Эмульгаторы (Emulsifier)

Эмульгаторы – это вещества, уменьшающие поверхностное натяжение на границе раздела фаз, поэтому их добавляют к пищевым продуктам для получения тонкодисперсных и устойчивых коллоидных систем. В частности, с помощью таких добавок создают эмульсии жира в воде или воды в жире.

Такая способность связана с поверхностно – активными свойствами, поэтому применительно к данной группе пищевых добавок «эмульгатор», «эмульгирующий агент» и «поверхностно-активное вещество» (ПАВ) могут рассматриваться как синонимы.

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

Обычно молекулы поверхностно – активных веществ имеют дипольное строение, т.е. состоят из гидрофильных и гидрофобных групп. Гидрофильные группы обеспечивают растворимость ПАВ в воде, а гидрофобные – в неполярных растворителях (спирт, эфир и т.д.). Таким образом, они располагаются на поверхности раздела фаз. В этой связи основные физико-химические свойства, а следовательно и свойства технологические, зависят от химического строения ПАВ и соотношения гидрофильных и гидрофобных групп.

 

 

 

 

 

Рис. а. Адсорбция молекул ПАВ в прямых (М/В) – а и обратных (В/М) – б эмульсиях

Рис. б. Положение молекул ПАВ в зависимости от сочетании гидрофильных и лиофильных свойств:

а – гидрофильное взаимодействие; б – лиофильное взаимодействие; в – образование адсорбиционног слоя

 

 

Ориентация адсорбционного слоя ПАВ происходит в соответствие с правилом уравнивания полярности Ребиндера (рис. 1), полярная группа молекул ПАВ обращена к полярной жидкости, а неполярный радикал – к неполярной. В связи с этим для прямой эмульсии (рис. а) полярная часть молекул ПАВ будет обрамлять наружную поверхность капли, а в случае обратной эмульсии (рис. б)-её внутреннюю поверхность.

Эффективность эмульгатора можно характеризовать соотношением между гидрофильной и гидрофобной частями молекул ПАВ. Гидрофильные свойства определяются взаимодействием полярных групп молекул ПАВ с водой. Гидрофобный радикал молекул ПАВ обусловливает лиофильное взаимодействие между неполярной цепью молекул ПАВ и маслом. Лиофильное взаимодействие ради кала ПАВ и масла будет гидрофобным по отношению к воде. Иными словами, в этих условиях радикал ПАВ хорошо взаимодействуют с маслом и плохо – с водой.

Поверхностная активность определяется соотношением между гидрофильной и гидрофобной частями молекул ПАВ. Для коротко цепочечных ПАВ (рис.а) преобладает гидрофильное взаимодействие, в результате которого молекулы втягиваются воду. Противоположный эффект обнаруживается в случае длинноцепочечных молекул ПАВ. Гидрофобное взаимодействие по отношению к воде и лиофильное – к маслу обусловливают нахождение этих молекул в масле (см. рис.б). Уравновешивание гидрофильного и лиофильного взаимодействий, так называемый гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ), т.е. определенное оптимальное соотношение действия воды и масла на молекулы ПАВ, определяет условия образования адсорбционного слоя на границе раздела двух жидкостей.

По типу гидрофильных групп различают ионные и неонные ПАВ. Ионные поверхностно-активные вещества дисоциируют в водных растворах на ионы, один из которых поверхностно-активны, другие – наоборот (противо - ионы). В свою очередь, в зависимости от знака заряда поверхностно-активнного иона, они делятся на анионные, катионные и амфотерные. Молекулы неионых ПАВ, естественно, не дисоциируют в растворе.

Поверхностно-активные вещества позволяют регулировать свойства гетерогенных систем, которыми являются пищевое сырьё, полуфабрикаты или готовая пищевая продукция.

Применяемые в пищевой промышленности в пищевой промышленности ПАВ – это не индивидуальные вещества, а многокомпонентные смеси. Химическое название препарата при этом соответствует лишь основной части продукта.

В зависимости от особенностей химической природы эмульгатора, а также специфики пищевой системы, в которую он вводится, некоторые из представителей этого функционального класса пищевых добавок могут иметь смежные технологические функции, например функции стабилизаторов или антиоксидантов. По тем же причинам пищевые добавки других функциональных классов могут проявлять в пищевых системах эмульгирующую способность. К добавкам, способным проявлять эмульгирующие свойства, относятся: краситель Е181 (танины пищевые); загустители Е405 (пропилен-гликольальгинат), Е413 (трагакант), Е461- Е466 (производные целлюлозы с простой эфирной связью), подсластители Е420 (сорбит), Е965 (мальтит), Е967 (ксилит), пеногаситель Е900 (полидиметилсилоксан).

Перечень эмульгаторов, разрешённых к применению при производстве пищевых продуктов в России, приведён в таблице 10.

 

Таблица 10 – Пищевые эмульгаторы, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов в Российской Федерации

Е- номер

Эмульгатор

Технологические функции

Е 322 Лецитины, фосфатиды Антиокислитель, эмульгатор

Е 430 Полиоксиэтилен (8) стеарат Эмульгатор

Е 431 Полиоксиэтилен (40) стеарат»

Е 432 Полиоксиэтиленсорбитан монолаурат»

(Полисорбат 20, Твин-20)

Е 433 Полиоксиэтиленсорбитан моноолеат»

(Полисорбат 80, Твин-80)

Е 434 Полиоксиэтиленсорбитан монопальмитат»

(Полисорбат 40, Твин-40)

Е 435 Полиоксиэтиленсорбитан моностеарат»

(Полисорбат 60, Твин-60)

Е 436 Полиоксиэтиленсорбитан тристеарат»

 

Е 442 (Полисорбат 65, Твин-65)»

Фосфатида аммонийные соли

Е 444 Сахарозы ацетат-изобутират Стабилизатор

Е 445 Эфиры глицерина и смоляных кислот»

Е 446 Сукцистеарин Эмульгатор

Е 460 Целлюлоза Добавка, препятствующая

 

 

Продолжение

Е- номер

Эмульгатор

Технологические функции

(i) Целлюлоза микрокристаллическая с

леживанию и комковнию текстуратор

(ii) Целлюлоза в порошке

Е 467 Этилгидроксиэтилцеллюлоза Стабилизатор, загуститель

Е 471 Моно- и диглицериды жирных кислот Стабилизатор

Е 472а Эфиры глицерина, уксусной и жирных Стабилизатор, комплексо-

кислот образователь

Е 472b Эфиры глицерина, молочной и жирных То же

кислот

Е 472с Эфиры лимонной кислоты и моно- и»

диглицеридов жирных кислот

Е 472d Эфиры моно- и диглицеридов, винной и»

жирных кислот

Е 472е Эфиры глицерина и диацетилвинной и»

жирных кислот

Е 472f Смешанные эфиры глицерина, винной,»

уксусной и жирных кислот

Е 472g Эфиры моноглицеридов и янтарной Стабилизатор, комплек-

кислоты сообразователь

Е 473 Эфиры сахарозы и жирных кислот Эмульгатор

Е 474 Сахароглицериды»

Е 475 Эфиры полглицерина и жирных кислот»

Е 476 Эфиры полглицерина и взаимоэтерифи-»

цированных рициноловых кислот

Е 477 Эфиры пропилен гликоля и жирных кислот»

Е 478 Эфиры лактилированных жирных кислот»

глицерина и пропилен гликоля

Е 479 Термически окисленное соевое масло с»

моно- и диглицеридами жирных кислот

Е 480 Диоктилсульфосукцинат натрия Увлажняющий агент

Е 481 Лактилаты натрия Стабилизатор, эмульгатор

(i) Стеароиллактилат натрия

(ii) Олеиллактилат натрия

Е 482 Лактилаты кальция Стабилизатор

Е 484 Стеароилцитрат Комплексообразователь

Е 491 Сорбитанмоностеарат, СПЭН 60 Эмульгатор

Е 492 Сорбитантристеарат»

Е 493 Сорбитанмонолаурат, СПЭН 20»

Е 494 Сорбитанмоноолеат, СПЭН 80»

Е 495 Сортанмонопальмитат, СПЭН 40»

Е 496 Сорбитантриолеат, СПЭН 85 Стабилизатор, эмульгатор

Е 542 Костный фосфат (фосфат кальция) Добавка, препятствующая

слеживанию, водоудер-

живающий агент

Е 1000 Холевая кислота Эмульгатор

Е 1001 Соли и эфиры холина»

Е 1404 Окисленный крахмал Загуститель

 

 

В зависимости от особенностей состава и свойства пищевой системы, в которую преднамеренно вводится эмульгатор, его поверхностная активность может проявляться в различных, главным образом технологических, изменениях.

Таблица 11 – Некоторые характеристики пищевых эмульгаторов

Е-номер	Эмульгатор	Липо-фильная часть	ГЛБ*	Раствори- мость**	Мицеллообразование
в масле	в воде

Е322 Лецитин ЖК 3 – 4 р д Обратные мицеллы

Модифицированный ле - ЖК 7 – 12 р д Мицеллы

цитин

Е471 Моно- и диглицериды ЖК 3 – 4 р д

Е472а Ацетилированные моно - ЖК 2 – 3 р н Обратные мицеллы

глицериды

 

Е472b Лактилированные моно- ЖК 3 – 4 р н То же

и диглицериды

Е472е Эфиры диацетилвинной ЖК 8 – 10 р д Мицеллы

кислоты с моно - и диг-

лицеридами

Е473 Эфиры сахарозы ЖК 3 – 16 д д Мицеллы, обратные

мицеллы

Е481 Стеароиллактилат натрия ЖК 10 – 12 р д То же

Е482 Стеароиллактилат кальция ЖК 5 – 6 р д Обратные мицеллы

Е491 Сорбитан моностеарат ЖК 3 – 6 р д То же

Е435 Полисорбат 60 ЖК 14 – 15 р р Мицеллы

Е436 Полисорбат 65 ЖК 10 – 11 р д

Е433 Полисорбат 80 ЖК 14 – 15 р р

 

ЛЕЦИТИН (Е322) входит в группу фосфолипидов, содержащихся в растительных маслах. Лецитины получают в основном из растительных масел подсолнечного, соевого, рапсового и применяют в пищевой промышленности преимущественно как эмульгаторы. Хорошие эмульгирующие свойства их – это следствие комбинации липофильных и гидрофильных групп в молекулах.

Фосфолипиды синтезируются в организме животных и человека. Установлено, что введение лецитина в рацион питания человека в течение длительного времени не сопровождается каким – либо неблагоприятными последствиями. Комитетом экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам установлено, что, безусловно допустимой дозой для человека является до 50 мг (в дополнение к ежедневному приёме при обычном рационе) и условно допустимой 50…100 мг на 1 кг массы тела. Принято считать, что средний пищевой рацион взрослого человека содержит 1…5 г лецитина.

Лецитин применяется при производстве хлеба, мучных кондитерских изделий, конфет, шоколада, напитков, мороженого, сухого молока.

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ СОЛИ (Е 481 – Е 482). В пищевой промышленности в качестве эмульгаторов применяют свободные жирные кислоты – олеиновую, стеариновую, пальмитиновую и их натриевые, калиевые, кальциевые соли в производстве хлебобулочных и кондитерских изделий в концентрации до 5 г на 1 кг массы продуктов.

МОНО- и ДИАЦИЛГЛИЦЕРОЛЫ ЖИРНЫХ КИСЛОТ (Е 471). Их применение в шоколадном производстве позволяет экономить масло какао, в маргариновом – получать низко жировые маргарины с содержанием жировой фазы 40…50%.

В производстве маргарина применяют эмульгатор Т – 8 – смесь эмульгатора Т- 1 и фосфолипидных концентратов.

Эмульгатор Т – 1 – это смесь моно- и диацилглицеролов жирных кислот, которые получают гидролизом ацилглицеролов или этерификацией глицерина жирными высокомолекулярными кислотами. Применение такой пищевой добавки в количестве до 0,18 % к массе муки в хлебопечении улучшает качество хлеба, замедляет процесс черствления, а в производстве маргарина – повышает его пластичные свойства при содержании эмульгатора Т – 1 не более 2 000 мг/кг.

Эмульгатор Т – 2 получают путём этерефикации предельных жирных кислот с 16 и 18 атомами углерода и применяют в производстве маргаринов в качестве пластификатора и антиразбрызгивателя, а также в хлебопечение для улучшения качества хлеба.

Токсикологические свойства эмульгаторов Т – 1 и Т – 2 хорошо изучены. Объединенный комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам установил допустимое суточное потребление этих соединений 125 мг на 1 кг массы тела.

СПИРТЫ ЖИРНОГО РЯДА. Алифатические спирты жирного ряда, получаемые в результате гидрирования соответствующих жирных кислот, отчасти являются естественными компонентами жиров. В большинстве случаев это стеариловые и олеиловые спирты. Они применяются непосредственно или в виде сложных эфиров уксусной, молочной, фумаровой, яблочной, лимонной и других кислот в качестве стабилизаторов при изготовлении печенья. К таким пищевым добавкам относят, например, ацилированный моноацилглицерол (Е472i), малат – эфир (Е472с), стеароилмолочная кислота (Е481i), стеароиллактилат натрия (Е481ii), олеиллактилат кальция (Е482ii) и др. Области применения добавок этой группы различны. Ацилированный моеоацилглицерол – эфир моноглицерола и уксусной кислоты и малат – эфир – эфир моноглицерида и яблочной кислоты используются в хлебопечении, сахарной промышленности и при производстве мороженого. Стеароилмолочная кислота – производное молочной кислоты с жирными высшими кислотами и её натриевая соль – стеароиллактилат натрия используются в пищевой промышленности в качестве поверхностно – активного вещества для маргаринов и других продуктов.

Применение этих пищевых добавок разрешено без ограничения.

СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ ЖИРНЫХ КИСЛОТ САХАРА И СОРБИТА. Этерефикации сахаров (сахарозы, глюкозы) и сорбитов (сорбитангидрида) жирными кислотами даёт группу эмульгаторов с широким диапазоном поверхностно- активных свойств. Их можно комбинировать с полиоксиэтиленами (полиэтиленгликолиевыми эфирами), в результате чего получают эмульгаторы с измененными эмульгирующими свойствами. Наиболее известны эмульгаторы этой группы – так называемые спэны и твины.

СПЭНЫ – это сложные эфиры жирных кислот с сорбитами, а ТВИНЫ – это спэн – эмульгаторы, в которых гидроксильные группы полностью или частично замещены группами 0 – (СН2 – СН2 – О)n – Н т.е. представляют собой аддукты полиоксиэтиленов со спэнами. Эфиры сахарозы и жирных кислот (Е473) применяются в производстве кондитерских изделий, мороженого и в хлебопечении. Сорбитан моностеарат – СПЭН 60 (Е491), сорбитан тристеарат (Е492), сорбитан монолаурат – СПЭН 20 (Е493), сорбитан моноолеат – СПЭН 80 (Е494), сорбитан триолеат – СПЭН 85 (Е496), ТВИН 20, ТВИН 40, ТВИН 60, ТВИН 80 (Е432 – Е435) применяют при изготовлении жировых эмульсий, шоколада, печенья, кондитерских изделий, мороженого из сухого молока, яичного и какао порошков, а также для улучшения растворимости кофе.

Сложные эфиры сахара, сорбита и жирных кислот не представляют опасности в токсикологическом отношении, но они не должны содержать растворителей. Комитет экспертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам для сложных эфиров сорбита и жирных кислот, а также для сложных эфиров полиоксиэтиленсорбатов и жирных кислот установили допустимое суточное потребление 0…25 мг на 1 кг массы тела; для сложных эфиров сахарозы и жирных кислот – 2,5 мг на 1 кг массы тела. При этом допустимое содержание диметилформамида как остатка растворителя ограничивается 50 мг/кг вещества.

Добавка сложных эфиров сахарозы, сорбита и жирных кислот в пищевые жиры ограничена до 20 г/кг продукта, а добавка сложных эфиров сахарозы в маргарине не должна превышать 10 г/кг. В России применение пищевых добавок СПЭН 60 (Е491), сорбитан тристеарата (Е492), СПЭН 20 (Е493), СПЭН 80 (Е494), СПЭН 40 (Е495), СПЭН 85 (Е496) запрещено. Эфиры сахарозы и жирных кислот – разрешённая пищевая добавка в России и странах Европейского Сообщества, за исключением Германии.

ЭКСТРАТ МЫЛЬНОГО КОРНЯ - это классический стабилизатор пены. Однако в мыльном корне содержатся сапонины, обладающие токсическими свойствами, в связи, с чем в нашей стране его использование в пищевой промышленности, в частности в кондитерской и при производстве безалкогольных напитков, не разрешается. Исключением является только производство халвы, при обработке измельчённых масличных семян и карамельной массы для которой допускается использовать этот экстракт.

ФОСФАТЫ (Е 450 – Е 452). В производстве пищевых продуктов используют как нейтральные, так и кислые монофосфаты, дифосфаты, трифосфаты и высшие полифосфаты, степень конденсации которых находится в пределах 4…4 600. Наибольшее широко применяют фосфаты в качестве стабилизаторов влагоудерживающей способности колбасного фарша, мяса рыбы и беспозвоночных.