Έτσι λειτουργούν οι γαλακτωματοποιητές

Με τη βελτίωση του βιοτικού επιπέδου των ανθρώπων, οι απαιτήσεις των καταναλωτών για τρόφιμα δεν περιορίζονται πλέον σε λογική θρεπτική αξία. Απαιτούν επίσης ικανοποιητικές οργανοληπτικές ιδιότητες των τροφίμων, όπως η εμφάνιση, το χρώμα, το άρωμα, η γεύση, η υφή και η φρεσκάδα.

Ως πρόσθετα τροφίμων που τροποποιούν την υφή, οι γαλακτωματοποιητές παίζουν ζωτικό ρόλο στη βιομηχανία τροφίμων. Ας ρίξουμε μια ματιά στον μηχανισμό δράσης τωνγαλακτωματοποιητές!

Γαλακτώματα

Τα γαλακτώματα είναι ευρέως διαδεδομένα στα τρόφιμα. Η μία φάση αποτελείται από νερό ή υδατικά διαλύματα, που συλλογικά αναφέρονται ως υδρόφιλη φάση. Η άλλη φάση είναι μια οργανική φάση μη αναμίξιμη με το νερό, γνωστή και ως λιπόφιλη φάση. Όταν αναμειγνύονται δύο μη αναμίξιμα υγρά όπως το νερό και το λάδι, μπορούν να σχηματιστούν δύο τύποι γαλακτωμάτων, συγκεκριμένα γαλακτώματα λαδιού-σε-νερό (O/W) και γαλακτώματα νερού-σε-έλαιο (W/O). Στα γαλακτώματα λαδιού-σε-νερό, το λάδι διασπείρεται στο νερό ως μικροσκοπικά σταγονίδια, με τα σταγονίδια λαδιού να χρησιμεύουν ως η διασπαρμένη φάση και το νερό ως το συνεχές μέσο. Το γάλα είναι ένα τυπικό παράδειγμα γαλακτώματος O/W. Αντίθετα, στα γαλακτώματα νερού-σε-έλαιο, το νερό διασπείρεται στο λάδι ως μικροσκοπικά σταγονίδια, όπου το νερό δρα ως η διασπαρμένη φάση και το λάδι ως το συνεχές μέσο, ​​με τη μαργαρίνη να είναι ένα αντιπροσωπευτικό γαλάκτωμα W/O.

Μηχανισμός δράσης των γαλακτωματοποιητών

Γαλακτωματοποιητές τροφίμων, που ονομάζονται επίσηςεπιφανειοδραστικές ουσίες, είναι ουσίες που μετατρέπουν τα μη αναμίξιμα υγρά σε ομοιόμορφα διασκορπισμένα γαλακτώματα. Ως πρόσθετα τροφίμων, μπορούν να μειώσουν σημαντικά την τάση διεπιφάνειας μεταξύ των φάσεων ελαίου και νερού μετά την ενσωμάτωσή τους στα τρόφιμα, σχηματίζοντας έτσι σταθερά γαλακτώματα από μη αναμίξιμο λάδι (υδρόφοβες ουσίες) και νερό (υδρόφιλες ουσίες).

Αφενός, οι γαλακτωματοποιητές σχηματίζουν λεπτές μοριακές μεμβράνες στις αμοιβαία απωθητικές διεπιφάνειες των δύο φάσεων για να μειώσουν την ελεύθερη επιφανειακή ενέργεια ολόκληρου του συστήματος και να δημιουργήσουν νέες διεπιφάνειες. Τα μόρια γαλακτωματοποιητή περιέχουν τόσο υδρόφιλες όσο και λιπόφιλες ομάδες, οι οποίες μπορούν να προσροφηθούν στις αμοιβαία απωθητικές επιφάνειες του ελαίου και του νερού αντίστοιχα για να σχηματίσουν λεπτά μοριακά στρώματα και να μειώσουν την διεπιφανειακή τάση μεταξύ των δύο φάσεων. Πιο συγκεκριμένα, τα μόρια ελαίου αλληλεπιδρούν με τα λιπόφιλα τμήματα των γαλακτωματοποιητών, ενώ τα μόρια νερού αλληλεπιδρούν με τα υδρόφιλα τμήματα των γαλακτωματοποιητών, και η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των δύο πλευρών μεταβάλλει την διεπιφανειακή τάση. Από την άλλη πλευρά, οι γαλακτωματοποιητές σχηματίζουν προστατευτικά στρώματα προσρόφησης στην επιφάνεια μικροσκοπικών σταγονιδίων, προσδίδοντας στα σταγονίδια ισχυρή στερεοχημική σταθεροποίηση. Γενικά, μια υψηλότερη δόση γαλακτωματοποιητών οδηγεί σε μια πιο ουσιαστική μείωση της διεπιφανειακής τάσης. Αυτό επιτρέπει στις αρχικά μη αναμίξιμες ουσίες να αναμειγνύονται ομοιόμορφα και να σχηματίζουν ένα ομοιογενές σύστημα διασποράς, το οποίο αλλάζει την αρχική φυσική κατάσταση, βελτιστοποιεί την εσωτερική δομή των τροφίμων και βελτιώνει την ποιότητα των τροφίμων.

Τιμή ισορροπίας υδρόφιλων-λιπόφιλων

Η υδρόφιλη-λιπόφιλη ισορροπία (HLB) τιμή: Οι γαλακτωματοποιητές με ισχυρή υδροφιλικότητα σχηματίζουν γενικά γαλακτώματα ελαίου-σε-νερό, ενώ εκείνοι με ισχυρή λιποφιλικότητα σχηματίζουν γαλακτώματα νερού-σε-έλαιο. Η τιμή HLB υιοθετείται συνήθως για τον χαρακτηρισμό της υδρόφιλης-λιπόφιλης ισορροπίας των γαλακτωματοποιητών και την ποσοτικοποίηση της υδροφιλικότητάς τους. Διατίθενται πολλαπλές μέθοδοι υπολογισμού για τις τιμές HLB:

Τύπος διαφοράς: HLB = Υδροφιλικότητα υδρόφιλων ομάδων−Λιποφοβικότητα λιπόφιλων ομάδων

Τύπος αναλογίας: HLB = Υδροφιλικότητα υδρόφιλων ομάδων / Λιποφοβικότητα λιπόφιλων ομάδων

Η τιμή HLB κάθε γαλακτωματοποιητή μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά. Ορίζεται ότι οι γαλακτωματοποιητές με 100% λιποφιλικότητα (που αντιπροσωπεύεται από παραφινικό κερί) έχουν τιμή HLB 0, και αυτοί με 100% υδροφιλικότητα (που αντιπροσωπεύεται από ελαϊκό κάλιο) έχουν τιμή HLB 20. Το εύρος μεταξύ 0 και 20 διαιρείται σε 20 ίσα μέρη για να υποδείξει την ισχύ της υδροφιλικότητας και της λιποφιλικότητας. Μια υψηλότερη τιμή HLB αντιστοιχεί σε ισχυρότερη υδροφιλικότητα, ενώ μια χαμηλότερη τιμή HLB σημαίνει ισχυρότερη λιποφιλικότητα.

Οι περισσότεροι γαλακτωματοποιητές τροφίμων είναι μη ιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες με τιμές HLB που κυμαίνονται από 0 έως 20. Οι αντίστοιχες ιδιότητες των μη ιονικών γαλακτωματοποιητών με διαφορετικές τιμές HLB παρατίθενται στον πίνακα. Αντίθετα, οι ιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες έχουν τιμές HLB που κυμαίνονται από 0 έως 40. Επομένως, οι γαλακτωματοποιητές με τιμές HLB κάτω από 10 είναι κυρίως λιπόφιλοι, ενώ εκείνοι με τιμές HLB ίσες ή μεγαλύτερες από 10 εμφανίζουν υδρόφιλα χαρακτηριστικά.

Για τους μικτούς γαλακτωματοποιητές, οι τιμές HLB τους είναι αθροιστικές. Επομένως, όταν χρησιμοποιούνται δύο ή περισσότεροι γαλακτωματοποιητές σε συνδυασμό, η τιμή HLB του μικτού γαλακτωματοποιητή μπορεί να υπολογιστεί με βάση τα κλάσματα μάζας κάθε συστατικού γαλακτωματοποιητή: HLBa,b = HLBa·A% + HLBb·B%

Όπου HLBa,b υποδηλώνει την τιμή HLB του μείγματος γαλακτωματοποιητή a και γαλακτωματοποιητή b, τα HLBa και HLBb αντιπροσωπεύουν τις αντίστοιχες τιμές HLB του γαλακτωματοποιητή a και του γαλακτωματοποιητή b, τα A% και B% αντιπροσωπεύουν τα ποσοστά μάζας του γαλακτωματοποιητή a και του γαλακτωματοποιητή b στον μεικτό γαλακτωματοποιητή (Αυτός ο τύπος ισχύει μόνο για μη ιονικούς γαλακτωματοποιητές).

Μέθοδοι Παρασκευής και Παράγοντες Επηρεασμού των Γαλακτωματοποιητών

Υπάρχουν τέσσερις μέθοδοι παρασκευής γαλακτωματοποιητών: η μέθοδος ξηρής κόμμεος, η μέθοδος υγρής κόμμεος, η μέθοδος ανάμειξης φάσης ελαίου-νερού και η μηχανική μέθοδος.

Η μέθοδος ξηρής κόμμεος περιλαμβάνει την προσθήκη της υδατικής φάσης στην ελαιώδη φάση που περιέχει γαλακτωματοποιητές. Κατά την παρασκευή, η σκόνη κόμμεος (γαλακτωματοποιητής) αναμειγνύεται πρώτα ομοιόμορφα με λάδι, προστίθεται μια ορισμένη ποσότητα νερού και το μείγμα αλέθεται και γαλακτωματοποιείται σε πρωτογενές γαλάκτωμα, ακολουθούμενη από την προσθήκη νερού για αραίωση μέχρι τον πλήρη όγκο. Η μέθοδος υγρής κόμμεος περιλαμβάνει την προσθήκη της ελαιώδους φάσης στην υδατική φάση που περιέχει γαλακτωματοποιητές. Κατά την παρασκευή, η κόμμι (γαλακτωματοποιητής) διαλύεται πρώτα σε νερό για να σχηματίσει γλοιώδες κόμμι ως υδατική φάση. Στη συνέχεια, η ελαιώδης φάση προστίθεται στην υδατική φάση σε παρτίδες και αλέθεται σε πρωτογενές γαλάκτωμα, μετά την οποία το νερό συμπληρώνεται μέχρι τον πλήρη όγκο. Η μέθοδος ανάμειξης φάσης λαδιού-νερού αναφέρεται στην ανάμειξη μιας ορισμένης ποσότητας λαδιού και νερού, στην λεπτή άλεση της κόμμεος ακακίας σε γουδί, στην προσθήκη του μείγματος λαδιού-νερού σε αυτό για ταχεία άλεση σε πρωτογενές γαλάκτωμα και στη συνέχεια στην αραίωση με νερό.

Η παρασκευή γαλακτωματοποιητών στοχεύει κυρίως στη γαλακτωματοποίηση δύο ειδών υγρών και το φαινόμενο γαλακτωματοποίησης ασκεί μεγάλη επίδραση στην ποιότητα των γαλακτωμάτων. Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη γαλακτωματοποίηση περιλαμβάνουν την τάση της διεπιφάνειας, το ιξώδες και τη θερμοκρασία, τον χρόνο γαλακτωματοποίησης και τη δοσολογία των γαλακτωματοποιητών. Γενικά, επιλέγονται γαλακτωματοποιητές που μπορούν να μειώσουν σημαντικά την τάση της διεπιφάνειας. Η βέλτιστη θερμοκρασία γαλακτωματοποίησης για τους γαλακτωματοποιητές είναι περίπου 70°F.°C. Εάν χρησιμοποιούνται μη ιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες ως γαλακτωματοποιητές, η θερμοκρασία γαλακτωματοποίησης δεν πρέπει να υπερβαίνει το σημείο θόλωσής τους. Γενικά, όσο υψηλότερη είναι η δοσολογία των γαλακτωματοποιητών, τόσο πιο σταθερά θα είναι τα σχηματιζόμενα γαλακτώματα.