นี่คือวิธีการทำงานของอิมัลซิไฟเออร์

ด้วยมาตรฐานการครองชีพที่สูงขึ้น ความต้องการด้านอาหารของผู้บริโภคจึงไม่จำกัดอยู่เพียงแค่คุณค่าทางโภชนาการที่เหมาะสมอีกต่อไป แต่ยังต้องการคุณภาพด้านประสาทสัมผัสที่น่าพึงพอใจของอาหารด้วย ซึ่งรวมถึงรูปลักษณ์ สี กลิ่น รสชาติ เนื้อสัมผัส และความสดใหม่

สารอิมัลซิไฟเออร์เป็นสารปรุงแต่งอาหารที่ช่วยปรับเปลี่ยนเนื้อสัมผัส และมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมอาหาร มาดูกันว่ากลไกการทำงานของสารอิมัลซิไฟเออร์เป็นอย่างไรอิมัลซิไฟเออร์!

อิมัลชัน

อิมัลชันพบได้ทั่วไปในอาหาร เฟสหนึ่งประกอบด้วยน้ำหรือสารละลายในน้ำ ซึ่งเรียกรวมกันว่าเฟสที่ชอบน้ำ (hydrophilic phase) ส่วนอีกเฟสหนึ่งเป็นเฟสอินทรีย์ที่ไม่สามารถผสมกับน้ำได้ หรือเรียกว่าเฟสที่ชอบไขมัน (lipophilic phase) เมื่อของเหลวสองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้ เช่น น้ำและน้ำมัน ผสมกัน จะเกิดอิมัลชันได้สองประเภท คือ อิมัลชันน้ำมันในน้ำ (O/W) และอิมัลชันน้ำในน้ำมัน (W/O) ในอิมัลชันน้ำมันในน้ำ น้ำมันจะกระจายตัวอยู่ในน้ำเป็นหยดเล็กๆ โดยหยดน้ำมันทำหน้าที่เป็นเฟสที่กระจายตัว และน้ำเป็นตัวกลางต่อเนื่อง นมเป็นตัวอย่างทั่วไปของอิมัลชัน O/W ในทางกลับกัน ในอิมัลชันน้ำในน้ำมัน น้ำจะกระจายตัวอยู่ในน้ำมันเป็นหยดเล็กๆ โดยน้ำทำหน้าที่เป็นเฟสที่กระจายตัว และน้ำมันเป็นตัวกลางต่อเนื่อง มาการีนเป็นตัวอย่างของอิมัลชัน W/O

กลไกการออกฤทธิ์ของอิมัลซิไฟเออร์

สารอิมัลซิไฟเออร์ในอาหาร หรือเรียกอีกอย่างว่าสารลดแรงตึงผิวสารเหล่านี้เป็นสารที่เปลี่ยนของเหลวที่ไม่สามารถผสมกันได้ให้กลายเป็นอิมัลชันที่มีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ ในฐานะสารเติมแต่งอาหาร สารเหล่านี้สามารถลดแรงตึงผิวระหว่างเฟสน้ำมันและน้ำได้อย่างมีนัยสำคัญหลังจากผสมลงในอาหาร ทำให้เกิดอิมัลชันที่เสถียรจากน้ำมัน (สารที่ไม่ชอบน้ำ) และน้ำ (สารที่ชอบน้ำ) ที่ไม่สามารถผสมกันได้

ในด้านหนึ่ง อิมัลซิไฟเออร์จะสร้างฟิล์มโมเลกุลบางๆ ที่บริเวณรอยต่อที่ผลักกันของสองเฟส เพื่อลดพลังงานอิสระของพื้นผิวของระบบทั้งหมดและสร้างรอยต่อใหม่ โมเลกุลของอิมัลซิไฟเออร์ประกอบด้วยกลุ่มไฮโดรฟิลิกและไลโปฟิลิก ซึ่งสามารถดูดซับไปยังพื้นผิวที่ผลักกันของน้ำมันและน้ำตามลำดับ เพื่อสร้างชั้นโมเลกุลบางๆ และลดแรงตึงผิวระหว่างสองเฟส กล่าวคือ โมเลกุลของน้ำมันจะทำปฏิกิริยากับส่วนที่เป็นไลโปฟิลิกของอิมัลซิไฟเออร์ ในขณะที่โมเลกุลของน้ำจะทำปฏิกิริยากับส่วนที่เป็นไฮโดรฟิลิกของอิมัลซิไฟเออร์ และปฏิกิริยาระหว่างสองด้านนี้จะเปลี่ยนแปลงแรงตึงผิว ในอีกด้านหนึ่ง อิมัลซิไฟเออร์จะสร้างชั้นการดูดซับป้องกันบนพื้นผิวของหยดน้ำมันขนาดเล็ก ทำให้หยดน้ำมันมีความเสถียรเชิงสเตอริกที่แข็งแรง โดยทั่วไปแล้ว ปริมาณอิมัลซิไฟเออร์ที่สูงขึ้นจะนำไปสู่การลดแรงตึงผิวที่มากขึ้น วิธีนี้ช่วยให้สารที่ไม่สามารถผสมกันได้ในตอนแรกสามารถผสมเข้ากันได้อย่างสม่ำเสมอและก่อให้เกิดระบบการกระจายตัวที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งจะเปลี่ยนสถานะทางกายภาพดั้งเดิม ปรับโครงสร้างภายในของอาหารให้เหมาะสม และปรับปรุงคุณภาพของอาหาร

ค่าสมดุลระหว่างส่วนที่ชอบน้ำและส่วนที่ชอบไขมัน

สมดุลระหว่างส่วนที่ชอบน้ำและส่วนที่ชอบไขมัน (เอชแอลบีค่า HLB (Hydroplolicity Balance) โดยทั่วไป อิมัลซิไฟเออร์ที่มีคุณสมบัติชอบน้ำสูงจะก่อให้เกิดอิมัลชันแบบน้ำมันในน้ำ ในขณะที่อิมัลซิไฟเออร์ที่มีคุณสมบัติชอบไขมันสูงจะก่อให้เกิดอิมัลชันแบบน้ำในน้ำมัน ค่า HLB ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อบ่งบอกถึงสมดุลระหว่างคุณสมบัติชอบน้ำและชอบไขมันของอิมัลซิไฟเออร์ และเพื่อวัดปริมาณคุณสมบัติชอบน้ำของอิมัลซิไฟเออร์ มีวิธีการคำนวณค่า HLB หลายวิธี:

สูตรหาผลต่าง: HLB = ค่าความชอบน้ำของหมู่ไฮโดรฟิลิก−คุณสมบัติไม่ชอบไขมันของกลุ่มที่ชอบไขมัน

สูตรอัตราส่วน: HLB = ค่าความชอบน้ำของหมู่ที่ชอบน้ำ / ค่าความไม่ชอบไขมันของหมู่ที่ชอบไขมัน

ค่า HLB ของอิมัลซิไฟเออร์แต่ละชนิดสามารถหาได้จากการทดลอง โดยกำหนดว่าอิมัลซิไฟเออร์ที่มีคุณสมบัติชอบไขมัน 100% (เช่น พาราฟินแวกซ์) จะมีค่า HLB เท่ากับ 0 และอิมัลซิไฟเออร์ที่มีคุณสมบัติชอบน้ำ 100% (เช่น โพแทสเซียมโอเลเอต) จะมีค่า HLB เท่ากับ 20 ช่วงระหว่าง 0 ถึง 20 จะถูกแบ่งออกเป็น 20 ส่วนเท่าๆ กัน เพื่อแสดงถึงความแรงของความเป็นชอบน้ำและชอบไขมัน ค่า HLB ที่สูงกว่าแสดงถึงความเป็นชอบน้ำที่มากกว่า ในขณะที่ค่า HLB ที่ต่ำกว่าแสดงถึงความเป็นชอบไขมันที่มากกว่า

อิมัลซิไฟเออร์ที่ใช้ในอาหารส่วนใหญ่เป็นสารลดแรงตึงผิวแบบไม่มีประจุ ซึ่งมีค่า HLB อยู่ในช่วง 0 ถึง 20 คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องของอิมัลซิไฟเออร์แบบไม่มีประจุที่มีค่า HLB ต่างกันแสดงอยู่ในตาราง ในทางตรงกันข้าม สารลดแรงตึงผิวแบบมีประจุมีค่า HLB อยู่ในช่วง 0 ถึง 40 ดังนั้น อิมัลซิไฟเออร์ที่มีค่า HLB ต่ำกว่า 10 ส่วนใหญ่จึงมีคุณสมบัติชอบไขมัน ในขณะที่อิมัลซิไฟเออร์ที่มีค่า HLB เท่ากับหรือสูงกว่า 10 จะมีคุณสมบัติชอบน้ำ

สำหรับอิมัลซิไฟเออร์แบบผสม ค่า HLB ของพวกมันสามารถบวกกันได้ ดังนั้น เมื่อใช้อิมัลซิไฟเออร์สองชนิดขึ้นไปร่วมกัน ค่า HLB ของอิมัลซิไฟเออร์แบบผสมสามารถคำนวณได้จากสัดส่วนมวลของอิมัลซิไฟเออร์แต่ละชนิดที่เป็นส่วนประกอบ: HLBa,b = HLBa·เอ% + เอชแอลบีบี·B%

โดยที่ HLBa,b หมายถึงค่า HLB ของส่วนผสมของอิมัลซิไฟเออร์ a และอิมัลซิไฟเออร์ b; HLBa และ HLBb แทนค่า HLB ของอิมัลซิไฟเออร์ a และอิมัลซิไฟเออร์ b ตามลำดับ; A% และ B% หมายถึงเปอร์เซ็นต์มวลของอิมัลซิไฟเออร์ a และอิมัลซิไฟเออร์ b ในอิมัลซิไฟเออร์ผสม (สูตรนี้ใช้ได้เฉพาะกับอิมัลซิไฟเออร์ที่ไม่มีประจุเท่านั้น)

วิธีการเตรียมและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออิมัลซิไฟเออร์

วิธีการเตรียมอิมัลซิไฟเออร์มีสี่วิธี ได้แก่ วิธีแห้ง วิธีเปียก วิธีการผสมเฟสน้ำมัน-น้ำ และวิธีเชิงกล

วิธีการผลิตกัมแห้งเกี่ยวข้องกับการเติมเฟสน้ำลงในเฟสน้ำมันที่มีอิมัลซิไฟเออร์ ในขั้นตอนการเตรียม กัมผง (อิมัลซิไฟเออร์) จะถูกผสมกับน้ำมันอย่างสม่ำเสมอก่อน จากนั้นเติมน้ำในปริมาณที่กำหนด และส่วนผสมจะถูกบดและทำให้เป็นอิมัลชันขั้นต้น จากนั้นจึงเติมน้ำเพื่อเจือจางให้ได้ปริมาตรที่ต้องการ ส่วนวิธีการผลิตกัมเปียกหมายถึงการเติมเฟสน้ำมันลงในเฟสน้ำที่มีอิมัลซิไฟเออร์ ในขั้นตอนการเตรียม กัม (อิมัลซิไฟเออร์) จะถูกละลายในน้ำก่อนเพื่อทำเป็นเมือกกัมเป็นเฟสน้ำ จากนั้นเฟสน้ำมันจะถูกเติมลงในเฟสน้ำทีละน้อยและบดให้เป็นอิมัลชันขั้นต้น หลังจากนั้นจึงเติมน้ำให้ได้ปริมาตรที่ต้องการ วิธีการผสมเฟสน้ำมัน-น้ำหมายถึงการผสมน้ำมันและน้ำในปริมาณที่กำหนด บดกัมอะคาเซียให้ละเอียดในครก เติมส่วนผสมน้ำมัน-น้ำลงไปเพื่อบดอย่างรวดเร็วให้เป็นอิมัลชันขั้นต้น แล้วจึงเจือจางด้วยน้ำ

การเตรียมอิมัลซิไฟเออร์มีจุดประสงค์หลักเพื่อทำให้ของเหลวสองชนิดเกิดอิมัลชัน และผลของการเกิดอิมัลชันนั้นมีผลอย่างมากต่อคุณภาพของอิมัลชัน ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการเกิดอิมัลชัน ได้แก่ แรงตึงผิวระหว่างเฟส ความหนืด อุณหภูมิ เวลาในการเกิดอิมัลชัน และปริมาณของอิมัลซิไฟเออร์ โดยทั่วไปจะเลือกใช้อิมัลซิไฟเออร์ที่สามารถลดแรงตึงผิวระหว่างเฟสได้อย่างมีนัยสำคัญ อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเกิดอิมัลชันด้วยอิมัลซิไฟเออร์อยู่ที่ประมาณ 70 องศาเซลเซียส°ค. หากใช้สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุเป็นอิมัลซิไฟเออร์ อุณหภูมิในการทำอิมัลชันต้องไม่เกินจุดขุ่นของสารนั้น โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งใช้อิมัลซิไฟเออร์ในปริมาณมากเท่าใด อิมัลชันที่เกิดขึ้นก็จะยิ่งมีความเสถียรมากขึ้นเท่านั้น