Эмульгаторы: способы производства, свойства и использование в пищевой промышленности

 

                          Введение

     В эту группу  пищевых добавок входят вещества, которые, будучи добавленными к  пищевому продукту, обеспечивают  возможность образования и сохранения  однородной дисперсии двух или  более несмешивающихся веществ.

     Строго говоря, под термином «эмульгатор», или  «эмульгирующий агент», подразумевают химическое вещество, способное(при растворении или диспергировании жидкости) образовывать и стабилизировать эмульсию, что достигается благодаря его способности концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать межфазное поверхностное натяжение. Такая способность связана с поверхностно- активными свойствами, поэтому применительно к данной группе пищевых добавок термины «эмульгатор», «эмульгирующий агент» и «поверхностно-активное вещество» (ПАВ) могут рассматриваться как синонимы.

     Хотя основными дефинициями эмульгаторов являются образование и поддерживание в однородном состоянии смеси несмешиваемых фаз, таких, как масло и вода, в отдельных пищевых системах применение этих добавок может быть связано не столько с эмульгированием, сколько с их взаимодействием с другими пищевыми ингридиентами, например, с белками или крахмалом.

     В качестве  первых эмульгаторов использовались  натуральные вещества, в частности  камеди, сапонины, лецитин и др. И  хотя некоторые из них сохранили  свою популярность, наиболее широко  в пищевой индустрии используются  синтетические эмульгаторы или  продукты химической модификации  природных веществ, промышленное  производство которых начало  развиваться в двадцатые годы  XX столетия.

     По химической природе молекулы классических эмульгаторов, являющихся поверхностно - активными веществами, имеют дифильное строение, т.е. содержат полярные гидрофильные и неполярные гидрофобные группы атомов, которые, будучи связанными через соединительное звено (основание), отделены друг от друга и располагаются на противоположных концах молекулы. Первые (гидрофильные) обеспечивают растворимость в воде, вторые (гидрофобные) – в неполярных растворителях.

     Дифильное строение молекул эмульгаторов обусловливает их склонность к формированию в объемной фазе растворителя ассоциатов, которые называются мицеллами.

     В зависимости  от особенностей строения молекулы  эмульгатора, которые будут проявляться  в соотношении между гидрофильными  свойствами полярной группы и  липофильными свойствами неполярной части молекулы ПАВ, могут образовываться как классические мицеллы в воде, так и обращенные мицеллы в неполярных растворителях (маслах и жирах).

 

 

 

           Классификация эмульгаторов

   

      Поверхностно-активные  вещества- эмульгаторы разделяют по: 1) структуре и свойствам молекул; 2) типу образуемых эмульсий; 3) механизму действия; 4) медицинскому назначению.

 

     В соответствии  с особенностями строения молекул  эмульгаторы делятся на анионактивные (гидрофильная часть молекулы  в растворе несет отрицательный  заряд), катионактивные (гидрофильная часть несет положительный заряд)

, ам-фотерные (заряд изменяется с изменением рН раствора) и неионогенные (вообще не ионизируют в растворах). К числу анионактивных эмульгаторов относятся мыла, алкилсульфаты, в частности имеющий широкое применение за рубежом натрия лаурилсульфат, алкилсульфонаты, альгинаты. К катионактивным эмульгаторам причисляют инвертные мыла1, например четвертичные аммониевые соли, применяемые для наружных эмульсий из дегтя и каменноугольной смолы. Примерами амфотерных эмульгаторов могут служить белки, неионогенных - холестерин, спены, твины, жирные спирты.

 

     По типу образуемых эмульсий эмульгаторы делятся на гидрофильные, образующие, как указывалось выше, эмульсии типа М/В, и олеофильные, образующие эмульсии типа М/В. К числу гидрофильных эмульгаторов относятся белки, камеди, слизи, крахмал, декстрин, агар-агар, сапонины, танин, многие растительные экстракты, соли желчных кислот, щелочные мыла, лецитин, твины, поливинилпирролидон, натрий-карбоксиметилцеллюлоза и т. д. К группе олеофильных эмульгаторов принадлежат мыла двух- и трехвалентных металлов, стерины, смоляные мыла, амиды жирных кислот, высокомолекулярные одноатомные спирты и т. д.

    

     По механизму  действия эмульгаторы можно подразделить  на: 1) собственно поверхностно-активные  вещества, стабилизирующие эмульсии  главным образом за счет резкого  уменьшения поверхностного натяжения  на межфазной границе; 2) гелеобразователи, стабилизирующие эмульсии путем образования прочных адсорбционных пленок на границе раздела фаз; 3) эмульгаторы смешанного действия. Большинство эмульгаторов, применяемых в фармацевтической практике, относятся к последнему типу.

 

     По медицинскому  назначению эмульгаторы делятся  на используемые в эмульсиях для наружного и в эмульсиях для внутреннего применения. К первой группе относят в основном олеофильные эмульгаторы, а также щелочные мыла, соли нафтеновых кислот, агар-агар, трагакант, казеин и казеинаты, ко второй - лецитин, растительные экстракты, камеди, пектиновые вещества, целлюлозу и ее производные, твины, спены, желатин и желатозу, яичный желток.

 

 

 

 

 

             Производство эмульгаторов

 

        Технология производства композиционного эмульгатора Эмул-Лакт

  

       1. Приготовление водной  фазы.

а)  В смеситель с  участка водоподготовки по трубопроводу загружают рецептурное количество воды, а в мерный дозатор загружают  рецептурное количество карбоксиметилцеллюлозы.

б)  В пароводяную рубашку  смесителя подают пар для поддержания  температуры 25/30 C, включают скребковую мешалку, и гомогенизатор в цепи циркуляционного канала для тщательного  перемешивания компонентов, включают вакуумный насос и вакуумом из мерного дозатора загружают натрий карбоксиметилцеллюлозу.

  

       2. Приготовление жировой  фазы.

а)  В приёмный взвешивающий бункер сухих компонентов дозируют рецептурное количество стеароиллактилата  натрия.

б)  В пароводяную рубашку  плавителя жира подают пар, нагревают  до температуры 50/55 C, загружают и  расплавляют рецептурное количество пальмового масла. 

в)  В пароводяную рубашку смесителя подают пар  для поддержания температуры  50/55C,включают скребковую мешалку и шнековый насос в цепи циркуляционного канала для тщательного перемешивания компонентов, включают вакуумный насос и вакуумом из плавителя жира загружают  расплавленное пальмовое масло, а из мерного дозатора микрокомпонентов загружают глицерин.

г)  В раствор пальмового масла и глицерина, из дозирующего  бункера сухих компонентов

, вакуумом по пневмопроводу загружают стеароиллактилат натрия и перемешивают до полного  растворения ингредиентов.

 

      3. Приготовление продукта.

а)  В смеситель с  водной фазой карбоксиметилцеллюлозы температурой 25/30 C из смесителя подают жировую фазу стеароиллактилата  натрия температурой 40/45 C, включают скребковую мешалку, и гомогенизатор в цепи циркуляционного канала и перемешивают всё время загрузки и в течение 5/10 минут после окончания загрузки до полного растворения ингредиентов.

б)  Полученную массу охлаждают  в проточном охладителе до температуры 16/18 C и подают в аэратор, для взбивания в среде азота до увеличения объёма продукта до 110-115%.

г) Готовый продукт из аэратора подают на установку весового дозирования.

 

    

 

 

Технология  производства композиционного эмульгатора  «ЭмулДи»

 

     1. В вакуумный смеситель с участка водоподготовки по трубопроводу загружают рецептурное  количество воды, а в мерный дозатор загружают рецептурное  количество пропиленгликоля. Включают скребковую мешалку и гомогенизатор в цепи 

циркуляционного канала для тщательного перемешивания компонентов, в пароводяную рубашку подают пар и нагревают воду до температуры 85/90C,создают вакуум, и поддерживают данный режим во время всего технологического цикла приготовления.

     2. В горизонтальный ленточный смеситель сухих рецептурных  компонентов загружают рецептурное количество сорбита и стеарата натрия,перемешива-ют и вакуумом по пневмопроводу выгружают в смеситель.  
  
     3. В вакуумный смеситель с раствором сорбита и стеарата натрия из мерного дозатора смесителя вакуумом дозируют пропиленгликоль.

     4. В горизонтальный ленточный смеситель сухих рецептурных компонентов загружают рецептурное количество дистиллированных моноглицеридов и эфиров полиглицерина, перемешивают  и вакуумом по пневмопроводу выгружают в смеситель с  раствором сорбита, стеарата натрия и пропиленгликоля и перемешивают,до момента образования прозрачной  гелеобразной массы.

5. Готовый продукт охлаждают  в проточном охладителе 3.3 до температуры  40/45 C и подают на установку  весового дозирования 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                Свойства эмульгаторов

 

     Общим свойством, объединяющим эмульгаторы и отличающим их от других добавок, является поверхностная активность, характерная для органических молекул  дифильного строения с выраженными  гидрофильной и гидрофобными частями. Как видно, липофильная (гидрофобная) часть дифильных молекул имеет  одинаковую химическую природу и  сформирована ациллами высших жирных кислот. Основные структурные отличия  связаны с особенностями химического  строения гидрофильной (липофобной) части  молекул, которые отражаются в значениях  гидрофильно-липофильного баланса.

     Основные технологические  функции эмульгаторов в пищевых  системах:

• диспергирование, в частности эмульгирование и пенообразование;
• солюбилизация;
• комплексообразование с крахмалом;
• взаимодействие с белками;
• изменение вязкости;
• модификация кристаллов;
• смачивание и смазывание.

 

1. Диспергирование,  в частности эмульгирование и  пенообразование

     Все эмульгаторы – поверхностно-активные вещества, способны снижать поверхностную  энергию на границе фаз с образованием устойчивых дисперсных систем, состоящих  из внутренней дисперсной фазы и внешней  дисперсионной среды.

     Благодаря  дифильной природе молекул все эмульгаторы проявляют  способность к образованию и стабилизации эмульсионной системы, тип  которой зависит от ГЛБ: эмульгаторы  с низкими значениями ГЛБ стабилизируют  эмульсии вода-в-масле; эмульгаторы  с высокими значениями ГЛБ стабилизируют  эмульсии масло-в-воде. Для каждой конкретной системы требуется эмульгатор с  оптимальным ГЛБ, который подбирается  экспериментально. ГЛБ – ориентир при выборе подходящего эмульгатора.

     Стабильность эмульсий зависит  от вязкости дисперсной среды, электрического заряда, адсорбции твердых частиц на поверхности эмульгируемой фазы,  образование моно- или мультимолекулярного  слоя на границе раздела при добавлении эмульгатора.

 

                                                         2 Солюбилизация

     Солюбилизация – введение ПАВ в жидкие дисперсные системы  способствует образованию прозрачных растворов; используется в производстве жидких пищевых продуктов, содержащих красители и ароматизаторы.

 

                                      .3 Комплексообразование  с крахмалом

     Эмульгаторы, содержащие ацилы  высших жирных кислот, способствуют образованию  комплексов с растворимой амилозной  фракцией крахмала. Такое взаимодействие замедляет очерствение хлеба  и хлебобулочных изделий, снижает клейкость продуктов, основанных на восстановлении влажности крахмала, снижает комковатость, улучшает консистенцию и однородность.

 

                                           4 Взаимодействие  с белками