Waarom chocola niet altijd bruin blijft

Jazeker, zelf is Van Mechelen ook een echte chocoladeliefhebber. Op de voorkant van zijn proefschrift staat een foto van eigen hand waarop het verschijnsel ‘vetbloem’ in alle hevigheid waarneembaar is. Een witte uitslag bedekt het oppervlak van wat eerst een lekker stuk bruine chocolade was. Het ziet er verre van appetijtelijk uit. “Deze chocola heeft een tijd in mijn caravan gelegen”, vertelt Van Mechelen. “De temperatuur is daarbij behoorlijk opgelopen en dat is nou net wat je met chocola niet moet doen. Bepaalde vetten zweten er als het ware uit en vormen dan die onsmakelijk ogende uitslag op de buitenkant.”

De afgelopen jaren heeft Van Mechelen kunnen aantonen dat het ontstaan van deze vetbloem alles te maken met de manier waarop de vetmoleculen van cacaoboter in de chocola gerangschikt zijn.

Voedingsvetten zijn opgebouwd uit triglyceriden, moleculen met drie lange staarten van koolstofketens. In natuurlijke vetten is een grote variëteit aan triglyceriden te vinden, waardoor elk vet zijn eigen specifieke eigenschappen heeft. Voedingsmiddelentechnologen maken daar handig gebruik van om een product de gewenste smeerbaarheid, mondgevoel, glans en smeltgedrag te geven.

Minuscule kristallen

De specifieke fysische eigenschappen van een vet zijn met name het resultaat van de manier waarop de aanwezige triglyceriden met elkaar een vaste stof vormen. “De manier waarop de lange koolstofketens in de vetkristallen op elkaar gestapeld zijn, bepaalt in hoge mate waardoor het ene vet bijvoorbeeld heel smeuiig aanvoelt en het andere juist wat stugger”, stelt Jan van Mechelen. “Ook de temperatuur waarbij vet smelt hangt er nauw mee samen.”

De vetten komen voor in minuscule kristallen van enkele duizendsten millimeters doorsnede. De bepaling van de moleculaire opbouw van de minuscule vetkristallen is Van Mechelens specialiteit. Bij de Universiteit van Amsterdam beschikt hij daarvoor over gevoelige apparatuur voor ‘hoge-resolutie röntgen poederdiffractie’, aangeschaft met steun van de Technologiestichting STW. Met de diffractiemetingen is hij in staat om de moleculaire pakking van de vetten te ontrafelen. Door dat ook bij cacaoboter te doen kon hij als eerste het precieze mechanisme van de vorming van vetbloem blootleggen.

Transformatie

Al veel langer is bekend dat de eigenschappen van cacaoboter hoofdzakelijk door drie triglyceriden worden bepaald. Die kunnen op allerlei manieren samen vetkristalletjes vormen, waarvan er twee typen (aangeduid als V en VI) voldoende stabiel zijn om langere tijd te kunnen bestaan. Fabrikanten van chocola hebben in de loop der jaren een procédé ontwikkeld – onder andere een uitgekiende temperatuurbehandeling – waarmee de op een na stabielste vorm (V) in de chocola te maken is.

De langzame transformatie van de type V kristallen in type VI is de aanleiding tot de vorming van vetbloem, zoveel was al geruime tijd duidelijk. “Maar hoe dat precies verloopt, dat wisten we niet”, zegt Jan van Mechelen. “En als je er een verklaring voor wilt geven dan moet je eerst weten hoe die kristallen zijn opgebouwd. Dat is wat ik heb onderzocht. Niet alleen voor cacaoboter trouwens, maar voor een hele serie van vergelijkbare zuivere triglyceriden”

In 2004 zette Van Mechelen een belangrijke stap met de opheldering van de kristalstructuur van cacaoboter type-V. Daarna ging hij op zoek ging naar de structuur van de cacaoboter-VI kristallen. “We hadden daar al wel een idee over, gezien de uit de praktijk gebleken nauwe relatie tussen de twee kristalvormen.” Toch bleek het net weer even anders als gedacht. Van Mechelen moest er zelfs de oorspronkelijk gepubliceerde gegevens over cacaoboter V voor herzien, maar nu is het volgens hem zonneklaar waarin de V en VI kristallen van elkaar verschillen, en hoe dat kan leiden tot de vorming van vetbloem.

Omgekeerde stapeling

De illustratie op de achterzijde van zijn proefschrift bevat de kern van de cacaoboterkwestie. “Kijk”, zegt van Mechelen, “je ziet er twee mogelijk stapelingen van vetmoleculen. Als je goed kijkt dan herken je de triglyceriden en zie je dat steeds één van de drie vetzuurketens van de moleculen geknikt is. Dat leidt tot een soort van V-vorm in de gestapelde kolommen. Nou hebben we kunnen vaststellen dat bij cacaoboter V de punt van die V in alle kolommen dezelfde kant opwijst, terwijl bij cacaoboter VI sprake is van kolommen waarbij die V afwisselend naar boven en naar beneden wijst. Het is maar een subtiel verschil, dat je pas kunt zien als je hele goede apparatuur gebruikt en je data heel zorgvuldig verwerkt. Maar het geeft precies aan waarom de VI-variant net een tikkeltje stabieler is dan cacaoboter V.”

Maar wat hebben deze kristalstructuren met de vorming van vetbloem te maken? “Nou”, antwoordt Van Mechelen, “de verklaring voor het ontstaan van vetbloem ligt er in besloten. Als je uitgaat van deze twee structuren, dan volgt onherroepelijk dat er bij de overgang van cacaoboter V naar het stabielere cacaoboter VI sprake moet zijn van een vloeibare tussenfase. En pas dán kan vetbloem ontstaan.”

Dat zit zo: onder normale omstandigheden kan cacaoboter V niet in cacaoboter VI veranderen. De kolommen gestapelde moleculen kunnen zich niet zomaar omdraaien, daar is geen ruimte voor in het kristal. De overgang van V naar VI is pas mogelijk als de kolommen los komen uit het vaste kristal. En dat kan pas na verhoging van de temperatuur, waarbij de kristallen aan de buitenkant gedeeltelijk smelten. Zolang het een kleine temperatuurstijging betreft blijven de kolommen zelf daarbij intact.

Zo is er bij de overgang van type V naar VI tussen de kristalletjes dus sprake van een dunne vloeistoflaag waarin de kolommen zich opnieuw kunnen rangschikken: er vindt omkristallisatie plaats tot de stabielere VI-vorm. Vetbloem kan ontstaan op het moment dat er sprake is van die vloeibare tussenfase; dan kan de vloeibare cacaoboter uit de donkere massa gedreven worden. Het vet kristalliseert aan de buitenzijde en voila: is er sprake van vetbloem.

Klik hier voor een informatieve brochure over cacao en chocola van de Vrije Universiteit (PDF)