Sådan fungerer emulgatorer

Med forbedringen af ​​folks levestandard er forbrugernes behov for fødevarer ikke længere begrænset til en rimelig næringsværdi. De kræver også tilfredsstillende sensoriske kvaliteter af fødevarer, herunder udseende, farve, aroma, smag, konsistens og friskhed.

Som teksturmodificerende fødevaretilsætningsstoffer spiller emulgatorer en afgørende rolle i fødevareindustrien. Lad os se på virkningsmekanismen foremulgatorer!

Emulsioner

Emulsioner er bredt forekommende i fødevarer. Den ene fase består af vand eller vandige opløsninger, samlet set benævnt den hydrofile fase; den anden fase er en organisk fase, der ikke er blandbar med vand, også kendt som den lipofile fase. Når to ikke-blandbare væsker såsom vand og olie blandes, kan der dannes to typer emulsioner, nemlig olie-i-vand (O/W) emulsioner og vand-i-olie (W/O) emulsioner. I olie-i-vand emulsioner dispergeres olien i vand som små dråber, hvor oliedråberne fungerer som den dispergerede fase og vand som det kontinuerlige medium. Mælk er et typisk eksempel på en O/W emulsion. Omvendt dispergeres vand i olien som små dråber i vand-i-olie emulsioner, hvor vand fungerer som den dispergerede fase og olie som det kontinuerlige medium, hvor margarine er en repræsentativ W/O emulsion.

Virkningsmekanisme for emulgatorer

Fødevareemulgatorer, også kaldetoverfladeaktive stoffer, er stoffer, der omdanner ikke-blandbare væsker til ensartet dispergerede emulsioner. Som fødevaretilsætningsstoffer kan de reducere grænsefladespændingen mellem olie- og vandfaser betydeligt efter at være blevet inkorporeret i fødevarer, hvorved der dannes stabile emulsioner fra ikke-blandbar olie (hydrofobe stoffer) og vand (hydrofile stoffer).

På den ene side danner emulgatorer tynde molekylære film ved de gensidigt frastødende grænseflader mellem de to faser for at sænke den frie overfladeenergi i hele systemet og generere nye grænseflader. Emulgatormolekyler indeholder både hydrofile og lipofile grupper, som kan adsorbere til de gensidigt frastødende overflader af henholdsvis olie og vand for at danne tynde molekylære lag og reducere grænsefladespændingen mellem de to faser. Mere specifikt interagerer oliemolekyler med de lipofile segmenter af emulgatorer, mens vandmolekyler interagerer med de hydrofile segmenter af emulgatorer, og interaktionen mellem disse to sider ændrer grænsefladespændingen. På den anden side danner emulgatorer beskyttende adsorptionslag på overfladen af ​​små dråber, hvilket giver dråberne en stærk sterisk stabilisering. Generelt fører en højere dosis emulgatorer til en mere betydelig reduktion i grænsefladespændingen. Dette gør det muligt for oprindeligt ikke-blandbare stoffer at blandes ensartet og danne et homogent dispersionssystem, hvilket ændrer den oprindelige fysiske tilstand, optimerer fødevarens indre struktur og forbedrer fødevarekvaliteten.

Hydrofil-lipofil balanceværdi

Den hydrofile-lipofile balance (HLB) værdi: Emulgatorer med stærk hydrofilicitet danner generelt olie-i-vand-emulsioner, mens dem med stærk lipofilicitet danner vand-i-olie-emulsioner. HLB-værdien anvendes almindeligvis til at karakterisere den hydrofile-lipofile balance i emulgatorer og kvantificere deres hydrofilicitet. Der findes flere beregningsmetoder til HLB-værdier:

Differensformel: HLB = Hydrofilicitet af hydrofile grupper−Lipofobicitet af lipofile grupper

Forholdsformel: HLB = Hydrofilicitet af hydrofile grupper / Lipofobicitet af lipofile grupper

HLB-værdien for hver emulgator kan bestemmes eksperimentelt. Det er fastsat, at emulgatorer med 100% lipofilicitet (repræsenteret af paraffinvoks) har en HLB-værdi på 0, og dem med 100% hydrofilicitet (repræsenteret af kaliumoleat) har en HLB-værdi på 20. Intervallet mellem 0 og 20 er opdelt i 20 lige store dele for at angive styrken af ​​hydrofilicitet og lipofilicitet. En højere HLB-værdi svarer til stærkere hydrofilicitet, hvorimod en lavere HLB-værdi betyder stærkere lipofilicitet.

De fleste fødevaregodkendte emulgatorer er ikke-ioniske overfladeaktive stoffer med HLB-værdier fra 0 til 20; de tilsvarende egenskaber for ikke-ioniske emulgatorer med forskellige HLB-værdier er angivet i tabellen. Derimod har ioniske overfladeaktive stoffer HLB-værdier fra 0 til 40. Derfor er emulgatorer med HLB-værdier under 10 overvejende lipofile, mens dem med HLB-værdier lig med eller over 10 udviser hydrofile egenskaber.

For blandede emulgatorer er deres HLB-værdier additive. Når to eller flere emulgatorer anvendes i kombination, kan HLB-værdien for den blandede emulgator derfor beregnes ud fra massefraktionerne af hver emulgatorbestanddel: HLB,b = HLB·A% + HLBb·B%

Hvor HLBa,b betegner HLB-værdien af ​​blandingen af ​​emulgator a og emulgator b; HLBa og HLBb repræsenterer de respektive HLB-værdier for emulgator a og emulgator b; A% og B% står for masseprocenterne af emulgator a og emulgator b i den blandede emulgator (denne formel gælder kun for ikke-ioniske emulgatorer).

Fremstillingsmetoder og påvirkningsfaktorer for emulgatorer

Der er fire fremstillingsmetoder for emulgatorer, nemlig tørgummimetoden, vådgummimetoden, olie-vandfase-blandingsmetoden og den mekaniske metode.

Tørgummimetoden involverer tilsætning af den vandige fase til oliefasen, der indeholder emulgatorer. Under fremstillingen blandes gummipulveret (emulgator) først jævnt med olie, en vis mængde vand tilsættes, og blandingen males og emulgeres til en primær emulsion, efterfulgt af tilsætning af vand for at fortynde til det fulde volumen. Vådgummimetoden betyder, at oliefasen tilsættes den vandige fase, der indeholder emulgatorer. Under fremstillingen opløses gummien (emulgator) først i vand for at danne gummislim som den vandige fase; derefter tilsættes oliefasen til den vandige fase i portioner og males til en primær emulsion, hvorefter vand tilsættes til det fulde volumen. Olie-vand-fase-blandingsmetoden refererer til blanding af en vis mængde olie og vand, finmaling af akaciegummi i en morter, tilsætning af olie-vand-blandingen til den for hurtigt at male den til en primær emulsion og derefter fortynding med vand.

Fremstillingen af ​​emulgatorer har primært til formål at emulgere to slags væsker, og emulgeringseffekten har stor indflydelse på emulsionernes kvalitet. De vigtigste faktorer, der påvirker emulgeringen, omfatter grænsefladespænding, viskositet og temperatur, emulgeringstid og dosering af emulgatorer. Generelt vælges emulgatorer, der kan reducere grænsefladespændingen betydeligt. Den optimale emulgeringstemperatur for emulgatorer er omkring 70°C; hvis der anvendes ikke-ioniske overfladeaktive stoffer som emulgatorer, må emulgeringstemperaturen ikke overstige deres uklarhedspunkt. Generelt gælder det, at jo højere doseringen af ​​emulgatorer er, desto mere stabile vil de dannede emulsioner være.