Производство эмульгаторов для пищевой промышленности

 

 

    Глава I Общие сведения об эмульгаторах

1. Характеристика эмульгаторов

    Для получения высокодисперсных и устойчивых эмульсий необходим эмульгатор, основная задача которого заключается в образовании и поддержании в однородном состоянии смеси несмешивающихся фаз. Эмульгатор может образовывать и стабилизировать эмульсию благодаря своей способности концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать межфазное поверхностное натяжение. По химической природе эмульгаторы относятся к коллоидным поверхностно-активным веществам (ПАВ), для проявления эмульгирующих свойств которых требуемся оптимальное соотношение гидрофобного радикала и гидрофильной части молекулы. 'Этим требованиям удовлетворяют соединения с числом атомов углерода в цепи свыше 16 и сильным полярным фрагментом.

    Эмульгаторы – вещества, которые будучи добавленными к пищевому продукту, обеспечивают возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух или более  несмешивающихся веществ.

    Это достигается способностью образовывать и стабилизировать эмульсию за счет концентрирования эмульгатора на поверхности  раздела фаз и снижения межфазного поверхностного натяжения. То есть эмульгатор – это поверхностно-активный агент  или поверхностно-активное вещество (ПАВ). Известные первые  пищевые  эмульгаторы – натуральные вещества – камеди, сапонины, лецитины и др. в настоящее время получено большое  количество искусственных или модифицированных ПАВ.[1]

    Эмульгаторы, как вещества, уменьшающие поверхностное  натяжение на границе раздела  фаз, добавляют к пищевым продуктам  для получения тонкодисперсных  и устойчивых коллоидных систем. Прежде всего, с их помощью создают эмульсии жира в воде или воды в жире. При  желании получить дисперсность в  газовой фазе с их помощью изготавливают  аэрозоли. Они могут вызывать образование  пены, предупреждать вспенивание, а  также придавать материалу эластичность.[2]

    У всех поверхностно-активных веществ  общим в химическом строении является одновременное наличие полярных гидрофильных групп и неполярных гидрофобных, которые располагаются  на разных концах одной молекулы. Гидрофобные  части растворяются в воде, гидрофильные – в неполярных растворителях. Дифильное  строение эмульгаторов обеспечивает им формирование ассоциатов в объемной фазе растворителя,  называемых мицеллами.

    Возможно  образование двух видов мицелл: классических (масло в воде) и обращенных (вода в масле). Формирование ассоциатов зависит  от строения поверхностно-активной молекулы, от соотношения полярной и неполярной частей в ней. Эти особенности  выражаются в цифровом показателе гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ). Чем выше ГЛБ, тем выше способность ПАВ к образованию  классических мицелл, и наоборот.[1]

    Эмульгаторы подразделяются на:

• анионактивные (анионные) – в этих эмульгаторах гидрофильными группами могут быть ионные формы карбоксильных и сульфонильных групп;
• катионактивные (катионные) – в этих эмульгаторах гидрофильными группами могут быть ионные формы соединений аммония с третичными или четвертичными атомами азота (третичные или четвертичные аммониевые основания и соли);
• неионогенные – в этих эмульгаторах гидрофильными группами могут быть гидроксильные группы, кетогруппы, эфирные группировки и др.;
• цвиттер-ионные – в этих эмульгаторах роль гидрофильных групп выполняют ионные группировки, имеющие одновременно положительный и отрицательный заряды.

    Классификационные признаки и основные подклассы эмульгаторов представлены в приложении А.

    Основные  виды пищевых эмульгаторов являются неионогенными, исключение составляет цвиттер-ионный лецитин. По своей природе  они относятся к производным одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот различного строения.

    Применяемые в пищевой промышленности эмульгаторы  представляют  собой многокомпонентные  смеси. В зависимости от особенностей химической

    Природы эмульгатора и специфики пищевой системы, куда он вводится, некоторые из эмульгаторов могут иметь смежные технологические функции стабилизаторов и антибиотиков.

    Эмульгирующие свойства могут проявлять и добавки  других функциональных классов:

• краситель Е181 (танины пищевые);
• загустители Е404 (пропиленгликольальгинат), Е413 (трагакант), Е466 (производные целлюлозы с простой эфирной связью);
• подсластители Е420 9 (сорбит), Е 965 (мальтит), Е967 (ксилит);
• пеногаситель Е 900 (полидиметилсилоксан).

    Максимальные  уровни содержания эмульгаторов в пищевых  продуктах представлены в приложении Б.

    Перечень  эмульгаторов, разрешенных к применению при производстве пищевых продуктов  в России, представлен в приложении В.[3, 11]

    1.2  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.

    1.2.1 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.

    1.2.2 Солюбилизация

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

    1.2.3 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.

    1.2.4 Взаимодействие с  белками

    Эмульгаторы, имеющие ионную природу, вступают во взаимодействие с белками, что способствует улучшению структурных свойств  продукта; образование комплексов с  пшеничным глютеном повышает эластичность белков, увеличивает объем хлеба.

    1.2.5 Изменение вязкости

    Добавление  эмульгатора в пищевые системы, содержащие кристаллы сахара, диспергированные в жире способствует снижению вязкости. Эмульгатор адсорбируется на поверхности  частиц гидрофильной природы с образованием гидрофобных оболочек, что приводит к повышению сродства природы  частиц дисперсной фазы к дисперсионной  среде. Происходит изменение реологических  свойств продукта (это используется для обеспечения текучести шоколада).

    1.2.6 Модификация кристаллов

    Некоторые эмульгаторы в сочетании с  оптимизированными условиями технологического процесса могут оказывать влияние  на модификацию полиморфной формы, размер и скорость роста кристаллов жира (в маргаринах, различных жировых  смесях, шоколадной массе, арахисовом масле).

    1.2.7 Смачивание и смазка

    Эмульгаторы являются эффективными смачивающими агентами. выбор добавки зависит от типа смачивания и природы смачиваемой  поверхности (восковой, капиллярной, порошкообразной). Функция эмульгатора при смачивании сводится к снижению межфазного натяжения  между жидкостью и поверхностью твердых частиц, что обеспечивает более быстрое и равномерное  распределение жидкости по поверхности  твердых частиц.

 
 

    1.3 Основные группы  пищевых эмульгаторов

    1.3.1 Моно- и диглицериды жирных кислот и их производные (Е471, Е472а – Е472g)

    Эта группа эмульгаторов наиболее известна в общем потреблении эмульгаторов. Она составляет 60%.  В эту группу входят: неполярные ацилглицерины (глицериды), получаемые в промышленности глицеролизом жиров и масел, этерификацией  глицерина высокомолекулярными  жирными кислотами; продукты этерификации глицеридов по первичной гидроксильной  группе пищевыми низкомолекулярными кислотами (уксусной, молочной, винной, диацетилвинной, лимонной).

    Известны  типы моноглицеридов, которые в зависимости  от исходного жирового сырья и  технологии получения могут содержать  от 40 до 60% фракции моноэфира в  смеси с диглицеридами 34-50%, триглицеридами 3,5-10%, с йодным числом от 1 до 100% йода, температурой плавления от 40 до 70 ^оС.

    При молекулярной дистилляции продуктов  глицеролиза получают дистиллированные моноглицериды содержащие не менее 90% моноэфира в α’и β кристаллических формах (наиболее активна с позиции функциональности α’-форма).

    По  своим технологическим функциям глицериды являются эмульгаторами  и стабилизаторами пищевых систем. Их модификация с образованием различных  производных позволяет направленно  изменять ГЛБ молекул и поверхностную  активность молекул на границах раздела  фаз. существенные признаки этих добавок  связаны с образованием и стабилизацией  однородности систем из двух или более  несмешивающихся фаз, определяют основные области их применения в пищевых  продуктах.

    Введение  в структуру глицеридных молекул (ацилов низкомолекулярных кислот) обеспечивает формирование новой технологической  функции – комплексообразования.

 
 

    1.3.2  Фосфолипиды (Е322, Е442)

    К этой группе эмульгаторов относятся  природные лецитины (Е322) и синтетические  аммониевые фосфатиды.  Лецитины представляют собой смесь фракций фосфатидов, полученную из животного и растительного  сырья физическими и ферментативными  методами. в этой смеси фракций  содержание веществ, нерастворимых  в ацетоне, собственно фосфолипидов, составляет не менее 56-60%. основными  фракциями коммерческих лецитинов  являются: