Пищевые добавки

Эмульгаторы

Эмульгаторы

В эту группу пищевых добавок (функциональный класс 9) входят вещества, которые, будучи добавленными к пищевому продукту, обеспечивают возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух или более несмешивающихся веществ.

Строго говоря, под термином «эмульгатор», или «эмульгирующий агент», подразумевают химическое вещество, способное (при растворении или диспергировании в жидкости) образовывать и стабилизировать эмульсию, что достигается благодаря его способности концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать межфазное поверхностное натяжение. Такая способность связана с поверхностно-активными свойствами, поэтому применительно к данной группе пищевых добавок термины «эмульгатор», «эмульгирующий агент» и «поверхностно-активное вещество» (ПАВ) могут рассматриваться как синонимы.

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

В качестве первых пищевых эмульгаторов использовались натуральные вещества, в частности камеди, сапонины, лецитин и др. И хотя некоторые из них сохранили свою популярность, наиболее широко в пищевой индустрии используются синтетические эмульгаторы или продукты химической модификации природных веществ, промышленное производство которых начало развиваться в двадцатые годы XX столетия.

По химической природе молекулы классических эмульгаторов, являющихся поверхностно-активными веществами, имеют дифильное строение, т. е. содержат полярные гидрофильные и неполярные гидрофобные группы атомов, которые, будучи связанными через соединительное звено (основание), отделены друг от друга и располагаются на противоположных концах молекулы. Первые (гидрофильные) обеспечивают растворимость в воде, вторые (гидрофобные) — в неполярных растворителях (рисунок 1).

а — основные звенья молекулы, б - наиболее вероятная пространственная структура Рисунок 1 - Дифильная структура молекул ПАВ
а — основные звенья молекулы, б — наиболее вероятная пространственная структура
Рисунок 1 — Дифильная структура молекул ПАВ

Дифильное строение молекул эмульгаторов обусловливает их склонность к формированию в объемной фазе растворителя ассоциа-тов, которые называются мицеллами.

В зависимости от особенностей строения молекулы эмульгатора, которые будут проявляться в соотношении между гидрофильными свойствами полярной группы и липофильными свойствами неполярной части молекулы ПАВ, могут образовываться как классические мицеллы в воде, так и обращенные мицеллы в неполярных растворителях (маслах и жирах), что схематично изображено на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема образования мицелл
Рисунок 2 — Схема образования мицелл

Склонность к формированию ассоциатов мицеллярного типа, равно как и другие проявления поверхностно-активных свойств, зависит от химического строения молекул ПАВ, и прежде всего от соотношения размеров полярной и неполярной частей молекулы, которое выражается в показателе гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ): чем выше гидрофильность, тем больше величина ГЛБ и тем ярче проявляется способность молекул ПАВ к образованию классических мицелл и стабилизации прямых эмульсий:

Эмульгаторы

Классификация эмульгаторов

Известно несколько способов классификации эмульгаторов по различным классификационным признакам (таблица 1).

Таблица 1 - Классификация эмульгаторов
Таблица 1 — Классификация эмульгаторов

В анионных (анионактивных) эмульгаторах гидрофильными группами могут быть ионные формы карбоксильных и сульфонильных групп, в катионактивных — ионные формы соединений аммония с третичным или четвертичным атомом азота (третичные или четвертичные аммониевые основания и соли), в неионогенных эмульгаторах — гидроксильные и кетогруппы, эфирные группировки и др. В цвиттер-ионных эмульгаторах роль гидрофильных групп выполняют ионные группировки, имеющие одновременно и положительный, и отрицательный заряды. Например, в молекуле лецитина гидрофильная группировка состоит из отрицательно заряженного остатка фосфорной кислоты и катионной группы четвертичного аммониевого основания холина.

Основные виды пищевых эмульгаторов являются неионогенными ПАВ. Исключение составляет цвиттер-ионный лецитин.

По химической природе они относятся к производным одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот различного строения.

Применяемые 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 (см. табл. 1.1, функциональный класс 21) или антиоксидантов (см. табл. 1.1, функциональный класс 5). 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 (таннины пищевые); загустители Е405 (пропил енгликольальгинат), Е413 (трагакант), Е461—Е466 (производные целлюлозы с простой эфирной связью), подсластители Е420 (сорбит), Е965 (мальтит), Е967 (ксилит), пеногаситель Е900 (полидиметилсилоксан).

Перечень эмульгаторов, разрешенных к применению при производстве пищевых продуктов, приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Пищевые эмульгаторы, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов
Таблица 2 — Пищевые эмульгаторы, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов

В отдельный функциональный класс выделены эмульгирующие соли — пищевые добавки, основная технологическая функция которых также связана с образованием и стабилизацией дисперсных систем, состоящих из двух или более несмешивающихся фаз, путем снижения межфазного поверхностного натяжения. К этому функциональному классу относятся соли-плавители и комплексообразо-ватели, применение которых, например при изготовлении плавленых сыров, позволяет предупредить отделение жира благодаря взаимодействию молекул эмульгирующей соли с белковыми молекулами сырной массы.

По химической природе пищевые добавки этого функционального класса, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов, представляют собой преимущественно соли фосфорных кислот с щелочными и щелочноземельными металлами, а также соли этих металлов с отдельными органическими кислотами (таблица 3).

Таблица 3 - Эмульгирующие соли, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов
Таблица 3 — Эмульгирующие соли, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов

Свойства и функции эмульгаторов

Некоторые характеристики и общие свойства основных пищевых эмульгаторов представлены в табл. 3.25.

Общим свойством, объединяющим эмульгаторы и отличающим их от пищевых добавок других классов, является поверхностная активность, характерная для органических молекул дифильного строения с выраженными гидрофильной и гидрофобной частями. Из табл. 3.25. видно, что молекулы основных эмульгаторов пищевого назначения имеют одинаковую гидрофобную (липофильную) часть, представленную ацилами высших жирных кислот, и отличаются природой (строением) гидрофильной части молекул.

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

Таблица 4 - Некоторые характеристики пищевых эмульгаторов
Таблица 4 — Некоторые характеристики пищевых эмульгаторов

Основные технологические функции эмульгаторов в пищевых системах:

  • диспергирование, в частности эмульгирование и пенообразование;
  • солюбилизация;
  • комплексообразование с крахмалом,
  • взаимодействие с белками;
  • изменение вязкости;
  • модификация кристаллов,
  • смачивание и смазывание.

Липофильная (гидрофобная) часть дифильных молекул всех перечисленных в таблице 4 добавок имеет одинаковую химическую природу и сформирована ацилами высших жирных кислот. Основные структурные отличия, обусловливающие различия поверхностно-активных свойств, связаны с особенностями химического строения гидрофильной (липофобной) части молекул, представленных ПАВ, которые отражаются в значениях гидрофильно-липофильного баланса.