Waterige oplossingen van eiwitten en koolhydraten scheiden zich in twee delen met een extreem `zacht' grensvlak. De grensvlakspanning tussen die twee delen is aan te passen. Dat kan onder andere van pas komen in het ontwikkelen van emulsies van een oplossing op waterbasis in een andere waterige oplossing, zoals vetvrije mayonaise. Samenwerkende onderzoekers van de Universiteit Utrecht, Universiteit Leiden en NIZO food research publiceren deze resultaten op 6 augustus in het toonaangevende vakblad Physical Review Letters.

De onderzoekers hebben experimenten uitgevoerd met mengsels van eiwitten en koolhydraten in 90% water. Net als bij mengsels van olie en water scheidt ook deze vloeistof zich in twee delen. "De eiwitten en koolhydraten willen niet met elkaar mengen, dus tussen die twee delen ontstaat een grensvlak," aldus Mark Vis, promovendus aan de Universiteit Utrecht en hoofdauteur van de publicatie. "De grensvlakspanning is tot wel een miljoen keer lager dan die tussen olie en water."

Elektrische lading

De onderzoekers zijn erin geslaagd om de grensvlakspanning tussen de eiwit-rijke en koolhydraat-rijke delen van het mengsel te manipuleren door de zuurgraad aan te passen. De zuurgraad heeft invloed op de elektrische lading van het eiwit. "We hebben onderzocht welk effect de elektrische lading

van het eiwit heeft op de grensvlakspanning," vertelt Mark Vis. "De elektrische lading op het eiwit blijkt de grens tussen de twee delen van de vloeistof te doen vervagen."

Vetvrije mayonaise

Mengsels van eiwitten en koolhydraten zijn relevant voor toepassingen in de voedingsmiddelenindustrie en een vast onderdeel van het onderzoek bij NIZO food research. Het regelen van de grensvlakspanning is een belangrijke stap in het manipuleren van het ontmengingsgedrag van deze mengsels. In

veel voedingsmiddelen komen eiwitten en koolhydraten voor, maar is het juist niet de bedoeling dat er ontmenging optreedt. In andere gevallen is een sterkere ontmenging juist wenselijk, om bijvoorbeeld mayonaise te kunnen ontwikkelen die niet bestaat uit oliedruppeltjes in water, maar uit

waterdruppeltjes in water.

Links: Een oplossing van een koolhydraat en een eiwit is spontaan ontmengd in twee fasen, waarvan er een rijk is aan koolhydraat en een rijk is aan eiwit. Midden: De grensvlakspanning kan worden bepaald uit de vorm van het water-watergrensvlak in de buurt van een wand. Rechts: Schematische

weergave van het water-watergrensvlak, met koolhydraat in blauw en eiwit in rood.

Theoretische onderbouwing

Doordat beide delen voor 90% uit water bestaan, kunnen kleine moleculen zoals ionen zonder probleem door het water-watergrensvlak bewegen. Dat geeft het grensvlak een aantal merkwaardige eigenschappen. De onderzoekers zijn erin geslaagd de experimentele resultaten uit te leggen met een

theoretische onderbouwing. "Veel onderzoek naar dit soort systemen is puur empirisch: men probeert verschillende dingen uit en kijkt wat werkt. Ons onderzoek geeft hieraan een stevig theoretisch kader," legt Mark Vis uit.

Mark Vis is een van de auteurs van scheikundejongens.nl. Hij verdedigt zijn proefschrift getiteld Interfacial Thermodynamics of Coexisting Aqueous Polymer Solutions op maandag 23 november in het Academiegebouw in Utrecht.

Publicatie

Decreased interfacial tension of demixed aqueous polymer solutions due to charge

Mark Vis (UU), Vincent Peters (UU), Edgar Blokhuis (UL), Henk Lekkerkerker (UU), Ben Erne (UU), Hans Tromp (UU, NIZO) Physical Review Letters, 7 augustus 2015