artikel

Microstructuur: de schakel naar mondgevoel

Algemeen

Mondgevoel van een product is een belangrijke sensorische eigenschap. Fundamenteel onderzoek heeft geresulteerd in begrip van de relatie tussen microstructuur en mondgevoel. Bij NIZO is het gelukt om deze kennis te vertalen naar concrete producten en oplossingen zoals het verbeteren van structuur van kaas met een laag vetgehalte, snoepconcepten en kauwbare hondenbrokken.

Technologie
Wetenschap

Fred van de Velde & Eva Düsterhöft, NIZO food research, e-mail fred.van.de.velde@nizo.nl

Microstructuur: de schakel naar mondgevoel

Mondgevoel van een product is een belangrijke sensorische eigenschap. Fundamenteel onderzoek heeft geresulteerd in begrip van de relatie tussen microstructuur en mondgevoel. Bij NIZO is het gelukt om deze kennis te vertalen naar concrete producten en oplossingen zoals het verbeteren van structuur van kaas met een laag vetgehalte, snoepconcepten en kauwbare hondenbrokken.

De sensorische eigenschappen van voedingsmiddelen bepalen voor een belangrijk deel de beleving door consumenten. Voor het ontwikkelen van nieuwe producten is het belangrijk om de relatie tussen de verschillende stappen in de keten van ingrediënt tot eindproduct te kennen (Figuur 1). Op deze manier kunnen nieuwe producten via een rationele aanpak ontwikkeld worden. Microstructuren in voedingsmiddelen zijn een belangrijke schakel in deze keten. In het verleden werden de sensorische eigenschappen veelal alleen gerelateerd aan de mechanische eigenschappen van het product. Nu blijkt dat ook de microstructuur en de verandering daarvan in de mond van groot belang zijn.

Nieuw onderzoek op dit gebied is uitgevoerd bij NIZO food research binnen het TI Food & Nutrition programma ’Sensory and Structure’. Dit onderzoek naar de relatie tussen de microstructuur van modelproducten en het mondgevoel heeft geresulteerd in fundamenteel begrip hiervan en mogelijkheden om het mondgevoel te sturen door de keuze van ingrediënten en procescondities. Met behulp van deze kennis is de vertaalslag gemaakt naar concrete producten en oplossingen zoals bijvoorbeeld het verbeteren van de structuur van vetarme kaas en de ontwikkeling van kauwbare snoepconcepten.

Mondgevoel van modelsystemen
De sensorische beleving van een product omvat een breed scala aan waarnemingen, zoals zicht, gevoel, reuk en smaak. Een onderdeel van de sensoriek is de textuur of het mondgevoel van producten dat waargenomen wordt tijdens het eten. Daarbij zijn vele attributen voor testpanels voorhanden die een product beschrijven zoals taai, brokkelig, sappig, stroef. Een groot aantal van deze attributen is te verklaren en te beïnvloeden met de microstructuur van de voedingsmiddelen [1].
Om het mondgevoel goed te kunnen bestuderen zijn modelproducten met verschillende microstructuren gemaakt. In dit onderzoek zijn eiwit / polysaccharide gelen gebruikt, die gemaakt zijn via het bij NIZO food research ontwikkelde koude geleringsproces [1A]. In combinatie met polysaccharides kan een brede range microstructuren gemaakt worden afhankelijk van de keuze van de polysaccharides, concentratie en de snelheid van verzuren [2,2A]. Er kunnen 4 verschillende types microstructuren onderscheiden worden [1]:
– homogeen;
– eiwit continu;
– bi-continu;
– grof vertakt.
Deze modelproducten met verschillende microstructuren werden getest door getrainde panels waardoor de relatie tussen mondgevoel en microstructuur gelegd wordt. Parallel aan de sensorische beoordeling worden ook de microstructuur en de fysische eigenschappen van deze modelproducten bepaald.

Meten microstructuren: real time benadering
Er zijn geavanceerde meettechnieken ontwikkeld om de microstructuren van voedingsmiddelen te kunnen meten. Hierbij wordt vaak gekeken naar een statische situatie of met kleine deformaties. De structuren worden tijdens het eten in de mond echter over grote afstanden vervormd en dat is dus ook een belangrijke stap in de sensorische beleving van de voedingsmiddelen. Daarom is er bij dit onderzoek voor gekozen om juist ook de veranderingen in structuur bij grote deformaties te meten en dus de condities in de mond meer realistisch weer te geven [5].
De confocal laser scanning microscopy (CSLM) wordt hiervoor gecombineerd met een compressie unit (Figuur 3). Hiermee zijn opnames van de microstructuren zowel statisch als tijdens compressie gemaakt. Met de nieuwste CSLM (Leica TCS SP5 Confocal Laser Scanning Microscope) worden deze veranderingen ook real time gemeten en dat resulteert in een stapsgewijze analyse van de processen in de mond en verandering van de structuur. Simultaan met de microstructuur worden ook de mechanische eigenschappen (stijfheid, breukspanning en breuk energie) van de gelen gemeten. Deze technologie is gebruikt om een verband te leggen tussen de microstructuur en de hoeveelheid vloeistof (serum) de tijdens compressie van de gelen vrijkomt. Daarnaast is deze zogenaamde microrheologie-opstelling geschikt voor het analyseren van microstructurele veranderingen onder grote vervorming van levensmiddelen, zoals appel en mousse.

Relatie microstructuur – sensoriek
De hele range gelen met verschillende microstructuren is door het getrainde panel beoordeeld op een kwantitatieve manier waarbij is gescoord op attributen zoals waterig, brokkelig, kauwbaar en stevig [1]. In Figuur 4 is de sensorische ruimte van de gelen met verschillende microstructuren gegeven. Er blijken twee belangrijke sensorische assen te zijn waarmee het mondgevoel van deze gelen beschreven kan worden. De eerste as loopt van brokkelig naar waterig. De tweede as loopt van smeerbaar naar stevig.
De belangrijkste fysische eigenschappen van de gels hierbij blijken de hoeveelheid serum die vrijkomt in de mond en de breukeigenschappen van de structuur tijdens het vervormen in de mond.

De hoeveelheid serum die vrijkomt is gerelateerd aan het type microstructuur van de gelen. Bij een ‘open’ structuur (bi-continu of grof vertakte microstructuur) komt er veel serum vrij tijdens het kauwen en dat geeft een waterige of sappige sensatie. Gelen met een homogene of eiwit continue microstructuur hebben een lage serumafgifte tijdens vervorming. De hoeveelheid serum die in een testopstelling uit de gelen geperst kan worden, is een uitstekende voorspelling voor verschillende mondgevoelattributen van de gelen.
Brokkelige perceptie blijkt samen te gaan met een meer gesloten structuur waarbij tijdens het kauwen weinig vloeistof vrijkomt en de structuren makkelijk breken. Als er tijdens het kauwen veel microcracks, zoals bij grof vertakt, ontstaan, resulteert dat in sterke verspreiding of versmering in de mond. Er ontstaan dan veel kleine deeltjes tijdens het kauwen.

Recoverable energie: Maat voor brokkeligheid
De brokkelige perceptie van de modelproducten is gerelateerd aan de breukeigenschappen, die op hun beurt afhangen van de visco-elastische eigenschappen. Om een relatie met mondgevoel te kunnen leggen is het van groot belang om deze eigenschappen onder de juiste omstandigheden te meten, dus bij grote deformaties zoals die in de mond optreden [4]. Gels die erg brokkelig zijn blijken een hoge elastische component te hebben en vallen snel uit elkaar tijdens compressie.
Recoverable Energie (RE) of terugwinbare energie is een maat voor de grootte van de elastische component in de visco-elastische eigenschappen van een product. De Recoverable Energie wordt gemeten met een zogenaamde compressie/decompressie-proef. Tijdens deze meeting wordt het product eerst samengedrukt (compressie), waarna de compressie weer gecontroleerd wordt weggenomen (decompressie). De RE is gedefinieerd als de ratio van de energie die vrijkomt tijdens decompressie en de energie die nodig is voor de compressie.

Modelproducten die een hoge RE hebben blijken de hoogste brokkelige perceptie te geven. Bij modelproducten met een lage RE gaat tijdens de vervorming veel energie verloren, waardoor ze minder makkelijk breken. Hierdoor geven deze modelproducten een veel minder brokkelige perceptie.

Vetarme kaas
Met deze fundamentele kennis over de relatie tussen perceptie en de microstructuur en fysische eigenschappen van modelproducten kunnen nieuwe producten worden ontwikkeld. Een goed voorbeeld hiervan is het onderzoek van NIZO food research naar de relatie tussen perceptie en mechanische eigenschappen van kaas [6]. Uiteindelijk moet vetarme kaas een kaas worden met eenzelfde mondgevoel zoals de consument gewend is van de traditionele 48+ kaas.

Het probleem bij ‘low fat’ kaas is dat de kaas als te rubberig, stevig en brokkelig wordt ervaren. Zoals hiervoor beschreven, kan de brokkelige perceptie van modelproducten gerelateerd worden aan de RE. Deze relatie geldt ook voor een complex product zoals kaas (Figuur 6). Deze figuur geeft de resultaten weer van een statistische analyse (PCA: principal component analysis) naar de relatie tussen de mechanische eigenschappen en het mondgevoel van een serie kazen met een verschillend vetgehalte. Omdat de vector (pijl) van de mechanische eigenschap RE samenvalt met de vector van het attribuut brokkelig ligt, zijn deze twee parameters sterk positief gecorreleerd. Dus een product met een hoge RE heeft een hoge score voor het attribuut brokkelig.

[MOET ERIN!]
Fig. 6 Resultaten van de statistische analyse van de relatie tussen de mechanische eigenschappen (rood) en het mondgevoel (blauw) van kaas met verschillende vetgehalten (groen).

Met het toepassen van fundamentele kennis kan dus de invloed van de microstructuur van de laagvet kaas begrepen en aangepast worden. Echter in kaas is het probleem complexer dan in modelproducten. In de modelproducten wordt de RE gedomineerd door de mate van serumuittreding tijdens kauwen. In kaas is serumuittreding een ongewenst attribuut en kan daarom niet gebruikt worden om de RE van laag vet kaas te beïnvloeden. Momenteel wordt bij NIZO food research gewerkt aan andere concepten om via de microstructuur de RE te beïnvloeden. Resultaten van deze concepten zijn veel belovend.

Dankwoord
De auteurs bedanken Lad’ka van den Berg (TI Food & Nutrition) voor het werk aan de modelproducten uitgevoerd tijdens haar promotieonderzoek en Jean Baptiste Boitte (CPE Lyon) en Franklin Zoet (NIZO food research) voor hun werk aan de kazen.

Reageer op dit artikel