Производство эмульгаторов для пищевой промышленности

• фосфатидилхолины (собственно лецитины) – до25%;
• фосфатидилэтаноламины – до 25%;
• фосфатидилсерины – до 15%;
• фосфатидилинозиты – 5-10%;
• фосфатидовые (фосфатидные) кислоты – 5-10%.

    Основными источниками лецитинов растительного  происхождения являются соя и  реже подсолнечник, из которых выделяют лецитины гидратацией масел, а животного  происхождения – яичный желток.

    Особенности эмульгирующих свойств фосфолипидов обусловлены способностью образовывать и поддерживать в однородном состоянии  прямые эмульсии (использование при  производстве майонезов и различных  соусов) и обратные эмульсии (использование  в производстве аналогов сливочного масла и маргарина различного жирнокислого состава). Другая отличительная  способность фосфолипидов – способность  образовывать липосомы (липидные везикулы (пузырьки)) – это частицы, образованные концентрическими замкнутыми липидными  бислоями с внутренним водным слоем, изолированным от внешней среды  и содержащим, в зависимости от назначения липосом, различные включения (пептиды или белки). Использование  липосомных систем в пищевых продуктах  связано с функциями: защиты дрожжевых  клеток от охлаждения в замороженных мучных полуфабрикатах; сохранения вкусовых веществ в хлебе и бисквитах  и влаги в мороженом; снижение точки замерзания продуктов, готовых  к употреблению.

    Использование пищевых добавок этой группы связано  с их технологическими функциями  эмульгаторов обладающих антиоксидантным  эффектом. Антиоксидантное действие фосфолипидов связано с подавлением  реакций автоокисления непредельных органических соединений в составе  липидов, прежде всего ненасыщенных жирных кислот.

    препараты фосфолипидов обладают высокой физиологической  эффективностью: уменьшением уровня холестерина в крови; улучшением функции печени и состояния центральной  и периферической нервной системы; торможением процессов старения организма; нормализацией иммунобиологической  реактивности организма. таким образом, эти добавки являются физиологически ценными компонентами пищи, суточная потребность в которых составляет около 5г.

    1.3.3 Эфиры полиглицерина (Е475)

    Добавки этой группы представляют собой сложные  эфиры жирных кислот с полиглицерином. Технология их получения основана на полимеризации глицерина с последующей  этерификацией пищевыми жирами или  высшими жирными кислотами (пальмитиновой, стеариновой, олеиновой). Эфиры полиглицерина  – ионогенные ПАВ – они могут  проявлять гидрофильные и липофильные  свойства со значениями ГЛБ от 5 до 13, что зависит от степени полимеризации  глицерина и от степени этерификации гидроксильных групп.

    Критерии  чистоты эфиров полиглицерина включают:

• общее содержание эфиров жирных кислот не менее 90%;
• содержание свободных жирных кислот не более 6%;

• общее содержание глицерина не менее 18%, полиглицерина не менее 60%;

• свободный глицерин и полиглицерины не более 7%.

    1.3.4 Эфиры сахарозы (Е473)

    Эфиры сахарозы представляют собой преимущественно  моно-, ди-, три- эфиров сахарозы с природными высшими жирными кислотами.

    Получение этих добавок основано на реакции  между сахарозой, метиловым или  этиловым эфирами пищевых жирных кислот в среде органического  растворителя диметилсульфооксида  или диметилформамида. При этом остаточное содержание в пищевой добавке  диметилсульфооксида не должно превышать 2 мг/кг, а диметилформамида не должно превышать 1 мг/кг.

    Добавки этой группы отличаются содержанием  моноэфиров, являются неионогенными  эмульгаторами, характеризуются различной  гидрофильностью при неодинаковом содержании моноэфиров.  Спектр применения этих добавок очень широкий: от пищевых  эмульсий до структурированных систем. Эмульгирующие и влагоудерживающие  свойства эфиров сахарозы эффективны при производстве майонезов, соусов, диетических молочных продуктов, мороженого и т.д.

    1.3.5 Эфиры сорбитана (Е491 – Е496)

    Эфиры сорбитана представляют собой сложные  эфиры шестиатомного спирта сорбата  в ангидроформе – ангидросорбите с природными высшими жирными  кислотами (лауриновой, пальмитиновой, стеариновой, олеиновой). Сложные эфиры  ангидросорбита и жирных кислот называют сорбитанами, спанами, спенами.

    Добавки этой группы являются липофильными неионогенными  эмульгаторами, ГЛБ для сорбитанмоностеарат  лежит в интервале 3-6. Области  использования связаны с технологическими функциями эмульгаторов, стабилизаторов, пеногасителей.  Эфиры сорбитана  используются в производстве маргаринов (для модификации кристаллов жира), мучных кондитерских изделий, сухих  дрожжей, забеливателей для кофе.

    1.3.6 Эфиры полиоксиэтиленсорбитана  (Е432 – Е436)

     Эфиры полиоксиэтиленсорбитана –  это эфиры ангидросорбита с жирными  кислотами, в молекулах которых  свободные ОН-группы замещены группами О [ СН₂ – СН₂ – О ]_nН полностью или частично 9 в пищевых добавках n равно 20,т.е. добавки этой группы представляют собой эфиры полиоксиэтилен(20)сорбитана.

    Эти неионогенные эмульгаторы  получают взаимодействием оксиэтилена с  эфирами жирных кислот в среде 1,4 – диоксана. Это ксилирование молекул  сорбитанов приводит к повышению  гидрофильности ПАВ, которая зависит  от числа ацилов высших жирных кислот в структуре сорбитана.

    В зависимости от особенностей пищевой  системы ПАВ этой подгруппы могут  проявлять технологические функции  эмульгатора, стабилизатора, пеногасителя, смачивающего агента, контроля пенообразователя. Эти пищевые добавки применяются  при производстве мороженого, сливок для кофе, замороженных десертов, кексов и других кондитерских изделий.

    1.3.7 Эфиры молочной кислоты (лактилаты, Е481 и Е482)

    Лактилаты являются производными молочной кислоты  с высшими жирными кислотами (стеариновой, олеиновой) в виде натриевых или  кальциевых солей.

    В основе получения этих добавок лежит  взаимодействие карбоксильной группы стеариновой кислоты с гидроксильной  группой пищевой молочной кислоты  с последующей нейтрализацией гидроксидом  натрия (или гидроксидом кальция) свободных гидроксильных групп  в молекулах синтезированных  эфиров. В коммерческих концентрированных  растворах молочная кислота находится  преимущественно в полимеризованной форме, которая переходит в свободную  молочную кислоту, кроме того, могут  образовываться некоторые количества эфиров ди-, три-, тетрамеров.[3, 11,16]

 

     Глава II Технология и производство эмульгаторов

     Большинство эмульгаторов производится при помощи перемешивания.

     2.1 Эффективность и  интенсивность перемешивания

     Перемешивания веществ одинаковых или различных  состояний используется в промышленности для получения гомогенных растворов, эмульсий, суспензий, сыпучих материалов. Перемешивание применяется для  интенсификации процессов тепло- и  массообмена. перемешивающее устройство должно обеспечивать получение однородной смеси при максимальной производительности и минимальном расходе энергии.

     Качество, или эффективность, перемешивания  характеризуется несколькими критериями. для двухфазных систем (эмульсий, суспензий) эффективность Э перемешивания эмульсии может быть определена отклонением составов суспензии С в различных точках (С₁ и С₂) смеси от среднего состава С_ср:

     Э = [(С₁ – С_ср)/С_ср+(С₂-С_ср)/С_ср+(С_n - С_ср)/С_ср]/n,              (2.1)

     где n – число взятых проб.

     Значение  Э всегда будет меньше 100%, при идеальном перемешивании Э = 100%.

     Интенсивностью  перемешивания J называется расход мощности N на перемешивание, приходящееся на 1 м³ перемешиваемой смеси:

                                                J = N / V_a,                                                         (2.2)

     где V_a – объем перемешиваемой смеси, м³.

     Время, необходимое для получения соответствующего качества (эффективности) перемешивания, называется продолжительностью, или  временем, перемешивания τ_пер. Этот параметр может служить показателем эффективности при сравнении различных перемешивающих устройств.

     2.2 Перемешивание жидких  материалов

     2.2.1 Способы перемешивания жидких материалов

     Способ  перемешивания и выбор аппаратуры для его проведения зависят от назначения перемешивания и агрегатного  состояния перемешиваемых материалов. Наибольшее распространение получили процессы перемешивания в жидких средах. В промышленности используются четыре метода перемешивания: механическое с помощью мешалок с вращательным или колебательным движением; пневматическое (барботажное) путем подачи в жидкую среду газа или пара; циркуляционное с помощью центробежных или струйных насосов; с использованием турбулизирующих устройств.

     В основе механического перемешивания  лежат закономерности гидродинамики, связанные с обтеканием тел потоками жидкости.

     Пневматическое  перемешивание применяется в  тех случаях, когда перемешиваемая жидкость отличается большой химической активностью и быстро разрушает  механические мешалки.

     Циркуляционное  перемешивание с помощью насосов  применяется при большом объеме аппарата и различных плотностях перемешиваемых компонентов.

     перемешивание с использованием турбулизирующих  устройств применяется непосредственно  в трубопроводах в случаях  взаимной растворимости и невысокой  вязкости компонентов жидкой смеси.

     2.2.2 Механическое перемешивание

     Механическое  перемешивание с помощью различных  механических мешалок является универсальным  способом перемешивания. перемешивающее устройство мешалок (лопасти) обеспечивают сложное движение жидкости, возникающее  в объеме аппарата при вращении мешалки.

     Принцип работы механических мешалок следующий. При медленном движении лопасти  в вязкой среде около лопасти  образуется ламинарный пограничный  слой, толщина которого зависти от формы и размеров вращающегося тела. При увеличении скорости движения происходят отрыв пограничного слоя от лопасти  у кромок вертикальной пластины и  образование турбулентного потока за движущимся телом.

     Наибольшая  величина окружной скорости наблюдается  на периферии мешалки, так как  эта скорость пропорциональна диаметру мешалки. Согласно уравнению Бернулли в зоне с большой скоростью  давление уменьшается, в результате чего в эту зону устремляются потоки жидкости, находящиеся в аппарате. Сюда же под действием центробежной силы устремляются и радиальные потоки жидкости при вращательном движении мешалки, что увеличивает перемешивание жидкости, находящейся в аппарате. Обычно скорость движения жидкости можно разложить на три составляющие: радиальную V_р, тангенциальную к радиусу вращения V_т и осевую V_о. в разных типах мешалок эти составляющие скорости находятся в разных соотношениях.

     Эффективность перемешивания зависит от интенсивности, а интенсивность определяется расходом энергии, или мощностью, мешалки. Энергия  расходуется на сложное движение жидкости. Теоретически рассчитать расход энергии практически невозможно.

     На  рисунке 1 изображены типы мешалок.