Vetvervangers in voedingsmiddelen - Chemische · PDF fileVetvervangers in voedingsmiddelen door dr. ir. W.A.M. Castenmiller Spreads Unit, Unilever Research Vlaardingen, Postbus 114,

Vetvervangers invoedingsmiddelendoor dr. ir. W.A.M. CastenmillerSpreads Unit, Unilever Research Vlaardingen, Postbus 114,3130 AC Vlaardingen

Dit artikel is een herziening van Chemische Feitelijkheid nr. 071(April 1990); de oorspronkelijke feitelijkheid werd geschreven doordr. H. W. A. Teeuwen.

1. Inleiding 148– 32. Functies van vet in voedingsmiddelen 148– 42.1. Energiewaarde van vetten en vetvervangers 148– 43. Indeling van vetvervangers 148– 54. Waterstructurerende vetvervangers 148– 54.1. Dispersie van onoplosbare deeltjes 148– 64.1.1. Deeltjes op basis van eiwitten 148– 64.1.2. Deeltjes op basis van koolhydraten 148– 64.1.3. Deeltjes op basis van emulgatoren 148– 84.2. Netwerk van polymeermoleculen 148– 85. Vetvervangers op basis van lipiden 148– 95.1. Triglyceriden met een lagere energiewaarde 148–105.2. Synthetische vetten 148–116. Literatuur 148–13

Chemische Feitelijkheden is een uitgave van Samsom H.D. TjeenkWillink bv in samenwerking met de Koninklijke Nederlandse Che-mische Vereniging.

148–1Vetvervangers in voedingsmiddelen

26 Chemische feitelijkheden mei 1998 tekst/148

1. Inleiding

In vele voedingsmiddelen kunnen de oliën en vetten die in traditio-nele recepten aanwezig zijn geheel of gedeeltelijk worden vervangendoor stoffen met een lagere energiewaarde, onder behoud van be-langrijke eigenschappen zoals uiterlijk, consistentie, eeteigenschap-pen („mondgevoel”), geur en smaak. Zulke stoffen noemt men vet-vervangers.

Door toepassing van vetvervangers kan het vetgehalte en de ener-giewaarde per gram van een voedingsmiddel aanzienlijk wordenverlaagd. Gezondheidsautoriteiten in vele westerse landen (in Ne-derland de Voedingsraad) achten een verlaging van het vetgehalte inhet hele voedingsmiddelenpakket raadzaam. Een te hoge vetcon-sumptie is een belangrijke factor in het ontstaan van zwaarlijvig-heid, die op haar beurt in verband wordt gebracht met hart- en vaat-ziekten, ademhalingsaandoeningen en diabetes mellitus (suiker-ziekte).

De voedingsmiddelenindustrie heeft gereageerd op de beschikbaremedische kennis over de gevolgen van overmatig vetgebruik voor degezondheid. Halvarines bijvoorbeeld zijn varianten van margarinewaarin het vet voor de helft of meer is vervangen door een mengselvan water, emulgatoren en verdikkingsmiddelen: het prototype vet-vervanger. Van andere etenswaren werden „light” (energie- en vet-arme) varianten ontwikkeld door vet weg te nemen (halfvolle melk)of minder vet toe te voegen tijdens de bereiding, zonder vervan-gingsmiddelen te gebruiken. Dit is meestal slechts in beperkte matemogelijk zonder het betreffende voedingsmiddel merkbaar in kwa-liteit te doen dalen.

In een recente ontwikkeling heeft de Food and Drugs Administra-tion (FDA) in de Verenigde Staten in januari 1996 toestemming ver-leend om een kunstmatige vetvervanger (Sucrosepolyester of olestra)op de markt te brengen voor toepassingen in gefrituurde snacks(chips). Hiermee is voor het eerst een synthetisch voedingsingrediëntgoedgekeurd dat in grote hoeveelheden geconsumeerd kan gaanworden.



In dit artikel wordt een overzicht gegeven van de stand van zaken envan de ontwikkelingen die gaande zijn op het gebied van vetvervan-ging in voedingsmiddelen.

2. Functies van vet in voedingsmiddelen

Om te kunnen begrijpen waarom er een groot aantal verschillendevetvervangers ontwikkeld is, moet eerst duidelijk worden gemaaktwat de functie van olie of vet is in de diverse voedingsmiddelen (determen olie en vet worden in dit artikel door elkaar gebruikt, hetenige verschil is het smeltpunt van het product).

We kunnen de volgende functionele aspecten van vet in een voe-dingsmiddel onderscheiden:

– uiterlijk kleur van slaolie– rheologisch gedrag smeerbaarheid van margarine

schenkbaarheid van mayonaise of roomstructuur van chocola of kaas

– mondgevoel het opbreken en dispergeren van het productin de mond: smeuïgheid, plakkerigheidkoelheid van roomboter of chocola bij op-smelten in de mond

– smaakbijdrage leveren van geur- en smaakstoffen– warmteoverdracht frituurolie moet stabiel blijven bij hoge tem-

tussen pan en product peratuurvlees mag bij bakken niet aan de panbodemhechten

– schuimstabiliteit opkloppen van slagroom en ijs– barrière tegen vochttransport coating van bonbons

lamineren van bladerdeeg– voedingswaarde levert calorieën

levert essentiële vetzurendrager van vetoplosbare vitamines en nutriën-ten

2.1. Energiewaarde van vetten en vetvervangers

De drie hoofdbestanddelen van voedsel (naast water) zijn vetten,koolhydraten en eiwitten. Elk van deze bestanddelen heeft een ka-rakteristieke energiewaarde bij omzetting in het menselijk lichaam;

148–4 Vetvervangers in voedingsmiddelen


vetten leveren veruit de meeste energie (tabel). Vervanging van vet-ten door eenzelfde massa koolhydraten of eiwitten leidt dus tot eenvermindering van zowel de vet- als de energieopname. Aangezien ei-witten en koolhydraten altijd worden gebruikt in combinatie met eengrote hoeveelheid water (75-90%), is het duidelijk dat in principe eengrote verlaging van de energieinhoud kan worden bereikt.

Tabel 1. Energiewaarde van enkele voedingsstoffen

Voedingsstof Energiewaarde (kJ/g)

vetten en oliën 38koolhydraten 17eiwitten 17ethanol 29

3. Indeling van vetvervangers

De belangrijkste indeling van vetvervangers moet worden gemaaktop basis van hun toepassingsgebied. Het is mogelijk om vet te ver-vangen door gestructureerd water: een waterige oplossing of disper-sie van koolhydraten of eiwitten, die dezelfde rheologische eigen-schappen heeft als vet. Deze mengsels kunnen alleen worden ge-bruikt bij temperaturen beneden 100 °C; het water verdampt, en debetreffende stoffen zijn niet stabiel bij hogere temperaturen. Eiwit-ten verliezen hun fysische structuur bij 80 °C (denatureren), en demoleculen zijn ook chemisch niet stabiel.

Voor toepassing bij hoge temperaturen (frituren, bakken, braden)zijn vetvervangers ontwikkeld die chemisch gezien meer verwantzijn aan natuurlijke vetten. Natuurlijk vet bestaat in hoofdzaak uittriglyceriden (triësters van vetzuren en glycerol).

4. Waterstructurerende vetvervangers

De waterstructurerende vetvervangers kunnen worden onderver-deeld op basis van het fysische mechanisme dat de structurerendewerking oplevert.



4.1. Dispersie van onoplosbare deeltjes

Hier wordt het water door middel van capillaire krachten vastge-houden binnen de deeltjesmassa. De deeltjes zijn samengesteld opbasis van eiwitten, koolhydraten of emulgatoren.

4.1.1. Deeltjes op basis van eiwittenDe eerste vetvervanger op eiwitbasis die in de Verenigde Statenwerd toegelaten is Simplesse, een product van NutraSweet, voor ge-bruik in bevroren desserts. Simplesse wordt bereid uit eiwitten af-komstig uit wei of uit het wit van eieren. Deze eiwitten ondergaaneen proces genaamd „microparticulatie”: ze worden verhit, netvoordat ze coaguleren (samenklonteren) intensief geroerd en weerafgekoeld. De eiwitbolletjes die hieruit voortkomen zijn met hundiameter tussen 0,1 en 3 µm te klein om afzonderlijk door de tongte worden waargenomen. De waterbevattende bolletjes hebben eenenergiewaarde van 5,5 kJ/g. Simplesse wordt toegepast in een laag-vet spread van de Tesco supermarktketen in Groot-Brittannië.

Ook Pfizer (Dairy-Lo) en Kraft (Trailblazer) ontwikkelden vetver-vangers uit eiwitten. Dairy-Lo lijkt een kopie van Simplesse, Trail-blazer is gebaseerd op een ingewikkelder concept met toevoegingvan een verdikkingsmiddel (xanthaangom). Diverse andere eiwittenzoals b.v. gedenatureerde wei-eiwitten en caseïnemicellen kunnenanaloge deeltjesstructuren leveren, zonder dat deze speciaal als vet-vervanger worden verkocht.

4.1.2. Deeltjes op basis van koolhydratenFMC Corporation heeft een serie vetvervangers ontwikkeld geba-seerd op microkristallijne cellulose onder de naam Avicel (sommigetypen heten Novagel). Avicel wordt bereid uit cellulose (houtpulp),dat eerst zure hydrolyse ondergaat en vervolgens mechanisch wordtverkleind tot zeer kleine colloïdale deeltjes, die na het drogen kleinerzijn dan 0,2 µm. Voor het drogen wordt nog een verdikkingsmiddelop basis van koolhydraten (b.v. carboxymethylcellulose of guargom) toegevoegd om de deeltjes bij elkaar te houden wanneer dezeweer in water worden gedispergeerd.



Een ander koolhydraat dat deeltjes kan vormen is inuline. Inuline iseen natuurlijke grondstof die onder andere voorkomt in cichorei-wortels en bestaat uit een lineaire keten van fructose eenheden metaan het begin één glucose eenheid.

De fructose ketenlengte is kleiner dan 60 („oligofructose”). Inulineis bij hoge temperatuur oplosbaar in water en het „kristalliseert” bijafkoelen (bij 20 °C is nog 10% oplosbaar). Omdat inuline in hetlichaam niet wordt verteerd, heeft het ook nog een positieve waardeals voedingsvezel. Inuline wordt geleverd door Tienen Suiker (Raf-tiline) en Cosucra/Suiker Unie (Fibruline).

Stellar van A. E. Staley is een zuur gehydrolyseerd maïszetmeel. Dedeeltjes worden verkleind via een hoge-druk homogenisatieproces(bij 500 bar) tot een deeltjesgrootte van 3-5 µm.

Een grote groep vetvervangers wordt gevormd door de dextrines enmaltodextrines, hydrolyseproducten van zetmeel met een laag mol-

O

N

O

OH

OH

OH

OH

HO

HOCH2 HOCH2O

CH2

O

O

OOH

HO

HOCH2

CH2

O

OH

HO

HOCH2

CH2OH

N = 0 60oligofructose

Inuline



gewicht (hogere hydrolysegraad). Deze verbindingen vormen bijlage temperatuur een deeltjesgel in water, dat bij hogere tempera-tuur uiteenvalt, en weer opnieuw ontstaat bij afkoelen (thermore-versibele gel). Enkele bekende voorbeelden zijn:– Paselli SA2 (Avebe), afgeleid van aardappelzetmeel;– Oatrim (Rhône-Poulenc) van haverzetmeel;– N-Lite (National Starch) van tapioca- of maïszetmeel;– Remyline (Remy Industries) van rijstzetmeel.

Van deze groep bestaan veel varianten, deels als chemisch gemodi-ficeerde derivaten, waarin diverse extra zijketengroepen aan dekoolhydraatketen zijn toegevoegd.

4.1.3. Deeltjes op basis van emulgatorenEen geheel nieuwe ontwikkeling binnen het gebied van de vetver-vangers betreft de structurering van een waterfase met behulp vanmonoglyceride kristallen. Monoglyceriden worden bereid uit ge-woon vet door afsplitsing van twee van de drie vetzuren; deze wor-den al heel lang als emulgator in voedingsmiddelen gebruikt. In eengeoctrooieerd proces van Unilever wordt beschreven hoe zeer kleinehydrofiele kristallen van monoglyceriden kunnen worden verkre-gen. Het netwerk van deze kristallen kan een grote hoeveelheid wa-ter vast houden. Met behulp van deze technologie zijn in de Ver-enigde Staten een vetvrije margarine (Promise Ultra Fat Free) en inGroot-Brittannië vetvrij ijs (Too Good to be True) op de markt ge-bracht.

4.2. Netwerk van polymeermoleculen

Polymeren die moleculair in water opgelost of gedispergeerd zijnkunnen de rheologische eigenschappen van de waterfase laten lijkenop die van olie. Deze vetvervangers moeten vooral worden be-schouwd als verdikkingsmiddelen of geleermiddelen, en deze kun-nen de structuur van vet, boter of margarine niet volledig imiteren.

In de groep eiwitten is gelatine van oudsher bij uitstek geschikt alsverdikkingsmiddel in voedingsmiddelen. Bij een verdikkingsmiddelhebben de moleculen onderling geen interactie. Daarnaast zijn een



groot aantal koolhydraten bekende verdikkingsmiddelen, zoals guargom, xanthaangom, carboxymethylcellulose, arabische gom, gellangom etc., of geleermiddelen zoals pectine, alginaten en carrageen.De moleculen van een geleermiddel hinderen elkaar fysisch. Poly-dextrose (Litesse van Pfizer) is een door de FDA goedgekeurde syn-thetische glucosepolymeer. Op de structuur van deze hele groep ver-bindingen wordt in dit kader niet uitgebreid ingegaan.

Een speciale variant uit deze groep zijn de deeltjes die zelf bestaanuit een verdikte waterfase. Slendid van Copenhagen Pectin bestaatuit gegeleerde calciumpectinaatdeeltjes, die in water kunnen wordengedispergeerd. De deeltjes zijn vervormbaar. Hier zien we dus eencombinatie van twee concepten: een deeltjesgel van een polymeer-netwerk.

Naast de reeds genoemde eiwitten en koolhydraten zijn nog meer-dere andere vetvervangers in de literatuur beschreven. Vaak betrefthet complexere combinaties van stoffen. In een groot aantal geval-len is alleen octrooiliteratuur bekend, terwijl de producten niet opde markt beschikbaar zijn.

Met uitzondering van het volledig synthetische Polydextrose zijnalle in paragraaf 4 genoemde vetvervangers gebaseerd op modifica-tie van eiwitten en koolhydraten. Deze verbindingen lijken daarmeein principe toelaatbaar voor toepassing in levensmiddelen. Veel vande gebruikte modificatieprocessen betreffen alleen fysische verande-ringen (geleren, verkleinen). Hydrolyse van zetmeel tot maltodex-trine is toegelaten, en ook diverse chemisch gemodificeerde zetmelenzijn via de Warenwet toegelaten.

5. Vetvervangers op basis van lipiden

De groep vetvervangers die bij hoge temperatuur bruikbaar zijn kanworden ingedeeld in:– triglyceriden met een lagere energie-inhoud;– synthetische vetten gebaseerd op esters van vetzuren met andere

alcoholen dan glycerol.



5.1. Triglyceriden met een lagere energiewaarde

De gebruikelijke triglyceriden in onze voeding worden vrijwel vol-ledig verteerd en hebben dan een energiewaarde van 38 kJ/g. Het isechter bekend dat niet alle typen vetzuren even goed door hetlichaam worden opgenomen. Met name langere verzadigde vetzurenmet ketenlengtes C18-C22 worden slechter geadsorbeerd. Het is dusmogelijk om vetmoleculen te ontwerpen die gebaseerd zijn op dezevetzuren en daarom minder energie opleveren. Aangezien het smelt-punt van het vet stijgt met de ketenlengte, kunnen deze vetzuren nietzonder meer worden gecombineerd tot triglyceriden. Dit zou vettenopleveren met een mondgevoel van kaarsvet. Het is echter mogelijkom in één triglyceridemolecuul een lang vetzuur te combineren met2 korte vetzuren, zodat het resulterende smeltpunt toch acceptabelis. Het (re)combineren van vetzuren in triglyceriden heet veresterenof omesteren, een proces dat reeds lang in gebruik is in de marga-rine-industrie. Gebaseerd op dit concept zijn recentelijk in de Ver-enigde Staten twee nieuwe vetvervangers ontwikkeld.

Caprenin is een triglyceride bestaande uit glycerol met C8, C10 enC22 verzadigde vetzuren. Elk molecuul bevat één C22 vetzuur. Hetis ontwikkeld door Procter & Gamble, en in de Verenigde Staten opde markt gebracht door M&M Mars in een Milky Way reep. Proc-ter claimt een energiewaarde van ongeveer 21 kJ/g, dus iets meerdan de helft van die van gewoon vet.

Salatrim is een vetvervanger van Nabisco/Pfizer, die bestaat uit gly-cerol met C18 vetzuur plus C2 en C4 vetzuren. Ook hier wordt eenenergiewaarde geclaimd van ongeveer 21 kJ/g. Nabisco heeft eengrote hoeveelheid onderzoek verricht om de veiligheid van het pro-duct bij consumptie aan te tonen. In 1994 is toestemming aange-vraagd bij de FDA om het product op de markt toe te laten. Hetwordt nu toegepast in een chocoladeproduct van Hershey.

De lagere energiewaarde van dit soort vetvervangers heeft twee oor-zaken: de oxidatie van korte vetzuren levert minder energie op, enhet vetzuur met de lange keten wordt slecht geadsorbeerd, en is dusminder beschikbaar voor omzetting in energie.



5.2. Synthetische vetten

Het boegbeeld van deze klasse vetvervangers is olestra, een sucro-sepolyester ontwikkeld door Procter & Gamble. Sucrosepolyester(of SPE) bestaat uit een mengsel van hexa-, hepta- en octaesters vanvetzuren die veresterd zijn aan sucrose. Sucrose (suiker) is een acht-voudige alcohol, analoog aan de drievoudige alcohol glycerol.

Aan elke alcoholfunctie kan een vetzuur worden gekoppeld. Sucro-sepolyesters lijken in vrijwel al hun chemische en fysische eigen-schappen (bijv. bestendigheid tegen oxidatie en hitte, smaak) zeerveel op de triglyceriden met dezelfde vetzuren. Er is een belangrijkeuitzondering: de vetsplitsende enzymen (lipasen) in ons maagdarm-kanaal hebben geen vat op sucrosepolyesters, omdat de structuurteveel verschilt van die van gewoon vet. Sucrosepolyesters wordendus niet gesplitst, en worden niet opgenomen in de darmen. Ze ver-laten het lichaam onveranderd, de energiewaarde is dus nul. Determ sucrosepolyester (SPE) is eigenlijk een verzamelbegrip vooreen grote groep verbindingen, omdat het mogelijk is het type vet-zuren te wijzigen, en daarmee dus de eigenschappen. Naast Procter& Gamble heeft ook Unilever onderzoek aan SPE gedaan, en beidefirma’s hebben een groot aantal octrooien.

Tijdens de ontwikkeling van SPE moest Procter & Gamble eengroot aantal problemen oplossen. De grootste belemmering voorhet gebruik van SPE als vetvervanger is wellicht de zogenaamde

0886-0141

Sucrose Polyesters: SPE’s

O

O

O

RO

RO

RO

RO

ORCH2OR

CH2OR

CH2OR

R = H: SucroseR = vetzuur: Sucroseoctaester



„anale lekkage”. De sluitspier van de endeldarm kan namelijk eenvloeibare SPE substantie niet volledig tegenhouden, zodat oliever-lies kan optreden. Procter & Gamble heeft daarom sucrosepolyes-ters ontwikkeld met een hoger smeltpunt, die bij lichaamstempera-tuur redelijk „vast” of visceus zijn. Voorts is er sprake van dat con-sumptie van olestra kan leiden tot buikkrampen en diarree.

Op hun weg door het maagdarmkanaal vormen sucrosepolyesterseen vettige film waarin vetoplosbare stoffen zoals vitamines A, D, Een K, carotenoïden en cholesterol deels worden meegevoerd, en ver-volgens met de SPE het lichaam verlaten. De absorptie van dezeverbindingen zou dus door dit extractie-effect kunnen worden ver-minderd. Om een vitaminetekort als gevolg van SPE gebruik tevoorkomen diende Procter & Gamble een octrooi in op olestrawaaraan genoemde vitamines bij voorbaat zijn toegevoegd. Uit on-derzoek is gebleken dat voornamelijk de vitamine E absorptie ne-gatief wordt beïnvloed. De FDA eist nu dat vitamines A, D, E en Kaan olestra worden toegevoegd. Carotenoïden zijn vetoplosbarestoffen zoals β-caroteen (een kleurstof met vitamine-A activiteit).De FDA heeft geconcludeerd dat bij consumptie van op olestra ge-baseerde snacks de vermindering van opname van carotenoïden inde praktijk gering zal zijn.

Het verlagend effect (tot 20%) van SPE gebruik op de bloedcholes-terol concentratie leidde er aanvankelijk toe dat Procter sucrosepo-lyesters vooral interessant vond als cholesterolverlagend middel, enhet in eerste instantie als een medicijn op de markt wilde brengen.Later is men van gedachte veranderd, en in 1987 diende Procter eenaanvraag in bij de FDA voor toelating van sucrosepolyester als voe-dingsmiddel.

Na uitvoerige discussies en na inperking van de oorspronkelijkeaanvraag door Procter heeft de FDA in januari 1996 besloten omolestra in de USA toe te laten als een 100% vervanger van het vet ingefrituurde snacks, onder een aantal voorwaarden. De sucrosepo-lyester moet bepaalde fysische eigenschappen hebben om anale lek-kage te voorkomen. Op het label van het product moet een waar-schuwing worden opgenomen: „Olestra kan buikkrampen en diar-



ree veroorzaken. Olestra verhindert de absorptie van sommige vi-tamines en nutriënten. Vitamines A, D, E en K zijn toegevoegd.Voorts moet Procter & Gamble verder onderzoek doen naar de reëleconsumptie en naar langetermijn effecten van consumptie vanolestra.

Procter heeft aangekondigd dat het olestra onder de merknaamOlean op de markt zal brengen in zijn Pringles aardappelchips. Ver-der zal het product verkrijgbaar zijn voor andere producenten vangefrituurde snacks, en inmiddels zijn chips van Frito-Lay met Oleanop de markt gekomen. Volgens de FDA toestemming mag olestraook worden gebruikt in andere frituur- en baktoepassingen zoalsanti-aanbak sprays, deegverbeteraars, enz. Inmiddels heeft Procterook in Groot-Brittannië en Canada aanvragen bij de autoriteiteningediend voor toepassing van olestra in snacks; beide aanvragenzijn nog in behandeling.

Naast olestra is door de voedingsmiddelenindustrie ook aan eengroot aantal andere synthetische lipiden gewerkt. Deze alternatie-ven zijn meestal gebaseerd op hetzelfde principe: verestering vannormale vetzuren aan andere meervoudige alcoholen. Informatiehierover is voornamelijk beschikbaar uit de octrooiliteratuur. Ac-tieve bedrijven zijn naast Procter & Gamble en Unilever o.a. Na-bisco, Pfizer, ARCO, Frito-Lay, CPC, Nestlé. In al deze gevallen isgeen toestemming aangevraagd bij de FDA, en er is ook geen in-formatie beschikbaar over de veiligheid van deze verbindingen invoeding.

6 Literatuur

– W. van Dokkum, Vetvervangers, de oplossing voor minder vet-verbruik?, in: Voedingsmiddelentechnologie 25, nr. 24, 1992,blz. 53-54.

– W. van Dokkum, Light alleen maakt niet licht, in: ChemischMagazine 1992, blz. 439-443.

– Consumentengids, Minder vet en toch lekker, 1995, blz. 152-155.



– Consumentengids, Lekker eten zonder vet, 1994, blz. 180-181.– A. Grootenhuis, Olestra verschijnt over vijf à 10 jaar op de Ne-

derlandse markt, in: Voedingsmiddelentechnologie, 29, nr. 5,1996, blz. 44-45.

– Voedingsraad-Commissie, Vervangende ingrediënten in voe-dingsmiddelen: Vetvervangers.

– Vetvervangers voorlopig van weinig betekenis, in: MVO-Ma-gazine nr. 15, 1996, blz. 3-4.



Documents

Vetvervangers in voedingsmiddelen - Chemische · PDF fileVetvervangers in voedingsmiddelen door dr. ir. W.A.M. Castenmiller Spreads Unit, Unilever Research Vlaardingen, Postbus 114,