Производство эмульсий: физико-химические основы

Эмульсии – это базовая составляющая многих продуктов питания. Они встречаются в масложировых, молочных, кондитерских и мясных продуктах, а также различных напитках. Попробуем дать определение понятия.

Эмульсия – гетерогенная система, в состав которой входят две несмешиваемые или ограничено смешиваемые жидкости, стабильность взаимодействия которых обеспечивается за счет введения специальных веществ – эмульгаторов. Одну из жидкостей называют дисперсной фазой, а вторую – дисперсионной средой. Тип будущей эмульсии определяется соотношением компонентов.

Как и большинство микрогетерогенных систем, эмульсии обладают избытком энергии на границе раздела фаз. Данный фактор приводит к агрегативной неустйочивости. На практике это явление наблюдается в качестве самопроизвольного образования агрегатов капель и их слиянии (коалесценция). В результате происходит разрушение эмульсии на два разнородных слоя.

На агрегативную устойчивость влияют тип и количество эмульгатора, а также его способность к снижению межфазного натяжения.
Например, пищевая эмульсия «масло в воде» имеет межфазное натяжение порядка 15-25  дин/см. Правильный подбор эмульгатора позволяет снизить данный показатель до 10 дин/см.

С физической точки зрения эффект от введения эмульгатора можно объяснить следующим образом. Он адсорбируется на поверхности частиц дисперсионной фазы, что позволяет снизить поверхностное натяжение и получить стабильную систему. Происхождение эмульгатора определяет как устойчивость, так и тип эмульсии. Эмульгаторами могут выступать ионогенные и неионогенные соединения.

С целью создания эмульсионных систем в пищевой промышленности используют преимущественно неионогенные эмульгаторы: лизоцим, коллагены, белки различного строения, овальбумин, бета-лактоглоюулин и т.д.

Применение высокомолекулярных веществ требует предварительной подготовки, которая включает приготовление специальных растворов с заданной температурой и временем набухания.

Перечисленные выше аспекты все же не позволяют создать высокостабильную гомогенную эмульсию без внешнего механического воздействия со стороны такого устройства, как эмульсионная машина. Роль последней могут играть коллоидные мельницы типа КЛМ торговой марки GlobeCore. В отличии от существующих механических устройств они обеспечивают помол компонентов на микронном уровне. Пищевая эмульсия, полученная на таком оборудовании, всегда отличается отличной стабильностью и гомогенными свойствами.
В общем случае схему получения эмульсий в пищевой промышленности можно представить так:

  1. приготовление водной фазы;
  2. приготовление жировой фазы;
  3. получение грубой эмульсии с размером частиц до 3 мкм;
  4. гомогенизация и приготовление конечного продукта с размером частиц дисперсной фазы 0,1-1 мкм.

В ходе технологического процесса нужно контролировать ряд параметров: температуру приготовления эмульгатора и фаз, скорость и интенсивность смешивания при получении грубой эмульсии, зазор между ротором и статором, благодаря которому регулируется размер частиц.

У готового продукта контролируются такие параметры, как стабильность к расслаиванию, замутняющая способность, вязкость, размер частиц. Обязательным является токсикологический анализ, поскольку дальше эмульсия применяется для приготовления продуктов питания.