Afstudeerscriptie Moleculair koken: het waterbindende vermogen van vlees

Afstudeerscriptie Moleculair koken: het waterbindende vermogen van vlees

Richard Smits Afstudeernummer: 2011103 Datum: September 2011 Opdrachtgever: Hogeschool van Amsterdam, Dhr. W.J Gerritsen

1

Moleculair koken: het waterbindende vermogen van vlees

Auteur: Richard Smits Rozenstraat 5 3442 BP Woerden Tel: 0650992793 Nummer afstudeerproject: 2011103

Opdrachtgever: Hogeschool van Amsterdam Contactpersoon: Dhr. W.J. Gerritsen Dr. Meurerlaan 8 1067 SM Amsterdam Tel: 020 595 3543 Praktijkbegeleider: Dhr. W.J. Gerritsen Docent begeleiders: Dhr. W.J. Gerritsen Mevr. J.G. van Eden

Periode afstuderen September t/m Januari 2011/2012

2

Voorwoord Deze scriptie is het eindresultaat van de afstudeeropdracht Moleculair koken: Het waterbindende vermogen van vlees. Hiermee hoop ik de opleiding Voeding & Diëtetiek af te ronden. Graag wil ik mijn docentbegeleider en tevens opdrachtgever Willem Gerritsen bedanken voor zijn deskundige begeleiding en advisering. Daarnaast gaat mijn dank uit naar Joke van Eden voor het nakijken van deze scriptie en Susanne Lako voor het ter beschikking stellen van materialen en lokalen die tijdens de experimenten gebruikt zijn. Ook wil ik mijn vrouw Aline bedanken. Zonder haar steun en vertrouwen was het zeker niet gelukt. Richard Smits Januari 2012

3

Samenvatting In het boek ‘Receptenleer’ is omschreven dat de hoeveelheid water dat vastgehouden wordt in vlees tussen de myofibrillen, kan worden vergroot door een zoutoplossing. Dit zou kunnen worden toegeschreven aan een verandering en verzwakking van de eiwitstructuur. Om dit verder toe te kunnen lichten en wetenschappelijk te onderbouwen, is literatuuronderzoek gedaan. Het doel van deze scriptie was het opzetten van een literatuuronderzoek en het ontwikkelen van experimenten. Dit ter illustratie en verduidelijking van de processen die veranderen tijdens bereidingswijzen van vlees. In deze scriptie zal dieper worden ingegaan op de fysische en chemische veranderingen die plaatsvinden tijdens het ‘nat’ pekelen van vlees. Het doel van deze vorm van pekelen is het waterbindende vermogen te vergroten, zodat het vlees na verhitting malser en sappiger blijft. Tijdens dit literatuuronderzoek is de morfologie van de spieren bestudeerd, die beïnvloed worden door het pekelen. Hierbij zijn verschillende systemen betrokken, zoals osmose/diffusie, capillariteit en elektrostatische kracht. Tevens is het effect van verschillende pekelconcentraties en pekeltijden onderzocht. Door middel van de ontwikkelde experimenten is geprobeerd om het effect van het zout in de pekel, van verschillende pekelconcentraties en verschillende pekeltijden, aan te tonen. Pekelen zorgt voor een verandering en verzwakking van de structuur van de myofibrillaire eiwitten. Dit zorgt ervoor dat er meer ruimte komt om water te binden. Zout speelt hierbij een belangrijke rol. Het zout verstoort namelijk de structuur van de genoemde eiwitten. Daarnaast lost het mogelijk eiwitten op die de structuur ondersteunen. Tevens zorgen ionen uit het zout ervoor dat het water gebonden blijft. De experimenten hebben aangetoond dat water zonder zout wel wordt opgenomen door vlees, maar niet wordt gebonden. Na verhitting verliest het vlees al het opgenomen water. Uit de experimenten kwam verder naar voren dat een pekelconcentratie tussen de 5% en de 10% het efficiëntst was. Deze uitkomst wordt door verschillende onderzoeken onderbouwd. Zowel voor deze scriptie uitgevoerde experimenten als door wetenschappers uitgevoerde experimenten, toonden aan dat de eerste 6 uur van een pekelbad het effect het grootst is. Binnen deze tijd nam vlees het meeste water op. De wateropname neemt tot de eerste 12 uur nog significant toe. Na deze 12 uur zal het vlees nog minimaal water opnemen. Wetenschappers zijn van mening dat osmose, capillariteit, elektrostatische kracht en de ionen uit zout een rol spelen bij het waterbindende vermogen van vlees. Door de vele veranderingen die er tijdens het pekelproces in het vlees plaatsvinden, is het echter een zeer complex systeem. Hierdoor kan geen van de in de scriptie benoemde onderzoekers uitsluitsel geven welk systeem er verantwoordelijk is voor de toename van het waterbindende vermogen. Hierdoor kunnen enkel hypothesen worden aangedragen over de werking van het pekelen.

4

Inhoudsopgave Samenvatting Inleiding Probleemstelling hoofdvraag en deelvragen Achtergrond vlees Bindweefsel Vetweefsel Spierweefsel Microscopische opbouw van een spier Verhitten van vlees Myosine en actine Collageen Pekelen Harold McGee Internet Pekeltijd en concentratie Gewichtstoename/verlies Experimenten Experiment 1 Uitvoering Resultaten Experiment 2 Uitvoering Resultaten Experiment 3 Uitvoering Resultaten Experiment 4 Uitvoering Resultaten Discussie Osmose Elektrostatische krachten Capillaire werking Pekelconcentratie Pekeltijd Fosfaten Omstandigheden experimenten Conclusie/ Aanbevelingen Beantwoording hoofd- en deelvragen Hoofdvraag deelvragen Bronnenlijst

4 6 7 8

11

12 13

15

19

20

21

23

29 31

32

Bijlagen: Methode en materialen

33

5

Inleiding In hoofdstuk 4 “Processen” van het studieboek Receptenleer staan een aantal processen omschreven die niet voldoende wetenschappelijk onderbouwd zijn. Verder onderzoek is nodig voor opheldering van deze processen. Hiervoor is een afstudeeropdracht ontwikkeld. Voor deze afstudeeropdracht is literatuuronderzoek gedaan op het gebied van chemische en fysische processen die tijdens verschillende bereidingswijzen van voedingsmiddelen ontstaan. Op basis van deze literatuur zijn een aantal experimenten ontwikkeld die in een normale keuken uitgevoerd kunnen worden. De uitkomsten van deze experimenten worden gebruikt ter ondersteuning van het literatuuronderzoek. Het uiteindelijke doel is om deze experimenten te gebruiken voor de website of de volgende editie van het studieboek Receptenleer. Dit onderzoek richt zich op het deel van het hoofdstuk met betrekking tot de chemische en fysische processen die ontstaan of veranderen bij het bereiden van vlees. Moleculaire gastronomie is een wetenschappelijke discipline, die zich bezighoudt met chemische en fysische veranderingen tijdens het kookproces. Koken is gebaseerd op kunst, techniek en smaak. Het samenvoegen en bereiden van ingrediënten is van invloed op de moleculaire samenstelling van een product. Dit heeft weer impact op de structuur, smaak, kleur en geur. Door de juiste technieken met de juiste kennis te combineren, zal 1 de beste smaak worden verkregen. Dit alles samen noemen we moleculair koken. Zowel moleculaire gastronomie als dit onderzoek, zijn gebaseerd op chemische en fysische veranderingen tijdens verschillende bereidingstechnieken. Hierdoor sluit moleculaire gastronomie nauw aan bij dit onderzoek ter verbetering van hoofdstuk 4 ”Processen”. Nicolas Kurti en Hervé This zijn grondleggers van de huidige moleculaire gastronomie. Met hun internationale workshops en experimenten hebben ze aangetoond hoe essentieel de wetenschap voor voedselbereiding kan zijn. Verschillende topchefs, zoals Ferran Adrià, Heston Blumenthal en Sergio Herman, hebben hun weg er in 1-2-4 gevonden en vertonen hun kunsten in de beste restaurants ter wereld. Daarnaast heeft Blumenthal naast 28 koks ook een chemicus in dienst en heeft Adrià zelfs een eigen laboratorium in Barcalona. Volgens This is er een verschil tussen moleculair koken en moleculaire gastronomie. Moleculaire gastronomie is een breder begrip, omdat het de processen tijdens het koken én het nuttigen van eten beschrijft en verklaart, terwijl moleculair koken zich alleen op het bereiden richt. Moleculaire gastronomie is een wetenschap. De 2-3-4 hieruit verkregen kennis vormt de basis van moleculair koken. Moleculair koken is het implementeren van de wetenschap in de keuken door middel van duidelijke bereidingen en recepturen. Studenten krijgen door het uitvoeren van de experimenten uit dit onderzoek een beter beeld van welke processen plaatsvinden tijdens bereidingen, zoals is beschreven in hoofdstuk 4 “Processen” van het boek receptenleer.

6

Probleemstelling Hoofdvraag:

“Met welke experimenten die in een ‘gewone keuken’ uitvoerbaar zijn, kunnen fysische en/of chemische processen die er plaats vinden tijdens het pekelen van vlees worden onderbouwd, zoals besproken in hoofdstuk 4 ‘Processen’ in het boek Receptenleer?” “Door marineren van vlees in een zoutoplossing neemt de hoeveelheid water toe die wordt vastgehouden tussen de myofibrillen (lange ketens van het complex van de spiereiwitten actine en myosine). Dit wordt toegeschreven aan veranderingen in de structuur van de eiwitten en aan een verzwakking van de samenhang tussen de myofibrillen, doordat eiwitten deels oplossen. Dit kan een sappiger resultaat opleveren, want niet al 4 het extra water gaat bij verhitting vervolgens verloren “.

Deelvragen: 1. Heeft het pekelen van varkens- of kippenvlees effect op de sappigheid na het bakken? 2. Wat is de rol van zout in pekelwater? 3. Welke mechanismen spelen een rol bij het waterbindende vermogen van vlees?

7

Achtergrond vlees Vlees is het spierweefsel van gewervelde dieren dat gegeten kan worden. In de bredere betekenis verstaan we 6 onder de term vlees alle dierlijke weefsels inclusief de organen. De belangrijkste bestanddelen van vlees zijn spierweefsel, bindweefsel en vet. Daarnaast bestaat vlees voor ongeveer 75% uit water. De kwaliteit van het vlees - zijn kleur, smaak en textuur - wordt grotendeels bepaald door de schikking en de aanwezige hoeveelheid spiervezels, bindweefsel en vetweefsel. Tevens heeft leeftijd invloed op de malsheid van vlees. Kalfsvlees is doorgaans malser dan rundvlees. Naast leeftijd heeft ook de manier van besterven een belangrijke invloed op de malsheid. De eiwitsplitsende enzymen kathepsine en calpaïne zorgen er tijdens het besterven voor dat spiereiwitten en bindweefsel afgebroken 2-7 worden. Als het proces van besterven langer duurt, wordt het vlees malser en sappiger. Bindweefsel Bindweefsel kan men beschouwen als het verbindingsdeel van alle lichaamsweefsels. Bindweefsel vormt lagen om spiercellen en vezels, die op hun beurt weer aan de botten vastzitten. Beweging is van invloed op de dikte en sterkte van het bindweefsel. Bindweefsel is opgebouwd uit filamenten. Deze bindweefselfilamenten bestaan voornamelijk uit het eiwit collageen. Collageen is erg taai en vast, maar verandert bij verhitting in oplosbaar gelatine. Dieren worden geboren met veel collageen in het bindweefsel. Dit neemt echter in de loop der jaren af door groei en beweging, maar de overblijvende filamenten hebben sterke dwarsverbindingen. 6 Hierdoor is het vlees van jonge dieren malser dan dat van oudere dieren. Vetweefsel Ook vet beïnvloedt in grote mate de malsheid van vlees. Vetcellen onderbreken en verzwakken het binden spierweefsel. Vet smeert het weefsel door de vezels gescheiden te houden. Mals vlees zonder vet wordt tijdens 6 het bereiden compact, droog en taai. Spierweefsel Spieren bestaan uit lange vezels die kunnen samentrekken. Een spier bestaat uit duizenden spiervezels, welke worden gebundeld door bindweefsel. Een spiervezel is opgebouwd uit myofibrillen. Deze myofibrillen bestaan uit dikke en dunne filamenten, ook wel eiwitdraden genoemd (Afb. 1). Die maken spiersamentrekkingen mogelijk. De myofibrillen bestaan voor 20% uit eiwit. De overige 80% is water. Het merendeel van dit water bevindt zich in de ruimte tussen de dikke en dunne eiwitfilamenten. Daarnaast bevindt zich een deel in de extracellulaire ruimte van de spieren en in de ruimte tussen de myofibrillen. De spiercellen vergroten, als het aantal myofibrillen toeneemt. Myofibrillen nemen toe door beweging. Zodoende hebben oudere dieren 6 dikkere spiervezels. Hierdoor is vlees van oudere dieren moeilijker te snijden en voelt het stugger aan.

Afbeelding 1: Opbouw van een spiercel

8

Microscopische opbouw van een spier Dikke filamenten zijn opgebouwd uit het eiwit myosine en dunne filamenten uit het eiwit actine. Myosine verzorgt de spiersamentrekkingen. De vezel titine houdt de myosinevezels op hun plaats en zorgt ervoor dat de spier weer in zijn oude staat terugkeert na een samentrekking. Doordat ze niet kunnen uitrekken, beschermen ze de spier tegen scheuren bij een sterke trekkracht. Als men een spiervezel onder een microscoop zou bekijken, lijkt het erop dat de filamenten in stukken worden verdeeld door een membraan, de Z-lijn. Een stuk tussen twee Z-lijnen in noemt men een sarcomeer. Elke myofibril bestaat uit honderden sarcomeren. Als men een myofibril onder een lichtmicroscoop bekijkt, ziet men lichte en donkere banden. De lichte banden bestaan voor het grootste gedeelte uit actine en worden Ibanden genoemd. De donkere banden worden de A-banden genoemd en bestaan voor het grootste gedeelte uit myosine. De lichte I-banden worden verdeeld door een Z-lijn ( afb. 2 en 3). Deze zijn aan dunne filamenten verbonden. De dunne filamenten zijn aan beide uiteinden verbonden met dikke filamenten. In het midden van iedere sarcomeer bevindt zich de zogenaamde M-lijn. Hiervan wordt verondersteld dat die voor de stabiliteit zorgt. Aan beide zijden van een M-lijn bevindt zich een H-zone. Hierin bevindt zich alleen dik filament. Iedere sarcomeer bevat een overlappingzone (afb. 3). Hierin wordt een dun filament omringd door 3 dikke filamenten, welke worden omringd door 6 dunne filamenten (Afb. 4). Als spieren samentrekken, schuiven dikke filamenten aan beide zijden tussen de dunne filamenten in en wordt 6-7-8 de spier korter. Afbeelding 2: schematische weergave van een sarcomeer

9

Afbeelding 3: lengteaanzicht sarcomeer

Afbeelding 4: dwarsdoorsnede van een myofibril

10

Verhitten van vlees Verhitten zorgt voor een vermindering van het waterbindende vermogen van vlees. Wanneer vlees wordt verhit, denatureren de eiwitten die erin zitten. Denaturatie is het aantasten van de natuurlijke structuur van 6 eiwitten. Dit kan door middel van chemische of natuurkundige middelen, bijvoorbeeld warmte of zout. Spiervezels bestaan uit 75% water, 20% eiwit, 3% vet en 2% oplosbare niet-eiwitstoffen. De eiwitten kunnen onderverdeeld worden in drie groepen; myofibrillaire , sarcoplasmatische en bindweefseleiwitten. Myofibrillaire eiwitten vormen 50 - 55% van het totale vleeseiwit, terwijl de sarcoplasmische eiwitten 30 – 34% 30 voor hun rekening nemen. De overige 10 – 15% worden gevormd door de bindweefseleiwitten. Tussen de 40⁰C en de 60⁰C zullen de spiervezels in de breedte krimpen. Bij 60⁰C - 70⁰C zullen zowel het bindweefsel als het spierweefsel in de lengterichting krimpen. De mate van het krimpen hangt af van de 30 temperatuur. Het krimpen dat veroorzaakt wordt door verhitting, zorgt voor het grootste waterverlies. Myosine en Actine De myofibrillaire eiwitten myosine en actine vormen een belangrijke factor voor het waterbindende vermogen. Ongeveer 80% van het water in de spieren zit in de ruimte tussen de dikke en dunne filamenten. Myosine begint met denatureren bij een temperatuur tussen 54 en 58 °C. Actine begint met denatureren bij een 6-30 temperatuur tussen 80 en 83 °C. Collageen Naast myosine en actine is ook het bindweefseleiwit collageen een eiwit dat belangrijk is voor de bereiding van vlees. Collageen begint te denatureren bij een temperatuur van ongeveer 60⁰C. Om de spiercellen zit een laagje collageen. Boven de 60⁰C zal veel vocht de cellen worden uitgeperst, doordat het collageen begint te krimpen. Daarnaast zorgt de denaturatie ervoor dat de vezels dichter op elkaar komen te liggen, waardoor ze moeilijker te snijden zijn. Dit maakt het van belang dat vlees dat veel spierweefsel bevat niet te lang wordt 6 verhit, anders wordt het droog en taai. Voor vlees met veel bindweefsel is dit een heel ander verhaal. Vanaf 70⁰C begint collageen op te lossen in gelatine. Langdurige verhitting zorgt ervoor dat bindweefsel een geleiachtige samenstelling krijgt en dat de spiervezels minder vast op elkaar komen te zitten. Hierdoor voelt het vlees malser aan. Daarnaast draagt de gelatine in het vlees ook bij aan enige sappigheid. In tegenstelling tot 6 vlees met veel spierweefsel, moet vlees met veel bindweefsel lang worden verhit. Om een optimaal resultaat te verkrijgen, moet er dus een goede combinatie worden gevonden tussen tijd en temperatuur. Om vochtverlies te voorkomen mag het vlees niet heter worden dan 55-60⁰C. De omzetting van collageen in gelatine vereist echter een langdurige verhitting boven de 70⁰C. Een ideale bereidingswijze voor alle vleessoorten bestaat dus niet. De bereidingswijze zal derhalve moeten worden aangepast aan het soort te 6 bereiden vlees.

11

Pekelen Het pekelen van voedingsmiddelen wordt al vanaf de oudheid toegepast om vlees langer te kunnen bewaren. Tegenwoordig heeft het pekelen van vlees en/of vleesbereidingen naast het verlengen van de houdbaarheid meerdere functies: het versterken van de smaak en het voorkomen van uitdroging tijdens de bereiding. Vooral vleeswaren worden vaak gepekeld. Denk hierbij aan gekookte en rauwe hammen en worsten. Er bestaan een aantal verschillende technieken om vlees te pekelen, namelijk: droog pekelen, pekelen via injectie en nat 10 pekelen. Deze scriptie richt zich op het nat pekelen van vlees in een alledaagse keuken. Bij nat pekelen wordt er een pekeloplossing gemaakt van water en zout. Het vlees ligt een bepaalde periode in deze pekel. Afhangend van de dikte wordt het vlees (meestal varkensvlees of gevogelte) een paar uur of dagen in een pekelbad gelegd. Daarna kan het vlees op een normale manier worden bereid. Het vlees is daarna 6-10 merkbaar malser. Hieronder wordt ingegaan op de vraag welke fysische en chemische processen er plaatsvinden tijdens het pekelen van vlees en waardoor dit het watervasthoudende vermogen van vlees vergroot. Harold McGee Harold McGee is een Amerikaanse auteur die schrijft over de chemie, techniek en de geschiedenis van voedsel en koken. Hij schreef het baanbrekende boek over wetenschap in de keuken; ‘Over eten & Koken: Wetenschap en cultuur in de keuken’. Het werd aanvankelijk gepubliceerd in 1984. Een sterk herziene tweede editie werd gepubliceerd in 2004. McGee's wetenschappelijk onderbouwde benadering van koken is omarmd en 5-6 gepopulariseerd door chef-koks en auteurs zoals Heston Blumenthal, Jamie Oliver en Johannes van Dam. Naast het schrijven van boeken heeft hij ook een website opgezet onder de naam ‘Curious Cook’ en schrijft hij 6-11-12-13 artikelen voor de The New York Times. McGee schrijft in zijn boek ’Over eten & Koken: Wetenschap en cultuur in de keuken het volgende: ”Pekelen werkt op 2 manieren. Ten eerste: het zout verstoort de structuur van de spierfilamenten. Een zoutoplossing van 3% (2 eetlepels per liter) lost delen van de eiwitstructuur op die de contractiele filamenten ondersteunt en een oplossing van 4 eetlepels per liter lost een deel van de filamenten zelf op. Ten tweede: de interactie tussen zout en eiwitten leidt ertoe dat de spiercellen meer water kunnen vasthouden, 6 en dat water halen ze uit de pekel. Het vleesgewicht meent met minstens 10% toe.” In een van de artikelen die McGee voor de The New York Times heeft geschreven, legt hij uit wat er volgens * hem gebeurt bij het pekelen. Hij beschrijft dat als eerste het vlees vocht zal verliezen door osmose . Doordat het pekelvocht zouter is dan het celvocht, zal er vocht uit de cellen worden gedreven, in de pekel. † Tegelijkertijd zal door middel van diffusie zout uit de pekel juist de cellen in drijven. Hierdoor wordt het vlees 13 in eerste instantie zouter en droger. Na een tijdje gaat het zout het vlees veranderen. De ionen uit het zout hechten zich aan de lange, vervlochten spiereiwitten in het vlees en zorgt ervoor dat de eiwitten uit elkaar worden geduwd. Dit zorgt voor meer ruimte tussen de spiercellen. Hierdoor is er meer ruimte voor water en zout. Dit verzwakt de spiervezels. Deze ruimte zorgt er voor dat water en zout uit de pekel het vlees instromen. Ook in dit artikel omschrijft McGee dat het gepekelde vlees ongeveer 10% van het vleesgewicht aan water uit de pekel haalt. Als men daarna het vlees gaat bakken zal het vlees net zo veel vocht verliezen als ongepekeld vlees, maar door het extra water uit de pekel zal het vlees malser blijven. Naast het gewonnen vocht zal ook de 13 verzwakte vezelstructuur voor een malser mondgevoel zorgen.

*

Osmose is de beweging van water door een zogenaamde halfdoorlatende membraan (een semipermeabele wand). Celwanden zijn zo ontworpen dat water en kleine moleculen zich vrij in en uit de cel kunnen verplaatsen, maar ze voorkomen ook het binnenkomen of verlaten van grotere moleculen. Deze beweging van water en kleine oplosbare verbindingen wordt gecontroleerd door osmotische druk. Wanneer er een onbalans is in de concentratie van opgeloste stoffen tussen de twee zijden van een membraan, zal het water door het membraan stromen totdat de concentratie gelijk is.14 †

Diffusie is een proces ten gevolge van de willekeurige beweging van deeltjes. Bij verschillen in concentratie leidt diffusie tot een netto verplaatsing van deeltjes van plaatsen met een hoge concentratie naar plaatsen met een lage concentratie.15

12

Internet Een veel gelezen uitspraak op internet luidt: “To brine or not to brine”. Amerikanen gebruiken met Thanksgiving het ultieme stuk vlees om te pekelen: een hele kalkoen. Hierbij laait jaarlijks de discussie op of er gepekeld moet worden. Dit is één van de redenen waarom er veel informatie over pekelen, ofwel het Engelse ‘brining’, op internet te vinden is. De uitleg over de werking van een pekelbad, de aanbevolen concentratie en tijdsduur, verschillen echter nogal eens. 16-17-18-19-20

Veel bronnen wijzen het effect van pekelen toe aan osmose. (zie afb. 5) Over de werking van osmose is echter niet iedereen het eens, omdat volgens enkele bronnen osmose ook met ongezouten water zou werken. Een aantal bronnen beschrijven dat tegelijkertijd met de osmose, diffusie ervoor zorgt dat zout de 16-20-21 cellen binnendringt . Ook hier is echter niet iedereen het mee eens. Eén bron beweert dat de concentratie van zout wel omhoog gaat, maar dat dit veroorzaakt wordt door het verlies van water door de 19 cellen en niet doordat zout uit de pekel de cel binnendringt. Alle geraadpleegde bronnen zijn het er daarentegen over eens dat het zout een belangrijke rol speelt bij het pekelen. Volgens sommigen zal het zout uit de pekel zich gaan binden aan de filamenten. Door de chloridenionen in het zout ontstaat er een verhoogde elektrostatische tegendruk tussen de filamenten. Bij een bepaalde zoutconcentratie zullen dwarsverbindingen verdwijnen en door deze 2 factoren zal er meer ruimte 20 ontstaan. Dit zorgt ervoor dat de cel meer vocht kan opnemen. Alle bronnen zijn het er ook over eens dat het zout ervoor zorgt dat eiwitten in de cellen gaan denatureren. Volgens een aantal van de bronnen zorgt dat ervoor dat er tijdens de bereiding minder vocht uit de cellen wordt geperst. De gedenatureerde eiwitten zullen zich aan elkaar of aan water binden en hierdoor komt het water vast te zitten. De verhitting tijdens de bereiding zal op de gedenatureerde eiwitten geen effect meer 16-17-21 hebben en daardoor blijft het water behouden. (zie afb. 5) Vaak wordt er ook beweerd dat doordat het zout de vleeseiwitten deels oplost of denatureert, het vlees malser 16-17-18-19-21 aanvoelt. Daarnaast zijn de bronnen het ook niet altijd met elkaar eens over het verliezen van het water tijdens de bereiding. Sommige bronnen zeggen dat er minder water verloren gaat dan bij niet gepekeld vlees en dat dit 16-17-21 zorgt voor het behoud van de malsheid. Andere bronnen beweren echter dat er net zoveel water tijdens de bereiding verloren gaat als bij niet gepekeld vlees, maar doordat het watervolume hoger is na het pekelen, 18-20 men na de bereiding meer vocht overhoudt. Helaas geeft bijna geen van de schrijvers van deze artikelen aan hoe ze aan deze informatie komen en welke vleeseiwitten denatureren of oplossen. Enkel het artikel van Edinformatics.com geeft een bronnenlijst weer. Het valt derhalve niet te controleren of de schrijvers wetenschappelijk onderzoek als bron hebben gebruikt. Afbeelding 5: werking pekelen volgens cooksillustrated

17

13

Pekeltijd en concentratie Naast de werking van osmose, zijn de internetbronnen het ook niet altijd eens over de zoutconcentratie en 18 17 21 pekeltijd. Zo worden er tijden genoemd van 45 minuten per pond , 1 uur per pond , 2 uur per pond tot zelfs 16-22 tijden van 12 tot 24 uur. McGee geeft aan dat er rekening gehouden moet worden met de dikte van het 7 vlees en dat de tijd hier van afhangt. Dit kan volgens McGee variëren van een paar uur tot zelfs 2 dagen. Daarnaast zit er ook een groot verschil in de zoutconcentratie die de schrijvers van de artikelen adviseren. Zo 21 22 beschrijft de ene bron dat 40 gram per liter genoeg is ,de ander 70 gram zout per liter , terwijl er ook een 18 artikel beschrijft dat er een concentratie nodig is van 80 gram zout per liter water . Dit is afhankelijk van het 16 stuk vlees (hele kalkoen of borst) en de tijd. Er is een artikel dat beschrijft dat er zelfs ruim 250 gram zout op 17 een liter water gebruikt dient te worden. In het artikel van de website ‘Fine Cooking’ wordt gerefereerd naar een pekelexpert van de Universiteit van 16-20 Georgia, Dr. Estes Reynolds. Hij geeft het advies om 72 gram zout per liter water te gebruiken. Volgens McGee werkt het pekelen al bij een oplossing van 30 gram zout per liter water, maar een groter 6-20 resultaat verkrijgt men met een oplossing van 60 gram zout op een liter water. Gewichtstoename/verlies Volgens diezelfde Dr. Reynolds kan men het gewichtsverlies na bereiding van een gepekeld stuk vlees beperken 16-20 tot ongeveer 15% in plaats van de 30% die niet gepekeld vlees normaal bij bereiding verliest. Andere bronnen praten over een gewichtsverlies van 10% bij gepekeld vlees in plaats van 20% bij vlees wat niet gepekeld wordt. Een experiment uitgevoerd in een artikel van ‘The Food Lab’ toont aan dat gepekelde kipfilets 15% van hun orginele gewicht verloren, tegenover 24% gewichtsverlies van onbehandelde kip. McGee beschrijft zowel in zijn boek als in het artikel uit de NYT dat gepekeld vlees ongeveer 10% van het 6-20 gewicht zal toenemen. Wel verliest het gepekelde vlees ongeveer net zoveel vocht als ongepekeld vlees. Experimenten Op basis van bovengenoemde internetbronnen en wetenschappelijke onderzoeken, zijn er voor deze scriptie een aantal experimenten ontworpen en uitgevoerd. Dit om inzicht te krijgen of er een aantoonbaar verschil is in vochtverlies na bereiding van gepekeld vlees of niet gepekeld vlees. Daarnaast is gekeken of er een verschil in effect is bij variërende pekelconcentraties en tijden bij het pekelen van vlees.

14

Experiment 1: Effect van zout Met dit experiment is onderzocht of er een verschil zit in effect van het waterbindende vermogen van vlees ‘gepekeld’ met water zonder zout en water met zout. Harold Mcgee beschrijft in zijn boek dat een 7 zoutoplossing van 3-6% het vlees al merkbaar malser maakt. Naar aanleiding hiervan is ervoor gekozen om voor dit experiment gebruik te maken van een zoutoplossing van 6%. Dit experiment is twee maal uitgevoerd met kippenvlees en twee maal met varkensvlees. Op deze manier konden resultaten beter met elkaar vergeleken worden en eventuele minpunten van de eerste uitvoering van het experiment worden verbeterd. Voor dit experiment zijn varkensfilets en kipfilets van gelijke stukken gebruikt, die in een standaard supermarkt te koop zijn. Uitvoering Voor dit experiment is het vlees verdeeld in 3 groepen:  Het eerste deel werd gepekeld in water met een zoutoplossing van 6%  Het tweede deel werd geweekt in kraanwater  Het derde deel werd niet geweekt of gepekeld Voor dit experiment werden 3 stukken varkens- en kippenvlees van hetzelfde gewicht gebruikt. De stukken vlees werden van te voren gewogen. Na het wegen werd er één in het pekelvocht van 6% gelegd. Deze oplossing was 60 gram keukenzout op 1 liter water. Een ander stuk werd in één liter kraanwater gelegd. Het laatste stuk vlees bleef onbehandeld. Alle stukken vlees werden in de koelkast bewaard. Na vijf uur werden ze uit het water gehaald en droog gedept. Hierna werden ze nogmaals gewogen. Naast het verschil in gewicht waren er ook na het bad uiterlijke verschillen te zien. Het vlees wat in gewoon water heeft gelegen, was wat wit uitgeslagen. (foto 1en 2) Dit kan te maken hebben met een verdunning van de hemoglobine of een reactie met de mineralen in het water.

Foto 1: gepekeld varkensfilet: boven geweekt in water, links gepekeld met 6% zout en rechts is onbehandeld.

Foto 2: gepekelde kipfilet: links gepekeld met 6% zout, midden geweekt in water en rechts is onbehandeld.

15

Na het wegen werden de stukken vlees tegelijkertijd in een pan gebakken om zo eventuele verschillen die van belang kunnen zijn, zoals tijd en temperatuur, uit te bannen. Na het bakken heeft het vlees de tijd gekregen om te ‘rusten’. (foto 3 en 4) Dit wil zeggen dat het vlees de tijd heeft gekregen om af te koelen voordat het gesneden werd. Om de spiercellen in het vlees zit een laagje collageen en deze krimpt bij een temperatuur boven de 55°C. Dit zorgt ervoor dat de cellen hun vocht verliezen. Door het vlees te laten ‘rusten’ , kan de 2 temperatuur zakken tot onder de 55°C en kunnen de cellen het vocht weer opnemen. Hierna werden de stukken vlees weer gewogen.

Foto 3: gebakken varkensfilet: boven geweekt in water, links gepekeld met 6% zout en rechts is alleen gebakken.


Na het rusten zijn de stukken vlees doorgesneden om te zien of de structuur aan de binnenkant van het vlees verschilde van elkaar. Van alle gebakken stukken vlees was goed te zien dat het vlees dat gepekeld was een gladdere en dus nattere structuur had dan de andere stukken vlees. (foto 5 en 6 )

Foto 5: gebakken varkensfilet: boven geweekt in water, links gepekeld met 6% zout en rechts is alleen gebakken.


16

Resultaten De uitkomsten van de 4 experimenten zijn verwerkt in de tabellen die hieronder zijn weergegeven. Tabel 1: experiment varkensvlees 1, verschillen in % na pekelen en bakken

Voorbereid

Gebakken (gewichtsverlies in %

( gewichtstoename in %)

t.o.v. het startgewicht)

Naturel

-

12,2

Water

2,4

16

Zout

3,6

11

Experiment 1

Tabel 2: experiment varkensvlees 2, verschillen in % na pekelen en bakken

Voorbereid




Naturel

-

18

Water

2,8

12

Zout

3,6

14,3

Experiment 2

Tabel 3: experiment kippenvlees 1, verschillen in % na pekelen en bakken

Voorbereid




Naturel

-

24,7

Water

3,8

24,7

Zout

9

15,6

Experiment 3

Tabel 4: experiment kippenvlees 2, verschillen in % na pekelen en bakken

Voorbereid




Naturel

-

20,8

Water

3,1

21,9

Zout

4,7

15

Experiment 4

17

Tabel 5: uitkomst gemiddelde varkensvlees experiment 1 , verschillen in % na pekelen en bakken

Gemiddelde van varken Naturel Water Zout

Voorbereid

Gebakken (gewichtsverlies in % t.o.v. het


startgewicht)

2,6 3,6

15,1 14 12,6

Tabel 6: uitkomst gemiddelde kippenvlees experiment 1, verschillen in % na pekelen en bakken

Gemiddelde van kip Naturel Water Zout

Voorbereid



startgewicht)

3,5 6,8

22,8 23,3 15,3

Tabel 7: uitkomst gemiddelde experiment 1, verschillen in % na pekelen en bakken

Gemiddelde van de 4 experimenten Naturel Water Zout

Voorbereid



startgewicht)

3 5,2

19 21 14

Gewichtsverlies/toename in %

Als de experimenten met elkaar vergeleken worden, is te zien dat kippenvlees significant meer gewicht verliest na het bakken dan varkensvlees. Vooral tussen de stukken vlees die niet zijn gepekeld of alleen in water hebben gelegen, zit een groot verschil. Deze drie gemiddelden zijn in een grafiek verwerkt.(figuur 1) De gewichtstoename van het gepekelde vlees was gemiddeld 5,2%. Het gemiddelde van het vlees uit het gewone water was 3%. Na het bakken was het gemiddelde gewichtverlies van onbehandeld vlees 19%, het vlees wat in gewoon water heeft gelegen 21% en het gepekeld vlees verloor 14%.

8 5 2 -1 -4 -7 -10 -13 -16 -19 -22

Pekel Water Naturel

Rauw

Behandeld

Gebakken

vlees Figuur 1 : verschillen tussen gewichtstoename en gewichtsverlies na pekelen en bakken van vlees.

18

Experiment 2: Pekeltijd Naast de juiste hoeveelheid zout, speelt tijd ook een belangrijke rol bij het pekelen van vlees. Het vlees moet voldoende tijd hebben om het vocht op te nemen en om het zout zijn werk te laten doen. Om dit te onderzoeken is een experiment ontwikkeld met verschillende tijdsbestekken. De pekeltijden die zijn aangehouden, zijn zowel gebaseerd op het boek van Harold McGee als op de eerder benoemde internetbronnen. Voor dit experiment zijn kipfilets gebruikt die in een standaard supermarkt te koop zijn en deze zijn verdeeld in gelijke stukken van 50 gram. Uitvoering Vier stukken kippenvlees werden elk in een zoutbad van 6% gelegd voor een tijdsduur van respectievelijk 2, 5, 12 of 24 uur. Elk stuk vlees had aan het begin van het experiment dezelfde dikte en alle stukken wogen 50 gram Resultaten e

Na 2 uur werd het 1 stuk uit het pekelbad gehaald. Deze had een gewichtstoename van 8%. Na 5 uur had het e 2 stuk vlees een gewichtstoename van 10%. De stukken van respectievelijk 12 en 24 uur wogen na hun pekeltijd exact hetzelfde. Beiden hadden een gewichtstoename van 18%.(Figuur 2) 60

Gewicht in grammen

58 56 54 52

Na pekelen

50

Begingewicht

48 46 44 Kip 2 uur

Kip 5uur

Kip 12 uur

Kip 24 uur

Gepekeld kippenvlees Figuur 2: verschillen in gewichtstoename van gepekeld kippenvlees, gemeten na 2, 5, 12 en 24 uur.

19

Experiment 3: Pekelconcentratie Met dit experiment is onderzocht of er een verschil in effect is bij het pekelen met diverse pekelconcentraties. 7 Als uitgangsbasis is de eerder gebruikte zoutoplossing van 6% uit het boek van Harold McGee gebruikt. Deze 6% is tevens verdubbeld naar 12% om zo na te gaan of er een verschil in effect is tussen deze 2 concentraties. Voor dit experiment zijn kipfilets gebruikt die in een standaard supermarkt te koop zijn en deze zijn verdeeld in gelijke stukken van 150 gram. Uitvoering Het experiment werd uitgevoerd met 2 stukken kipfilet. Eén kipfilet werd gepekeld in een pekelconcentratie van 6% zout per liter water. De andere kipfilet werd gepekeld in een concentratie van 12% zout per liter water. Allebei de stukken werden zowel na het pekelbad gewogen, als na het bakken. Resultaten Hieruit bleek dat de kipfilet uit het pekelbad met 12% zout 4 procent meer vocht had opgenomen dan de kipfilet uit het pekelbad met 6% zout. Na het bakken had de met 12% gepekelde filet een gewichtsverlies van 21%, terwijl de met 6% gepekelde filet een verlies had van 16%. Hierdoor lag het uiteindelijke gewichtsverlies erg dicht bij elkaar. ( zie fig. 3) Tabel 8: uitkomst experiment 3, verschillen in gewichtstoename en gewichtsverlies bij gepekeld kippenvlees met zoutconcentraties van 6% en 12%.

Kippenvlees (150g)

Na pekelen

Na bakken

Zout 6% Zout 12%

154 g (+2,5%) 160 g (+6,5%)

129g (-16%) 126g (-21%)

165

Gewicht in grammen

160 155 150 145 140

Zout 6

135

Zout 12

130 125 120 startgewicht

Na pekelen

Na bakken

Gepekeld kippenvlees Figuur 3: verschillen in gewichtstoename en gewichtsverlies bij gepekeld kippenvlees met zoutconcentraties van 6% en 12%.

20

Experiment 4: Combinatie concentratie en tijd Bij dit experiment is bestudeerd wat de gewichtstoename is bij verschillende pekelconcentraties en welk effect het tijdsaspect hierop heeft. Gekeken is naar concentraties van 2%, 5%, 10%, 15% en 20%. Deze zoutconcentraties en pekeltijden zijn gebaseerd op wetenschappelijk onderzoek van Schimdt. Voor dit experiment zijn kipfilets gebruikt die in een standaard supermarkt te koop zijn. Uitvoering Stukken kipfilet zijn ondergedompeld in de verschillende concentraties en bewaard bij een temperatuur rond de 5⁰C. De stukken werden na 6, 12 en 24 uur gewogen. Na 24 uur in het pekelbad werden de stukken kipfilet gebakken en nogmaals gewogen. Alle gewichten werden omgerekend naar procenten. Daarnaast is de gewichtstoename na 24 uur verrekend met het gewichtsverlies na het bakken. Resultaten Tabel 9: uitkomsten experiment 4, verschillen van gewichtstoename en gewichtsverlies bij kipfilet, gepekeld in verschillende zoutconcentraties. Gemeten na 6, 12, 24 uur en na het bakken. Tussen haakjes staat het percentage dat verloren is gegaan t.o.v. het startgewicht. Kipfilet 2%

Gepekeld

6 uur 12 uur 24 uur

+8% +11% +13,5%

Gebakken

-20% (-6,5%) Kipfilet 5% 6 uur 12 uur 24 uur

+15% +18% +20% -28% (-8%)

Kipfilet 10% 6 uur 12 uur 24 uur

+8% +14% +17% -22% (-5%)


+6,5% +8% +11,5% -22% (-10,5%)


+3% +3% +9% -24% (-15%)

21

Gewichtstoename/verlies in %

Uit de cijfers van tabel 9 blijkt dat bij pekelen met variërende zoutconcentraties en na verschillende tijdscontroles veel verschillen voorkomen in de gewichtstoename van de kipfilet. Zo heeft kipfilet gepekeld met een zoutconcentratie van 6% de hoogste gewichttoename na 24 uur, namelijk 20% extra gewicht. De kipfilet gepekeld in een concentratie van 20% zout, had met 9% de minste gewichtstoename. Na het bakken hadden deze twee stukken het meeste vocht verloren, respectievelijk 28% en 24%. De kipfilet gepekeld met de zoutconcentraties van 2% en 10% hadden na het bakken het minste gewichtverlies, met respectievelijk 6,5% en 5%. (zie fig. 4)

20 17 14 11 8 5 2 -1 -4 -7 -10 -13 -16

zout 2 zout 5 zout 10 zout 15 zout 20

startpunt

6 uur

12 uur

24 uur

na bakken

Tijdsduur

Figuur 4: Uitkomsten experiment 4, verschillen van gewichtstoename en gewichtsverlies bij kipfilet, gepekeld in verschillende zoutconcentraties. Gemeten na 6, 12, 24 uur en na het bakken.

22

Discussie Er zijn al veel onderzoeken gedaan naar het waterbindende vermogen van vlees. Zo is er onderzoek gedaan naar het mechanisme dat zorgt voor het waterbindende vermogen en de invloed van NaCl hierbij. De meest benoemde mechanismen zijn osmose, capillaire werking en elektrostatische krachten. Opvallend aan alle hypothesen en onderzoeken die gaan over het waterbindende vermogen van vlees, is dat recente studies nog steeds refereren naar onderzoeken die bijna 30 jaar of zelfs 50 jaar geleden zijn gedaan. Zo wordt er in veel 23 24 studies nog steeds verwezen naar rapporten van Offer & Trinick (1983) of naar R. Hamm (1960) . 25 In 2010 is er een review uitgevoerd door E. Puolanne et al. Ook Puolanne verwijst in zijn review in het bijzonder naar de onderzoeken van Hamm en Offer. In de review uit 2010 door E. Puolanne et al, worden onderzoeken met de meest voor de hand liggende 25 hypothesen op een rij gezet. De volgens hem klassieke hypothesen zijn elektrostatische krachten en osmose. Meer recent onderzoek verwijst naar de structuur van water en in het bijzonder de hoge of lage dichtheid van 25 het water veroorzaakt door kosmotropische en chaotropische effecten. Doordat naar deze hypothese nog meer onderzoek moet worden gedaan, zal er in deze scriptie niet verder op in worden gegaan. Osmose De onderzoekers Gerald Offer en John Trinick hebben in 1982 een onderzoek gedaan naar het zwellen en krimpen van de myofibrillen. Bij dit onderzoek werden myofibrillen van een konijn in een zoutoplossing gelegd en bekeken door een fasecontrastmicroscoop. Uit dit onderzoek kwam naar voren dat myofibrillen tot 2 maal hun oorspronkelijke volume konden bereiken door middel van een zoutoplossing. Volgens hun theorie creëren 23-25 de zoutionen een vorm van osmose, veroorzaakt door elektrostatische krachten. Osmose is de beweging van water door een zogenaamde halfdoorlatende membraan (een semipermeabele wand). Celwanden zijn zo ontworpen dat water en kleine moleculen zich vrij in en uit de cel kunnen verplaatsen, maar ze voorkomen ook het binnenkomen of verlaten van grotere moleculen. Deze beweging van water en kleine oplosbare verbindingen wordt gecontroleerd door osmotische druk. Wanneer er een onbalans is in de concentratie van opgeloste stoffen tussen de twee zijden van een membraan, zal het water door het membraan stromen totdat 14 de concentratie gelijk is. (zie fig. 5) Uit de experimenten die voor deze scriptie zijn uitgevoerd, is naar voren gekomen dat het NaCl een cruciale werking heeft tijdens het pekelen. Alleen water heeft geen, of zelfs een negatief, effect op het waterbindende vermogen van vlees. Water wordt zonder zout wel opgenomen, maar niet gebonden. Als men het vlees gaat verhitten, verliest het vlees al het vocht weer dat het heeft opgenomen uit de pekel. Hierdoor is aan te nemen dat niet alleen osmose een rol speelt bij het waterbindende vermogen. Aanneembaar is dat de pekel eerst vocht uit de cellen drijft en tegelijkertijd zout de cellen in drijft door middel van diffusie. Dit zout zorgt voor het denatureren van de myofibrillaire eiwitten myosine en actine. Tijdens de experimenten van Offer en Trinnick is waargenomen dat delen van de eiwitstructuur, zoals de dwarsverbindingen, de Z-lijn of de M-lijn verdwenen. Vermoed wordt dat het zout uit de pekel het oplossen en daarmee het verzwakken van deze eiwitstructuur veroorzaakt en dat dit ervoor zorgt dat myofibril kan 23 opzwellen. Hierdoor ontstaat er meer ruimte en zal het water zich door middel van osmose terug verplaatsen 23-25 6 naar de cel. Tevens zal het vlees malser aanvoelen, doordat de structuur verstoort is.

23

Figuur 5: werking van osmose

25

Elektrostatische krachten 24-25

Puolanne refereert in zijn review naar de onderzoeken van Hamm et al. Hamm beschrijft in zijn studie uit 1972 dat elektrostatische krachten effect hebben op het waterbindende vermogen van vlees. Hamm is van mening dat een elektrostatische tegendruk tussen de filamenten zorgt voor de zwelling van de myofibrillen. (zie fig. 5 en 6) In sommige gevallen, met de toevoeging van zout of de juiste pH, zelfs voor een gedeeltelijke 24 oplossing van de filamenten. Dat vooral de Cl-ionen van invloed zijn op het waterbindende vermogen, bewees een experiment van Hamm. Tijdens dit experiment pekelden ze vlees in natriumacetaat en vlees in natriumchloride. Alleen het vlees dat behandeld was met natriumchloride vertoonde een verhoging van het 24-26 waterbindende vermogen. Bijna gelijk aan de hypothese van Hamm, is Offer van mening dat er een selectieve binding van Cl-ionen aan 23 myosine filamenten bestaat. Echter doordat de structurele eiwitten erg vast zitten in vlees en niet kunnen bewegen, trekken elektrostatische krachten de zoutionen dicht naar de filamentoppervlakte en hierdoor creëren ze een oneven verplaatsing van ionen in het water. De concentratieverschillen veroorzaken een druk die vergelijkbaar is aan osmose binnenin het filamentenraster. Dit zorgt ervoor dat de watermoleculen naar binnen worden getrokken. De druk zal voor een ongelimiteerde zwelling zorgen, maar de dwarsverbindingen zorgen voor een tegendruk. De toename van het waterbindende vermogen zal hierdoor beperkt blijven tot 23-6 ongeveer 10%. (fig. 7) Tijdens één van de experimenten is een gemiddelde gewichtstoename van 5,2% gerealiseerd van vlees dat 5 uur in een pekelbad heeft gelegen. Een ander experiment toonde aan dat vlees dat 5 uur in een pekelbad heeft gelegen wel 10% gewichtstoename had en na 12 uur zelfs 18%. Hierdoor is aan te nemen dat de door Offer benoemde 10% in de praktijk niet altijd overeenkomt. Het lijkt er dan ook op dat tijd een belangrijke rol speelt bij het waterbindende vermogen, alsmede met de condities van het vlees (mate van besterven), de pH en de 6-25 zoutoplossing.

Figuur 6: vasthouden van gebonden en vrij water door ionen tussen eiwitten.

24

25

Figuur 7: illustratie van een sarcomeer en de invloed van CL-ionen.

23

Capillaire werking In de review van Puolanne wordt tevens de capillaire werking aangehaald als mechanisme bij het waterbindende vermogen van vlees. Offer & Trinick beschreven een hypothese over capillaire krachten. Ze concludeerden dat de kracht van de oppervlaktespanning in een haarvat met een diameter die gelijk is aan de intracellulaire ruimte in de myofibrillen, ondersteuning biedt aan een waterkolom van 300m in de hoogte. Volgens Hamm is derhalve aannemelijk dat water in het vlees wordt vastgehouden door capillaire werking. Het grootste gedeelte van het water wordt namelijk vastgehouden in de intracellulaire ruimte in de myofibrillen. Een klein gedeelte van het water wordt vastgehouden in de extracellulaire ruimte en de ruimte tussen de myofibrillen. Offer & Trinick en Tornberg benadrukken sterk hoe belangrijk capillariteit is bij het 9-25 watervasthoudende vermogen van vlees. 25 Volgens Puolanne is daarentegen het feitelijke bewijs voor deze hypothese nog niet geleverd.

25

Pekelconcentratie Naast de hypothesen over het mechanisme van het waterbindende vermogen van vlees, is er onderzoek gedaan naar de optimale pekelconcentratie. Schmidt et al heeft onderzoek gedaan naar het effect van diverse zoutoplossingen en bestudeerd of hierbij een verschil aantoonbaar is. Tijdens dit onderzoek werd kipfilet 26 ondergedompeld in zoutconcentraties van respectievelijk 5%, 10%, 15% en 20%. Om het effect van het zout aan te tonen werd er ook kipfilet ondergedompeld in water zonder zout. De kipfilet in de oplossingen van 5% , 10% en in water zonder zout hadden gewichtstoename zonder te beginnen met gewichtsverlies. Kipfilet dat ondergedompeld was in water met 15% zout verloor de eerste 12 uur aan gewicht, maar had de volgende 12 uur weer gewichtstoename en kwam hierdoor net boven het oorspronkelijke gewicht uit. Een oplossing van 20% zorgde al voor gewichtsverlies na 6 uur . Na 12 uur nam het gewicht van de kipfilet weer toe. Deze had na 24 uur echter een gewichtsverlies van ongeveer 10%. Uit dit onderzoek kwam naar voren dat kipfilet die ondergedompeld was in de oplossing met 5% zout, na 24 26 uur de meeste gewichtstoename had. (zie fig. 8) Uit de resultaten van experiment 3 kwam, net als bij het onderzoek van Schmidt, naar voren dat het vlees dat in alleen water heeft gelegen ook een gewichtstoename had. Na het verhitten verloor dit vlees echter al dit vocht weer. Hierdoor is aannemelijk dat vlees wel water kan opnemen zonder zout, maar het niet kan binden. Dit komt overeen met de hypothesen van de verschillende onderzoeken die naar de werking van het zout zijn gedaan, zoals omschreven elders in deze discussie. Ook de resultaten van experiment 4 (zie tabel 8 en grafiek 2.3) komen voor een groot deel overeen met de onderzoeken van Schmidt. Net als bij zijn onderzoek hadden de zoutconcentraties met 5% en 10% zout het beste resultaat. Een groot verschil tussen het onderzoek van Schmidt en de uitkomsten van experiment 4 was echter het gewichtsverlies bij de zoutconcentraties van 15% en 20%. Bij het onderzoek van Schmidt verloor de kipfilet in eerste instantie gewicht. Daarna ontstond er pas een lichte stijging. Dit was tijdens de experimenten die voor deze scriptie uitgevoerd zijn niet aantoonbaar. Dit kan deels komen doordat de kipfilet tijdens de experimenten pas na 6 uur is gewogen. Bij het onderzoek van Schmidt is te zien (afb. 6) dat het gewichtsverlies vooral gedurende de eerste 6 uur plaatsvond en dat daarna het gewicht weer begon toe te nemen. Wel hadden de concentraties van 15% en 20% zout bij de experimenten het minste effect. Net als bij het onderzoek van Schmidt had de zoutconcentratie van 5% het meeste effect tijdens het pekelen. Bij experiment 4 is, in tegenstelling tot het onderzoek van Schmidt, gekeken naar het gewichtsverlies na verhitting. Na verhitting bleek namelijk dat de kipfilet met een zoutoplossing van 10% het minste aan gewicht was verloren. Door middel van de resultaten van experimenten 1,3 en 4, de onderzoeken van Schmidt en Hamm, uitspraken van brining expert Dr. Estes Reynolds en de theorie van McGee, kan geconcludeerd worden dat een 6-16-24-26 zoutconcentratie tussen de 5% en 10% het beste resultaat oplevert.

Figuur 8: gewichtstoename/-verlies bij verschillende zoutconcentraties

26

26

Pekeltijd Het onderzoek van Schmidt laat duidelijk zien dat tijd ook een belangrijke factor is bij het pekelen. Aan de resultaten is te zien dat de eerste 6 uur van het pekelen het grootste effect hebben. Zowel in positief effect bij pekelconcentraties van 5% en 10% als in negatief effect bij de zoutconcentraties van 15% en 20%. Na de eerste 6 uur neemt het gewicht bij de kipfilet uit de zoutconcentratie van 15% en 20% wel weer toe. Ook het gewicht van de kipfilet uit de pekelconcentraties van 5% en 10% nemen tussen de 6 en 12 uur gestaag toe. Vanaf 12 tot 26 24 uur blijft er een lichte stijging waarneembaar. Tijdens het uitvoeren van de experimenten 2 en 4 is bekeken welk effect tijd heeft bij het pekelen. Uit experiment 2 kwam naar voren dat er geen aantoonbaar verschil was tussen pekeltijden van 12 en 24 uur. Wel kwam duidelijk naar voren dat het beste resultaat werd verkregen bij een pekeltijd van 12 uur. (zie figuur 2.2) Bij experiment 4 kwam naar voren dat de gewichtstoename bij pekelconcentraties van 5%, 10% en 15 % de eerste 6 uur het snelst stijgt, waarna tussen 6 en 24 uur de gewichtstoename gelijkmatig blijft oplopen. De pekelconcentratie van 20% vertoont de eerste 12 uur weinig gewichtstoename. Deze pekelconcentratie heeft het beste effect na de eerste 12 uur. Door alle bovengenoemde resultaten is te veronderstellen dat een pekelbad de eerste 6 uur het meeste effect heeft op het vlees, maar dat er tussen de 6 en de 12 uur nog steeds een acceptabele stijging in gewichttoename is te 26 zien. Tussen 12 en 24 uur is er ook nog gewichttoename, al is deze meestal minimaal. Fosfaten In de voedingsmiddelenindustrie wordt vaak een deel van het zout vervangen door fosfaten. De fosfaten pyrofosfaat en trifosfaat hebben net als zout effect op het waterbindende vermogen van vlees en zorgen voor een betere zoutopname in het vlees. Myosine- en actinefilamenten worden bij elkaar gehouden door zogenaamde actomyosinebruggen aan het einde van de A-band. Fosfaten zorgen ervoor dat deze bruggen van elkaar worden gescheiden. Hierdoor ontstaat er meer ruimte tussen de filamenten, waardoor er meer ruimte komt om vocht te binden. Door het toevoegen van fosfaten hoeft er minder zout toegevoegd te worden om tot 23,27,28 een maximale wateropname te komen. Daar deze scriptie het pekelen van vlees in een ‘gewone huiskeuken’ behandelt, is er voor gekozen niet in te gaan op het gebruik van fosfaten.

27

Toelichting experimenten Om de resultaten tijdens de experimenten zo min mogelijk te beïnvloeden, is de gebruikte kip- en varkensfilet ingekocht bij dezelfde supermarkt. Daarnaast is per experiment het vlees tegelijkertijd ingekocht. Dit om verschillen in het vlees tot een minimum te beperken. Zoals eerder beschreven zijn leeftijd en besterving belangrijk voor de condities van het vlees. Doordat niet valt te controleren of de omstandigheden van het vlees iedere keer hetzelfde waren, kan het zijn dat de resultaten licht zijn beïnvloed. Daarnaast is geprobeerd om het gewicht en de dikte van het vlees zo min mogelijk van elkaar te laten verschillen. Voor het wegen van het vlees is gebruik gemaakt van een eenvoudige keukenweegschaal die afrondt tot op 1 gram. Telkens is gebruik gemaakt van dezelfde weegschaal om eventuele verschillen in meetapparatuur te voorkomen. Voor de pekel is elke keer gebruik gemaakt van leidingwater en hetzelfde merk zout. Het water voor de pekel werd eerst verwarmd tot circa 80 ˚C. Hierdoor loste het zout geheel op en had iedere pekel de gewenste concentratie. Voordat de kip in de pekel werd gelegd, werd het water weer afgekoeld tot circa 5 ˚C. Tijdens elk experiment werd de kip bewaard in een koelkast met een temperatuur van circa 5 ˚C. Bij experiment 1 is te zien dat kipfilet meer vocht opneemt dan varkensvlees. Tijdens het bakken verliest de kipfilet op zijn beurt ook weer meer vocht dan de varkensfilet. Dit kan komen door verschillen in dikte, structuur of spiermassa tussen de 2 vleessoorten. Daarnaast zit een significant verschil tussen de uitkomsten van de 2 experimenten met de kipfilet. Na het pekelen heeft de ene kipfilet een gewichtstoename van 9%, terwijl de andere kipfilet slechts een gewichtstoename heeft van 4,7%. De gewichtsverliezen na het bakken zijn redelijk gelijk. Een meetfout tijdens 1 van deze experimenten kan hiervan de oorzaak zijn. Hoewel er geprobeerd is om bij alle stukken vlees dezelfde dikte te hanteren, zaten er wel minimale verschillen in. Vooral bij de kipfilet was dit het geval. Dit kan de verschillen verklaren tussen de resultaten die te zien zijn in de tabellen bij experiment 1, aangezien de pekel bij dikkere stukken vlees meer tijd nodig heeft om voor het gewenste effect te zorgen. Bij experiment 2 is gebruik gemaakt van 4 stukken kipfilet. De kipfilets die hiervoor zijn gebruikt, kwamen uit één verpakking om de omstandigheden van het vlees zo min mogelijk te laten verschillen. Daarna zijn uit dikke gedeeltes van de kipfilet stukken gesneden van 50 gram. Ieder stuk was hierdoor nagenoeg even dik en zwaar, om zo de condities voor het pekelen zo gelijk mogelijk te maken. Een betere optie was wellicht geweest om slechts één stuk kip te gebruiken en deze telkens na de gewenste tijd te wegen. Op die manier zijn eventuele verschillende condities van de gebruikte kipfilets helemaal uitgesloten. Voor experiment 4 zijn kipfilets gebruikt die niet helemaal hetzelfde wogen. Dit kan effect hebben gehad op de resultaten, dit zal echter te verwaarlozen zijn. Per pekelconcentratie is 1 kipfilet gebruikt en deze is bij iedere tijdsindicatie uit de pekel gehaald, gewogen en weer terug in de pekel gelegd. Dit om verschillende condities te voorkomen.

28

Conclusie/Aanbevelingen In de loop der jaren is er veel onderzoek gedaan naar de werking van pekelen. Dat zout of de chloridenionen uit het zout een belangrijke functie hebben tijdens het pekelen, is ruimschoots bewezen. De onderzoekers zijn er tot op heden echter nog steeds niet van overtuigd welk systeem er nu voor een verhoging van het 25 waterbindend vermogen zorgt. De recente review van Puolanne geeft ook geen uitsluitsel. Elektrostatische krachten, osmose, capillariteit; het blijven tot nu toe enkel maar hypothesen. In zijn review geeft Puolanne aan dat er geen fundamentele verklaring kan worden gegeven voor het waterbindend vermogen van de spieren. Puolanne schrijft in zijn review het volgende; “However, we were not able to find a fundamental explanation for the bulk water-holding in muscle, although we agree that the surface interactions created by the three-dimensional network and their effects on waterstructure, as well as electrostatic and osmotic forces, keep the bulk water in the system. The effects of pH, salts, phosphates, denaturation etc. can be explained using these interaction hypotheses. All the discussed 25 hypotheses on water-holding in muscle seem to include solution/protein interactions and structural aspects. Een ander citaat uit de review van Puolanne; “As Pollack (2003) mentioned, muscle is considered [one of] the most important and best achievements of 25 Mother Nature. She seems to closely guard her secrets!” Schmidt zegt in zijn artikel het volgende: “The so-used ‘‘diffusive models” have not contributed to a better understanding of the mechanisms controlling water and salt transfer in meat salting process. Most realistic 26 models that take these phenomena into account are welcome.” “Osmotic treatment of meat cuts with NaCl solutions is a complex phenomenon, due to the dynamics of the actin–myosin–NaCl interactions, which modifies continuously the relative importance of the mass transfer 26 mechanisms” aldus Schmidt. Hamm en Offer beweren: “The effect of NaCl on different proteins in meat is very complex, and this complexity 23-24 increases if different concentrations of added NaCl, KCl and phosphates act simultaneously.

De onderzoekers zijn het er over eens dat op een bepaalde manier osmose, diffusie, capillariteit, elektrostatische kracht en zoutionen een rol spelen bij het waterbindende vermogen van vlees. Door de vele veranderingen die er tijdens het pekelproces in het vlees plaatsvinden, is het echter een zeer complex systeem. Hierdoor kan geen enkele onderzoeker, benoemd in deze scriptie, een definitief antwoord geven op de vraag welk systeem er verantwoordelijk is voor de toename van het waterbindende vermogen. Ze zijn het over één ding echter wel eens; verder onderzoek naar de precieze werking van het waterbindende vermogen van vlees is nodig om hier meer duidelijkheid over te kunnen geven. Uit de combinatie tussen de onderzoeken en de experimenten kan worden geconcludeerd dat pekelconcentratie en pekeltijd van groot belang zijn bij het pekelen van vlees. Een juiste pekelconcentratie is essentieel voor een optimaal effect. Bij een te lage zoutconcentratie kan het zijn dat het vlees niet genoeg vocht uit de pekel kan opnemen. Bij een te hoge zoutconcentratie (meer dan 10%), bestaat er een kans dat het vlees juist vocht verliest in plaats van dat het vocht opneemt en bindt. Uit alle gebruikte bronnen komt naar voren dat een pekelconcentratie tussen 5% en 10% het beste resultaat oplevert. Daarnaast is de tijdsduur van het pekelen van groot belang, omdat de pekel tijd nodig heeft om zijn werk te doen. Tijdens dit onderzoek is naar voren gekomen dat bij een pekelconcentratie van 5% tot 10%, een pekeltijd tussen de 12 uur en de 24 uur een optimaal resultaat oplevert. Te kort pekelen zorgt ervoor dat er minder water kan worden opgenomen door het vlees. Langer dan 24 uur pekelen zal in veel gevallen geen extra resultaat opleveren. Daarnaast zorgt de pekel voor een verandering van de structuur. Dit heeft als gevolg dat het vlees malser aanvoelt.

29

Aanbevelingen Naar aanleiding van uitgevoerde experimenten en bestudeerde bronnen, kunnen er een aantal aanbevelingen gedaan worden ten aanzien van het pekelen van vlees: 

De aanbevolen pekelconcentratie ligt tussen 5 en 10%. Omgerekend is dit tussen de 50 en de 100 gram zout per liter water.



De aanbevolen pekeltijd ligt tussen 12 uur en 24 uur. Dit is echter ook afhankelijk van de dikte van het vlees. Dunne lapjes vlees kunnen al genoeg hebben aan een pekeltijd van 6 uur. Hele dikke, compacte stukken vlees zullen minimaal 24 uur in het pekelbad moeten liggen.



Het aanbevolen vlees voor pekelen is wit vlees, zoals gevogelte of varkensvlees. Dit vlees wordt verhit tot een temperatuur van minimaal 80˚C. Bij deze temperaturen zal het vlees veel vocht verliezen door de denaturatie van de eiwitten. Rood vlees, zoals rundvlees, wordt vaak verhit tot maximaal 65˚C. Hierdoor blijft het meeste vocht in het vlees behouden en zal pekelen niet het gewenste effect hebben. Het rundvlees kan ook juist verhit worden voor een langere tijd rond de 100˚C, in de vorm van stoven. Ook dit zal het vlees mals en sappig maken en ook hierbij is pekelen niet van belang.



Het is aan te bevelen om tijdens het pekelen op te passen voor kruisbesmetting en het vlees zo koel mogelijk te bewaren om kans op bacteriële groei tot een minimum te beperken.

30

Beantwoording Hoofd- en deelvragen Hoofdvraag: “Met welke experimenten die in een ‘gewone keuken’ uitvoerbaar zijn, kunnen fysische en/of chemische processen die er plaats vinden tijdens het pekelen van vlees worden onderbouwd, zoals besproken in hoofdstuk 4 ‘Processen’ uit Receptenleerboek?” “Door marineren van vlees in een zoutoplossing neemt de hoeveelheid water toe die wordt vastgehouden tussen de myofibrillen (lange ketens van het complex van de spiereiwitten actine en myosine). Dit wordt toegeschreven aan veranderingen in de structuur van de eiwitten en aan een verzwakking van de samenhang tussen de myofibrillen doordat eiwitten deels oplossen. Dit kan een sappiger resultaat opleveren, want niet al 4 het extra water gaat bij verhitting vervolgens verloren “. Deelvragen: 1.

Heeft het pekelen van varkens- of kippenvlees effect op de sappigheid na het bakken?

Ja, diverse onderzoeken en de voor deze scriptie uitgevoerde experimenten, hebben aangetoond dat het pekelen van varkens- en/of kippenvlees effect heeft op de sappigheid na het bakken. 2. Wat is de rol van zout in pekelwater? Naar alle waarschijnlijkheid speelt het zout een rol bij het denatureren van de eiwitten. Van de chloridenionen uit het zout wordt verondersteld dat ze zich binden aan filamenten. Dit zorgt voor een repulsie tussen de filamenten. Samen zorgen deze factoren ervoor dat er meer ruimte komt tussen de filamenten. Deze ruimte wordt opgevuld met pekelwater. 3. Welke mechanismen spelen een rol bij het waterbindende vermogen van vlees? Aangenomen wordt dat de mechanismen osmose, capillariteit en elektrostatische krachten een rol spelen bij het waterbindende vermogen van vlees. Aangezien er vooralsnog geen onderzoek is dat uitsluitsel geeft op deze vraag, is op dit moment een definitief antwoord niet te geven.

31

Bronnenlijst 1. 2.

Cazor A., Liénard C. (2009) Moleculair koken: De technieken verklaard. De allernieuwste recepten. Good Cook Publishing. Pag. 1-4

3.

Moleculair koken. Achtergrond moleculair koken. 15 -10-2010 http://www.moleculairkoken.net/pages/visie

4.

Kennislink. Achtergrond moleculair koken. 11-10-2010 http://www.kennislink.nl/publicaties/moleculaire-gastronomie

5.

Eden J.G. van, Gerritsen W.J., Visser T.F., Zedde van de A. (2009) Receptenleer. Processen en technieken. Utrecht: ThiemeMeulenhoff, pag. 52-63

6.

McGee H. (2006) Over eten en koken. Wetenschap en cultuur in de keuken. Amsterdam: Nieuw Amsterdam uitgeverij. Pag. 127-184, 798-799 Kennislink. Morfologie spieren. 11-10-2010 http://www.kennislink.nl/publicaties/de-malsheid-van-rundvlees 10 voor biologie. Morfologie spieren. 11-10-2010 http://www.10voorbiologie.nl/index.php?cat=9&id=168&par=205&sub=206 Tornberg E. Effects of heat on meat proteins – Implications on structure and quality of meat products. Meat Science 2005; 70 : 493– 508 Zoutman Industries. Pekelfuncties. 11-10-2010 http://www.zoutman.com/nl/producten/voeding?product=89&achtergrond=ja

7. 8. 9. 10.

Marien E., J. Groenewold (2007) Cook & chemist: smakelijke experimenten uit de moleculaire keuken voor iedere kookliefhebber. Uithoorn: Karakter. Pag. 27-41

11. Kokswereld. Achtergrond Harold McGee. 31-10-2011 http://www.kokswereld.nl/content/dossiers/haroldmcgee.html

12. Wikepedia. Achtergrond Harold McGee. 31-10-2011 http://en.wikipedia.org/wiki/Harold_McGee

13. New York Times. Artikel pekelen. Harold McGee. 31-10-2011 http://www.nytimes.com/2008/11/12/dining/12curi.html 14. Wikepedia. Osmose. 7-11-2011 http://nl.wikipedia.org/wiki/Osmose

15. Wikepedia. Diffusie. 7-11-2011 http://nl.wikipedia.org/wiki/Diffusie

16. Fine Cooking. Werking van pekelen. 22-11-2011 http://www.finecooking.com/articles/why-brining-keeps-meat-moist.aspx

17. Cooks Illustrated. Werking van pekelen. 22-11-2011 http://www.cooksillustrated.com/images/document/howto/ND01_ISBriningbasics.pdf

18. Pattio Daddio BBQ. Werking van pekelen. 22-11-2011 http://www.patiodaddiobbq.com/2010/11/to-brine-or-not-to-brine.html

19. California bbq Association. Werking van pekelen. 5-12-2011 http://old.cbbqa.org/articles/Salt/SaltBrining.html

20. Sience of Cooking. Werking van pekelen. 5-12-2011 http://www.edinformatics.com/math_science/science_of_cooking/brining.htm

21. Cooking for Engineers. Werking van pekelen. 22-11-2011 http://www.cookingforengineers.com/article/70/Brining 22. Serious Eats. The Food Lab. Werking van pekelen. 31-10-2011 http://www.seriouseats.com/2009/11/the-food-lab-turkey-brining-basics.html

23. Offer G. and Trinick J. On the mechanism of water holding in meat – the swelling and shrinking of myofibrils, Meat Science 1983; 8 : 245–281

24. Hamm R. Biochemistry of meat hydration. Advances in Food Research 1960; 10 : 356–463. Geciteerd uit Puolanne E. et al. Theoretical aspects of water-holding in meat. Meat Science 2010; 86 : 151–165

25. Puolanne E. et al. Theoretical aspects of water-holding in meat. Meat Science 2010; 86 : 151–165 26. Schmidt F.C., Carciofi B.A.M. and Laurindo J.B. Salting operational diagrams for chicken breast cuts: hydration-dehydration. Journal of Food Engineering 2008; 88: 36–44

27. Youling L. Xiong. Role of myofibrillar proteins in water-binding in brine-enhanced meats. Food Research International 2005; 38 : 281– 287

28. Wageningen Universiteit. Fosfaten. 7-11-2011 http://www.food-info.net/nl/e/e338.htm

32

Bijlage 1. Methode en materialen Methode Ter ondersteuning en onderbouwing van deze scriptie er een literatuurstudie gedaan. Diverse boeken, websites en wetenschappelijke artikelen zijn hiervoor gebruikt. Daarnaast zijn er experimenten ontwikkeld en uitgevoerd ter ondersteuning van gevonden literatuur. Materialen en ingrediënten Voor het uitvoeren van de experimenten zijn materialen gebruikt die over het algemeen in een ‘alledaagse’ keuken aanwezig zijn:        

Litermaat Weegschaal Tupperwarebakjes met deksel Bakpan met antiaanbaklaag Snijplank Elektrische kookplaat Vleestang Garde

De gebruikte ingrediënten zijn te koop in een standaard supermarkt:    

Zout (Jozo) Kipfilet of varkensfilet Water Bakboter

Omschrijving experiment 1: Effect van zout De werking van het zout uit de pekel aantonen door één deel kippenvlees of varkensvlees te pekelen met een zoutoplossing, één zelfde deel kippenvlees of varkensvlees onder te dompelen in water en één deel kippenvlees of varkensvlees onbehandeld te laten. Na de gewenste pekeltijd het vlees wegen en met elkaar vergelijken. Na het wegen het vlees bakken en nogmaals met elkaar vergelijken. Omschrijving experiment 2: Pekelconcentratie Vlees pekelen met de gewenste pekelconcentratie en wegen na 2, 6, 12 en 24 uur. Resultaten met elkaar vergelijken. Omschrijving experiment 3: Pekeltijd Stukken vlees van het zelfde gewicht pekelen met verschillende pekelconcentraties. Na gewenste tijd kijken wegen en uitkomsten met elkaar vergelijken. Omschrijving experiment 4: Combinatie pekelconcentratie en pekeltijd Experiment 2 en 3 met elkaar combineren. Stukken vlees met verschillende zoutconcentraties pekelen en wegen na 2, 6, 12 en 24 uur. Resultaten met elkaar vergelijken. Daarna bakken en wederom met elkaar vergelijken.

33

Afstudeerscriptie Moleculair koken: het waterbindende vermogen van vlees

Recommend Documents