Research Article

Soybean oleosome-based oleogels via polymer-bridging based structuring. Mechanical properties at large deformations^☆

Des oléogels à base d’oléosomes de soja via une structuration basée sur le pontage de polymères. Propriétés mécaniques au cours de grandes déformations

Max Planck Institute for Polymer Research, Ackermanweg 10, 55128 Mainz, Germany

^* Correspondence: vilgis@mpip-mainz.mpg.de

Received: 23 December 2022
Accepted: 28 February 2023

Abstract

Oleosomes have emerged in the last decade as a multipurpose oil-in-water emulsion suitable for engineering new lipids materials. The need to increase alternative and sustainable methods to modulate the rheological properties of emulsions has been the leading research interest in the oleogelation field. Soybean oleosomes are evaluated as building blocks for creating oleogels in combination with sodium alginate or ι-carrageenan as the structuring elements. Polymer bridging provides a route to produce compact soft, malleable gels by exploiting attractive electrostatic interactions between negatively charged polysaccharides and oleosome surfaces. We investigated the viscoelastic properties of concentrated polymer bridged gels by oscillatory rheological measurements. The rheological characteristics are governed predominantly by the type of polysaccharide and by the ratio between polysaccharide and oleosome content. One yielding step at low strains indicates the breaking of polysaccharide bridging bonds and was visible in all samples. A two-step yielding process, where the second step corresponds to the cage-breaking process, was present at polysaccharide/oleosome ratios where optimum bridging occurs for alginate and carrageenan, 0.005 g/g, 0.01 g/g, respectively. Nonetheless, the bumps corresponding to the second yielding point were more prominent in alginate gels than in carrageenan gels due to the greater bridging ability of alginate. Identifying these rheological hallmarks could provide new ideas towards the improved design of plant-based fatty food products, e.g., cream cheeses and vegan sausages surrogates.

Résumé

Les oléosomes sont apparus au cours de la dernière décennie comme une émulsion huile-dans-l’eau polyvalente, adaptée à l’ingénierie de nouveaux matériaux lipidiques. La nécessité d’augmenter les méthodes alternatives et durables pour moduler les propriétés rhéologiques des émulsions a été le principal intérêt de la recherche dans le domaine de l’oléogélation. Les oléosomes de soja sont évalués en tant qu’élément constitutifs pour créer des oléogels en combinaison avec de l’alginate de sodium ou de la ι-carraghénine comme éléments structurants. Le pontage des polymères permet de produire des gels compacts, mous et malléables en exploitant les interactions électrostatiques attractives entre les polysaccharides chargés négativement et les surfaces des oléosomes. Nous avons étudié les propriétés viscoélastiques de gels concentrés de polymères pontés, par des mesures rhéologiques oscillatoires. Les caractéristiques rhéologiques sont régies principalement par le type de polysaccharide et par le rapport entre la teneur en polysaccharides et en oléosomes. Une étape de déformation à une faible contrainte, correspondant à la rupture des liaisons avec le polysaccharide, est observée pour des ratios polysaccharide/oléosome (0,005 g/g d’alginate, 0,01 g/g de carraghénane) où l’efficacité du pontage n’est pas optimale. Un processus de déformation en deux étapes, où la deuxième étape correspond au processus de rupture de structures de type cages, s’exerce pour des ratios polysaccharides/oléosomes où le pontage est optimal pour l’alginate et la carraghénine, 0,005 g/g, 0,01 g/g, respectivement. Néanmoins, les épaulements correspondant à la seconde limite d’élasticité étaient plus importantes dans les gels d’alginate que dans les gels de carraghénane en raison de la plus grande capacité de pontage de l’alginate. L’identification de ces caractéristiques rhéologiques pourrait fournir de nouvelles idées pour améliorer la conception de produits alimentaires gras à base de plantes, par exemple, des fromages à la crème et des substituts de saucisses végétaliennes.