KooKKunDe - Chemische Feitelijkheden

ChemischeFeitelijkhedeneditie 51 | nr 230 | november 2006De Context Koken met kennisDe Basis Eten om te levenDe Diepte Een kwestie van bindena u t e u r : D a n i e l l e J e u k e n skookkundeNNSONIllustratie: Thijs UngerKoken is chemie. Zo simpel is het, want op hetfornuis en in de pan vinden tal van chemischeprocessen plaats. Steeds meer koks verdiepen zichin het chemische gegoochel met moleculen en steeds meerchemici buigen zich over de geheimen van de kookkunst.Deze moleculaire gastronomie biedt niet alleen een nieuwekijk op oude gebruiken, maar leidt ook tot verrassenderecepten.Hoe bijzonder de gerechten uit de moderne keuken ookmogen zijn, uiteindelijk belandt de maaltijd in onze maagen darmen. En daar is niets nieuws onder de zon: voedselwordt er verteerd, waarbij voedingsstoffen worden afgebrokentot de moleculaire basisstoffen voor het leven.Terwijl steeds meer wetenschappers gefascineerd rakendoor moleculaire gastronomie blijven ook klassiekeOm van te smullenonderwerpen volop in de belangstelling. Zo zijnonderzoekers nog lang niet uitgekeken op eeuwenoudekooktechnieken als binden en geleren. Tot in detail willenze deze moleculaire processen leren kennen en begrijpen.Dat leidt tot culinaire hoogstandjes in het restaurant én toteffectievere processen in de industriële keuken.In deze Chemische Feitelijkheid• De Context: Op zoek naar de wetenschappelijke verklaringvan keukengeheimen.• De Basis: Wat moeten we allemaal eten en waarom? Hoeverwerkt onze spijsvertering al dat voedsel?• De Diepte: Welke chemie gaat er eigenlijk schuil achtermoleculen die gerechten verdikken en geleren? |

2 De Contextk o o k k u n d e Chemische Feitelijkheden | november 2006Mengen en roeren, kloppen en kneden, pruttelen en borrelen… Het zijn niet alleenbasistechnieken in de keuken, maar ook in het lab. Koken is chemie.Chemici ontrafelen kookprocessen en koks trekken wijze lessen uit de scheikunde.Kokenmet kennisBekijk keukengerechten eens dooreen chemische bril. Dan zijn hetcomplexe systemen van moleculairestructuren – verpakt in ingewikkeldedampen, vloeistoffen of kristallen. Tijdensde bereiding vinden allerlei processenplaats waarbij verschillende verbindingenbetrokken zijn, die allemaal weer eeneigen rol hebben. Een mooi voorbeeld isde soufflé. De gezamenlijke werking vantwee eiwitten leidt tot dit beroemde luchtigeeiergerecht. Het ene eiwit, ovoglobuline,maakt het eiwitmengsel luchtig tijdenshet opkloppen. In de oven zetten deluchtbellen vervolgens uit, waardoor desoufflé rijst. De structuur wordt gefixeerdals een ander eiwit, ovalbumine, stolt.Chemisch gezien een eitje, maar zonderhet fingerspitzengefühl van de kok is hetgerecht gedoemd te mislukken. De juistetemperatuur en de precieze tijdsduurzijn cruciaal. Eén verkeerde handelingen de soufflé stort als een kaartenhuis inelkaar.KeukengeleerdeWetenschappers hebben de gastronomielang links laten liggen. Pasde laatste jaren neemt de belangstellingtoe. Zo’n vijftien jaar geleden waagdeeen aantal Franse wetenschappers zichaan de chemie in de keuken en legdenSNTijdens de Maillard-reactie – ook wel bruinkleuringgenoemd – reageren suikers onder invloed vanwarmte met aminozuren. Hierbij ontstaan verbindingendie smaak, geur en kleur beïnvloeden.zij zich toe op de scheikundige achtergrondvan het koken. Zo verklaarde menwaarom koks liever rode dan witte wijngebruiken voor het marineren van vlees:polyfenolen in rode wijn reageren meteiwitten in het vlees, dat daardoor sappigblijft. En ze ontdekten nóg een effect vande marinade: zuren in de wijn – hiervoormaakt rood of wit niet uit – maken hetbindweefsel mals.Een inmiddels beroemde Franse keukengeleerdeis Hervé This. Deze fysischchemicus van het Collège de France inParijs probeerde bijvoorbeeld een wetenschappelijkeverklaring te vinden voorde wijdverbreide gewoonte een zilverenlepel in een geopende fles champagneONNte hangen om de sprankelende bubbelste behouden. De hypothese was dat elektrochemischeprocessen aan het zilveroppervlakde vorming van luchtbelletjesstimuleren. Die keukenwijsheid kan naarhet rijk der fabelen, zo toonde This aan.Want lepeltje of geen lepeltje: de bubbelsverdwijnen. Samen met vele collega’swerkte This gestaag door aan de ontrafelingvan de duizenden geheimen die dekeuken telt. Hiermee legde hij de basisvoor de hedendaagse keukenwetenschap,de moleculaire gastronomie.KookkundeNiet alleen in Frankrijk, maar ook inNederland vinden chemici en kokselkaar. Symposia als ‘Science is Cooking’zijn tegenwoordig overboekt. Tijdens dergelijkebijeenkomsten worden bijvoorbeeldde grenzen van emulsies verkend.Hoe kun je van twee niet mengbarestoffen, een waterige en een olieachtige,toch een mooie gladde saus maken? Deemulgator biedt uitkomst. Deze moleculairebemiddelaar verbindt water- enolieminnende moleculen tot een ideaalpaar: met behulp van de emulgator gaanbeide fasen naadloos in elkaar over. Hoebeter de fit, hoe stabieler de emulsie endes te kleiner de kans op ontmenging.Een typisch voorbeeld is het gebruik vankooktabelkoken blancheren pocheren stomen smoren stovengaren in ruimwater/bouillon(100 °C)kort dompelen inruim kokend watergaren in water/bouillon vanhoogstens 90 °Cgerecht in stoomhangen, eventueelmet verhoogde drukgaren in weinigwater en/of vet,lage temperatuur,dikke panals smoren, meervocht

Chemische Feitelijkheden | editie 51 | nummer 230Frituurvet kun je niet ongestraft hergebruiken, wantde hoge temperaturen in de frituurpan zorgen voorauto-oxidatie van de vetten. De oxidatieproductenkunnen schadelijk zijn en geven bovendien eenongewenste smaak. De natuur biedt echter hulp.Rozemarijn bijvoorbeeld is rijk aan anti-oxidanten,waaronder het cyclische diterpeen carnosol. Eenrozemarijntakje in het frituurvet blijkt te beschermentegen auto-oxidatie. De heerlijke smaak vanrozemarijn in de verse frites is bovendien mooimeegenomen. |eieren om met olie en azijn een zachte,stabiele mayonaise te maken. Eigeel bevatde natuurlijke emulgator lecithine. Deklassieke mayonaiserecepten schrijveneen verhouding voor van 87% olie, 9%eigeel en 4% azijn. Deze receptuur issystematisch onderzocht en experimentenhebben aangetoond dat je mayonaiseook kunt maken in de ongelooflijke verhouding96% : 1% : 3%. Dat wil zeggeneen stabiele mayonaise met maar ongeveeréén deel eigeel op honderd delenolie, zo leren deelnemers tijdens eenScience is Cooking-sessie.Een andere populaire ontmoetingsplaatsvan scheikunde en kookkunde is ‘Cookand Chemist’: een cursus over moleculairkoken, inclusief demonstratiesvan culinaire proeven. De chemicus JanGroenewold vormt hierbij samen met restaurantkokEke Mariën het docentenduo.Op hun cursusmenu staan onder meerzelfgemaakte frites. Hoe bak je ze hetmooist en welke aardappels zijn het best?Frituren is een tweestapsproces, zo luidtde les. Eerst worden de tot frites gesnedenaardappels gegaard bij 165 °C. In eentweede stap volgt bij 170 à 190 °C het bakprocesom de frites bruin en krokant temaken. Frites gesneden uit de ‘Victoria’-aardappel (half vast, half kruimig) geefthet mooiste resultaat. Vastkokende aardappelsvoorkomen een melige smaak vande frites, doordat ze relatief weinig zetmeelbevatten en veel vocht. Maar de zogehetenMaillard-reactie, die verantwoordelijk isvoor het gebruinde krokante oppervlak,verloopt gunstiger in frites van kruimigeaardappels omdat die rijk zijn aan zetmeel.Fifty fifty blijkt het beste compromis.Nieuwe keukenwettenMet chemische kennis kook je slimmer.In de wereld van de grote chefkoksworden moleculaire technieken danook steeds meer beschouwd als de sleuteltot nieuwe gerechten. De klant rijdt heusniet meer om voor een sublieme maartraditionele ganzenleverpaté. Exclusiefwordt het pas als de ganzenlever wordtbereid in vloeibare stikstof van -196 °Cen ijskoud dampend wordt opgediend.Volgens ervaringsdeskundigen geeft dateen sensationele smaakbeleving: na deplotselinge temperatuurstijging in demond vindt een ware explosie van geurensmaakstoffen plaats.Dit soort exotische bereidingstechniekenis echter voorbehouden aan de professionelerestaurantkeuken. Desondanks kunnenkookliefhebbers ook thuis profiterenvan nieuwe inzichten in de kookkunde.Bijvoorbeeld door gerechten te laten garenbij lage temperaturen. Normaal bakkenwe vlees bij temperaturen ver boven de100 °C. Gestolde vleeseiwitten hebben bijdeze temperaturen de neiging tot samentrekken,waarbij ze vocht uit het netwerkdrukken. Vlees wordt daardoor droog entaai. Garen bij lagere temperatuur is eengoed alternatief. Immers, eiwitten hoef jeniet tot boven de 100 °C te verhitten omze te laten stollen. Bak wel eerst het vleeskort aan voor een bruine korst en sterielebuitenkant. Maak het verder mals en gaarbij 60 °C, bijvoorbeeld in de oven. |De ContextTIPS VOOR THUIS• Laat biefstuk voor het bakken op kamertemperatuurkomen. Want doe je dat niet, dan moetje het vlees langer verhitten om ook de kernde gewenste temperatuur te geven. Daardoorwordt echter een groter gedeelte binnenin debiefstuk grijs en taai.• Asperges worden meestal in water gekookt.Probeer ze eens te garen door ze gedurende20 minuten in olie van 90 °C te smoren. Doordit ‘konfijten’ zijn de asperges krachtiger vansmaak, omdat de typische aspergesmaakstoffenin olie behouden blijven, terwijl ze bij kokenoplossen in het kookvocht.• Bloemkoollucht kun je verminderen door eenscheutje olie toe te voegen aan het kookwater.De karakteristieke geurstoffen lossen namelijkop in olie.• In minestronesoep horen aardappels, maar alsje de soep doorkookt verkruimelen ze. Dit voorkomje door de aardappels bij 60 à 70 °C voorte garen. Bij deze temperatuur wordt pectine inde aardappel veresterd met behulp van methylesterase.Veresterd pectine werkt als een soortcement dat de aardappelcellen stevig bijeenhoudt.• Een perfect zachtgekookt ei krijg je door het te‘koken’ bij 65 °C. Een eierwekker is dan niet eensnodig: eigeel stolt pas bij 68 ºC, terwijl eiwit albij 63 ºC stolt. Wil je het eitje niet consumeren,maar wél scoren met een bijzondere garnering?Kook het dan in azijnzuur. Gestolde eiwittenblijven in zuur milieu namelijk transparant. Deeierschaal lost uiteindelijk op in zuur, met alsresultaat parels als eieren zo groot. |3k o o k k u n d econfijten bakken (pan) roerbakken frituren bakken (oven) grillen magnetronals smoren, meervet, lage temperatuur(70 °C)bakken in laagje vetof olie (tot 250 °C)omscheppendgaren in weinig heteoliebereiden in ruimvloeibaar vet van140 tot 190 °Cgelijkmatig garenmet hete lucht inoven (tot 250 °C)garen door stralingvan roodgloeiendgrill-elementverwarmen doormicrogolven diewatermoleculen inbeweging brengen

4De Basisk o o k k u n d e Chemische Feitelijkheden | november 2006Ons lichaam draait op vetten, koolhydraten en eiwitten uit de voeding.Tijdens de spijsvertering wordt alles wat we eten via ingenieuze processenomgezet in moleculaire basisstoffen. Wat overblijft is afval.levenEten om teIn de 17 e eeuw waren schepen van deVOC soms wel een jaar of langer onderweg.Schippers wisten niet precies waarze land zouden zien en scheepten daaromvoor lange tijd eten in. Aardappelsof scheepsbeschuit voor koolhydraten,gedroogd vlees voor eiwitten en boter invaatjes voor het vet. Vaak brak gedurendede reis de dodelijke ziekte scheurbuik uitdoor een vitaminetekort bij de bemanning.Pas toen ze genoeg groenten enfruit gingen eten, verminderde het risicoop deze gebreksziekte.Inmiddels zijn er zo’n vijftig voedingsstoffenbekend die ons lichaam nodigheeft om de groei, ontwikkeling, energievoorzieningen allerlei regelsystemen ingoede banen te leiden. Met een gevarieerddieet van groente, fruit, vlees, zuivel engraanproducten krijgen we van alle stoffenvoldoende binnen. Van de meeste hebbenwe niet méér nodig dan enkele milli- ofmicrogrammen per dag. Dat geldt echterniet voor de drie hoofdcomponenten vanonze voeding: koolhydraten, eiwitten envetten. Van deze macrovoedingsstoffenheeft het lichaam dagelijks vele grammennodig om aan de benodigde kilocalorieënBroccoli staat bekend als een gezonde groente.Dat is vooral te danken aan het hogegehalte van het glucosilaat sulforafaan, eenverbinding die indirect als anti-oxidant werkt.Glucosilaten stimuleren anti-oxidatieve enzymenen remmen mogelijk bepaalde soorten kankercellen.Probleem is dat tijdens het koken een deelvan het sulforafaan in het kookvocht verdwijnt.Eigenlijk zouden we broccoli rauw moeten eten,maar daar leent deze groentesoort zich niet voor.Het is niet lekker en bevat teveel onverteerbarebestanddelen. Kiemgroenten als taugé lenen zichweer wél om rauw te eten. Onderzoekers van deAmerikaanse John Hopkins universiteit kwamenalternatieve broccoli(2000 voor vrouwen en 2500 voor mannen)te komen.EnergieleveranciersEiwitten leveren de aminozuren dienodig zijn voor de opbouw en hetherstel van weefsels, bijvoorbeeld spieren,organen en botten. Als er méér eiwit binnenkomtdan nodig is, wordt het teveeluiteindelijk omgezet in energie. Eiwittenzitten in plantaardige voeding zoalsbrood, granen en peulvruchten, maarvooral in dierlijke producten als vlees, visen zuivel. In het algemeen zijn dierlijkeeiwitten biologisch gezien waardevollersulforafaanOH 3 C S N Cmet de oplossing toen zij in 2000 een vijftalbrocolli-soorten ontdekten met honderd maalmeer sulforafaan in de kiemen dan gewone broccoli.Broccocress is het commerciële resultaat vandeze ontdekking. Deze kiemgroente is kant enklaar te koop in een doosje in de supermarkt. |Sbroccocressdan plantaardige, want ze bevatten meer‘essentiële’ aminozuren die ons lichaamzélf niet kan aanmaken.Koolhydraten, een verzamelnaam voorsuikers en zetmeel, vormen samen metvetten de belangrijkste energieleveranciers.Tot de koolhydraten behoren nietalleen eenvoudige kleine suikermoleculenzoals lactose (melksuiker), fructose(vruchtensuiker) en sacharose (tafelsuiker),maar ook lange en grote polysacharidenzoals het zetmeel in aardappels,pasta, brood of rijst. Veel voedingsmiddelenbevatten mengsels van grote enkleine koolhydraten, waaruit ons lichaamglucose maakt dat dient als brandstof.Koolhydraten zorgen voor de directeenergievoorziening, terwijl vetten hoofdzakelijkworden opgeslagen. Die voorraadwordt aangesproken als het lichaam extraenergie nodig heeft. Vetten zijn de efficiëntsteenergiebron: ze leveren per gramruim twee maal zoveel calorieën (9 kcalof 38 kJ) dan koolhydraten en eiwitten,die beide 4 kcal (17 kJ) per gram bevatten.Vetten zijn te verdelen in verzadigden onverzadigd. De verzadigde variantenzijn bij kamertemperatuur vast en bevattenhoge gehaltes verzadigde vetzuren(met alleen enkelvoudige C-C bindingen).Ze vergroten de kans op hart- en vaatproblemendoordat ze de hoeveelheid‘slecht’ cholesterol in het bloed verhogen.Onverzadigde vetten – beter bekend onderde naam olie – zijn bij kamertemperatuurvloeibaar en bevatten hoge gehaltes onverzadigdevetzuren (met veel dubbele C=Cbindingen) en minder dan 30 procentverzadigde vetzuren. Visolie bevat meervoudigonverzadigde vetzuren (zogehetenomega-vetzuren) die een positief effect opde gezondheid lijken te hebben.Van bord tot potDe moleculaire vorm waarin eiwitten,koolhydraten en vetten in voedselzitten is ongeschikt om processen in ons

Chemische Feitelijkheden | editie 51 | nummer 230De Basis5k o o k k u n d eChemie van de spijsverteringkoolhydrateneiwittenα-amylasevettenvezelsMuesliPASTAPASTAHO HOOHα-amylase, amylasemaltase, sacharase,lactaseOOHOHglucoseEerst afbraak tot korte ketenszoals maltose en sacharose,die vervolgens worden afgebrokentot enkelvoudigesuikers. Deze worden via dedunne darmwand opgenomenin het bloed.pepsine,trypsineOH 2 N CC OHR HaminozuurEerst afbraak tot kortereaminoketens van 15 tot 20aminozuren (peptiden) entenslotte tot enkelvoudigeaminozuren. Speciale cellenin de darmwand nemenaminozuren op in het bloed.galmaltase, sacharase,lactase, trypsinedarmbacteriënpepsinemaagzuuramylaselipaseH2CglycerolCH CH2OH OH OHgal,lipaseHONa menging met galzoutenemulgeren vetten in de waterigespijsverteringssappen en wordengesplitst in glycerol en vetzuren.Deze gaan via de darmwand naarhet lymfestelsel. Glycerol wordtin de lever onder andere verwerkttot glucose. De meeste vetzurenworden bij verdere verbrandingafgebroken in stapjes van tweekoolstofatomen.vetzurenHOOHOOOdarmfloraSommige bestanddelen invoedsel worden niet afgebroken.In de dikke darm wordendeze voedingsvezelsafgebroken door vergisting.Hierbij kunnen gassenontstaan als CO 2 , H 2 en CH 4met de welbekende hinderlijkegevolgen.lichaam te voeden. Ze moeten eerst afgebrokenworden tot basisstoffen: aminozuren,glucose en vetzuren. Dit gebeurt inhet spijsverteringssysteem dat een totalelengte heeft van acht tot negen meter –een afstand waar een maaltijd gemiddeld24 tot 30 uur over doet. Speciale enzymenmaken stap voor stap korte metten methet voedsel.De spijsvertering begint al in de mondmet het fijnmalen van voedsel en hetvermengen met speeksel. Onder invloedvan het enzym alfa-amylase start hier deafbraak van koolhydraten. Via de slokdarmbeweegt de brij naar de maag, waarde voedselmassa verder wordt gekneeden wordt vermengd met zure maagsappendie bacteriën onschadelijk makenen met pepsine dat eiwitten gedeeltelijkafbreekt. Tijdens het verblijf in demaag ontstaat een dikke brij, de zogehetenchijm, die na ongeveer vier uur inde twaalfvingerige darm terecht komt.Daar wordt de zure chijm geneutraliseerden vermengd met gal, dat vetten emulgeertwaardoor ze toegankelijk wordenvoor vetafbrekende enzymen, de lipases.Spijsverteringsenzymen uit de alvleesklierhelpen bij de verdere afbraak vanvoedingscomponenten tot aminozuren,glucose en vetzuren. In de dunne darmworden deze basisstoffen opgenomen inhet bloed, waarna ze overal in het lichaambeschikbaar komen voor stofwisselingsprocessen.Aan het einde van de dunne darm resteertuiteindelijk een waterige restmassamet onverteerbare voedingsvezels (waaronderlignine en andere polysachariden)die verder gaat naar de dikke darm. Daarzorgen darmbacteriën via fermentatievoor verdere afbraak en wordt het wateropgenomen in het lichaam. De ingedikterestmassa wordt via de endeldarm afgevoerdop het toilet.SmaakbelevingEten om te leven is één kant van hetverhaal. Eten is immers ook genieten.Cruciaal daarbij is onze smaakbeleving,die een geraffineerd samenspel is van demond, tong en neus. Zij zorgen ervoordat we de vier basissmaken (zoet, zuur,bitter en zout) herkennen en proeven.Volgens recente inzichten van keukenwetenschappersbestaat er ook nog een vijfdeAgricultural Research Service, Dept of Agriculture, USAIn onze darmen zitten zo’n 400 soorten bacteriën,in totaal zo’n honderdduizend miljard(10 14 ) stuks. Lactobacillen aan het eind van dedunne darm en bifidobacteriën in de dikke darmbehoren tot de belangrijkste nuttige soorten. Eengezonde darmflora is nodig voor de verwerkingvan onverteerbare voedingsvezels en ook voor hetdarmflorasmaak: umami, die wordt omschreven alskrachtig en zoutachtig. Speciale receptorenin de mond nemen de smaak waaren die blijken geactiveerd te worden doorglutamaat. EenNH 2voorbeeld is natriumglutamaat,hetNa + OhoofdbestanddeelOOnatriumglutamaatvan de smaakversterkerVe-Tsin die oorspronkelijk uitzeewier werd gewonnen. Ook tomaten enparmezaanse kaas zijn van nature rijk aanglutamaat. Dat verklaart de smaakrijkdomvan een simpel gerecht als spaghettiBolognese. |uitschakelen van schadelijke bacteriëndie de maagzuurbarrière hebbenoverleefd. De voedingsvezels– voornamelijk koolhydraten – wordendoor de darmbacteriën vergist.Hierbij ontstaan afbraakproductendie als brandstof dienen voor dedikke darmcellen en komen zurenvrij die de groei van schadelijkebacteriën remmen. Onze natuurlijkeafweer is voor een groot deelgebaseerd op een gezonde darmflora.Samen met maagzuur en huidis het een eerste barrière die ziekteverwekkendemicro-organismen moeten overwinnen. Zolang degoede bacteriën in de meerderheid zijn, krijgen deschadelijke minder kans om zich te ontwikkelenen het lichaam binnen te dringen. Een gezondedarmflora ondersteunt ook het immuunsysteembij het herkennen van ziekteverwekkers. |OH

6De dieptek o o k k u n d e Chemische Feitelijkheden | november 2006Bindmiddelen kunnen sauzen verdikken, vruchten geleren of schuimen stabiliseren.Een mooie techniek, die de kunde van een keukenmeester vereist. Wetenschappersbuigen zich over de moleculaire basis van de culinaire binding.bindenEen Een kwestie kwestie van vanRestaurant van de toekomstEten en perceptie zijn twee zaken die veelmet elkaar te maken hebben. In Wageningengaat men beide vanaf 2007 onderzoeken in het‘Restaurant van de Toekomst’, een unieke gelegenheidom mensen live tijdens het eten tebestuderen. ‘Gewone’ klanten zullen iedere dagin het restaurant komen lunchen. Hun gedragwordt gevolgd met camera’s. Geen vragenlijstenwaarmee een proefpersoon zichzelf fraaier kanvoordoen, maar gewoon observeren wat mensendagelijks doen bij hun maaltijd. Hoe lang duurthet voordat ze een keuze maken? Eten ze iederedag hetzelfde? Wat gebeurt er als iets nieuwste koop is? Eten ze op wat ze opscheppen?Voor dit unieke restaurant werkt het Centrumvoor Innovatieve Consumentenstudies van deWageningen Universiteit samen met een aantalbedrijven. De basis-onderzoeksgroep bestaatuit WUR-medewerkers, maar regelmatig zullenspeciale doelgroepen het restaurant bezoeken.BIG BROTHER AAN TAFELBinden en geleren zijn bekendekooktechnieken uit de klassiekekeuken. Elke kok gebruikt ze omgerechten de gewenste vloeibaarheid, stevigheiden structuur te geven, en daarmeeeen goed ‘mondgevoel’. Een gebondensubstantie – een gel – houdt het middentussen vloeibaar en vast. Afhankelijk vande moleculaire structuur en concentratievan het bindmiddel varieert de gel vanvervormbaar en elastisch tot vast en stevig.Hoe hoger de viscositeit, hoe vasterde gel. Bekende gelvormers en bindmiddelenuit de keuken zijn bloem, zetmeel,pectine en gelatine. Onderzoekers proberende onderliggende bindingsmechanismenop moleculair niveau te ontrafelenen de eigenschappen te verbeteren. Nietalleen voor hobbyisten en professionelekoks, maar vooral ook voor toepassing inde industriële keuken.Moleculair bekeken zijn gels netwerkenvan grote moleculen. In zo’n netwerkstructuurneemt de beweeglijkheidvan moleculen af, waardoor een vasteresubstantie ontstaat. Om een netwerk teOuderen bijvoorbeeld. Vroeg of laat zijn zij vaakafhankelijk van eten uit een instellingskeukenen het is bekend dat ondervoeding in verzorgingshuizenveel voorkomt. In het restaurantvan de toekomst kan worden uitgezocht watde optimale omstandigheden zijn voor ouderenom goed en met smaak te blijven eten. Er kanbijvoorbeeld een huiselijke situatie nagebootstworden, of juist een chique restaurant-achtigeomgeving. Eten kan in grote porties gepresenteerdworden, of juist in kleine. Zelfs de effectenvan muziek en andere sfeermakers worden inWageningen wetenschappelijk onderzocht. |vormen moeten de grote ketenmoleculenzó dicht bij elkaar in de buurt komen datze inter- en intramoleculaire interactieskunnen aangaan. Dit proces kan wordenbevorderd via de temperatuur en zuurgraad,of met hulpstoffen die het oplosmiddel(lees: water) wegnemen.KlassiekerHét klassieke geleermiddel voorvruchtenjam en gelei is pectine,dat ook wordt gebruikt als stabilisator inyoghurtdrank. Pectine is een polysacharidedat van nature voorkomt in vruchten– vooral in appels, pruimen, peren, aalbessenen citrusfruit. Daaruit kan het opindustriële schaal gewonnen worden viazure extractie. In de keuken wordt pectinevaak gebruikt in de vorm van geleisuiker.Pectine is een koolhydraat met eengalacturonzuurketen waarvan de zuurgroepenvoor een deel zijn veresterd totmethylesters. Het aantal veresterde zuurgroepenverschilt per vruchtensoort. Demate van verestering blijkt van invloedop de gelerende, verdikkende of stabiliserendewerking. Op basis hiervan wordenpectines ingedeeld in high methoxy (HM)en low methoxy (LM), die volgens een verschillendmechanisme geleren. De HMvariantvormt een gel in zuur milieu endoor toevoeging van suiker. De LM-vormgeleert daarentegen in een calciumrijkeomgeving.Behalve het aantal veresterde groepenblijkt ook de verdeling van de esters over deketen van invloed te zijn op het geleringsproces.Onderzoekers van de WageningenUniversiteit ontdekten bijvoorbeeld datmet calciumionen ook HM-pectine kangeleren. Voorwaarde is dat de veresterdeen niet-veresterde gebieden geclusterd

Chemische Feitelijkheden | editie 51 | nummer 230pectineH 3 COOHOOOH 3 COOH OHOOzijn, zodat grote delen van de pectineketenzich gedragen als LM-pectine. Doorde veresteringsgraad en verdeling te bepalen,blijkt het mogelijk de functionaliteitvan het pectine te voorspellen.Zonder hulpstofHoewel de meeste geleer- en bindmiddelenkoolhydraten zijn, bestaan erook gelerende eiwitten. Het bekendstevoorbeeld is ongetwijfeld gelatine, dat alsinds mensenheugenis wordt gebruiktbij het bereiden van eten. Egyptenaren,Grieken en Romeinen maakten al vruchtenen forel in gelei. Het is het enigemiddel dat geleert, bindt én stabiliseertzonder extra toevoegingen zoals suiker ofcalcium, die bij pectine noodzakelijk zijn.Gelatine bestaat uit gedeeltelijk gehydrolyseerdcollageen, een eiwit dat voorkomtin dierlijk bindweefsel en dat bestaat uitachttien verschillende aminozuren diein de vorm van een driedubbele spiraalzijn geordend. Gelatine wordt gewonnendoor huiden en beenderen van varkensen koeien langdurig te laten trekken inheet water. Net als bij een bouillon lossende oplosbare bestanddelen dan op.Vervolgens wordt die oplossing ingedikten gedroogd.Bekend uit de keuken zijn de gelatineblaadjes.Deze worden eerst geweekt inkoud water, waarbij ze water opnemenen zwellen. Door ze vervolgens te verwarmenvalt de driedimensionale helixstructuurvan de gelatine uiteen en lossen deblaadjes op. Bij afkoeling ontstaat eenOchemie van gelvormingOHHOOHOOOH 3 COOH OHOOOHHOOEen galacturonzuurketen met deels veresterde zuurgroepen.O OH +O ODoor interactie komen de pectineketens dicht bijelkaar (groene delen) en vormen een netwerk.-O OCa 2+O O---OHOOOHOOH Ogel zodra de aminozuurketens weer hundriedimensionale structuur aannemen.Hierbij worden watermoleculen in dehelix ingesloten. Bijzonder is dat de gelvormingomkeerbaar is: de gel ontstaatbij een temperatuur onder de 35° C, maarsmelt weer bij hogere temperaturen. Datgebeurt dus ook in de mond, zoals jemerkt bij het eten van desserts en snoepmet gelatine.Wetenschappers proberen de zogehetenfibrillaire gelvorming in gelatine tebeschrijven met behulp van een theoretischmodel. Hiermee is het mogelijkde elasticiteit en sterkte te voorspellen.Mogelijk helpt het model ook bij de speurtochtnaar een alternatief voor gelatine,dat sommige mensen mijden vanwege dedierlijke oorsprong.Gel als velEen andere manier om voedsel een gelachtigetextuur te geven is het gebruikvan bolvormige ofwel globulaire eiwitten.Hierbij ontstaan ‘hittegels’ waarin de gelvorminggebaseerd is op denaturatie vande eiwitten bij hoge temperaturen. Voorde netwerkvorming is een relatief hogeconcentratie eiwit nodig (circa 10 procent),want de afstand tussen de ontvouweneiwitmoleculen moet zó klein zijn datde ketens interacties met elkaar kunnenaangaan. Een bekend voorbeeld van eenhittegel is het velletje op gekookte melk.Dit ontstaat doordat de melkeiwitten alfalactalbumineen bèta-lactoglobuline bijongeveer 70 °C hun globulaire structuurHOOOOHDe mate van verestering kan sterk verschillenen op grond daarvan worden pectinesingedeeld in high methoxy (HM) en lowmethoxy (LM). Beide varianten geleren volgenseen verschillend mechanisme. HMpectinevormt in zuur milieu een gel metsuikers, die het water tussen de ketensbinden waardoor ze elkaar dichter naderen.In zuur milieu gebeurt dit nog effectieverdankzij de aanwezigheid van geprotoneerdezuurgroepen. Calcium is vooral effectiefom netwerkvorming van LM-pectines tebevorderen: calciumionen binden aan devrije carboxylgroepen, waardoor de ketensdichter bij elkaar komen.ODe diepteniet vloeibaar, niet vast7k o o k k u n d eVisco-elastisch gedragHet ‘drillen’ van een gelatinepudding is hetgevolg van elastisch gedrag van de gel. Demassa reageert onmiddellijk als er een kracht wordtuitgeoefend, maar de pudding behoudt zijn vorm.Sommige gels vertonen een zogeheten visco-elastischgedrag. Dat is een combinatie van elastischen viskeus gedrag, die optreedt bij alle polymerenboven de glastransitietemperatuur en onder desmelttemperatuur. Onder de glastransitietemperatuuris een polymeer hard (glasachtig) en in goedebenadering elastisch. Boven de smelttemperatuuris het zuiver viskeus. De combinatie van elastisch enviskeus treedt op in polymere netwerken met zowelkristallijne als amorfe gebieden. Kenmerkend voorelastisch gedrag is ogenblikkelijke respons zodraeen kracht wordt uitgeoefend en volledige terugkeernaar de begintoestand als de kracht wordt weggenomen.Bij viskeus gedrag daarentegen volgt eenvertraagde, tijdsafhankelijke respons en een permanentevervorming. Visco-elastisch materiaal heeftvan beide een beetje: het reageert elastisch op zeersnelle veranderingen, maar bij aanhoudende spanningvervormt het permanent en tijdsafhankelijk.Het klassieke voorbeeld is de silly-putty. |Gelatinepudding vertoont elastisch gedrag.verliezen. Aan het oppervlak van de melkis de concentratie van deze uitgeroldeeiwitten hoog genoeg om een netwerk tevormen met een vel als resultaat .Onderzoekers van de WageningenUniversiteit hebben ontdekt dat met lageconcentraties bèta-lactoglobuline een‘koudegel’ kan worden gemaakt. In eenverdunde oplossing denatureert het globulaireeiwit en na toevoeging van ionen(bijvoorbeeld calcium) ontstaat vervolgenseen fibrillaire gel. De vorming van dezefibrillen blijkt afhankelijk van de zuurgraaden ionsterkte van de oplossing.Door de pH bijvoorbeeld te verlagen ontstaanstabiele langere fibrillen. Het exactemoleculaire mechanisme achter deze gelvormingmoet nog worden onderzocht. |

8 Aanvullende informatiek o o k k u n d e Chemische Feitelijkheden | november 2006Meer wetenAanbevolen literatuur- Over eten en koken, Harold McGee, Bert Bakker, 1992- Chemistry in the marketplace, Ben Selinger, Harcourt BraceJovanovich Publishers, 1991- Elasticity due to semiflexible protein assemblies near thecritical gel concentration and beyond, E. van der Linden enA. Parker, Langmuir 21 (2005), 9792-9794.- The gap between food gel structure, texture and perception,Renard et al., Food Hydrocolloids 20 (2006), 423-431.Aanbevolen websites- www.food-info.net/voedselnet.htm: informatieve site overvoedingsmiddelen.- www.nielsvdberg.nl: over koken en chemie door een kok vanrestaurant Gieserwildeman- www.cookandchemist.com: kok Mariën en chemicusGroenewold bundelen hun krachten.- www.brocco.nl: site over kiemgroenten van het bedrijfKoppert Cress b.v.- www.fph.wur.nl/NL/Science+is+cooking+in+Wageningen/:een wetenschappelijk benadering van moleculaire gastronomie- www.kokenchemie.nl: een verzameling van culinaire wetenswaardigheden- www.voedingscentrum.nl: over voeding en receptenVoor op school1. Beschrijf de chemische veranderingen van een biefstuk bijmaximaal vijf minuten bakken, frituren, marineren, pocherenen verhitten in een magnetron.2. Een zilveren lepel in champagne zorgt niet voor het behoudvan koolstofdioxide-bubbels. Wat is het chemische effectvan een zilveren lepel in (oude) mosselen?3. Naast een emulgator (ei) in mayonaise is ook zuur nodig.Het zuur protoneert diverse delen van de olie en het lecithine.Geef aan waar de protonering plaatsvindt, en hoe dezeScheikunde in de keuken, kookkunde in het laboratorium.protonering de werking als emulgator versterkt.4. De Maillardreactie, verantwoordelijk voor de bruine kleurin cake, vlees, gebakken aardappelen, enzovoort, treedt optussen glucose en een aminegroep uit een eiwit of aminozuur.Geef aan hoe je met de teststrip voor bepaling van‘suiker in urine’ kunt bepalen welke aardappelen geschiktzijn om krokante en goudgeel gekleurde frites te bakken.5. Zoek op het web welke verbindingen in ‘bloemkoollucht’zitten en geef aan waardoor die gemakkelijk in olie oplossen.6. De fritesbakker geeft de voorkeur aan bakvet boven frituurolie.Geef een chemische verklaring voor die voorkeur.7. Leg uit dat suikervrije kauwgom je gebit minder aantastdan snoep.8. Waarop berust de indirecte werking van sulforafaan?(Engels sulphoraphane)9. Geef aan waardoor sommige eiwitketens reversibel denaturerenen andere irreversibel.10. Superslurpers (vochtminnende luiers) zijn ook gemaaktvan pectines. Welke rol speelt verestering bij het bindenvan water in deze luiers.C o l o f o nk o o k k u n d eChemische Feitelijkheden: actueleencyclopedie over moleculen,mensen, materialen en milieu.Losbladige uitgave van de KNCV,verschijnt drie maal per jaar met intotaal tien onderwerpen.Redactie:Alexander Duyndam (C2W)Marian van Opstal (Bèta Communicaties)Arthur van Zuylen (Bèta Communicaties)Gerard Stout (NoordelijkeHogeschool Leeuwarden)Basisontwerp: Menno LandstraRedactie en realisatie:Bèta Communicatiestel. 070-306 07 26betacom@planet.nlUitgever:Roeland DobbelaerBèta PublishersPostbus 249, 2260 AE Leidschendamtel. 070-444 06 00fax 070-337 87 99info@betapublishers.nlAbonnementen opgeven:AbonnementenlandDe Trompet 1739, 1967 DB Heemskerktel. 0251-31 39 39fax 0251-31 04 05aboservice@aboland.nlAbonnementen kunnen elk momentingaan. Abonnementen wordenautomatisch verlengd tenzij vóór1 november van het lopende jaar eenschriftelijke opzegging is ontvangen.Abonnementen:• papieren editie en toegang totdigitaal archief op internet:eerste jaar(inclusief verzamelmap): € 90,-KNCV- en KVCV-leden: € 80,-tweede jaar en verder: € 56,-KNCV- en KVCV-leden: € 46,-• alleen toegang tot digitaal archiefop internet:eerste jaar: € 70,-KNCV- en KVCV-leden: € 60,-tweede jaar en verder: € 45,-KNCV- en KVCV-leden: € 40,-editie 51nummer 230november 2006Met dank aan:• Dr. Jan Groenewold, U. Utrechte-mail: chemist@cookandchemist.com• Prof.dr. Erik van der Linden, WURe-mail: Erik.vanderlinden@wur.nl• Dr. Henk Schols , WURe-mail: Henk.Schols@wur.nl• Prof.dr. Fons Voragen, WURe-mail: Fons.Voragen@wur.nl