• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

ЕМУЛЬСІЇ ТА ЇХ ОДЕРЖАННЯ

Визначення емульсій та поширення в природі

Емульсіями називаються дисперсні системи, що складаються з рідкої дисперсної фази і рідкого дисперсійного середовища.

Така система може довго існувати і бути гетерогенною лише тоді, коли рідини нерозчинні або обмежено розчинні одна в одній. Радіус частинок дисперсної фази в емульсіях 10^-7 – 10^-5м. Особливістю не дуже концентрованих емульсій є сферична форма частинок (краплин), величина яких значно більша, ніж у колоїдних розчинах. Як правило, дисперсність ліофобних емульсій значно нижче дисперсності золів з твердою дисперсною фазою. Емульсії належать до мікрогетерогенних або навіть до грубодисперсних систем, і розмір їх крапель у тисячі і більше разів перевищує розміри молекул ПАР.

Емульсії широко розповсюджені в природі (молоко, вершки, сметана, яєчний жовток, соуси тощо), їх легко також приготувати штучним шляхом (мастила, маргарин, косметичні креми та інше).

У природі найпоширеніші водні емульсії, тобто роль дисперсійного середовища відіграє вода, а роль дисперсної фази – неполярні рідини (жири, мінеральні олії, толуол тощо). Умовно всі рідини, нерозчинні у воді, називають оліями.

Класифікація емульсій

За полярністю рідини дисперсної фази і дисперсійного середовищавсі емульсії можна розбити на два типи:

1) емульсії олії у воді ( Ол/в), або емульсії першого роду (прямі), що складаються із полярного дисперсійного середовища (умовно – вода) і неполярної дисперсної фази (умовно – олія);

2) емульсії води в олії (в/ол), або емульсії другого роду (зворотні), мають неполярне дисперсійне середовище (олія) і полярну дисперсну фазу (вода).

Так, молоко, що є емульсією масла у воді позначають символом Ол/в, а воду у вершковому маслі – в/ол. Прикладами емульсій другого роду можуть служити природна нафта, різні медичні мазі (в/ол).

Тип емульсії залежить від співвідношення об’ємів рідких фаз, умов емульгування та інших факторів, але головну роль відіграє природа емульгатора (стабілізатора).

Щоб визначити тип емульсії, користуються різними прийомами. У пробу емульсії можна ввести водорозчинний барвник (наприклад, метиленовий синій). Якщо це емульсія В/Ол, то під мікроскопом на безбарвному фоні видно блакитні кільця, а для емульсії Ол/В – безбарвні кульки на синьому фоні.

В залежності від концентрації дисперсної фази розрізняють емульсії розбавлені, концентровані і висококонцентровані.

Розбавленими емульсіями, як правило, є високодисперсні системи, розмір частинок яких наближається до колоїдних.

У розбавлених емульсіях дисперсна фаза складає менше ніж 0,1% від загального об’єму; за розмірами частинок дисперсної фази, за електрокінетичними властивостями і за характером коагуляції електролітами вони нагадують золі. Вона стійкі без емульгаторів. Їх стабілізують невеликими домішками електролітів.

При вмісті дисперсної фази від 0,1 до 74% емульсії називають концентрованими.

Частинки таких дисперсій великі (не менше ніж 1 мікрон) і помітні у звичайний мікроскоп.Концентровані емульсії можуть бути стійкими тільки при наявності стабілізатора або емульгатора. Якщо вважати, що всі крапельки однакові за розміром і строго кулеподібні, то при найщільнішому упакуванні кульок, вони становитимуть 74% від загального об’єму системи, а 26% об’єму припадає на проміжки між крапельками, тобто на дисперсійне середовище.

При вмісті дисперсної фази понад 74% виникають висококонцентровані емульсії.

При більшій концентрації дисперсної фази відбувається деформація кульок: із кулеподібних вони перетворюються на багатогранники. Такі емульсії називаються желатинованими. Вони твердоподібні і характеризуються напруженням зрушення. Емульсії, що містять 95% вуглеводнів, мають властивості драглів, не розтікаються, їх можна різати ножем. Прикладом таких емульсій є вершкове масло, маргарин, густі креми, майонез. Для них наявність емульгатора (стабілізатора) є обов’язковою. Дисперсійне середовище в таких емульсіях перетворюється на тонкі плівки, що розділяють дисперсну фазу на багатогранники (рис.32).

Для їх приготування потрібна велика кількість ПАР-стабілізатора.

Рис.32. Висококонцентрована емульсія гексагональної симетрії.

Утворення емульсій

Емульсії одержують диспергаційним і конденсаційними методами. Частіше застосовують диспергаційні способи: сильне струшування, інтенсивне перемішування, дію ультразвуку. Проте можна виготовляти емульсії, користуючись конденсаційним методом, наприклад, заміною розчинника.

Обидві рідини, що утворюють емульсію, мають бути нерозчинні або малорозчинні одна в одній і в системі має бути стабілізатор, який в цьому випадку називають емульгатором.

Емульгатор повинен бути подібним до тієї рідини, яка утворює дисперсійне середовище.

Емульгаторами звичайно служать поверхнево-активні речовини (ПАР), наприклад, олеат натрію(С₁₇Н₃₃СООNa). Проте такі ПАР, як насичені спирти чи карбонові кислоти, що містять менше 8 атомів вуглецю, не проявляють достатньої емульгуючої дії. Максимальну здатність стабілізувати емульсію проявляють молекули ПАР, які мають 10-18 атомів вуглецю. Гарними емульгаторами є:

Желатоза - це продукт неповного гідролізу желатину. Представляє собою злегка жовтуватий гігроскопічний порошок, не має здатності желатинуватися, але має високі емульгуючі властивості. Обмежено розчинна у воді. Негативна сторона - нестандартність речовини, тому в ряді випадків її розчини можуть мати високу в'язкість і пружність. Використовують для стабілізації гетерогенних систем (суспензій, емульсій).

Яєчний жовток містить лецитин, від якого залежать його емульгуючі властивості. Маса одного яєчного жовтка в середньому вважається рівною 18г. Один жовток може емульгувати 15-20г. олії. Емульсії з яєчним жовтком швидко псуються, тому в якості емульгатора його застосовують рідко, як і сухе молоко.

Сухе молоко має високу емульгуючу здатність. На 10г олії беруть 10г сухого молока. Для цих же цілей Г.П. Півненко та І. А. Маренич запропонували застосовувати згущене молоко, що, будучи гарним емульгатором, одночасно може служити і коригуючою речовиною, що дуже важливо в дитячій терапії.

Застосовують як емульгатор також казеїн і казеїнат натрію. Вони дають високодисперсні емульсії (у співвідношенні 1:1). Фосфатиди рослинного і тваринного походження використовують як емульгатор не тільки у фармації, але й у харчовій промисловості.

Емульгатори адсорбуються на поверхні поділу двох рідких фаз. При цьому вуглеводневі радикали ПАР орієнтовані в масляну фазу, а гідрофільна частина – у воду. Велика кількість ПАР-стабілізатора може зробити емульсію термодинамічно стійкою, однак такі ліофільні системи вже переважно належать до міцелярних розчинів ПАР. Для них характерний набагато менший, ніж для звичайних емульсій, розмір частинок, тому вони називаються мікроемульсіями.

Одним з методів добування емульсій є подрібнення речовини дисперсної фази. Для цього, до дисперсійного середовища в присутності емульгатора при сильному перемішуванні додають речовину, що є дисперсною фазою.

Рис.33. Розміщення молекул ПАР на поверхні поділу фаз вода-олія залежно від довжини вуглеводневого ланцюга.

Другий метод полягає в утворенні плівок та їх розриву на дрібні краплини. Плівка, яка утворюється при повільному додаванні рідини до дисперсійного середовища, розривається пухирцями повітря, які виходять із отвору трубки на дні посудини.

При цьому ступінь дисперсності емульсії та її стійкість залежать від швидкості перемішування, швидкості введення речовини дисперсної фази та її кількості, природи та концентрації емульгатора, тамператури та рН середовища.

В кулінарній практиці отримання емульсій виконується на спеціальних взбивальних машинах або іноді вручну різними взбивалками.

Стійкість емульсій

Питанню стійкості емульсій присвячено багато досліджень. В багатьох випадках – при зберіганні молока, виробництві і зберіганні майонезів, виготовленні охолоджених емульсій – важливо створити умови, що забезпечують максимальну стабільність емульсій і виключають можливість розшарування рідких фаз. В інших випадках треба найбільш просто, швидко і економно розділити фази, з яких складається емульсія.

Седиментаційна стійкість емульсій тим більша, чим ближчі густини обох фаз. Оскільки співвідношення густини дисперсної фази і дисперсійного середовища може бути більшим чи меншим 1, спостерігають як осідання (седиментація) краплинок емульсії в дисперсному середовищі, так і їх спливання. Наприклад, в емульсій води у бензині краплинки з часом осідають і збираються на дні ємкості. Водночас у молоці, яке є емульсією краплинок олії у водному розчині білкових речовин, спостерігається спливання частинок жиру і утворення на поверхні вершків.

Емульсії седиментаційно та агрегативно нестійкі, тому що величина частинок і їх маса значно більша, ніж у колоїдних розчинах.

Коалесценція – злиття крапель емульсії, що відбувається самодовільно і приводить до розшарування рідини.

Для надання емульсіям стійкості застосовують емульгатори. Оболонки, що утворюються із поверхнево-активних речовин на поверхні крапель емульсії досить міцні і пружні. При зіткненні частин вона, як слід, не руйнується – емульсії набувають стійкості.

Рис.34 Схема стабілізації емульсії іогенними (а) та неіогенними (б) емульгаторами

Емульсії типу Ол/В добре стабілізують гідрофільні порошки, наприклад, борошно, крейду, ферум (ІІІ) оксид, алюмосилікати, а емульсії типу В/Ол добре стабілізують гідрофобні порошки, наприклад, сажу.

Рис.35. Емульгуюча дія твердих гідрофільних (а;б) та гідрофобних (в;г) емульгаторів.

З рис.35 видно, що гідрофільні порошки стабілізують емульсії Ол/В, а гідрофобні – В/Ол. Менш стійкі краплини зливаються (б, в), утворюючи дисперсійне середовище, а сійкіші утворюють дисперсну фазу. Стійкіші є ті краплини, в яких є захисна плівка (а, г).

Руйнування емульсій

На практиці часто вимагається зруйнувати емульсію і виділити її складові частини. В деяких випадках розшарування емульсії має позитивне значення. Наприклад, при взбиванні вершків.

Руйнування емульсій можна викликати наступними методами.

¨ Додаванням сильної мінеральної кислоти, яка спричинює хімічне руйнування завислих плівок емульгатора.

¨ Додавання емульгатора, що здатний викликати обернення фаз і зменшити міцність захисної плівки.

¨ Адсорбційним зменшенням емульгатора іншою речовиною, яка більш поверхнево-активна, але не має здатності утворювати достатньо міцні плівки.

¨ Термічним руйнуванням при нагріванні. При підвищенні температури зменшується адсорбція емульгатора і тим самим знижується стійкість емульсії. Таке руйнування емульсій спостерігається при довгому кип’ятінні соусів, при виготовленні топленого масла.

¨ До руйнування емульсій приводить механічна дія– збивання, центрифугування, фільтрування. Наприклад, виділення з молока вершків за допомогою сепаратора.

¨ Добавка до емульсії електроліту,що змінює природу емульгатора, також може викликати її руйнування емульсії в зв’язку з необхідністю ретельної очистки стічних вод. Дією електричного струму або електролітів викликають руйнування емульсій типу «вода в нафті», стабілізованих електричним зарядом частинок.

Практичне значення емульсій

Емульсії мають велике практичне значення. Вони відіграють значну роль у процесах життєдіяльності. Частина продуктів харчування і продукції харчової промисловості являють собою емульсії.

Фізіологія харчування ставить перед технологією приготування їжі задачу: не тільки збільшити засвоювання їжі, але й зменшення енергетичних затрат на її засвоювання та полегшити протікання біохімічних реакцій, що відбуваються в травному відділі.

З цієї точки зору має велике значення, наприклад, емульгування жирів в кулінарній практиці.

Один з основних компонентів живлення – жири, нерозчинні у водному середовищі, в якому здійснюються процеси обміну речовин. Проте в організмі добре засвоюються жири, емульсовані в природних продуктах: молоці, вершках, вершковому маслі. Інші жири, які споживаються з їжею, засвоюються лише після переведення їх в стан емульсії, що здійснюється в шлунку та у дванадцятипалій кишці під впливом жовчі. Водні емульсії жирів всмоктуються через стінки тонких кишок і надходять у лімфу та кров.

До складу крові входить емульсія, дисперсною фазою якої є еритроцити, а емульгаторами – білки.

Рис. 36. Мікрофотографія майонезу машинного (1) та ручного (2) емульгування.

Розглянемо особливості приготування майонезу.

Дисперсійне середовище в цих емульсіях – вода жовтків та оцту. Дисперсною фазою є рослинна олія. Емульгатор – лецитин та вітелін жовтка і білки порошку гірчиці. Жиру в майонезі міститься близько 75%. Він роздрібнений на найменші кульки. При ручному взбиванні їх розмір складає 15-20мк, а при машинному – від 1 до 4мк (рис.36). В грамі соусу міститься до 1000млрд. жирових кульок. На таке подрібнення жиру необхідно витрачати значну роботу. Але, якщо б жир входив в їжу неемульгованим, то цю роботу повинен був би виконати організм людини.

Чим мільчі жирові кульки, тим стійкішою є емульсія.

Велика дисперсність жиру в соусах типу майонез, крім позитивної ролі, грає й негативну. Велика поверхня приводить до прискорення процесів окиснення та прогоркання жирів під дією світла та кисню. Саме це робить необхідним збереження майонезу в темному приміщенні і в герметичній тарі.

Небажаним є емульгування жиру в процесі приготування м’ясних бульйонів (при сильному кипінні), бо емульговані жири легко гідролізуються (омилюються) і жирні кислоти, що при цьому виділяються, надають бульйонам смак сала і запах мила.

Емульсії широко використовуються в медицині, виробництві косметичних засобів, переробці нафти, виготовленні мастил, фарб, миючих засобів тощо. Якщо для живлення організму жири доцільно застосовувати у вигляді прямих емульсій Ол/В, то косметичні і лікарські препарати, які вводяться втиранням у шкіру, застосовують оборотні емульсії В/Ол, бо шкіра непроникна для води. З такою метою користуються високонцентрованими пастами і мазями, в яких емульгаторами звичайно є мила кальцію, магнію, цинку чи алюмінію. Якщо ж застосовують препарат зовнішньої дії, то його використовують у формі емульсійних мазей, паст і кремів типу Ол/В, які мало проникають через шкіру.

Читайте також:

1. Аналіз одержання результатів. Висновки рекомендації.
2. Антимонопольний комітет України здійснює контроль за додержанням суб'єктами зовнішньоекономічної діяльності законодавства про захист економічної конкуренції.
3. Біотехнологія одержання антибіотиків
4. Біотехнологія одержання ІНТЕРФЕРОНІВ
5. Види дебіторської заборгованості та облік розрахунків до одержання
6. Витрати, пов'язані з одержанням освіти, можна розділити на три групи
7. Вищий нагляд за додержанням і правильним застосуванням законів про ОП здійснюється Генеральним прокурором України і підпорядкованими йому прокуратурами.
8. ГРОМАДСЬКИЙ КОНТРОЛЬ ЗА ДОДЕРЖАННЯМ ЗАКОНОДАВСТВА ПРО ОХОРОНУ ПРАЦІ
9. Громадський контроль за додержанням законодавства щодо охорони праці
10. Грубодисперсні (мікрогетерогенні) системи – емульсії.
11. Для одержання ліквору в ветеринарній медицині застосовують люмбальну, постокципітальну та субокципітальну пункції.
12. Додержання вимог щодо охорони праці при проектуванні,

Переглядів: 15067