetvasthoudend vermogen).

Dit doctoraatsonderzoek richt zich op het begrijpen van de relatie tussen het structuurvormend vermogen van de rauwe grondstoffen (gelering van de proteïnen afkomstig van de vleesfractie en kristallisatie van de lipiden afkomstig van de vetfractie), de thermische procesvoering en de micro- en macrostructuur van het finale product. Bovendien werd het effect van de samenstelling van de rauwe grondstoffen, namelijk, vlees bestaande uit verschillende spiervezeltypes (wit vs. rood) en varkensvetten met een duidelijk verschillende chemische samenstelling, bestudeerd.

In eerste instantie werd het isotherm geleringsgedrag van witte en rode myofibrillaire kippenproteïnen (CMP) (geëxtraheerd uit kippenvlees bestaande uit hoofdzakelijk witte en rode spiervezeltypes) bij verschillende temperaturen (20 tot 80 °C) onderzocht. Er werd bijzondere aandacht besteed aan de moleculaire interacties die betrokken zijn in het aggregatiemechanisme, namelijk hydrofobe interacties en de vorming van disulfidebruggen. Tussen 20 en 60 °C werd een stijging in de oppervlaktehydrofobiciteit (SoANS) vastgesteld, wat een partiële ontvouwing en een mogelijke vorming van hydrofobe interacties tussen de CMP suggereerde. Een hoge SoANS en een significante daling in de totale hoeveelheid thiolgroepen tussen 60 en 80 °C vormde een sterke indicatie voor de aanwezigheid van hydrofobe interacties en vorming van disulfidebruggen, wat uiteindelijk resulteerde in aggregatie van de CMP en bevestigd werd door natriumdodecylsulfaat-polyacrylamide gelelektroforese (SDS-PAGE). De elasticiteitsmodulus G’ na 60 min isotherm verhitten (G’60min) steeg significant bij 70 of 80 °C, afhankelijk van het type CMP. Bij lage temperaturen (20 tot 60 °C) waren de verschillen in G’60min tussen witte en rode CMP vrij klein. Bij 70 °C bereikten witte CMP echter significant hogere G’60min waardes in vergelijking met rode CMP, terwijl bij 80 °C de rode CMP iets (maar niet significant) hogere G’60min waardes bereikten ten opzichte van de witte CMP. In het algemeen kon gesteld worden dat voor iedere temperatuur die bestudeerd werd, de SoANS en het gehalte aan vrije thiolgroepen van rode CMP hoger waren in vergelijking met witte CMP. Verschillen in G’60min, SoANS en thiolgroepen tussen witte en rode CMP werden voornamelijk veroorzaakt door de verschillende isovormen van de CMP.

Vervolgens werd nagegaan in welke mate de kristallisatietoestand van smout (i.e. de vetfractie verkregen door varkensrugspek af te broeien) in ‘evenwicht’, en bijgevolg, de texturele eigenschappen ervan, afhankelijk waren van de chemische samenstelling van smout van verschillende varkensvetten. Vooral het effect van de vetzuur-, triglyceride-, diglyceride- en vrije vetzuursamenstelling op de smelteigenschappen (smeltpiekoppervlakte (indicatie van de hoeveelheid vast vet) en piektemperatuur) en hardheid van smout in de ‘evenwichtstoestand’ werd onderzocht. Er kon besloten worden dat verschillen in chemische samenstelling duidelijk aanleiding gaven tot verschillen in fysische eigenschappen van smout. De smelt- en texturele eigenschappen van de verschillende smoutstalen kon nauwkeurig voorspeld worden door de verhouding van verzadigde tot onverzadigde vetzuren enerzijds, en de verhouding van triverzadigde en mono- en di-onverzadigde triglyceriden die geen linolzuur bevatten tot de tri-onverzadigde en andere mono- en di-onverzadigde triglyceriden anderzijds. Hoewel de hoeveelheid diglyceriden in de smoutstalen relatief laag was, hadden deze toch een klein effect op de piektemperatuur en hardheid van smout in de ‘evenwichtstoestand’. Het effect van deze minorcomponenten mag daarom niet onderschat worden. Bovendien bleek dat het vetzuurprofiel op zich ook een goede predictor was voor de hoeveelheid vast vet en hardheid van smout in de ‘evenwichtstoestand’.

In het derde experimenteel hoofdstuk werd simultaan het effect van type vlees (afkomstig van kippenborst en kippenbil hoofdzakelijk rijk aan witte en rode spiervezeltypes), type dierlijk vet (smout afkomstig van varkensrugspek met een lage en hoge verzadigdheidsgraad) en isotherme temperatuur (50, 60, 70 en 80 °C) op de visco-elastische eigenschappen van vleesdegen bestudeerd gedurende en na toepassen van verschillende tijd-temperatuurprofielen. Uit de resultaten bleek dat de gelering van de vleesproteïnen de grootste bijdrage leverde tot de visco-elastische eigenschappen van vleesdegen tijdens verhitten, terwijl de kristallisatie van lipiden de grootste bijdrage leverde tijdens de afkoelfase. Magere vleesmodelsystemen en vleesdegen bereid met enerzijds kippenborst en anderzijds kippenbil resulteerden in gelijkaardige G’ waardes aan het einde van het proces (G’end). Hieruit kon besloten worden dat het type vlees slechts een klein effect had op de finale visco-elastische eigenschappen.
De vetzuursamenstelling had echter een duidelijke impact op de finale visco-elastische eigenschappen van vleesdegen bereid met verschillende types vet, waarbij hogere G’ waardes werden bekomen voor het meest verzadigde varkensvet. Het effect van type vet oversteeg duidelijk het effect van type vlees met betrekking tot G’end. Een toename van de visco-elastische eigenschappen met een stijgende isotherme temperatuur werd ook duidelijk waargenomen. Uiteindelijk kan gesteld worden dat de structurele eigenschappen van vleesdegen vooral afhankelijk waren van de verhittingstemperatuur en vetzuursamenstelling van het varkensvet, eerder dan van het type vlees.

Tot slot werd simultaan het effect van type vlees (kippenborst en kippenbil), type dierlijk vet (varkensvetten met een lage en hoge verzadigdheidsgraad) en verhittingstemperatuur (60 en 70 °C) op de microstructurele en macroscopische eigenschappen (water- en vetbinding, textuur en pH) van kookworsten onderzocht. Deze worsten werden geproduceerd op pilootschaal. Er moet gewezen worden op het feit dat kookworsten in deze studie verhit werden bij twee verschillende kerntemperaturen tot een F0-waarde van 40 min werd bereikt, wat resulteerde in een aanzienlijk langere verhittingstijd voor de worsten verhit bij 60 °C ten opzichte van 70 °C. Deze aanpak verschilt van het isotherm verhitten gedurende 60 min in het eerste en derde experimentele hoofdstuk. Met betrekking tot de stabiliteitseigenschappen kon gesteld worden dat de emulsiestabiliteit significant lager was en het grootste deel van de totale hoeveelheid afzet (water- en vetverlies) uit vet bestond voor de kookworsten bereid met het meest verzadigde varkensrugspek, terwijl het omgekeerde werd waargenomen voor kookworsten bereid met het meest onverzadigde varkensrugspek. In overeenstemming met deze resultaten werd op microstructureel niveau coalescentie van vetpartikels bij de kookworsten bereid met het meest verzadigde varkensrugspek waargenomen. Vetpartikels moeten partieel gesmolten zijn alvorens ze omgeven kunnen worden door een proteïnefilm tijdens bereiding van het rauwe vleesdeeg. Gebruik van een vet zeer rijk aan verzadigde vetzuren resulteerde mogelijks in een verminderd vermogen van de myofibrillaire proteïnen om deze vetpartikels naar behoren te omgeven. Het kookverlies was iets lager voor de kookworsten bereid met het meest verzadigde varkensrugspek. Met betrekking tot de texturele eigenschappen kon besloten worden dat de hardheid van de kookworsten duidelijk beïnvloed werd door het type vet, onafhankelijk van het type vlees of de temperatuur. Kookworsten bereid met het meest verzadigde varkensrugspek resulteerden in de hoogste hardheid. Finaal kon geconcludeerd worden dat kleine verschillen in vetzuursamenstelling tussen de verschillende varkensrugspekken een groot effect had op de microstructurele en macroscopische eigenschappen van kookworsten, terwijl het type vlees (spiervezeltype) of de kooktemperatuur slechts een gering effect hadden.

In het algemeen tonen de resultaten van deze doctoraatsstudie aan dat het effect van spiervezeltype op de eigenschappen van modelsystemen en kookworsten eerder beperkt was. De (isotherme) verhittingstemperatuur had een invloed op de gelering van myofibrillaire proteïnen en de visco-elastische eigenschappen van vleesdegen (G’60min en G’end stegen met stijgende temperatuur), maar had slecht een beperkt effect op de microstructurele en macroscopische eigenschappen van kookworsten. Dit laatste was hoogstwaarschijnlijk te wijten aan de verschillende verhittingsregimes in laatstgenoemde studie. De chemische samenstelling van de varkensvetten had een groot effect op de fysische eigenschappen van smout, wat op zijn beurt een invloed had op de visco-elastische eigenschappen van vleesdegen en macroscopische eigenschappen van kookworsten. Hoe hoger de hardheid van het vet, hoe hoger G’end van de vleesdegen en de hardheid van de uiteindelijke worsten. Varkensvetten rijk aan verzadigde vetzuren hadden echter een negatief effect op de productstabiliteit. Er wordt vooropgesteld dat naast het belang van gelering van myofibrillaire proteïnen in de matrix van de vleesdegen, hun mogelijkheid om een goede proteïnefilm rond de vetpartikels te vormen en zo de vetfractie in kookworsten te stabiliseren, niet onderschat mag worden. Gebaseerd op deze inzichten kan besloten worden dat de structuur van vleesproducten gestuurd kan worden door een intelligente keuze aan rauwe grondstoffen en/of procescondities.