Общие сведения. Пищевые дисперсные системы (дисперсии) представляют собой ге­терогенные системы из двух или более несмешивающихся фаз с раз­витой поверхностью раздела между

В пищевой промышленности чаще всего встречаются эмульсии,состоящие из воды и масла: прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде» — М/В), и обратные, или инвертные (типа «вода в масле» — В/М). Типичный пример прямой пи­щевой эмульсии — майонез, обратной — маргарин. Изменение состава эмульсии, либо внешнее воздействие могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную или наоборот.

Пены также весьма распространены среди пищевых продуктов. Пе­на представляет собой тонкую дисперсию воздуха в жидкости или твёрдом теле. Чтобы пена образовалась и могла существовать, необхо­димо присутствие в системе поверхностно-активных веществ — пено­образователей. Эти же вещества чаще всего выполняют и роль стаби­лизаторов пены. Как и другие коллоидные системы, пены термодина­мически нестабильны. Газ и жидкость, из которых они состоят, стремятся образовать два слоя с минимальной поверхностью раздела фаз. Поэтому пены в готовых пищевых продуктах стабилизируют формиро­ванием мельчайших кристаллов сахара (нуга), фиксируют путём тер­мообработки (подсушивание зефира, выпекание бисквита, закалива­ние мороженого) и добавкой стабилизаторов пены.

Пищевые эмульгаторы, пенообразователи и стабилизаторы пены представляют собой органические соединения, обладающие поверхно­стно-активными свойствами. Их молекулы имеют дифильное строе­ние, то есть содержат лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и гидрофобные) атомные группы. Гидрофильные группы обеспечивают растворимость ПАВ в воде,гидрофобные (обычно углеводородные) при достаточно высокой молекулярной массе способствуют растворению ПАВ в неполярных средах. На границе фаз дифильные молекулы ориентируются энергетически наиболее выгодным образом: гидрофильные группы — в сторону полярной (обычно водной) фазы, гидрофобные — в сторону неполярной (газовой или масляной) фазы.

Таким образом, формируется межфазный пограничный слой, благодаря которому снижается поверхностное натяжение и становится воз­можным или облегчается образование эмульсий.

Действие эмульгаторов на этом не заканчивается. Благодаря образованию пространственных и электрических барьеров они дополнительно стабилизируют эмульсии, то есть предотвращают повторное слипание уже сформировавшихся частичек дисперсной фазы и повторное расслоение. Пенообразователи и стабилизаторы пены пре­имущественно располагаются на поверхности пузырьков воздуха, об­разуя там прочную плёнку, которая усиливает сопротивляемость пу­зырьков слипанию. В жиросодержащих пенных массах, например в мороженом, эмульгаторы располагаются на поверхности жировых риков. Они обеспечивают лучшее распределение жира и одновремен­но снижают антагонизм жиров и белков благодаря «гидрофилизации» поверхности жира. Кроме того, они способствуют необходимой час­тичной агломерации жировых шариков (деэмульгированию).

Основные физико-химические и технологические свойства ПАВ определяются т. н. гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) их мо­лекул. ГЛБ отражает соотношение молекулярных масс гидрофильных и липофильных групп. Величина ГЛБ может иметь значение от 1 до 20 (эмпирическая шкала Гриффита). Эмульгаторы, имеющие ГЛБ < 10, преимущественно липофильны, а имеющие ГЛБ > 10 — преимущест­венно гидрофильны.

Чем больше ГЛБ, тем ярче проявляется способность молекулы ПАВ к образованию и стабилизации прямых эмульсий (М/В), чем меньше ГЛБ — тем ярче проявляется способность к образо­ванию и стабилизации обратных эмульсий (В/М).

Эмульгаторы, характеризующиеся величиной ГЛБ от 7 до 9, могут применяться в каче­стве смачивателей (смачивающих агентов), а характеризующиеся вели­чиной ГЛБ от 15 до 18 — в качестве солюбилизаторов.

Гидрофильно-липофильный баланс — величина аддитивная, то есть ГЛБ смеси эмульгаторов можно вычислить, сложив ГЛБ компонентов пропор­ционально их содержанию в смеси.

Эмульгатор (или смесь эмульгаторов) ускоряет образование и ста­билизирует тот тип эмульсии, в дисперсионной среде которой он луч­ше растворим. Например, маргарин представляет собой эмульсию ти­па «вода в масле», поэтому для его получения применяют эмульгаторы с величиной ГЛБ 3...6. Майонез представляет собой эмульсию «масло в воде», и для него используют эмульгаторы, имеющие ГЛБ 8... 18.

В качестве первых пищевых эмульгаторов использовались натураль­ные вещества. Типичными и старейшими эмульгаторами являются белок куриного яйца, природный лецитин,сапонины (например, отвар мыль­ного корня). Некоторые из них сохранили свою популярность и сегодня.

Однако более широко в промышленности используются синтетические эмульгаторы, или продукты химической модификации природных ве­ществ, промышленное производство которых начало развиваться в 20-е годы XX в. Целью химической модификации натуральных эмульгаторов является изменение их гидрофильно-липофильного баланса, например» ГЛБ лецитинов можно менять от 2 до 10. Соответственно меняется и их поведение в пищевых системах. Поскольку ГЛБ является величиной аддитивной, смешиванием нескольких эмульгаторов можно получать эмульгирующие системы, поведение которых сильно отличается от по­ведения компонентов. Например, гидролизованные лецитины (ГЛБ 8) в смесях с другими эмульгаторами могут иметь величину ГЛБ 12. Величи­на ГЛБ может зависеть от рН среды: например, в нейтральной и щелоч­ной среде ГЛБ аммонийных солей фосфатидиловой кислоты (Е 442) за­метно выше, чем в кислой.

Наиболее популярными пищевыми эмульгаторами являются моно- и диглицериды жирных кислот (Е471), эфиры глицерина, жирных и органических кислот (Е472), лецитины, фосфатиды (Е 322), аммоний­ные соли фосфатидиловой кислоты (Е442), полисорбаты, Твины (Е 432...Е 436), эфиры сорбитана, Спэны (Е 491...Е 496), эфиры поли­глицерина и взаимоэтерифицированных рициноловых кислот (Е476), эфиры сахарозы и жирных кислот (Е473), стеароиллактаты натрия (Е481), стеароиллактаты кальция (Е482). Величины их ГЛБ представ­лены в табл. 11.

Таблица 11