Вот как работают эмульгаторы.

С повышением уровня жизни населения требования потребителей к продуктам питания больше не ограничиваются разумной пищевой ценностью. Они также предъявляют требования к удовлетворительным органолептическим качествам продуктов, включая внешний вид, цвет, аромат, вкус, консистенцию и свежесть.

Эмульгаторы, как пищевые добавки, изменяющие текстуру, играют важную роль в пищевой промышленности. Давайте рассмотрим механизм их действия.эмульгаторы!

Эмульсии

Эмульсии широко распространены в пищевых продуктах. Одна фаза состоит из воды или водных растворов, которые в совокупности называются гидрофильной фазой; другая фаза — это органическая фаза, не смешивающаяся с водой, также известная как липофильная фаза. При смешивании двух несмешивающихся жидкостей, таких как вода и масло, могут образовываться два типа эмульсий: эмульсии типа «масло в воде» (O/W) и эмульсии типа «вода в масле» (W/O). В эмульсиях типа «масло в воде» масло диспергировано в воде в виде мельчайших капель, при этом капли масла служат дисперсной фазой, а вода — непрерывной средой. Молоко — типичный пример эмульсии типа «масло в воде». Напротив, в эмульсиях типа «вода в масле» вода диспергирована в масле в виде мельчайших капель, где вода выступает в качестве дисперсной фазы, а масло — в качестве непрерывной среды; маргарин является типичным примером эмульсии типа «вода в масле».

Механизм действия эмульгаторов

Пищевые эмульгаторы, также называемыеповерхностно-активные веществаЭто вещества, которые превращают несмешивающиеся жидкости в равномерно диспергированные эмульсии. В качестве пищевых добавок они могут значительно снижать поверхностное натяжение между масляной и водной фазами после добавления в пищу, образуя тем самым стабильные эмульсии из несмешивающихся масел (гидрофобных веществ) и воды (гидрофильных веществ).

С одной стороны, эмульгаторы образуют тонкие молекулярные пленки на взаимно отталкивающихся поверхностях раздела двух фаз, снижая поверхностную свободную энергию всей системы и создавая новые межфазные границы. Молекулы эмульгаторов содержат как гидрофильные, так и липофильные группы, которые могут адсорбироваться на взаимно отталкивающихся поверхностях масла и воды соответственно, образуя тонкие молекулярные слои и снижая межфазное натяжение между двумя фазами. В частности, молекулы масла взаимодействуют с липофильными сегментами эмульгаторов, а молекулы воды — с гидрофильными сегментами эмульгаторов, и это взаимодействие изменяет межфазное натяжение. С другой стороны, эмульгаторы образуют защитные адсорбционные слои на поверхности мельчайших капель, обеспечивая им сильную стерическую стабилизацию. Как правило, более высокая дозировка эмульгаторов приводит к более существенному снижению межфазного натяжения. Это позволяет изначально несмешивающимся веществам равномерно смешиваться и образовывать однородную дисперсионную систему, что изменяет исходное физическое состояние, оптимизирует внутреннюю структуру пищевых продуктов и улучшает их качество.

Значение гидрофильно-липофильного баланса

Гидрофильно-липофильный баланс (HLBЗначение HLB: Эмульгаторы с высокой гидрофильностью обычно образуют эмульсии типа «масло в воде», тогда как эмульгаторы с высокой липофильностью образуют эмульсии типа «вода в масле». Значение HLB обычно используется для характеристики гидрофильно-липофильного баланса эмульгаторов и количественной оценки их гидрофильности. Существует несколько методов расчета значений HLB:

Формула разности: HLB = гидрофильность гидрофильных групп−Липофобность липофильных групп

Формула соотношения: HLB = Гидрофильность гидрофильных групп / Липофобность липофильных групп

Значение HLB каждого эмульгатора может быть определено экспериментально. Установлено, что эмульгаторы со 100% липофильностью (представленные парафином) имеют значение HLB, равное 0, а эмульгаторы со 100% гидрофильностью (представленные олеатом калия) — значение HLB, равное 20. Диапазон от 0 до 20 разделен на 20 равных частей для обозначения степени гидрофильности и липофильности. Более высокое значение HLB соответствует более высокой гидрофильности, тогда как более низкое значение HLB означает более высокую липофильность.

Большинство эмульгаторов пищевого качества представляют собой неионогенные поверхностно-активные вещества со значениями HLB от 0 до 20; соответствующие свойства неионогенных эмульгаторов с различными значениями HLB приведены в таблице. В отличие от них, ионные поверхностно-активные вещества имеют значения HLB в диапазоне от 0 до 40. Следовательно, эмульгаторы со значениями HLB ниже 10 преимущественно липофильны, тогда как эмульгаторы со значениями HLB равными или превышающими 10 проявляют гидрофильные характеристики.

Для смешанных эмульгаторов значения HLB суммируются. Поэтому при использовании двух или более эмульгаторов в комбинации значение HLB смешанного эмульгатора можно рассчитать на основе массовых долей каждого из входящих в его состав эмульгаторов: HLBa,b = HLBa·A% + HLBb·B%

Где HLBa,b обозначает значение HLB смеси эмульгатора a и эмульгатора b; HLBa и HLBb представляют собой соответствующие значения HLB эмульгатора a и эмульгатора b; A% и B% обозначают массовые доли эмульгатора a и эмульгатора b в смешанном эмульгаторе (эта формула применима только к неионогенным эмульгаторам).

Методы приготовления и факторы, влияющие на эмульгаторы.

Существует четыре метода приготовления эмульгаторов: метод с использованием сухой камеди, метод с использованием влажной камеди, метод смешивания масляно-водной фазы и механический метод.

Метод получения сухой камеди включает добавление водной фазы к масляной фазе, содержащей эмульгаторы. В процессе приготовления порошок камеди (эмульгатор) сначала равномерно смешивают с маслом, добавляют определенное количество воды, смесь измельчают и эмульгируют до образования первичной эмульсии, после чего добавляют воду для разбавления до полного объема. Метод получения влажной камеди подразумевает добавление масляной фазы к водной фазе, содержащей эмульгаторы. В процессе приготовления камедь (эмульгатор) сначала растворяют в воде для получения камедистой массы в качестве водной фазы; затем масляную фазу добавляют к водной фазе порциями и измельчают до образования первичной эмульсии, после чего добавляют воду до полного объема. Метод смешивания масляно-водной фазы подразумевает смешивание определенного количества масла и воды, измельчение камеди акации в ступке до мелкого состояния, добавление полученной масляно-водной смеси для быстрого измельчения до образования первичной эмульсии, а затем разбавление водой.

Приготовление эмульгаторов в основном направлено на эмульгирование двух видов жидкостей, и эффект эмульгирования оказывает большое влияние на качество эмульсий. Основные факторы, влияющие на эмульгирование, включают межфазное натяжение, вязкость и температуру, время эмульгирования и дозировку эмульгаторов. Как правило, выбираются эмульгаторы, способные значительно снизить межфазное натяжение. Оптимальная температура эмульгирования для эмульгаторов составляет около 70 °C.°C; если в качестве эмульгаторов используются неионогенные поверхностно-активные вещества, температура эмульгирования не должна превышать их точку помутнения. В целом, чем выше дозировка эмульгаторов, тем стабильнее будут образующиеся эмульсии.