Примерное время чтения: 12 минут
В этом руководстве:
- Принципиальное различие между эмульсиями типа «масло в воде» (O/W) и «вода в масле» (W/O) — и почему оно определяет всё.
- Как определить, какой тип эмульсии необходим для вашего продукта
- Эмульгаторы Span и Tween используются в обеих системах: Span закрепляет масляную фазу, Tween обеспечивает движение водной фазы.
- Диапазоны HLB для O/W (8-18) и W/O (3-6) с практическими примерами соотношения размаха/промежутка.
- Механизмы стабилизации — межфазная пленка, стерическое препятствие и кристаллизация жира.
- Как перевести эмульсию из типа «масло в воде» в тип «вода в масле» (и зачем это может понадобиться)
- Распространенные сбои в обеспечении устойчивости и способы их устранения с помощью Span/Tween
1. Тип эмульсии, определяющий характеристики вашего продукта.
Каждая пищевая эмульсия относится к одной из двух категорий: масло в воде (O/W) — где капли масла диспергированы в непрерывной водной фазе — или вода в масле (W/O) — где капли воды диспергированы в непрерывной масляной фазе. Этот единственный структурный факт определяет вкусовые ощущения, технологические свойства, содержание жира и то, какая система эмульгаторов будет работать.
| Характерный | Эмульсия типа масло/вода | Эмульсия без воды |
|---|---|---|
| Непрерывная фаза | Вода | Масло / жир |
| Дисперсная фаза | Капли масла | Капли воды |
| Типичное содержание жира | 3-40% | 60-85% |
| Текстура | Легкий, текучий, жидкий | Густая, насыщенная, легко намазывается. |
| Требуемый диапазон HLB | 8-18 | 3-6 |
| Ключевая пара «Путь/Между парами» | Доминантный подростковый возраст (Span 20-30%) | Доминантный диапазон (Span 60-85%) |
| Примеры блюд | Молоко, майонез, мороженое, заправки для салатов, напитки | Сливочное масло, маргарин, шоколад, кулинарный жир |
Если вы новичок в использовании пищевых эмульгаторов, начните с наших руководство по функциям и применению пищевых эмульгаторов.
Тип эмульсии — это не деталь рецептуры, а определяющее структурное решение. Маргарин, который в процессе обработки переходит из состояния «вода в масле» в состояние «масло в воде», буквально становится другим продуктом: он теряет растекаемость, выделяет воду и становится невкусным в руках потребителя.
2. Структура Span/Tween для обеих систем
Эмульгаторы Span (сорбитановые эфиры) и Tween (полисорбаты) идеально подходят для систем типа «масло в воде» (O/W) и «вода в масле» (W/O), поскольку охватывают весь практический диапазон значений HLB от 2,1 до 16,7. Ассортимент продукции одного поставщика — Span 60, Span 80, Tween 60, Tween 80 — позволяет решать задачи обоих типов эмульсий.
2.1 Как система HLB прогнозирует тип эмульсии
Система гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), разработанная Гриффином и усовершенствованная за десятилетия применения в пищевой промышленности, присваивает значение ГЛБ от 0 до 20. Эмульгаторы с более высокими значениями ГЛБ (>10) преимущественно гидрофильны и способствуют образованию эмульсий типа «масло в воде» (МН/В); эмульгаторы с более низкими значениями ГЛБ (<9) преимущественно липофильны и способствуют образованию эмульсий типа «вода в масле» (ВН/М) (Hu et al., 2011).
| Диапазон HLB | Тип эмульсии | Поведение | Доминирование в диапазоне длительности/промежуточном периоде |
|---|---|---|---|
| 3-6 | W/O (сильный) | Капли воды в непрерывном жире | Доминирование в контексте общего восприятия информации (соотношение общего восприятия информации к общему объему текста = от 3:1 до 6:1) |
| 6-8 | W/O (слабый) или W/O/W двойной | Переходная зона — кристаллизация жира имеет первостепенное значение. | Span:Tween = 1.5:1 до 3:1 |
| 8-12 | O/W (общего назначения) | Надежное решение "масло в воде" для большинства пищевых систем. | Сбалансированный (соотношение диапазонов:средний = от 1:1 до 1:2,5) |
| 12-15 | Масло/В (сильное) | Эмульсии с мелкими каплями, системы для производства напитков | Доминирование подростков (соотношение Span:Tween = 1:3 до 1:6) |
| 15-18 | O/W (максимальная стабильность) | Ароматические эмульсии, прозрачные напитки | Только для промежуточных этапов или трассировка диапазона |
2.2 Пролет: Анкер W/O
Эмульгаторы Span — в частности, Span 60 (HLB 4,7) и Span 80 (HLB 4,3) — являются основными эмульгаторами типа ’вода в масле» в системе Span/Tween. Их низкие значения HLB означают, что они преимущественно растворяются в масляной фазе и располагаются на масляной стороне границы раздела вода-масло. В системах маргарина и кулинарного жира стеариновая кислота в составе Span 60 сокристаллизуется с твердым жиром, физически удерживая капли воды на месте и предотвращая их коалесценцию.
Наш Руководство по составлению рецептур сорбитановых эфиров В данном разделе подробно рассматривается выбор диапазона жировых отложений для различных жировых систем.
2.3 Промежуточный этап: Двигатель O/W
Эмульгаторы типа Твин — Твин 20 (HLB 16,7), Твин 60 (HLB 14,9) и Твин 80 (HLB 15,0) — способствуют образованию эмульсий типа «масло в воде». Их полиоксиэтиленовые цепи простираются в водную фазу, создавая стерический барьер, препятствующий сближению капель масла. В эмульсиях для ароматизации напитков Твин 80 в концентрации 0,05–0,2% образует капли масла размером менее 5 мкм, которые остаются во взвешенном состоянии в течение нескольких месяцев.
Наш Руководство по составлению рецептур полисорбата 80 Предоставляет методологию расчета HLB и данные о дозировке.
2.4 Преимущества комплексной смеси
В реальных пищевых эмульсиях редко удается добиться успеха с помощью одного эмульгатора. Смесь Span/Tween — наш... Руководство по составным эмульгаторам Рассматривается научная сторона вопроса — создает более плотную и прочную межфазную пленку, чем любой из компонентов по отдельности:
- Для эмульсий типа «масло в воде»: 70-80% Tween + 20-30% Span. Tween обеспечивает HLB-стабилизацию и стерическую стабилизацию; небольшая фракция Span уплотняет межфазную пленку, обеспечивая долговременную стабильность при хранении.
- Для эмульсий типа «вода в масле»: 60-85% Span + 15-40% Tween. Span закрепляет жировую фазу и сокристаллизуется с твердым жиром; фракция Tween помогает мелкодисперсно диспергировать капли воды во время смешивания.
3. Ключевые различия, определяющие решения при разработке рецептуры.
3.1 Проводимость — Экспресс-тест на основе эмульсии
Наиболее надежный способ определить, является ли эмульсия типа «масло в воде» (O/W) или «вода в масле» (W/O), — это электропроводность. Эмульсии типа «масло в воде» проводят электричество (непрерывная водная фаза проводит ток). Эмульсии типа «вода в масле» не проводят электричество (непрерывная масляная фаза не проводит ток). Простой тест с помощью кондуктометра занимает несколько секунд и позволяет избежать дорогостоящих ошибок при составлении рецептуры.
3.2 Поведение при разведении
Эмульсия типа «масло в воде» (O/W) может быть разбавлена водой без разрушения — добавленная вода просто соединяется с существующей непрерывной фазой. Эмульсия типа «вода в масле» (AW/O) не может быть разбавлена водой; добавление воды вызывает инверсию фаз или расслоение. Напротив, эмульсии типа «вода в масле» (W/O) легко разбавляются маслом. Этот принцип помогает в устранении производственных проблем: если ваш продукт расслаивается при добавлении воды, вы, возможно, непреднамеренно создали систему «вода в масле» (W/O).
3.3 Текстура и ощущения во рту
Эмульсии типа «масло в воде» (O/W) обеспечивают легкое, охлаждающее ощущение во рту, поскольку вода — непрерывная фаза — первой контактирует с нёбом. Эмульсии типа «вода в масле» (W/O) обеспечивают насыщенный вкус и ощущение жирности, поскольку масло непосредственно контактирует с нёбом. Именно поэтому заправка для салата (O/W) кажется легкой, а маргарин (W/O) — насыщенным, даже если оба содержат схожие смеси эмульгаторов.
Для получения информации по конкретным продуктам, см. наш раздел... Руководство по системам эмульгирования мороженого (Масло/В с частичным слиянием) и Руководство по маргарину и кулинарному жиру (Б/О).
4. Выбор эмульгатора по типу эмульсии
4.1 Системы масло-вода: когда масло растворяется в воде
Наилучшие варианты перекрытия:
| Эмульгатор | HLB | Лучшее применение в системах типа «масло в воде» |
|———–|—–|———————|
| Твин 80 (полисорбат 80) | 15,0 | Эмульсии для ароматизации напитков, мороженого |
| Твин 60 (полисорбат 60) | 14,9 | Тесто для торта, взбитые сливки |
| Твин 20 (полисорбат 20) | 16,7 | Протеиновые напитки, низкокалорийные заправки |
| Span 80 (дополнительный) | 4.3 | Укрепление жировой сети мороженого |
| Span 60 (дополнительный) | 4.7 | Устойчивость пены для торта |
Рекомендации по коэффициентам: Соотношение Tween:Span составляет от 3:1 до 6:1. Доля Tween обеспечивает HLB для ориентации типа «масло в воде»; доля Span уплотняет межфазную пленку, обеспечивая долговременную стабильность.
4.2 Системы "вода-масло": Когда вода растворяется в масле
Наилучшие варианты перекрытия:
| Эмульгатор | HLB | Лучшее применение в составе "вода в масле" |
|———–|—–|———————|
| Спан 60 (сорбитан моностеарат) | 4,7 | Маргарин, кулинарный жир, хлебопекарные жиры |
| Span 80 (сорбитан моноолеат) | 4.3 | Спреды, начинки на жировой основе |
| Спан 65 (сорбитан тристеарат) | 2.1 | Системы высокой стабильности, шоколад |
| Твин 60 (дополнительный) | 14,9 | Дисперсия мелких капель воды |
Рекомендации по коэффициентам: Соотношение Span:Tween составляет от 3:1 до 6:1. Доля Span закрепляет границу раздела вода/масло; небольшое добавление Tween способствует образованию более мелких капель воды, но слишком большое количество Tween может привести к инверсии фазы.
5. Инверсия фаз — что происходит при изменении фазы эмульсии?
Инверсия фаз происходит, когда непрерывная и дисперсная фазы меняются местами — эмульсия типа «масло в воде» превращается в эмульсию типа «вода в масле», или наоборот. В пищевой промышленности это обычно нежелательно: маргарин, который превращается в эмульсию типа «масло в воде», полностью теряет свои функциональные свойства.
5.1 Что вызывает инверсию
| Курок | Механизм | Что происходит |
|---|---|---|
| Изменение температуры | Плавление/кристаллизация жиров смещает эффективный баланс HLB. | Горячий соус переворачивается при охлаждении, если жир кристаллизуется в сплошную сетчатую структуру. |
| Добавление слишком большого количества дисперсной фазы | При концентрации дисперсной фазы выше ~74% система становится геометрически неустойчивой. | Майонез с высоким содержанием масла превращается в двойную эмульсию типа масло/вода/масло, а затем в смесь вода/масло. |
| Неправильное соотношение эмульгаторов | Эффективные сдвиги HLB через границу инверсии | Добавление слишком большого количества Tween в маргарин типа "вода в масле": при переходе в состояние "масло в воде" вода вытекает. |
| Сдвиг во время охлаждения | Механическая энергия способствует образованию непрерывной фазы с большей объемной долей. | Эмульсия типа «вода в масле», инвертированная путем интенсивной гомогенизации в процессе охлаждения. |
5.2 Как предотвратить нежелательную инверсию
- Оставайтесь в пределах диапазона HLB. для целевого типа эмульсии. Для эмульсий типа «вода в масле» (W/O) поддерживайте эффективное значение HLB ниже 6. Для эмульсий типа «масло в воде» (O/W) поддерживайте его выше 8.
- Контролируйте скорость охлаждения. Кристаллизация жира стабилизирует эмульсии типа «вода в масле» — быстрое охлаждение приводит к образованию мелких кристаллов жира, которые фиксируют структуру эмульсии.
- Добавляйте дисперсную фазу постепенно. Одновременная подача всей воды в масляную фазу чревата инверсией. Поэтапное добавление дает эмульгатору время сориентироваться.
Наш Руководство для разработчиков рецептур Span & Tween Подробно рассматривается фазовое поведение.
6. Стабильность: что обеспечивает стойкость эмульсий
6.1 Межфазная пленка Span/Tween
Наиболее сильным механизмом стабилизации в эмульсиях, стабилизированных Span/Tween, является смешанная межфазная пленка. Молекулы Span (компактные циклические сорбитановые головные группы) плотно упаковываются со стороны масла на границе раздела фаз. Молекулы Tween (удлиненные полиоксиэтиленовые цепи) проникают в водную фазу, создавая стерические препятствия между каплями. Вместе они образуют пленку, которая препятствует как коалесценции, так и оствальдовскому созреванию.
6.2 Кристаллизация жиров в системах вода/масло
В эмульсиях типа ’вода в масле» — маргарине и кулинарном жире — кристаллизация жира обеспечивает дополнительный механизм стабилизации. Цепь стеариновой кислоты Span 60 (C18:0, температура плавления ~53 °C) сокристаллизуется с окружающим твердым жиром, образуя жесткую оболочку вокруг каждой капли воды. Именно поэтому Span 60 превосходит Span 80 (жидкая цепь олеиновой кислоты, C18:1) в системах «вода в масле», требующих стабильности твердых жиров.
6.3 Распространенные ошибки стабильности и способы их устранения
| Проблема | Тип системы | Вероятная причина | Span/Tween Fix |
|---|---|---|---|
| Отделение масла (образование крема) | О/В | Недостаточный HLB или плотность пленки. | Увеличьте долю Tween; добавьте 10-20% Span для уплотнения пленки. |
| Утечка воды | Б/О | Соотношение эмульгатора слишком близко к границе инверсии. | Увеличьте долю пролета, чтобы снизить эффективный HLB ниже 6. |
| Зернистая текстура | О/В | Слияние капель во время хранения | Добавьте небольшую фракцию Span (5-10%) для укрепления межфазной пленки. |
| Нестабильность расплава | Мороженое (O/W) | Белково-стабилизированная эмульсия перегревается | Увеличьте дозу Span 80 для укрепления сети жировых кристаллов. См. наши Путеводитель по мороженому |
| Сбой, связанный с температурным циклом | Оба | Эмульгатор кристаллизуется при низкой температуре и десорбируется с поверхности раздела фаз. | Для продуктов, предназначенных для заморозки и распределения, используйте пару Span/Tween с более низкой температурой плавления: Span 80/Tween 80. |
7. Практический контрольный список для проектирования эмульсий
- Определите непрерывную фазу. Что первым касается вкусовых рецепторов? Какая фаза является преобладающей? Если содержание воды > 60%, начинайте с масла в воде (O/W). Если содержание жира > 60%, начинайте с масла в воде (W/O).
- Рассчитайте требуемое значение HLB. Для определения оптимального значения HLB в масляной фазе используйте соответствующий метод. Для масел известны требуемые значения HLB: молочный жир ~9, растительное масло ~7, какао-масло ~4.
- Выберите пару Span/Tween чья цепочка жирных кислот соответствует вашей основной жирной кислоте (стеариновая кислота для хлебобулочных изделий, олеиновая кислота для молочных продуктов).
- Установите начальное соотношение используя формулу средневзвешенного значения HLB для достижения цели. Наш Руководство по составным эмульгаторам Пошагово объясняет расчеты.
- Соотношения теста 3 приблизительно равное расчетному значению (±10%) и оцененное путем центрифугирования и хранения на полке.
- Подтвердите тип эмульсии. путем проведения электропроводности перед масштабированием производства.
Тип эмульсии — это основа. Все остальное — выбор эмульгатора, HLB, параметры процесса, стратегия обеспечения стабильности — зависит от решения о том, какая фаза является непрерывной. Семейство Span/Tween предоставляет разработчикам рецептур единый, согласованный инструментарий для создания систем как типа «масло в воде», так и «вода в масле», снижая сложность ингредиентов без ущерба для эффективности. Для рецептур, специфичных для конкретного продукта, см. наши руководства по применению. напиток, мороженое, и маргарин системы.
