Näin emulgointiaineet toimivat

Ihmisten elintason parantuessa kuluttajien vaatimukset ruoalle eivät enää rajoitu kohtuulliseen ravintoarvoon. He vaativat myös tyydyttäviä aistinvaraisia ​​ominaisuuksia, kuten ulkonäköä, väriä, tuoksua, makua, koostumusta ja tuoreutta.

Rakennetta muokkaavina lisäaineina emulgointiaineilla on keskeinen rooli elintarviketeollisuudessa. Tarkastellaanpa niiden vaikutusmekanismia.emulgointiaineet!

Emulsiot

Emulsioita esiintyy laajalti elintarvikkeissa. Toinen faasi koostuu vedestä tai vesiliuoksista, joita kutsutaan yhteisesti hydrofiiliseksi faasiksi; toinen faasi on veteen liukenematon orgaaninen faasi, joka tunnetaan myös lipofiilisenä faasina. Kun kaksi liukenematonta nestettä, kuten vesi ja öljy, sekoitetaan, voi muodostua kahdenlaisia ​​emulsioita: öljy-vedessä (O/W) -emulsioita ja vesi-öljyssä (W/O) -emulsioita. Öljy-vedessä-emulsioissa öljy on dispergoitunut veteen pieninä pisaroina, öljypisaroiden toimiessa dispersiofaasina ja veden jatkuvana väliaineena. Maito on tyypillinen esimerkki O/W-emulsiosta. Kääntäen vesi-öljyssä-emulsioissa vesi on dispergoitunut öljyyn pieninä pisaroina, joissa vesi toimii dispersiofaasina ja öljy jatkuvana väliaineena, margariinin ollessa tyypillinen W/O-emulsio.

Emulgointiaineiden vaikutusmekanismi

Elintarvikkeiden emulgointiaineet, joita kutsutaan myöspinta-aktiiviset aineet, ovat aineita, jotka muuttavat liukenemattomia nesteitä tasaisesti dispergoituneiksi emulsioiksi. Elintarvikkeiden lisäaineina ne voivat merkittävästi vähentää öljy- ja vesifaasien välistä rajapintajännitystä elintarvikkeeseen lisäämisen jälkeen, jolloin muodostuu stabiileja emulsioita liukenemattomasta öljystä (hydrofobiset aineet) ja vedestä (hydrofiiliset aineet).

Toisaalta emulgointiaineet muodostavat ohuita molekyylikalvoja kahden faasin toisiaan hylkiville rajapinnoille, mikä alentaa koko järjestelmän pintavapaata energiaa ja luo uusia rajapintoja. Emulgointiainemolekyylit sisältävät sekä hydrofiilisiä että lipofiilisiä ryhmiä, jotka voivat adsorboitua öljyn ja veden toisiaan hylkiville pinnoille muodostaen ohuita molekyylikerroksia ja vähentäen kahden faasin välistä rajapintajännitystä. Tarkemmin sanottuna öljymolekyylit ovat vuorovaikutuksessa emulgointiaineiden lipofiilisten segmenttien kanssa, kun taas vesimolekyylit ovat vuorovaikutuksessa emulgointiaineiden hydrofiilisten segmenttien kanssa, ja näiden kahden puolen välinen vuorovaikutus muuttaa rajapintajännitystä. Toisaalta emulgointiaineet muodostavat suojaavia adsorptiokerroksia pienten pisaroiden pinnalle, mikä antaa pisaroille vahvan steerisen stabiloinnin. Yleensä suurempi emulgointiaineannos johtaa merkittävämpään rajapintajännityksen vähenemiseen. Tämä mahdollistaa alun perin sekoittumattomien aineiden tasaisen sekoittumisen ja homogeenisen dispersiojärjestelmän muodostamisen, mikä muuttaa alkuperäistä fysikaalista olomuotoa, optimoi elintarvikkeen sisäisen rakenteen ja parantaa elintarvikkeen laatua.

Hydrofiilisen ja lipofiilisen tasapainon arvo

Hydrofiilinen-lipofiilinen tasapaino (HLB) arvo: Voimakkaasti hydrofiiliset emulgointiaineet muodostavat yleensä öljy-vedessä-emulsioita, kun taas voimakkaasti lipofiiliset emulgointiaineet muodostavat vesi-öljyssä-emulsioita. HLB-arvoa käytetään yleisesti emulgointiaineiden hydrofiilisen-lipofiilisen tasapainon kuvaamiseen ja niiden hydrofiilisyyden kvantifiointiin. HLB-arvoille on saatavilla useita laskentamenetelmiä:

Erottelukaava: HLB = Hydrofiilisten ryhmien hydrofiilisyys−Lipofiilisten ryhmien lipofobisuus

Suhdekaava: HLB = Hydrofiilisten ryhmien hydrofiilisyys / Lipofiilisten ryhmien lipofobisuus

Kunkin emulgointiaineen HLB-arvo voidaan määrittää kokeellisesti. Edellytetään, että 100 % lipofiilisillä emulgointiaineilla (joita edustaa parafiinivaha) on HLB-arvo 0 ja 100 % hydrofiilisillä emulgointiaineilla (joita edustaa kaliumoleaatti) on HLB-arvo 20. Arvoalue 0–20 jaetaan 20 yhtä suureen osaan osoittamaan hydrofiilisyyden ja lipofiilisyyden voimakkuutta. Korkeampi HLB-arvo vastaa vahvempaa hydrofiilisyyttä, kun taas alhaisempi HLB-arvo tarkoittaa vahvempaa lipofiilisyyttä.

Useimmat elintarvikelaatuiset emulgointiaineet ovat ionittomia pinta-aktiivisia aineita, joiden HLB-arvot vaihtelevat välillä 0–20; eri HLB-arvojen omaavien ionittomien emulgointiaineiden vastaavat ominaisuudet on lueteltu taulukossa. Sitä vastoin ionisten pinta-aktiivisten aineiden HLB-arvot vaihtelevat välillä 0–40. Siksi emulgointiaineet, joiden HLB-arvot ovat alle 10, ovat pääasiassa lipofiilisiä, kun taas ne, joiden HLB-arvot ovat 10 tai enemmän, ovat hydrofiilisiä.

Sekoitettujen emulgointiaineiden HLB-arvot ovat additiivisia. Siksi, kun kahta tai useampaa emulgointiainetta käytetään yhdessä, seotetun emulgointiaineen HLB-arvo voidaan laskea kunkin ainesosan, emulgointiaineen, massaosuuksien perusteella: HLBa,b = HLBa·A% + HLBb·B%

Jossa HLBa,b tarkoittaa emulgointiaineen a ja emulgointiaineen b seoksen HLB-arvoa; HLBa ja HLBb edustavat emulgointiaineen a ja emulgointiaineen b vastaavia HLB-arvoja; A% ja ​​B% tarkoittavat emulgointiaineen a ja emulgointiaineen b massaprosentteja seosemulgointiaineessa (tämä kaava koskee vain ionittomia emulgointiaineita).

Emulgointiaineiden valmistusmenetelmät ja niihin vaikuttavat tekijät

Emulgointiaineita valmistetaan neljällä eri tavalla: kuivalla kumimenetelmällä, märkällä kumimenetelmällä, öljy-vesifaasisekoitusmenetelmällä ja mekaanisella menetelmällä.

Kuivakumimenetelmässä vesifaasi lisätään emulgointiaineita sisältävään öljyfaasiin. Valmistuksen aikana kumijauhe (emulgointiaine) sekoitetaan ensin tasaisesti öljyn kanssa, lisätään tietty määrä vettä, ja seos jauhetaan ja emulgoidaan primaariemulsioksi, minkä jälkeen lisätään vettä laimennuksen saavuttamiseksi täyteen tilavuuteen. Märkäkumimenetelmässä öljyfaasi lisätään emulgointiaineita sisältävään vesifaasiin. Valmistuksessa kumi (emulgointiaine) liuotetaan ensin veteen, jolloin muodostuu kumiliimaa vesifaasina; sitten öljyfaasi lisätään vesifaasiin erissä ja jauhetaan primaariemulsioksi, minkä jälkeen lisätään vettä täyteen tilavuuteen. Öljy-vesifaasisekoitusmenetelmässä tietty määrä öljyä ja vettä sekoitetaan, akaasiakumi jauhataan hienoksi morttelissa, öljy-vesiseos lisätään siihen nopeasti jauhamiseksi primaariemulsioksi ja sitten laimennetaan vedellä.

Emulgointiaineiden valmistuksen päätavoitteena on emulgoida kahdenlaisia ​​nesteitä, ja emulgointivaikutuksella on suuri vaikutus emulsioiden laatuun. Tärkeimpiä emulgointiin vaikuttavia tekijöitä ovat rajapintajännitys, viskositeetti ja lämpötila, emulgointiaika sekä emulgointiaineiden annostus. Yleensä valitaan emulgointiaineita, jotka voivat merkittävästi vähentää rajapintajännitystä. Emulgointiaineiden optimaalinen emulgointilämpötila on noin 70 °C.°C; jos emulgointiaineina käytetään ionittomia pinta-aktiivisia aineita, emulgointilämpötila ei saa ylittää niiden samepistettä. Yleisesti ottaen mitä suurempi emulgointiaineiden annos on, sitä stabiilimpia muodostuneet emulsiot ovat.