Учебная дисциплина: Применение растительных волокон, микро - и нанокристаллической целлюлозы в масложировой промышленности (стр. 2 )

Процесс самопроизвольного слияния жидких капель, который заканчивается расслоением эмульсии на составляющие её жидкости, называется коалесценцией.

Неустойчивость эмульсий объясняется наличием избыточного запаса свободной поверхности на границе фаз, что выражается большим поверхностным натяжением. Процесс расслоения эмульсии идет самопроизвольно, так как при этом система с более мелкими частицами, а следовательно, имеющая большую площадь поверхности переходит в малодисперсную систему (с более крупными частицами), уменьшая при этом площадь поверхности и следовательно энергию поверхностного натяжения. Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Потенциальная энергия Ep поверхности жидкости в виде капли, представленная на рис 3, пропорциональна ее площади поверхности:

Ep = σS

Рис 6. Формула энергии поверхности

Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. По этой же причине капли стремятся к слиянию друг с другом – этим самым сокращая площадь поверхности при равном объеме и уменьшая потенциальную энергию поверхности Ep. При желании поверхностное натяжение можно изменить. Для этого достаточно добавить к жидкости ничтожное количество примеси. Например, поверхностное натяжение мыльного раствора (σ= 40 мН/м) меньше, чем у воды (σ = 73 мН/м). Вода как бы растягивает пятнышко раствора на всю поверхность. Для снижения энергии поверхностного натяжения и предотвращения слияния капель эмульсии применяют специальные вещества – эмульгаторы. Схематично молекула эмульгатора представлена на рис 7:

Гидрофильная полярная головка

Липофильные неполярные хвосты

Рис 7. Молекула эмульгатора

Молекула эмульгатора дифильна[13], имеет полярную часть – гидрофильную[14], т. е. родственную воде и неполярную часть – липофильную, т. е. родственную маслу. На рисунке 7 гидрофильная полярная часть выглядит в виде шарика, а неполярная липофильная – в виде хвоста. При образовании эмульсии эмульгатор располагается на поверхности раздела фаз. При этом гидрофильная часть всегда обращена к воде, а липофильная часть – к маслу.

Подбор эмульгаторов производится в зависимости от типа эмульсии. Основным показателем при подборе является индекс ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс[15]) – это отношение молекулярной массы гидрофильной части к молекулярной массе липофильной[16] части.

ГЛБ = 6 - 18 - для эмульсий прямого типа.

ГЛБ = 3 - 8 - для эмульсий обратного типа.

Назначение эмульгатора:

- снижает поверхностное натяжение натяжение на границе раздела фаз

- препятствует коалесценции (слиянию) капель эмульсии

- удерживает капли в равновесном состоянии.

Классификация эмульгаторов

Эмульгаторы бывают:

1. Яичные:

- яичный порошок

- яичный желток сухой

- яйца свежие

- желтки свежие

- желтки замороженные.

2. Молочные:

- сухое обезжиренное молоко

- сухое цельное молоко

- сливки сухие

- сыворотка сухая

- концентрат молочных белков.

3. Растительные:

- обезжиренная мука семян

- концентрат белков[17]

- изолят белков[18]

- крахмал

4. Пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ):

- полифосфаты[19]

- моно - и диглицериды жирных кислот.

Стабилизаторы

Для устойчивости высококалорийных майонезов в отдельных случаях достаточно только эмульгатора. А чтобы придать менее устойчивым средне - и низкокалорийным майонезным эмульсиям долговременную устойчивость и предохранить их от расслоения (при длительном хранении, при изменении температурных режимов, при транспортировке) в рецептуры вводят стабилизаторы. Стабилизаторы должны повышать вязкость дисперсионной среды, препятствуя агрегации[20] и коалесценции (слиянию) масляных капель, т. е. должны быть по своей природе гидрофильными. В производстве майонезов в качестве стабилизаторов используют высокомолекулярные полисахариды[21], которые в воде образуют вязкие растворы.

Стабилизаторы бывают:

1.  Растительные: камедь плодов рожкового дерева, камедь гуары, пектин, карбоксиметилцеллюлоза.

2.  Из морепродуктов: каррагинан, агар-агар, альгинаты.

3.  Биосинтезированные: ксантан и геллан.

Стабилизатор – это длинноцепочечная молекула, растворимая только в водной фазе. Когда эта длинная цепь растворяется в воде, вода становится густой и вязкой, как масло. Шарик масла передвигается с трудом, стабилизатор выступает в качестве буфера между масляными шариками и предотвращает их слияние.

Назначение стабилизатора:

1.Повышает вязкость среды

2. Увеличивает стабильность продукта.

Загустители

Кроме стабилизаторов в рецептурах низкокалорийных майонезов, содержащих большую массовую долю воды, для увеличения стабильности эмульсии используют загустители – структуризаторы. В основном это крахмалы и их производные (модификации), которые получают из различного промышленного сырья: кукурузы, картофеля, пшеницы, риса, топиоки.

Крахмал - это резервный полисахарид, главный компонент зерна, картофеля и других видов пищевого сырья. Если нагреть водную суспензию натурального крахмала, то по достижении определенной температуры, в зависимости от вида крахмала, наступает увеличение вязкости.

Микро - или нанокристаллическая целлюлоза

Благодаря уникальной технологии обработки растительного сырья достигается высокая степень очистки МКЦ и сохраняется высокий процент содержания пектина в МКЦ.

В совокупности это обеспечивает высокие реологические свойства (влагоудержание и вязкость), т. е. использование МКЦ как пищевой добавки даст возможность получить большой объем продукта нужной консистенции.

Наличие пектина не только способствует повышению реологических свойств, но и позволяет восстанавливать МКЦ без потери исходных качеств из высушенного вида, что означает больший срок хранения, удобство транспортировки.

Помимо прочего, пектин, являясь мощным энтеросорбентом, способствует выведению из организма человека радионуклидов, выводит из организма вредные вещества, нормализует работу желудочно-кишечного тракта, способствует снижению уровня холестерина.

Имитация органолептики жира позволяет улучшать вкусовые качества продукта, приготовленного с использованием этой добавки.

Рис.8. Микрокристаллическая целлюлоза с содержанием влаги около 92%

Внимание! С повышением жирности майонеза количество эмульгатора увеличивается, количество стабилизатора и загустителя снижается и наоборот.

Красители

Для подкрашивания пищевых продуктов применяют как натуральные, природные красители, так и синтетические вещества органической или неорганической природы. Из природных красителей, придающих красную, оранжевую или желтую окраску, чаще всего используются каротиноиды. Наиболее важным из них β - каротин (Е160а), который служит источником витамина А и антиоксидантом. Масляный раствор каротина (провитамина А) получается путем извлечения красящих веществ моркови или растворением в масле синтетического кристаллического каротина. Наряду с каротином для подкраски майонеза используется масляный краситель аннато.

Краситель аннато получается растворением в растительном масле пигментов, содержащихся в кожуре семян индийского кустарника Orlean tree (Buxa Oellana Linn). Для удобства применения обычно используется 30%-ная суспензия бета-каротина в масле и 4%-ный экстракт аннато. На рис 9 показаны плоды индийского кустарника Orlean tree (Buxa Oellana Linn):

Рис 9 плоды кустарника Orlean tree (Buxa Oellana Linn) в раскрытом виде

Консерванты

Неконсервированные продукты представляют гораздо большую опасность, чем применение любых разрешенных консервантов. Кроме давно известных стафилококковой инфекции, сальмонеллеза или ботулизма обнаружилось, что многие плесневелые грибы образуют токсины, в том числе самый сильный из известных канцерогенов В1 афлатоксин. Поэтому с точки зрения профилактики заболеваний применение консервантов, прошедших серьезную токсикологическую проверку, является меньшим риском, чем их неприменение. Консерванты на основе сорбиновой кислоты - сама сорбиновая кислота (Е200), сорбат калия (Е202) и сорбат кальция (Е203) - успешно применяются в производстве практически всех пищевых продуктов. Консерванты на основе сорбиновой кислоты - это эффективное средство борьбы с дрожжами, плесенью и некоторыми бактериями практически во всех пищевых продуктах, но спектр их антимикробного действия все-таки ограничен. Поэтому в ряде продуктов их рекомендуется применять вместе с другими консервантами. Особенно эффективно совместное использование сорбата калия с бензоатом натрия.

Витамины и антиоксиданты

Витамины и антиоксиданты, к которым относятся витамины А, С, Е, витамины группы В и провитамин А — (β-каротин, являясь функциональными ингредиентами, играют важную роль в питании). Они участвуют в метаболизме, укрепляют иммунную систему организма, помогают предупредить такие заболевания, как цинга. К антиоксидантам относятся β-каротин и витамины С и Е.