Koolhydraten in voedingsmiddelen

Veel voedingsmiddelen bevatten koolhydraten. Ze komen in twee vormen voor, namelijk in de vorm van zetmeel en suiker. In dit artikel worden de eigenschappen en de functies van koolhydraten beschreven.

Wat zijn koolhydraten?

Koolhydraten zijn moleculen die hun eigenschappen te danken hebben aan hun typische ringstructuren, voornamelijk 5 en 6 ringen, al dan niet met zuurstof in de ring. Deze ringen kunnen op veel manieren aan elkaar gekoppeld zijn. Al deze mogelijkheden vormen suikers en koolhydraten.

Er worden verschillende benamingen gebruikt voor suikers en koolhydraten:

• monosachariden, zoals fructose en glucose. Deze moleculen bevatten één ring.
• disachariden, zoals sucrose, lactose, maltose en sacharose. Twee ringen zijn aan elkaar gekoppeld.
• oligosachariden, dit zijn vezelstoffen. Langere ketens.
• polysachariden, zetmeelderivaten. Dit zijn zeer lange moleculen, polymeren dus.

Eigenschappen van koolhydraten

De enorme verscheidenheid aan moleculen maakt dat de eigenschappen enorm van elkaar kunnen verschillen. Globale overeenkomsten zijn er ook. Eén van die eigenschappen zijn optische verschillen. Optische isomerie betekent dat de koolhydraten elkaars spiegelbeeld kunnen zijn. Rechtsdraaiend kan men goed afbreken, bijvoorbeeld melkzuur tijdens sporten. Linksdraaiend melkzuur kan men niet afbreken. Een andere typische eigenschap is dat veel suikers kunnen reduceren. Reducerende suikers hebben een gesloten ring die open kan klappen, waardoor een aldehyde ontstaat. Hierbij reageert de aldehyde-groep tot een OH-groep. Dit is een redoxreactie. De structuur van het gereduceerde suiker ziet er dan als volgt uit: C-O-C-OH.

Hoe komt de oplosbaarheid van koolhydraten tot stand?

De grootste invloed op de oplosbaarheid in water is het vermogen tot het vormen van waterstofbruggen. Lineaire ongeladen moleculen zijn sterk met elkaar verbonden door H-bruggen. Om deze te verbreken is veel energie nodig. Als een koolhydraat meer vertakt is zwelt het makkelijker op in water. Aanwezigheid van vertakkingen of ladingen in de keten beperkt de hoeveelheid interne H-bruggen tussen de ketens en doet de hydratatie dus toenemen.

Om een amylogram van zetmeel te verklaren kan gekeken worden naar de oplosbaarheid van zetmeelderivaten?

Amylogrammen zijn grafieken die worden gebruikt om eigenschappen van zetmeelderivaten aan te tonen. Aangetoond wordt in welke mate de viscositeit verandert bij een temperatuursverandering.

• Verhouding amylose/amylopectine
• Amyloseketens oplossen vraagt veel energie is een hogere verstijfselingstemperatuur.
• Lengte van amyloseketens; lange ketens is een hoge piek-viscositeit.
• Sporen eiwit is een betere samenhang
• Hogere T verstijfsel, lagere piek-viscosieit.
• Korrelgrootte heeft een sterke zwelling, hogere piek-viscositeit
• Soort amylopectine
• Mate van uiteenvallen
• Gehalte aan vrij amylose is bepalend voor de retrogradatie

Vijf fases:

1. Zetmeel komt in contact met water: water wordt opgezogen door zetmeelkorrels
2. Het verstijfselen bij een bepaalde temperatuur: piek-viscositeit
3. Viscositeit neemt af doordat gezwollen korrels kapot barsten (shearthinning): amylose ketens in oplossing, wordt dunner
4. Door afkoelen ontstaan er klonten, dus viscositeitsverhoging, de retrogradatie genaamd. (retrogradatie is amyloseketens haken in elkaar)
5. Verdere daling van viscositeit door roeren en temperatuurafname.

Wat is natief zetmeel?

Dit is zetmeel zoals het in de plant voorkomt en dus nog onveranderd is. Tegenovergesteld daarvan is gemodificeerd zetmeel. Dat is een mix van amylose/amylopectine in bepaalde verhoudingen per soort zetmeel. Natief zetmeel is de vorm die van nature voorkomt als reservevoedsel in planten.

Amylopectine is sterk vertakt, dus lost makkelijker op dan amylose. In een oplossing heeft het een betere stabiliteit dan amylose, omdat er minder onderlinge H-bruggen gevormd kunnen worden. Waxy-zetmelen: zetmeel bestaat voor meer dan 95% uit amylopectine.

Veresterd pectine

Hoe kan LMP (laag veresterd pectine) veresteren?

Door middel van Ca-gel toe te voegen kan een LMP veresteren. Aanwezig: COOH-groepen waterstofbruggen, dit betekent een goede gelvorming, maar wil je de zuurgroepen bezet hebben met H+ dat moet de pH < 3, er zal dan hydrolyse optreden van pectine. Door Ca2+ ionen als complexeer middel toe te voegen zal dit probleem verholpen worden (met de handjes van Ca houdt het H bij elkaar). Ca2+ slaat bruggen tussen COO—groepen, pH kan vaak niet < zijn dan 3. Een netwerk vormen = crosslinking.

Hoe kan HMP veresteren?

Door middel van suiker/zuur-gel toe te voegen kan een HMP veresteren. Aanwezig in een zuur milieu: COOH-groepen. Nodig om H-bruggen te vormen: suiker als ontwateringsmiddel, op deze plekken ontstaan ‘interne bruggen’ probleem: synerese – vochtuittreding (uitzweten) door te sterke samentrekking. Dehydratiemiddel toevoegen, bijvoorbeeld glucose of sacharose. De moleculen kunnen dan op de plaatsen waar geen water zit H-bruggen vormen. Dat kan alleen als de pH zo laag is dat de afstoting van de Coo—groepen te verwaarlozen is.

Voor welke functies worden gommen gebruikt in voedingsmiddelen?

• Emulsie-stabilisatie
• Viscositeit-verhoging
• Waterbinding
• Geleren
• Encapsuleren
• Suspenderen
• Schuim-stabilisatie
• Vet-vervanging

Wat is hydrolyse bij koolhydraten? En hoe kan deze in gang gezet worden?

Reducerende suikers kunnen vrijgemaakt worden door hydrolyse van poly-sachariden. Hydrolyse wordt bevorderd door hoge pH, hoge temperatuur en aanwezigheid van enzymen.

Suikers lossen goed op in water, omdat ze OH-groepen hebben die makkelijk H-bruggen kunnen vormen.

• Gewenste maillard-reacties: brood, chips, frites, mout
• Ongewenste maillard-reacties: gedroogde vruchten, aangebrande aardappels

Maillard-reacties verlopen niet of slecht bij:

• Lage pH: de NH2-groep reageert dan met H+- ionen tot de NH3+-groep en deze groep is niet actief, want hij heeft geen vrij elektronenpaar.
• Hoog vochtgehalte: de water afsplitsing vindt dan niet plaats, waardoor de reactie niet verder naar rechts verloopt.
• Zeer laag vochtgehalte: de beweeglijkheid van de moleculen is te laag. Er vinden dan helemaal geen reacties plaats, afgezien van ontledingen.

Waarom zal een zetmeelpasta van maïs makkelijker retrograderen dan een pasta van waxy-maïs of waxy-sorghum? Doordat het amylosegehalte veel hoger is. Bij waxy-maïs of waxy-sorghum is dit slechts 1%. Bij het bereiden van zetmeelhoudende sauzen wordt citroensap pas na het koken toegevoegd, want anders hydrolyseert het zetmeel tot kortere ketens die minder vocht kunnen binden.

Amylaseactiviteit bij gebruik van zetmeel als verdikkingsmiddel kan nadelig zijn, want dan treedt er hydrolyse op. Geoxideerde zetmeelpasta’s zijn helderder en minder stijf dan natieve zetmeelpasta’s(vruchtenkoekjes), want de zetmeelkorrels zwellen beter op door afstoting tussen de zetmeelketens. Retrogradatie treedt nauwelijks op.
Methoden om zetmeelkorrels te verstevigen:

• Fysische modificatie: herkristalliseren van korrels
• Modificatie met zuur: herkristallisatie van korrels
• Cross-links introduceren
• Kortom: compactere korrels maken.