هكذا تعمل المستحلبات

مع تحسن مستويات معيشة الناس، لم تعد متطلبات المستهلكين من الغذاء تقتصر على القيمة الغذائية المعقولة، بل باتوا يطالبون أيضاً بخصائص حسية مرضية للطعام، تشمل المظهر واللون والرائحة والمذاق والقوام والنضارة.

تلعب المستحلبات، كمضافات غذائية تُعدّل قوام الطعام، دورًا حيويًا في صناعة الأغذية. دعونا نلقي نظرة على آلية عملها.المستحلبات!

المستحلبات

توجد المستحلبات بكثرة في الأطعمة. يتكون أحد طوريها من الماء أو المحاليل المائية، ويُشار إليهما مجتمعين بالطور المحب للماء؛ أما الطور الآخر فهو طور عضوي غير قابل للامتزاج بالماء، ويُعرف أيضًا بالطور المحب للدهون. عند مزج سائلين غير قابلين للامتزاج، كالماء والزيت، يتشكل نوعان من المستحلبات، وهما مستحلبات الزيت في الماء (O/W) ومستحلبات الماء في الزيت (W/O). في مستحلبات الزيت في الماء، ينتشر الزيت في الماء على شكل قطرات صغيرة، حيث تعمل قطرات الزيت كطور منتشر والماء كوسط مستمر. يُعد الحليب مثالًا نموذجيًا على مستحلب الزيت في الماء. في المقابل، في مستحلبات الماء في الزيت، ينتشر الماء في الزيت على شكل قطرات صغيرة، حيث يعمل الماء كطور منتشر والزيت كوسط مستمر، ويُعد السمن النباتي مثالًا نموذجيًا على مستحلب الماء في الزيت.

آلية عمل المستحلبات

مستحلبات الطعام، وتسمى أيضاًالمواد الخافضة للتوتر السطحيهي مواد تحول السوائل غير القابلة للامتزاج إلى مستحلبات متجانسة التوزيع. وباعتبارها إضافات غذائية، يمكنها أن تقلل بشكل كبير من التوتر السطحي بين طوري الزيت والماء بعد إضافتها إلى الطعام، وبالتالي تشكل مستحلبات مستقرة من الزيت غير القابل للامتزاج (مواد كارهة للماء) والماء (مواد محبة للماء).

من جهة، تُشكّل المستحلبات أغشية جزيئية رقيقة عند الأسطح البينية المتنافرة بين الطورين، مما يُقلل من طاقة السطح الحرة للنظام بأكمله ويُنشئ أسطحًا بينية جديدة. تحتوي جزيئات المستحلب على مجموعات محبة للماء وأخرى كارهة للماء، والتي يمكنها الامتزاز على الأسطح المتنافرة للزيت والماء على التوالي، لتشكيل طبقات جزيئية رقيقة وتقليل التوتر السطحي بين الطورين. وبشكلٍ أدق، تتفاعل جزيئات الزيت مع الأجزاء الكارهة للماء من المستحلب، بينما تتفاعل جزيئات الماء مع الأجزاء المحبة للماء، ويؤدي التفاعل بين هذين الجانبين إلى تغيير التوتر السطحي. من جهة أخرى، تُشكّل المستحلبات طبقات امتزاز واقية على سطح القطرات الدقيقة، مما يُكسبها استقرارًا فراغيًا قويًا. عمومًا، تؤدي زيادة جرعة المستحلب إلى انخفاض أكبر في التوتر السطحي. وهذا يسمح للمواد غير القابلة للامتزاج في الأصل بالاختلاط بشكل موحد وتشكيل نظام تشتت متجانس، مما يغير الحالة الفيزيائية الأصلية، ويحسن البنية الداخلية للطعام، ويحسن جودة الطعام.

قيمة التوازن بين المحبة للماء والمحبة للدهون

التوازن بين الخصائص المحبة للماء والخصائص المحبة للدهون (HLBقيمة HLB: تُشكّل المستحلبات ذات الخاصية المحبة للماء القوية مستحلبات زيت في الماء، بينما تُشكّل تلك ذات الخاصية المحبة للدهون القوية مستحلبات ماء في الزيت. تُستخدم قيمة HLB عادةً لوصف التوازن بين الخاصيتين المحبة للماء والمحبة للدهون في المستحلبات، ولتحديد مدى محبتها للماء. تتوفر طرق حساب متعددة لقيم HLB.

صيغة الفرق: HLB = محبة الماء للمجموعات المحبة للماء-كراهية الدهون للمجموعات المحبة للدهون

صيغة النسبة: HLB = محبة الماء للمجموعات المحبة للماء / كراهية الدهون للمجموعات المحبة للدهون

يمكن تحديد قيمة HLB لكل مستحلب تجريبياً. يُفترض أن المستحلبات ذات خاصية كراهية الماء بنسبة 100% (مثل شمع البارافين) لها قيمة HLB تساوي صفرًا، بينما المستحلبات ذات خاصية محبة الماء بنسبة 100% (مثل أوليات البوتاسيوم) لها قيمة HLB تساوي 20. يُقسم النطاق بين 0 و20 إلى 20 جزءًا متساويًا للدلالة على قوة خاصية محبة الماء وكراهية الماء. تشير قيمة HLB الأعلى إلى قوة أكبر في محبة الماء، بينما تشير قيمة HLB الأقل إلى قوة أكبر في محبة الماء.

معظم المستحلبات المستخدمة في الأغذية هي مواد فعالة سطحية غير أيونية، تتراوح قيم HLB الخاصة بها بين 0 و20؛ وتُدرج خصائص المستحلبات غير الأيونية ذات قيم HLB المختلفة في الجدول. في المقابل، تتراوح قيم HLB للمواد الفعالة سطحية الأيونية بين 0 و40. لذا، فإن المستحلبات ذات قيم HLB الأقل من 10 تكون محبة للدهون في الغالب، بينما تُظهر تلك ذات قيم HLB التي تساوي أو تزيد عن 10 خصائص محبة للماء.

بالنسبة للمستحلبات المختلطة، تكون قيم HLB الخاصة بها قابلة للجمع. لذلك، عند استخدام مستحلبين أو أكثر معًا، يمكن حساب قيمة HLB للمستحلب المختلط بناءً على النسب الكتلية لكل مستحلب مكون: HLBa,b = HLBa·A% + HLBb·B%

حيث تشير HLBa,b إلى قيمة HLB لمزيج المستحلب a والمستحلب b؛ وتمثل HLBa وHLBb قيم HLB الخاصة بالمستحلب a والمستحلب b على التوالي؛ وتمثل A% وB% النسب المئوية الكتلية للمستحلب a والمستحلب b في المستحلب المختلط (هذه الصيغة تنطبق فقط على المستحلبات غير الأيونية).

طرق تحضير المستحلبات والعوامل المؤثرة فيها

هناك أربع طرق لتحضير المستحلبات، وهي طريقة الصمغ الجاف، وطريقة الصمغ الرطب، وطريقة خلط الطور الزيتي المائي، والطريقة الميكانيكية.

تتضمن طريقة الصمغ الجاف إضافة الطور المائي إلى الطور الزيتي المحتوي على المستحلبات. أثناء التحضير، يُخلط مسحوق الصمغ (المستحلب) أولاً بالتساوي مع الزيت، ثم تُضاف كمية معينة من الماء، ويُطحن الخليط ويُستحلب لتكوين مستحلب أولي، ثم يُضاف الماء لتخفيفه إلى الحجم المطلوب. أما طريقة الصمغ الرطب فتعني إضافة الطور الزيتي إلى الطور المائي المحتوي على المستحلبات. في التحضير، يُذاب الصمغ (المستحلب) أولاً في الماء لتكوين مادة صمغية لزجة كطور مائي؛ ثم يُضاف الطور الزيتي إلى الطور المائي على دفعات ويُطحن لتكوين مستحلب أولي، وبعد ذلك يُضاف الماء إلى الحجم المطلوب. وتشير طريقة خلط الطورين الزيتي والمائي إلى خلط كمية معينة من الزيت والماء، وطحن صمغ الأكاسيا طحناً ناعماً في هاون، ثم يُضاف خليط الزيت والماء إليه ويُطحن بسرعة لتكوين مستحلب أولي، ثم يُخفف بالماء.

يهدف تحضير المستحلبات بشكل أساسي إلى استحلاب نوعين من السوائل، ويؤثر تأثير الاستحلاب بشكل كبير على جودة المستحلبات. تشمل العوامل الرئيسية المؤثرة على الاستحلاب التوتر السطحي، واللزوجة، ودرجة الحرارة، ومدة الاستحلاب، وجرعة المستحلب. عمومًا، يتم اختيار المستحلبات التي تُقلل التوتر السطحي بشكل ملحوظ. تبلغ درجة حرارة الاستحلاب المثلى حوالي 70 درجة مئوية.°ج- إذا استُخدمت مواد خافضة للتوتر السطحي غير أيونية كمستحلبات، فيجب ألا تتجاوز درجة حرارة الاستحلاب نقطة تعكرها. وبشكل عام، كلما زادت جرعة المستحلبات، زادت استقرار المستحلبات المتكونة.