الوقت المقدر للقراءة: 12 دقيقة
في هذا الدليل:
- ما هو نظام HLB ولماذا يُعد الأداة الأكثر عملية للمُصنِّع؟
- طيف Span/Tween HLB — من Span 65 (HLB 2.1) إلى Tween 20 (HLB 16.7)
- كيفية حساب قيمة HLB الفعالة لنظام مستحلب مخلوط
- القيم المطلوبة لـ HLB لمراحل الزيوت الغذائية الشائعة (دهن الزبدة، زبدة الكاكاو، الزيوت النباتية)
- طريقة اختيار المستحلب خطوة بخطوة بناءً على مقياس HLB
- أمثلة عملية للصياغة مع نسب الامتداد/التداخل
- ما لا يخبرك به نظام HLB - وما يجب التحقق منه بالإضافة إلى HLB
1. ما هو نظام HLB - ولماذا يعمل
يُخصّص نظام التوازن المحب للماء والمحب للدهون (HLB)، الذي طوره ويليام سي. غريفين للمواد الخافضة للتوتر السطحي غير الأيونية، رقمًا لكل مستحلب يتراوح بين 0 و20 بناءً على نسبة الوزن الجزيئي للجزء المحب للماء إلى الجزيء الكلي. يُمثل الرقم 0 في نظام HLB جزيئًا محبًا للدهون تمامًا (قابلًا للذوبان في الزيت)، بينما يُمثل الرقم 20 جزيئًا محبًا للماء تمامًا (قابلًا للذوبان في الماء) (هو وآخرون، 2011).
يتنبأ رقم HLB بشكل مباشر بسلوك المستحلب:
| نطاق HLB | سلوك | نوع المستحلب | أمثلة على Span/Tween |
|---|---|---|---|
| 0-3 | محبة للدهون بشدة | عوامل مضادة للرغوة | Span 65 (2.1) |
| 3-6 | محب للدهون | مستحلبات الماء في الزيت (السمن النباتي، والزيوت النباتية) | Span 60 (4.7)، Span 80 (4.3) |
| 6-9 | متوازن | مرحلة انتقالية - بنية البلورات الدهنية أهم من مستوى HLB | سبان 20 (8.6)، ليسيثين (4-7) |
| 9-12 | محب للماء بشكل معتدل | مستحلبات زيت في ماء عامة (ضمادات، كريمات) | مزيج متوازن بين سبان/وين |
| 12-15 | محب للماء | مستحلبات قوية من نوع زيت في ماء (مشروبات، آيس كريم) | Tween 60 (14.9)، Tween 80 (15.0) |
| 15-18 | محب للماء بشدة | مستحلبات زيت في ماء ناعمة، مستحلبات نكهة، مشروبات صافية | مراهقون 20 (16.7) |
| 18-20 | محب للماء بشكل شبه كامل | الذوبان، المنظفات | ليس هذا أمراً معتاداً بالنسبة للطعام |
تكمن القيمة العملية لنظام HLB في بساطته: فبدلاً من التخمين بشأن نوع المستحلب المناسب، يمكنك حساب قيمة HLB التي يحتاجها الطور الزيتي ومطابقتها. إذا كنت جديدًا في مجال مستحلبات الطعام، فابدأ بنظامنا. دليل وظائف وتطبيقات مستحلبات الطعام.
2. نطاق HLB بين المدى والمتوسط
تغطي عائلتا Span (إسترات السوربيتان) و Tween (البوليسوربات) معًا نطاق HLB العملي الكامل لتطبيقات الأغذية - من Span 65 عند 2.1 إلى Tween 20 عند 16.7. وهذا يجعلها مجموعة أدوات مستحلب كاملة وفريدة من نوعها.
| مستحلب | الاسم الكيميائي | إتش إل بي | الرقم الإلكتروني | الاستخدام الأساسي |
|---|---|---|---|---|
| سبان 65 | ثلاثي ستيرات السوربيتان | 2.1 | E492 | منخفض للغاية في HLB: الشوكولاتة، الأنظمة عالية الدهون |
| سبان 80 | أحادي أوليات السوربيتان | 4.3 | E494 | بدون: مواد قابلة للدهن، صلصات، حلويات |
| سبان 60 | أحادي ستيرات السوربيتان | 4.7 | E491 | بدون: سمن نباتي، دهن نباتي، جل الكيك |
| سبان 40 | مونوبالميتات السوربيتان | 6.7 | E495 | مرحلة انتقالية: مزيج المستحلبات |
| سبان 20 | مونولوريت السوربيتان | 8.6 | E493 | نسبة الزيت إلى الماء المنخفضة: التتبيلات والصلصات |
| مراهقون 80 | بوليسوربات 80 | 15.0 | إي433 | خارج/خارج: مشروبات، آيس كريم، عام |
| مراهقون 60 | بوليسوربات 60 | 14.9 | إي 435 | أو: الكعك، والكريمة المخفوقة، والكريمة |
| مراهقون في الأربعينيات | بوليسوربات 40 | 15.6 | إي434 | O/W: مشروبات البروتين، أنظمة قليلة الدسم |
| مراهقون في العشرينات | بوليسوربات 20 | 16.7 | إي 432 | زيت في ماء: مستحلبات نكهة، إذابة |
للاطلاع على المواصفات التفصيلية للامتداد، راجع قسمنا دليل تركيب إسترات السوربيتان. للاطلاع على مواصفات Tween، راجع دليل شامل لمادة البوليسوربات.
3. مبدأ الإضافة HLB - كيف تتم عملية المزج
إن أهم خاصية لنظام HLB هي أن قيم HLB مادة مضافة بالوزن. عند مزج نوعين من المستحلبات، فإن قيمة HLB الفعالة للمزيج هي المتوسط المرجح لقيم HLB الفردية:
HLB_effective = (Fraction_A × HLB_A) + (Fraction_B × HLB_B)
مثال عملي: استهداف HLB 10 لعجينة الكيك
تحتاج إلى قيمة HLB فعّالة تبلغ 10 لمرحلة الزيت في الكيك الإسفنجي (السمن النباتي + دهن البيض). ستستخدم سبان 60 (HLB 4.7) وتوين 60 (HLB 14.9).
إذا كان X = جزء من Tween 60، فإن (1 – X) = جزء من Span 60.
HLB_target = X × 14.9 + (1 – X) × 4.7 = 10
س × 14.9 + 4.7 – س × 4.7 = 10
س × ١٠٫٢ = ٥٫٣
س = 0.52
نتيجة: 52% Tween 60 + 48% Span 60 → HLB الفعال 10.0. النسبة العملية: Span 60 : Tween 60 ≈ 1 : 1.1.
يتطلب مزيج ثلاثي يحتوي على أحادي ستيرات الجلسرين (HLB ~4) إعادة حساب باستخدام معادلة ثلاثية الحدود. دليل المستحلبات المركبة يتناول تصميم المزيج الثلاثي بالتفصيل.
4. قيم HLB المطلوبة لزيوت الطعام الشائعة
لكل طور زيتي قيمة HLB محددة مطلوبة، وهي القيمة التي ينتج عندها نظام الاستحلاب أكثر المستحلبات استقرارًا. وقد حُددت هذه القيم تجريبيًا وتُستخدم كنقاط انطلاق للصياغة.
| مرحلة الزيت / الدهون | قيمة HLB المطلوبة (مستحلب زيت في ماء) | HLB المطلوب (بدون مستحلب) |
|---|---|---|
| دهن الزبدة | 9-10 | 4-5 |
| زيت فول الصويا | 7 | 5-6 |
| زيت الذرة | 8-10 | 4-6 |
| زيت بذرة القطن | 10 | 5 |
| زيت النخيل | 7-8 | 4-5 |
| زبدة الكاكاو | 6-7 | 3-4 |
| زيت جوز الهند | 8-10 | 5-6 |
| شحم الخنزير | 5-6 | 4 |
| الزيت المعدني (البارافين) | 10-12 | 4-6 |
| الزيوت العطرية (للنكهة) | 12-15 | — |
| حمض الأوليك | 14-16 | — |
بالنسبة لمراحل الزيوت المختلطة - والتي تحتوي عليها معظم المنتجات الغذائية - احسب قيمة HLB المطلوبة باستخدام طريقة المتوسط المرجح نفسها. إذا كانت مرحلة الدهون لديك تتكون من زيت النخيل 60% (قيمة HLB المطلوبة 7.5) ودهن الزبدة 40% (قيمة HLB المطلوبة 9.5)، فإن قيمة HLB المطلوبة للمزيج = 0.6 × 7.5 + 0.4 × 9.5 = 8.3.
5. اختيار المستحلبات القائمة على مقياس HLB خطوة بخطوة
الخطوة 1: تحديد خصائص الطور الزيتي
اذكر جميع الدهون والزيوت الموجودة في المنتج، ونسبها الوزنية، وقيم HLB المطلوبة لكل منها. احسب المتوسط المرجح.
الخطوة الثانية: تحديد زوج من النطاق/التداخل
قم بمطابقة سلسلة الأحماض الدهنية للمستحلب مع الدهون السائدة في النظام:
– الدهون الستياريك (C18:0) (سمن نباتي، ستيرين النخيل) ← سبان 60 / توين 60
– دهون الأوليك (C18:1) (زيوت سائلة، دهن زبدة، شحم خنزير) ← سبان 80 / توين 80
– دهون اللوريك (C12:0) (جوز الهند، نواة النخيل) → سبان 20 / توين 20
الخطوة 3: حساب النسبة
استخدم معادلة HLB الإضافية لإيجاد نسبة Span:Tween التي تحقق الهدف.
الخطوة الرابعة: اختبار 3 متغيرات
حضّر المستحلبات بالنسب المحسوبة، مع إضافة 10% من مادة Span و10% من مادة Tween. قيّم النتائج عن طريق الطرد المركزي (3000 دورة في الدقيقة، 15 دقيقة) والفحص البصري بعد 24 ساعة.
الخطوة الخامسة: التحسين باستخدام المستحلبات المساعدة
أضف 5-10% من البروبيلين جليكول أو الجلسرين إلى مرحلة المستحلب. اختبر الخلطات الثلاثية مع GMS (3-5% من وزن المستحلب) لتحديد مدى تكوين معقدات النشا في المخبوزات.
ملكنا دليل مُصنّعي منتجات Span & Tween يتضمن منهجية التركيب الكاملة.
6. أمثلة عملية على الصياغة
| منتج | المرحلة الزيتية | مطلوب HLB | نظام سبان/توين | فعالية HLB | نسبة المدى: بين |
|---|---|---|---|---|---|
| عجينة الكيك | سمن نباتي + دهن البيض | 9-10 | سبان 60 + توين 60 | 10.0 | ~1:1.1 |
| مزيج الآيس كريم | دهن الزبدة | 9-12 | سبان 80 + توين 80 | 10.5 | 1:2 |
| عجينة الخبز | السمن النباتي (الدهون الصلبة) | 4-6 (مع/بدون سيطرة) | سبان 60 + توين 60 | 5.5 | 2.5:1 |
| مستحلب نكهة المشروبات | الزيوت العطرية | 14-16 | سبان 20 + توين 20 | 15.0 | 1:6 |
| مارجرين | زيت نباتي مهدرج | 3-6 (بدون/بدون) | سبان 60 + توين 60 | 4.8 | 6:1 |
| تتبيلة السلطة | زيت فول الصويا | 8-10 | سبان 80 + توين 80 | 9.0 | 1:1.5 |
| كريمة مخفوقة | نواة النخيل المهدرجة | 8-12 | سبان 60 + توين 60 | 10.0 | 1:2 |
7. ما لا يخبرك به نظام HLB
يُعد نظام HLB نقطة انطلاق، وليس حلاً كاملاً للتركيبات. وله قيود معروفة ينبغي على مُصنّعي التركيبات فهمها:
7.1 لا يتم رصد التوافق الجزيئي بواسطة HLB
ينتج عن استخدام مستحلبين لهما قيم HLB متشابهة ولكن ببنية جزيئية مختلفة (مثل Span 60 بقيمة HLB 4.7 وGMS بقيمة HLB 4.0) أغشية سطحية مختلطة مختلفة. تشير قيمة HLB إلى مدى محبة المستحلب للماء، ولكنها لا تحدد مدى تماسك جزيئي المستحلب عند السطح البيني. لهذا السبب، يُعدّ "التشابه في البنية الجزيئية" مبدأً منفصلاً في التركيبات، وقد تم تناوله في قسمنا الخاص. دليل المستحلبات المركبة.
7.2 يتجاهل HLB شروط المعالجة
يفترض حساب HLB حالة التوازن الساكن عند درجة حرارة الغرفة. إلا أن عمليات تصنيع الأغذية الحقيقية تُدخل الحرارة، وقوى القص، وتغيرات الرقم الهيدروجيني، وتغيرات القوة الأيونية، مما يُغير السلوك الفعال للمستحلبات. فعلى سبيل المثال، يتصرف DATEM (E472e) بشكل مختلف عند 4 درجات مئوية مقارنةً بـ 40 درجة مئوية، ولا يستطيع حساب HLB رصد هذا الاختلاف.
7.3 تم تصميم مقياس غريفين للمستحلبات غير الأيونية
تُحدد قيم HLB للمستحلبات الأيونية (SSL، CSL، DATEM) قياسًا على المستحلبات غير الأيونية، إلا أن آليات استقرارها القائمة على الشحنة تختلف عن الاستقرار الفراغي الذي صُمم نظام HLB للتنبؤ به. غالبًا ما تتطلب المستحلبات الأيونية تحسينًا تجريبيًا يتجاوز ما تشير إليه حسابات HLB.
7.4 قيم HLB المطلوبة تقريبية
تُعدّ قيم HLB المطلوبة للأطوار الزيتية (القسم 4) متوسطات مُحددة تجريبياً، وليست ثوابت فيزيائية. وتختلف هذه القيم باختلاف المصادر. وتعتمد قيمة HLB المطلوبة لزيتك تحديداً على تركيبة الأحماض الدهنية فيه، ودرجة عدم التشبع، ووجود مكونات ثانوية مثل الأحماض الدهنية الحرة وأحادي وثنائي الجليسريدات.
8. أهم النقاط الرئيسية
- يُعد نظام HLB أسرع طريقة للوصول إلى تركيبة فعالة. يقلل ذلك من نطاق البحث من "جرب كل مستحلب" إلى "جرب 3 نسب حول القيمة المحسوبة".“
- تغطي عائلة Span/Tween نطاق HLB من 2.1 إلى 16.7 — مجموعة مورد واحد تقدم خدماتها لكل شيء بدءًا من السمن النباتي عالي الدهون في الماء/الزيت وحتى مستحلبات المشروبات الشفافة في الماء/الزيت.
- تُجمع قيم HLB حسب الوزن. قيمة HLB الفعّالة للمزيج هي المتوسط المرجّح. وهذا يعني أن حبة واحدة من Span وحبة واحدة من Tween يمكن أن تنتج أي قيمة HLB بين قيمتيهما الفرديتين.
- قم بمطابقة سلسلة الأحماض الدهنية، وليس فقط رقم HLB. Span 60/Tween 60 (ستياريك، C18:0) لدهون المخابز؛ Span 80/Tween 80 (أوليك، C18:1) لمنتجات الألبان والزيوت السائلة.
- يُقرّبك اختبار HLB من الهدف، بينما يُوصلك الاختبار إلى الهدف. قم دائمًا بتشغيل 3 متغيرات نسبية حول القيمة المحسوبة.
- يُعد HLB أداةً أولية، وليس ضماناً للاستقرار. تساهم عوامل التوافق الجزيئي وظروف المعالجة وتأثيرات المستحلب المساعد في النتيجة النهائية.
للحصول على إرشادات تفصيلية حول تركيبات تجمع بين مبدأ التوازن الهيدروفيلي-الليبوفيلي (HLB) والمبادئ الأوسع لتصميم المستحلبات، راجع أدلتنا حول المستحلبات المركبة و مستحلبات الزيت في الماء مقابل مستحلبات الماء في الزيت.
