15.3.4 Transvrije vetproductie
Volledige hydrogenering biedt een eenvoudig antwoord op de zoektocht naar chemisch stabiele vetstoffen, zoals bijvoorbeeld vereist in frituurtoepassingen. Het vervangen van een transbevattende viskeuze vloeistof door een vast blok volledig gehydrogeneerd vet voor frituurtoepassingen zou echter wel eens onaangenaam kunnen zijn; met name omdat volledig gehydrogeneerde oliën een smeltpunt boven 65 °C hebben en snel een vaste vetlaag rond gefrituurde goederen zouden doen ontstaan. In het recente verleden is er veel activiteit geweest van de kant van de olieleveranciers in verband met de lancering van nieuwe transvrije oliën. In 2004 hebben Dow AgroSciences, Bunge en DuPont allemaal hun verschillende merken van zero- of low-transoliën gelanceerd, en in 2005 hebben Cargill en Bayer CropScience zich daarbij aangesloten. De meeste van deze oliën worden geacht een antwoord te bieden op de beperkte chemische stabiliteit van conventionele oliën, aangezien deze nieuwe oliën hoog-oleïnehoudende (laag-linoleenzuur) vetzuurvarianten zijn van soja-, canola- of andere zaadoliën. De nieuwe eigenschappen zijn ontwikkeld door conventionele veredeling of door technieken van genetische modificatie. Een andere mogelijkheid is het verkrijgen van stabielere oliën door fractionering van bijvoorbeeld palmolie. Daarbij moet echter worden opgemerkt dat zelfs een dubbel gefractioneerd palmolie-oleïne relatief rijk is aan SFA, ongeveer 30%, omdat dit nu eenmaal de aard is van de TAG’s die in palmolie aanwezig zijn; het bevat een grote fractie TAG’s op basis van palmitinezuur, oliezuur en oliezuur.
Voor toepassingen die afhankelijk zijn van de structurerende functie van TFA-houdende TAG’s, kan de vervanging veel moeilijker zijn. Terwijl bij toepassingen die op chemische stabiliteit gericht zijn, de afwezigheid van PUFA’s het hoofddoel is, moeten hier specifieke TAG’s worden geïdentificeerd die de TFA-houdende TAG’s werkelijk functioneel vervangen. Dit betekent dat, afhankelijk van de specifieke toepassing, naar oplossingen op maat moet worden gezocht. Voor toepassingen van vetten waarbij een hoge temperatuurstabiliteit en een goede verwerkbaarheid van groot belang zijn, kunnen vetsamenstellingen worden gebruikt die rijk zijn aan volledig verzadigde TAGs. Deze worden het gemakkelijkst verkregen door volledige hydrogenering, waardoor een vetsamenstelling ontstaat die rijk is aan stearinezuur. Als om redenen van consumentenvoorkeur hydrogenering moet worden vermeden, bieden stearinefracties van palmolie ook het startpunt voor samenstellingen die rijk zijn aan volledig verzadigde TAG’s. Natte fractionering (met behulp van oplosmiddelen) of droge fractionering in meerdere stappen levert palmstearine op met een SFA-gehalte van meer dan 80%. Beide hierboven beschreven methoden leveren vetsamenstellingen op die rijk zijn aan slechts één TAG, meestal tristearine in volledig gehydrogeneerde zaadoliën en tripalmitine in palmstearine. Dit levert wellicht niet de functionaliteit van gemengde kristallen, die doorgaans klein zijn. Daartoe zou men deze vetten gewoon kunnen mengen of ze samen aan een omesteringsproces kunnen onderwerpen. Indien het smeltgedrag van een vetcompositie niet alleen belangrijk is voor de stabiliteit en de integriteit van een product, maar ook voor het mondgevoel of het afzetgedrag, dan moet het vet aan een veel engere specificatie voldoen. Volledig verzadigde TAG’s die uitsluitend op palmitine- of stearinezuur zijn gebaseerd, moeten in dergelijke gevallen in zeer beperkte hoeveelheden worden gebruikt. Het steile smeltpunt van gedeeltelijk gehydrogeneerde vetten en hun goede mondgevoel zijn gebaseerd op de fysische eigenschappen van TAG’s die zowel stearinezuur als elaëzuur bevatten. Deze leveren een reeks afzonderlijke smeltpunten van TAG’s op die ruim boven de lichaamstemperatuur maar onder de 60 °C liggen. TAG’s met een smeltpunt binnen dit bereik komen in de natuur slechts zeer sporadisch voor. Deze glycerolesters bestaan uit twee verzadigde en één onverzadigd vetzuur, waarbij de vetzuren meestal symmetrisch gerangschikt zijn (SUS: saturated-unsaturated-saturated). Zij komen voor in bijvoorbeeld cacaoboter, die zeer gewaardeerd wordt om zijn smeltgedrag, en in een reeks andere exotische vetten, zoals salvet, kokumvet, sheanootolie, mangopitolie en uiteraard ook palmolie. De oliefabrikanten verwachten nu al dat het gebruik van palmolie en palmoliefracties aanzienlijk zal toenemen, aangezien zij hun productiecapaciteit uitbreiden. Een alternatieve manier om een vetsamenstelling te maken die rijk is aan SUS- en SSU-TAG’s wordt momenteel gepromoot door ADM en Novozymes. Een van hun enzymatisch geïnteresterificeerde hardstocks is gebaseerd op volledig gehydrogeneerde sojaolie en natieve sojaolie. Dit is bijzonder interessant voor de Verenigde Staten wegens de relatief lage aanvaarding van palmolie. Naast deze aanpak zijn er talrijke pogingen geweest om zaadoliën te ontwikkelen met verhoogde gehalten aan stearinezuur, rijk aan SUS-TAG’s, maar geen enkele daarvan heeft nog een vet opgeleverd dat op industriële schaal beschikbaar is.
De SUS-TAG’s hebben helaas een smeltpunt dat zeer dicht bij de lichaamstemperatuur ligt en vertonen gewoonlijk een gecompliceerd en traag kristallisatiegedrag. Het relatief lage smeltpunt van SUS-TAG’s maakt het noodzakelijk dat, voor structurering bij verhoogde temperatuur, hoge concentraties van deze TAG aanwezig zijn. De twee genoemde kenmerken, in combinatie met hun prijs en beperkte beschikbaarheid, maken deze TAG minder geschikt voor robuuste commodity-toepassingen.
Alternatief, TAGs samengesteld uit verzadigde middellange-keten en lange-keten vetzuren ook smelten in het gewenste intermediaire temperatuurbereik (zie ook Garti en Sato, 1988). Helaas bestaan deze niet in de natuur. Zij kunnen worden vervaardigd door verestering van een mengsel van vetten met voldoende hoeveelheden lange-keten SFA, afkomstig van palmolie door volledige hydrogenering, en middellange-keten vetzuren aanwezig in palmpit- of kokosvet. Aangezien interesterificatie altijd een statistische mix van triglyceriden oplevert in overeenstemming met het vetzuurmengsel van het begin, is de concentratie van de beoogde, hoogsmeltende (HM) TAG’s, van di-lange-keten, mono-middellange-keten vetzuren altijd beperkt.
Aternatief kunnen vergelijkbare vetten met een hoog smeltpunt en goede kristallisatie-eigenschappen worden vervaardigd door volledige hydrogenering van palmpitvet. Om de eigenschappen van dit vet, dat zeer geschikt is voor coating en andere cacaoboterachtige toepassingen, verder te optimaliseren, wordt het vervolgens vaak geïnteresteriseerd om de verdeling van zijn vetzuren te randomiseren. Ondanks de suggestie dat geïnteresterificeerd, volledig gehard palmpitvet een goed alternatief is voor gedeeltelijk geharde vetten, blijft de toepassing ervan in andere producten beperkt wegens de prijs en de interactie met enzymen.
Voor de vervanging van gedeeltelijk geharde vetten in spreads en soortgelijke toepassingen gelden andere beperkingen. In de eerste plaats zijn moderne spreads, zachte kuipproducten, typisch ontworpen om grote hoeveelheden gezonde vloeibare oliën te leveren. Dit impliceert dat het structurerende vet, in het algemeen aangeduid als hard vet, in beperkte hoeveelheden wordt gebruikt. Soortgelijke vetten als hierboven besproken komen in aanmerking voor gebruik in smeerbare vetproducten. Zoals reeds is uiteengezet, is voor fabricageprocessen onder hoge oververzadiging de kinetiek van de polymorfe overgang van primordiaal belang. Het blijkt dat vetten die rijk zijn aan TAG’s die bestaan uit SFA met middellange en lange ketens (HM-TAG) in feite een korte overgangstijd hebben. Bovendien produceert dit type TAG, mogelijk als gevolg van de vrij complexe verpakking op moleculair niveau in het kristalrooster, kleinere kristallen dan bijvoorbeeld volledig verzadigde TAG’s op basis van lange-keten vetzuren. Dit maakt de gemengde verzadigde TAG’s bijzonder geschikte kandidaten voor de vervanging van gedeeltelijk gehydrogeneerde vetten. Hierbij moet worden opgemerkt dat bij deze vervanging ook het smeltprofiel van de producten zal veranderen volgens de illustratie in fig. 15.1. Veresterde vetten geven relatief rechte SFC versus temperatuur lijnen die kunnen worden gemanipuleerd door de samenstelling van het omesteringsmengsel. Bij rechtlijnige toepassing van veresterde vetten worden de grenzen van een hoge SFC bij 20 °C in combinatie met zeer lage SFC-niveaus bij 35 °C snel bereikt. Om aanzienlijk steilere SFC-lijnen tot stand te brengen, moeten hetzij TAG’s van het type SUS, hetzij HM-TAG-niveaus in de formulering worden geoptimaliseerd. Dit kan worden bereikt door een combinatie van verschillende hardstocks. Bij het mengen van bijvoorbeeld een HM-TAG-hardstock met cacaobotervet, dat economisch niet erg aantrekkelijk is voor spreads, kan men echter vaststellen dat in plaats van een synergetisch voordeel juist het tegenovergestelde gebeurt. Bij bepaalde mengverhoudingen treedt onvermengbaarheid van de TAG in de vaste fase op en nemen zowel de SFC als het structurerend vermogen juist af. Dit illustreert dat het menggedrag van de TAG’s, dat door de verwerkingscondities kan worden beïnvloed, een sleutelelement is bij het ontwerpen van functionele vetcomposities. Bij de pogingen om zeer functionele hardstocks te maken, speelt fractionering een belangrijke rol. Er zijn twee mogelijke toepassingen van fractionering: fractionering kan zowel vóór als na de verestering worden toegepast. De economische aspecten van de toepassing van fractionering hangen sterk af van de waarde en het gebruik van de secundaire fractie die uit het scheidingsproces voortkomt. Om bijvoorbeeld de concentratie HM-TAG in een vet te verhogen, zou men het rendement van de omestering ten opzichte van de HM-TAG-concentratie kunnen verbeteren door de vetzuursamenstelling van het uitgangsmateriaal te optimaliseren in de richting van tweederde stearinezuur plus palmitinezuur gemengd met eenderde laurinezuur. De eliminatie van onverzadigde vetzuren uit het interesterificatiemengsel kan worden bereikt door gebruik te maken van volledig gehydrogeneerde uitgangsmaterialen. Voor niet-gehydrogeneerde vetsamenstellingen is fractionering van de uitgangsmaterialen echter het enige beschikbare middel om in deze richting verder te gaan. Het overvloedige gebruik van palmstearine in interesterificaties, dat door de goede marktwaarde van palmoleïne economisch aantrekkelijk is, is het meest in het oog springende voorbeeld van dit proces. Ook dit ondersteunt de installatie van grotere palmolieproductiecapaciteiten, zoals eerder vermeld. Een hogere opbrengst aan functionele TAGs in de hardstockvetten kan worden bereikt door fractionering na de omestering. Deze productiemethode heeft echter twee nadelen. Ten eerste worden de TAG’s die men wil concentreren gekenmerkt door gemengde kristalvorming met relatief kleine kristalgroottes. Dit kenmerk heeft uiteraard nadelige gevolgen voor het goede verloop van het fractioneringsproces, aangezien de scheiding van de stearine- en de oleinfracties negatief zal worden beïnvloed. Dit nadeel kan worden verholpen door fractionering met behulp van oplosmiddelen, wat aanzienlijke kosten met zich meebrengt, of door het proces anders te ontwerpen. Ten tweede is het bijproduct van post-fractioneringsprocessen minder waarschijnlijk van hoge waarde, waardoor de kosten voor de totale toepassing mogelijk prohibitief worden. In het algemeen kan worden geconcludeerd dat post-fractionering van hardstockvetten als een laatste redmiddel wordt beschouwd bij de vervanging van gedeeltelijk gehydrogeneerde vetten, aangezien dit een aanzienlijke kostenstijging met zich zal brengen. Voor andere hoogwaardige toepassingen zou het besproken proces echter heel goed geschikt kunnen zijn.