Поверхностно-активные вещества (эмульгаторы)

15.06.2015

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — это химические вещества, способные образовывать эмульсии при растворении или диспергировании в жидкости, концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать межфазное поверхностное натяжение в смеси масло — вода. ПАВ способны взаимодействовать с другими веществами, например с белками или крахмалом.
Поверхностно-активные вещества содержат полярные гидрофильные и неполярные гидрофобные группы атомов, расположенных на противоположных концах молекулы. Гидрофильные группы обеспечивают растворимость в воде, гидрофобные — в неполярных растворителях. В результате в объемной фазе растворителя формируются ассоциаты — мицеллы. От соотношения размеров полярной и неполярной частей молекулы, которое выражается в показателе гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), зависит формирование ассоциатов мицеллярного типа: чем выше ГЛБ, тем больше гидрофильность ПАВ и тем полнее проявляется способность его молекул к образованию ассоциатов. При ГЛБ, равном 4—6, получают эмульсию типа «вода/масло»; при ГЛБ 7—9 — смачивающие агенты; а при ГЛБ 8 —18 — «масло/ вода».
В хлебопекарном производстве применяют эмульгаторы, которые классифицируются по ГЛБ, заряду поверхностно-активной части (анионные — отрицательный; катионные — положительный; неионогенные — нейтральный; амфогерные — гидрофильные, липофобные) и в масле (маслорастворимые — липофильные, гидрофобные), функциональным группам (кислоты — СООН, спирты —ОН, эфиры —С—OR=О).
В основном пищевые эмульгаторы являются неиногенными ПАВ; анионоактивные применяют главным образом в качестве моющих и очищающих средств. Катионоактивные ПАВ практически не используют в пищевых производствах.
Эмульгаторы, разрешенные к применению в производстве пищевых продуктов в Российской Федерации, приведены в СанПиН 2.3.2.1078—01.
Моно- и диглицериды жирных кислот и их производные. Наиболее известная группа эмульгаторов, массовая доля которых в общем объеме потребления пищевых эмульгаторов составляет около 60 %.
Моно- и диглицериды получают глицеролизом жиров и масел или этерификапией глицерина высокомолекулярными жирными кислотами. Продукты их этерификации по первичной гидроксильной группе получают с помощью пищевых низкомолекулярных кислот — уксусной, молочной, винной, диацетилвинной и лимонной.
Моноглицериды состоят из различных фракций, основная из которых (40—60 %) приходится на фракцию моноэфира, 34—50 % — на фракцию диглицеридов и 3,5—10 % — на фракцию триглицеридов. Температура плавления моноглицеридов 40—70 °С.
Дистиллированные моноглицериды получают молекулярной дистилляцией продуктов глицеролиза. Содержание моноэфира составляет не менее 90 %.
В качестве пищевых добавок разрешены семь сложноэфирных модификаций неполных ацилглицеридов: моно- и диглицериды жирных кислот (Е471), эфиры моно- и диглицеридов уксусной и жирных кислот (Е472а); эфиры моно- и диглицеридов молочной и жирных кислот (Е472Ь); эфиры моно- и диглицеридов лимонной и жирных кислот (Е472с); эфиры моно- и диглицеридов винной и жирных кислот (E472d); эфиры моно - и диглицеридов диацетилвинной и жирных кислот (Е472е); смешанные эфиры моно- и диглицеридов винной, уксусной и жирных кислот (E472f); эфиры моноглицеридов и янтарной кислоты (E472g). Первые четыре из указанных, имеющие статус GRAS (Generally Regarded As Safe), — совершенно безвредны; у оставшихся четырех допустимая суточная доза составляет (мг/кг массы тела человека) от 0 до 30; от 0 до 50; от 0 до 30 и от 0 до 30 соответственно.
Добавки этой подгруппы — липофильные неионогенные эмульгаторы. Их технологические функции заключаются в эмульгировании и стабилизации пищевых систем.
Моно- и диглицериды в технологии хлебобулочных изделий улучшают физические свойства теста, объем готовых изделий, пористость мякиша, его цвет, замедляют черствение на 4—6 ч.
При выработке изделий из муки со слабой, средней и короткорвущейся клейковиной, в рецептуру которых входят до 5 % сахара и не более 8 % жира, рекомендуется вводить моно- и диглицериды в дозировке 0,3-0,5 % к массе муки в тесте.
На хлебозаводах эти добавки используют в виде дисперсии, которую готовят на сбивальных машинах при соотношении добавки и воды 1 : 20 (при непрерывном способе приготовления теста) и 1 : 10 (при порционном) и вносят при замесе опары или теста. Их хранят в течение суток в емкости Р3-ХЧД с водяной рубашкой.
Фосфолипиды. Эти улучшители относятся к амфотерным ПАВ со смешанной ионогенной функцией. Из улучшителей этой группы наиболее востребованы в технологии хлебобулочных изделий природные фосфатиды, лецитины (Е322) и их синтетический аналог — аммониевые соли фосфатидиловой кислоты (Е442).

Поверхностно-активные вещества (эмульгаторы)

Лецитины — это смесь фракций фосфатидов, полученная из животных или растительных объектов физическими методами с использованием ферментов. Доля собственно фосфолипидов в этой смеси составляет не менее 56—60 %.
Аммониевые фосфатиды — продукт взаимодействия ортофосфорной кислоты с одним, двумя или тремя остатками ацетилглицеринов: X = N+H4 — аммониевая соль фосфатидной кислоты.
В странах Европы, США и Японии лецитины имеют статус G RAS; аммониевые фосфатиды такового не имеют, и их применение регламентируется соответствующими директивами.
Основным источником промышленного получения растительных лецитинов служит соя, реже — подсолнечник; лецитинов животного происхождения — яичный желток.
Применение фосфолипидов обусловлено их технологическими функциями — эмульгирующие с антиоксидантным эффектом.
Эфиры полиглицерина и жирных кислот (Е475). Добавки-улучшители этой группы относятся к неионогенным ПАВ, представляют собой сложные эфиры жирных кислот с полиглицерином:
Поверхностно-активные вещества (эмульгаторы)

Они проявляют как гидрофильные, так и липофильные свойства с гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) от 5 до 13. Их используют при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий и маргариновой продукции. Допустимая суточная доза (ДСД) эфиров полиглицерина не превышает 25 мг/кг массы тела человека.
Эфиры сахарозы и жирных кислот (Е473). По химической природе они относятся к группе неионогенных ПАВ, представляют собой смесь моно-, ди- и триэфиров сахарозы с природными высшими жирными кислотами:
Поверхностно-активные вещества (эмульгаторы)

ДСД эфиров сахарозы составляет до 25 мг/кг массы тела человека. Введение этих добавок в рецептуры хлебобулочных и мучных кондитерских изделий изменяет реологические свойства полуфабрикатов, замедляет процесс их черствения, улучшает структуру продукта.
Лактилаты натрия (10481) и кальция (Е482). Представляют собой производные молочной кислоты с высшими жирными кислотами (стеариновой или олеиновой) в виде натриевых иди кальциевых солей.
Формула, описывающая структуру основного вещества, имеет вид:
Поверхностно-активные вещества (эмульгаторы)

Стеароиллактилаты натрия (E481i) относятся к группе анион-активных ПАВ с отрицательным зарядом на поверхностно-активной части молекулы. Лактилаты используют при производстве хлебобулочных изделий, пудингов и др., при этом ДСД лактилатов составляет от 9 до 20 мг/кг массы тела человека.
Большинство эмульгаторов, молекулы которых содержат ацилы высших жирных кислот, образуют комплексы с амилозной фракцией крахмала. Это обеспечивает замедление процесса черствения хлебобулочных изделий. Поверхностно-активные вещества адсорбируются на поверхности зерен крахмала в виде топких, вплоть до мономолекулярных слоев, пленок, препятствуя их соприкосновению с водной фазой теста. В результате степень набухания крахмальных зерен уменьшается, повышается температура его клейстеризации.
Комплексное воздействие на крахмал обеспечивает улучшение консистенции и однородность полуфабриката и готовых продуктов, таких, как макаронные, хлебобулочные и мучные кондитерские изделия.
Взаимодействие ионных ПАВ с белками также способствует улучшению реологических свойств продуктов. В хлебобулочных изделиях эти ПАВ образуют с пшеничным глютенином комплексы. обеспечивающие повышение эластичности белков теста и, как следствие, увеличение объема хлеба.