Een vleesemulsie is een zeer instabiel systeem waarbij vetdeeltjes en water bijeen worden gehouden door een visceuze matrix van eiwitten, voornamelijk myosine. Zout en fosfaten hebben grote invloed op het verkrijgen en handhaven van een stabiel systeem omdat zij de extractie van het vleeseiwit bevorderen alsmede de matrixvorming. Toch blijft een adequate procesvoering onontbeerlijk om een stabiel eindproduct te realiseren.

Vleesemulsie:
Een vleesdeegemulsie is een ‘systeem’ waarin de continufase een waterige oplossing van zout en eiwitten is, alsmede een medium waarin onoplosbare deeltjes van spiervezels, orgaanweefsel en collageen bindweefsel zijn verspreid. Deze continufase wordt matrix genoemd, en is in hoge mate gehydrateerd. De discontinu fase bestaat uit vet dat in kleine deeltjes min of meer uniform over deze matrix wordt verdeeld. De vetdeeltjes blijven niet noodzakelijk globulair en kunnen deels samenvloeien. De vetdeeltjes kunnen echter niet uit de matrix vrijkomen om een eigen fase te vormen. Het complexe ‘systeem’ heeft de karakteristieken van een olie-in-water emulsie waardoor het vaak simpelweg met vleesemulsie wordt aangeduid [Hedrick, 1994][Varnam, 1995].

De stabiliteit van een emulsie is van groot belang vanuit het oogpunt van productkwaliteit. Een geringe waterbinding heeft een stuggere droge worst tot gevolg terwijl de sappigheid van het eindproduct hoog geapprecieerd wordt door de consument. Vetafscheiding aan de andere kant geeft de worst een onacceptabel uiterlijk. De hieruit ontstane rework, destructie en productrecalls hebben grote economische consequenties en dienen voorkomen te worden.

Cutterzouten:
Met cutterzouten worden fosfaatzouten en natriumchloride bedoeld.

Fosfaten is de verzamelnaam voor alle fosfaatzouten. Elk fosfaatzout heeft zijn eigen karakteristieken en eigen functie en ze mogen slechts in beperkte hoeveelheden ( 0,5 % P₂O₅) worden toegevoegd [Warenwetregeling gebruik additieven][[Müller, 2000]. Voor het stabiliseren van een vleesemulsie worden voornamelijk tri- en polyfosfaten gebruikt.

Trifosfaat ( Na₅P₃O₁₀ ) zorgt vooral voor het verbeteren van het waterbindend vermogen van de emulsie door het verhogen van de pH. Tevens dissocieert trifosfaat het spiereiwit actomyosine in actine en myosine [Müller, 2000][Möller, 2001]. Polyfosfaten  (M_n+2(P_nO_3n+1)) verbeteren vooral de consistentie van de emulsie en werken als anti-oxidant [Möller, 2001][Klettner, 2001][Lawry, 1985].

Tabel 1: Functies cutterzouten

Fosfaat	Natriumchoride
Proteïne-extractie	Proteïne-extractie
Verhogen waterbindend vermogen	Verhogen waterbindend vermogen
Verbeteren textuur	Verbeteren smaak
Anti-oxidant werking	Verhogen houdbaarheid
Concentratie +/- 0,3  gew. %	Concentratie 3-5 gew. %

Beiden zouten hebben voor de fysische stabiliteit dezelfde functie maar blijken bovendien een sterk synergetisch effect te hebben zoals te zien is in tabel 2.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Proteïne-extractie

De cutterzouten dienen er voor te zorgen dat er voldoende zoutoplosbare vleeseiwitten, voornamelijk myosine, worden vrijgemaakt uit de myofibrillen. Cutterzouten dissociëren  het onoplosbare spiereiwit actomyosine in het meer oplosbare actine en myosine [Hammer, 1999]. Myosine speelt in het verkrijgen van een stabiele emulsie een cruciale rol als: emulgator, matrixvormer en als cement tussen de losse vleesdeeltjes [Koolmees, n.b.]. Stabiliteit wordt vaak gemeten in de hoeveelheid vet- en geleiafzet na verhitting. Zonder cutterzouten de emulsie minder stabiel is.

 

Verhogen waterbindend vermogen

De sappigheid van het eindproduct wordt grotendeels bepaald door de hoeveelheid gebonden water.

 

Het verhogen van het waterbindend vermogen wordt door cutterzouten op verschillende manieren gedaan:

pH: Door toevoeging van fosfaat (basisch) zal de pH stijgen en verder af komen te liggen van het i.e.p. van (voornamelijk) myosine (pH=5,2). Het verschil in elektrische ladingen in het molecuulzal zal toenemen waardoor de waterbinding toeneemt.

Ionsterkte: Door de toevoeging van zouten (= ionen) worden er meer eiwitten opgelost die water kunnen vasthouden.

Anti-oxidant: Wegvangen van divalente cationen die reageren met de eiwitten en via sterische hindering de waterbinding belemmeren.

Grafiek 1: De waterbindingscapaciteit van vlees (pH 5,2) met en zonder toegevoegd zout [Klettner, P.G., et al, ‘Bedeutung der Mineralen bei schnittfester Rohwurst’, Fleischwirtschaft, 9 (1999), p.113].

 

 Mechanisme

Om goed te doorgronden wat het effect is van zout en fosfaten op de stabiliteit van een vleesemulsie is het essentieel om het mechanisme van de vorming van een emulsie te begrijpen.

.

Proteine-extractie

Gemiddeld bestaat vlees voor 10% uit myofibrillaire eiwitten, waarvan myosine ongeveer 50-55% uitmaakt [Koolmees, n.b.]. Myosine is veruit het allerbelangrijkste vleeseiwit voor de binding, emulsievorming en gelering. Het myosine (I-band) is gecrosslinkt aan actine ( A-band) en zijn als actomyosine in het vlees aanwezig. Het actomyosine is nauwelijks wateroplosbaar en een ionsterkte van 0.6-1.3 (zoutconcentraties van 4,3-5 %) is noodzakelijk om het eiwit op te lossen (afhankelijk van pH en temperatuur)[Koolmees, n.b.]. Tevens zorgt zout voor de zwelling van het eiwit en de mogelijkheid van gelvorming. Fosfaat vernietigt de crosslinking in actomyosine waardoor het molecuul gedissocieerd wordt in overwegend lipofyl myosine en overwegend hydrofyl actine. Het lipofyle karakter van myosine verklaart de inkapseling van de vrije vetdeeltjes.

.

Matrix

Het zijn de gezwollen eiwitten die een visceuze matrix vormen. Het electrostatische effect van zout en de pH-verhoging van fosfaat verbeteren en versnellen dit proces.

De matrix is in hoge mate gehydrateerd en het vocht wordt geïmmobiliseerd door binding met de eiwitten. In de matrix zijn de vetcellen omgeven met een laagje opgelost myosine dat dienst doet als emulgator. De vetcellen en vetclusters worden vervolgens mechanisch ingesloten in de visceuze matrix.

 

Figuur 2: Schematische voorstelling van de matrix [Hedrick, H. B., Principles of Meat Science, 3e druk, Dubuque: Kendall/ Hunt Publishing company, 1994, p. 149]

  

Coagulatie

Bij het verhitten van de emulsie zullen de ruimtelijke structuren van de eiwitten veranderen en treedt coagulatie op. Al bij 40 °C beginnen chemische en fysische veranderingen op te treden en bij 43 °C zullen de zoutoplosbare proteïnen myosine en actomyosine een gel gaan vormen [Koolmees, P. A., et al., ‘Microstructuur van vleesgrondstoffen, vleesdegen en vleesproducten – een literatuuroverzicht –‘, Vakgroep Voedingsmiddelen van Dierlijke Oorsprong, A0008/HYG5, p. 17]. De gel wordt gevormd als gevolg van een verandering in de eiwitconformatie door inter-moleculaire interacties en vormt met zijn elastische eigenschappen de textuur van het eindproduct.

 

Kritische punten

Het geschetste mechanisme is heel erg complex en het is onderhevig aan allerlei invloeden die de eindstabiliteit kunnen beïnvloeden. Vooral procesparameters zoals: Temperatuur, pH en het verkleinen kunnen de stabiliteit in grote mate beïnvloeden.

Vooral bij het binnen marges houden van deze afwijkingen zijn zout en fosfaten essentiële additieven.  

.

Grondstoffen

De grondstofkeuze is van grote invloed op de kwaliteit van het eindproduct. Dit geldt voor de soort en de hoeveelheid eiwitten en het hieraan verbonden waterbindend vermogen en matrixvormingscapaciteit.

Afwijkend vlees, zoals PSE-vlees ( Pale, soft, exudative), heeft een veel lager waterbindend vermogen en ook de emulgeercapaciteit is minder. PSE-vlees is vlees dat na de slacht een zeer sterke pH-daling vertoont in korte tijd terwijl het vlees nog warm is. Deze snelle pH-daling zorgt ervoor dat een deel van de myofibrillaire eiwitten (myosine) krimpen en denatureren [Berg, n.b.].

.

Door toevoeging van fosfaat en zout wordt een veel hoger gehalte aan myofibrillaire eiwitten geëxtraheerd zodat kleine fluctuaties hierin kunnen worden opgevangen om tot een acceptabel stabiel eindproduct te komen.

 

Temperatuur

Het temperatuursverloop tijdens de procesgang is een belangrijke procesparameter. In bevroren grondstoffen is het gehalte aan intact te extraheren totaaleiwit 20% lager, van te extraheren intact vleeseiwit 9% [ Koolmees, P. A., et al., ‘Microstructuur van vleesgrondstoffen, vleesdegen en vleesproducten – een literatuuroverzicht –‘, Vakgroep Voedingsmiddelen van Dierlijke Oorsprong, A0008/HYG5, p. 32]. Vanwege logistieke en economische voordelen beschouwen de meeste producenten dit echter als een gegeven. De vette grondstoffen worden wel vers aangeleverd omdat de ijskristallen bij het verkleinen anders de vetcellen kapot drukken met vetafscheiding als resultaat. Dit verse vlees wordt rond te 4 °C gewolfd en dient ten alle tijden onder de 7 °C te blijven (Warenwettelijke eis). Het bevroren vlees wordt getempereerd en heeft een optimale verwerkingstemperatuur van net boven het vriespunt van vlees ( -0,9 °C ). De optimale verwerkingstemperatuur van vleesdeeg ligt tussen de 8-10 °C [Koolmees, n.b.] en de opwarming in de emulsifier bedraagt 4 á 5 °C dus het is wenselijk de temperatuur van het deeg in de menger voor de emulsifier zo laag mogelijk te houden. Ook de eiwitextractie verloopt bij lagere temperatuur ( < 7 °C) optimaal [Koolmees, n.b.].

Is het vleesdeeg in de menger te warm dan kan dit afgekoeld worden met ijs in plaats van water ¹⁾. Als het vleesdeeg te warm is dan kan er samenvloeiing plaatsvinden van vetdeeltjes omdat de matrix nog niet geheel gevormd en gefixeerd is om de vetdeeltjes in te sluiten. Zout en fosfaten versnellen de eiwitextractie en verhogen ook de myosineconcentratie in het deeg. Door de betere binding zal de samenvloeiing van vetdeeltjes tot een bepaalde temperatuur kunnen worden tegengegaan.

Te koud vleesdeeg bevat nog ijskristallen die in de emulsifier kapot gedrukt zullen worden. Losse vetcellen kunnen zo uittreden en later samenvloeien. Het door zout en fosfaat geëxtraheerde myosine voorziet de lossen vetcellen van een beschermend eiwitlaagje en tevens sluit de matrix de vetcellen fysisch in waardoor dit voorkomen wordt. Een dun laagje eiwit is meer wenselijk dan een dikke eiwitlaag omdat via de poriën van het dunne laagje de vetcel enigszins kan expanderen tijdens de coagulatie. Een te dikke laag kan door de expansie barsten waardoor het vrije, nu vloeibare, vet de emulsie weer instabiel kan maken tijdens de verhitting.

De pH is een tweede zeer kritische procesparameter. Het iso electrisch punt ( i.e.p.) van vlees ligt tussen de 5,0-5,3 [Koolmees, n.b.] en met zout is dit lager, afhankelijk van de zoutconcentratie. Het belangrijkste eiwit voor de binding, myosine, heeft een i.e.p. bij een pH-waarde van 5,4. In het iso electrisch punt is de waterbinding minimaal en hoe verder de pH boven het i.e.p. van myosine komt, hoe groter het verschil in positieve en negatieve ladingen. Dit zorgt voor een grotere zwelling van de eiwitten die hierdoor meer water kunnen opnemen [Hammer, 2001][Klettner, 2000]. Doordat fosfaat de pH verhoogt wordt de waterbinding sterk verbeterd. Bovendien wordt dit versterkt doordat fosfaat divalente cationen wegvangt die de binding van myosine met water verstoren [Möller, 2001][Klettner, 2001][Lawry, 1985].

.

 

Verkleinen

De laatste belangrijkste procesparameter is de verkleiningsstap. Bij het verkleinen van vlees is het altijd zeer belangrijk dat de messen scherp zijn om een zo recht mogelijk snijvlak te creëren. Is dit niet het geval dan wordt veel weefsel beschadigd waardoor vet uit de cel kan treden. Afhankelijk van de hoeveelheid beschikbaar myosine kan het uittredende vet opgevangen worden. Hierin zijn de fosfaten en het zout weer belangrijk. Buiten het scherp zijn van de messen is ook de afstelling van het messenpakket cruciaal.

Wordt de massa te onvoldoende verkleind dan blijven de vetdeeltjes te groot waardoor samenvloeiing gemakkelijker gaat omdat ze niet meer in de matrix gevangen kunnen blijven.

Het relatief kleine oppervlak van de vetbollen wordt nu niet bedekt met een monolaag maar met een multilaag van eiwitten. Deze geeft minder rek tijdens de expansie van de vetcel gedurende verhitting en kan barsten waardoor lossen vetcellen het eindproduct alsnog instabiel maken.

Wordt er te sterk verkleind dan is er niet genoeg eiwit om het totale oppervlak van de vetbollen te bedekken. Afhankelijk van de verkleining kan een deel van het vet niet meer gestabiliseerd worden met een monolaag myosine. Door de verbeterde extractie van myosine met zout en fosfaat wordt dit zo veel mogelijk opgevangen.

 

Het gebruik van zout en fosfaten heeft grote gevolgen voor de stabiliteit van een vleesemulsie zoals men heeft kunnen zien in het mechanisme. De rol van een adequate procesvoering tijdens de emulsievorming blijft echter zeer groot en niet alle fouten kunnen teniet worden gedaan door het gebruik van deze additieven.

 

¹⁾ De energie nodig om door het smeltpunt van het ijs te komen bedraagt ongeveer 80 calorieën terwijl maar een calorie nodig is om 1 gram water 1 °C te doen laten toenemen[x]. Deze benodigde energie wordt onttrokken aan het deeg waardoor de temperatuur daalt.


BRON: Fooddata