Образование устойчивых жиро-водных эмульсий для получения маргаринов различного назначения

АННОТАЦИЯ

В статье изучено влияние диаметра глобул в эмульсии на её дисперсность и общую поверхность глобул. Определено, что типичные кривые распределения дисперсности эмульсии хорошо стабилизируется более мелкими глобулами, размер которых колеблется от 10 до 100 мк. Установлено, что с уменьшением содержания жира в маргарине расход эмульгатора увеличивается от 0,2 до 0,6%, текучесть эмульсии повышается и их устойчивость сокращается.

ABSTRACT

The article studies the effect of the diameter of the globules in the emulsion on its dispersion and the total surface of the globules. It has been determined that the typical distribution curves of the dispersion of the emulsion are well stabilized by smaller globules, the size of which ranges from 10 to 100 microns. It was found that with a decrease in the fat content in margarine, the consumption of the emulsifier increases from 0.2 to 0.6%, the fluidity of the emulsion increases and their stability decreases.

Ключевые слова: эмульсия, эмульгатор, дисперсность, маргарин, стабильность, жир, масло.

Keywords: emulsion, emulsifier, dispersibility, margarine, stability, fat, oil.

За последние годы в мире стали разрабатывать новые виды эмульсионных пищевых продуктов к числу которых относятся маргарины, майонезы и т.п. Маргарин подразделяется на 2 вида (обратная и прямая) эмульсии, которые классифицируются в зависимости от содержания в них жира или водной фазы. Образование эмульсии связано с наличием в пищевом продукте эмульгатора или их композиции. Поэтому на практике считают, что для образования жиро-водной эмульсии маргарина имеется основная эмульсия и вспомогательные добавки, которые проявляют эмульгируюшие свойства [1].

В настоящее время ведутся поиски природных эмульгаторов проявляющих ряд функциональных свойств в составе маргарина. Это их пенообразование, водопоглащение, антиокислительные действия и др. Следовательно, подбор эмульгаторов ведется на основе комплексного подхода с учетом всех их основных технологических и физико-химических свойств. Учитывая вышеизложенное нами изучены вещества проявляющие эмульгируюшие действия в маргарине с различным содержанием водной фазы [2].

Известно, что с увеличением содержания воды в маргарине (например от 18 до 40% от общей массы эмульсии) снижается его калорийность примерно на 2-3 порядка, что очень ярко проявляется при образовании эмульсии в таких жидкостях. Если в маргарине с жирностью 82% от общей её массы содержится водной фазы не более 18% - то расход основного эмульгатора (например Т-1 или Т-2) составит не более 0,2-0,5%. При жирности маргарина 60% состав водной фазы будет равен 40%. Для эмульгирования такого маргарина расход эмульгатора увеличивается примерно 2,1-2,3 раза, что связано с изменениями и других показателей получаемой эмульсии (пенообразование, водопоглащение и т.п.) [3].

На практике такие вопросы решается на основании лабораторных исследовании по получению устойчивых эмульсии маргарина. Лецитин, кефалин, жирные кислоты и т.п. хотя и являются в некотором смысле эмульгаторами, они относительно мало оказывают на эмульгирующее действие на получаемые маргарины, майонезы и т.п. По утвержденном рецептурам маргаринов в их состав вводят такие вещества, которые способны снижать или прекращать эмульгирующие свойства вводимых компонентов. К их числу относятся соли, органические кислоты и т.п. Поэтому, несмотря на установленные нормы по расходам эмульгаторов их расход всегда превышает утвержденные пределы [4].

В Узбекистане на сегодняшний день отсутствуют предприятия по промышленному производству эмульгаторов для пищевой, в частности маргариновой промышленности. Все используемые эмульгаторы в производстве маргаринов в основном завозятся из-за рубежа за дорогую цену. Поэтому, нами ведется поиск сырьевых источников по получению эмульгаторов из местных ресурсов с целью снижение себестоимости получаемых маргариновых продукций [5].

Растительные масла, в частности соевое, подсолнечное или сафлоровое содержать значительное количество фосфолипидов, которые после фракционирование подразделяются на лецитин и кефалин. Лецитин – это водорастворимая часть фосфолипидов, которая является хорошим эмульгатором для жировых систем, и наоборот, кефалин – не растворим в воде и не имеет хорошие эмульгирующие свойства.

Известно, что водно-жировые (прямой) или жиро-водные (обратный) эмульсии различных типов характеризуются их стабильностью и дисперсностью. При этом стабильность выражается длительностью существования глобул жира (или воды) и может определятся по содержанию отстоя. Дисперсность эмульсии характеризуется исходя из электрономикроскопических наблюдении глобул в исследуемых эмульсиях. Для количественной оценки необходимо прямые измерения глобул. Статистически из большего числа замеров устанавливаются интегрально кривые распределение глобул по крупности и величине суммарной поверхности. Для этого целесообразно использовать следующие формулы расчетов глобул в эмульсиях маргарина.

где:   Q и S_y – относительная крупность глобул и относительная удельная поверхность их в пределах данной фракции с верхними и нижними границами диаметром d₁ и d₂ в мк;

N и S_сф – число глобул данной фракции и суммарная поверхность их при среднем диаметре , мм;

N_∑ и S_∑ – общее число измеренных глобул и их усредненная суммарная поверхность, мм².

Результаты анализов дисперсности и их поверхности в качестве зависимостей между их размерами глобул представлены на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что типичные кривые распределения дисперсности эмульсии хорошо стабилизируется более мелкими глобулами, размер которых колеблется от 10 до 100 мк. В литературе имеется сведения о высокой стабилизации глобул эмульсии маргаринов с размерами до 2 мк, за счет которых значительно повышаются реологические и физико-химические свойства получаемых продуктов. Эмульгаторы жиров и масел чаще всего являются сопутствующими триацилглицеридам веществами к числу которых относятся гидрофобные и гидрофильные соединения.

Рисунок 1. Изменения дисперсности и общей поверхности глобул в зависимости от его диаметра в дисперсной фазе маргарина

По П.А.Ребиндеру [6] из основных факторов стабилизации маргариновой эмульсии являются механические показатели поверхность, прочность, водостойкость глобул и т.д. Причем, эмульсионные растворы с малым содержанием твёрдой фазы сохраняют структурно-механические свойства долго в зависимости от их рецептуры. Поэтому, при составлении последних следует учитывать совместимость эмульгаторов с другими компонентами получаемых маргаринов. Загустительные действия могут оказывать добавки маргаринов которые наряду со снижением их текучести повышают процесс их окисления и образования первичных и вторичных продуктов окисления. Имеются сведение о том, что эмульсии содержащие гидрофобные эмульгаторы быстрее подвергаются изменениям т.е. разрушению, окислению и т.п. В природных растительных маслах содержатся такие эмульгаторы как ненасыщенные жирные кислоты, диглицериды или моноглицериды. Поэтому, расщепления в процессе получения маргарина способствует частичному образованию эмульсий со слабой устойчивостью. Напротив, пальмитиновая и стеариновая кислоты не влияют на образования и устойчивость получаемых маргариновых эмульсии, что объясняется их насыщенностью.

По С.А.Абдурахимову [7] устойчивость системы повышается если помимо водорастворимого эмульгатора присутствуют вещества растворимые в дисперсной фазе, взаимодействующие с эмульгатором и образующие на его поверхности различные защитные пленки в виде ассоциатов, композиции и т.п. Такие межфазные поверхностные комплексы дают конденсированные устойчивые пленки, которые несут на внешней поверхности электрические заряды, являющиеся дополнительным фактором устойчивости. Это комплексы понижают также межфазное поверхностное натяжение способствует тем самым дальнейшему эмульгированию. Приготовление эмульсии маргарина практически не вызывает особых трудностей, однако их последствия сильно отражаются на их устойчивости и текучести, что не мало важно для длительного пользования данным пищевым продуктам.

Известны механические способы повышения устойчивости маргариновых эмульсии путем наложения ультразвука, электромагнитного воздействия и т.п. Вспенивание зачастую имеющие место при эмульгировании необходимо снизить путем применения пеногосителей пищевого назначения. Эффективность эмульсионных растворов обеспечивается поддержанием заданного количества жировой и водной фаз. Существуют множество способов определения жира в эмульсиях [8], к числу которых следует отнести центрифугирование, разделения отстоем и т.д.

За последнее время в маргариновое производства внедряются нетрадиционные способы измерения устойчивости получаемых эмульсии, к числу которых относится электрические измерения. Измерения удельных сопротивлений маргариновых эмульсии показали, что даже при значительных количествах жировой фазы, удельное сопротивление возрастает очень мало из-за нахождения жира во внутренней фазе непосредственно не участвующей в переносе тока. Увеличение электропроводности также происходит за счет нового структурообразования в маргариновой системе. Развития эмульсии уменьшает диэлектрические свойства жировой фазы, что позволяет использовать его в качестве показателя свойств эмульгатора.

Нами на основе изучения вышеуказанных закономерностей и механизмов эмульгирования маргариновой продукции были проведены экспериментальные исследования по оценке текучести и устойчивости маргариновых эмульсии в зависимости от содержания жира в маргарине. Результаты исследовании представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Изменение устойчивости маргариновых эмульсий в зависимости от содержания жира и фосфолипидов

Из табл. 1 видно, что с уменьшением содержания жира в маргарине расход эмульгатора (например, фосфолипидов) увеличивается от 0,2 до 0,6%, текучесть эмульсии повышается от 45,4 до 75,3 Па^-1·с^-1 и их устойчивость сокращается от 185 до 130 суток. Это связано с увеличением содержания воды в составе маргарина от 18 до 40%.

Таким образом, проведенные исследования позволили определить, что маргариновые эмульсии состоят из специфических соединений, которые имеют гидрофобные и гидрофильные свойства. Эмульгаторы при этом также имеют различную природу и активность поверхностей, что отражается на комплексе реологических показателей получаемых маргаринов. Поэтому, для эффективной разработки рецептур маргаринов нового поколения целесообразно учитывать специфические особенности эмульгирующих веществ (МКЦ, крахмал и т.п.) при получении маргарина с улучшенными качественными показателями.

Список литературы:

1. Ходжаев, С. Ф., Абдурахимов, С. А., Акрамова, Р. Р., Хамидова, М. О. Исследование изменения калорийности маргарина при различных его жирностях //Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности. – 2020. – С. 128-130.
2. Рузибаев А.Т., Салиджанова Ш.Д. Исследование процесса получения маргарина на основе местного жирового сырья // Universum: Технические науки: 2017. №10(43). с. 9-11.
3. Хамидова, М. О., Абдурахимов, С. А., Ходжаев, С. Ф., Акрамова, Р. Р. Системное исследование технологии получения маргариновых продуктов //Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности. – 2020. – С. 125-127.
4. Скипин А.И. Рафинация светлых масел и жиров раствором силиката натрия. Обмен передовым техническим опытом. М.: Пищепромиздат, 1957–10с.
5. Тютюнников Б.Н., Науменко П.В., Товбин И.М. и др. «Технология переработки жиров». М.: Пищевая промышленность, 1970. - 652 с.
6. Ребиндер, П.А.Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика / П.А. Ребиндер. - М.: Наука, 1979 - 382с.
7. Ходжаев С., Абдурахимов С., Акрамова Р. Снижение калорийности маргаринов //Химия и химическая технология. – 2020. – №. 3. – С. 76-79.
8. Товбин И.М., Меламуд Н.Л., Сергеев А.Г. Гидрогенизация жиров. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 296 с.