Реферат на тему эмульгаторы

Обновлено: 02.07.2024

Эмульгаторами называются химические соединения или их смеси, которые позволяют образовывать стабильную эмульсию. (Эмульгаторы – вещества, которые объединяют две несмешивающиеся жидкости в одну эмульсию.)

Роль эмульгаторов

Роль эмульгатора заключается в создании стабильных мицелл, которые образуются на границе раздела фаз вода-масло.

Также эмульгаторы используются в пищевой промышленности для придания продуктам шелковистой, плотной консистенции, которая делает пищу более привлекательной для потребителя. (Продукты, обогащенные эмульгаторами, часто называют бархатистыми на вкус, нежными и кремовыми.)

Строение эмульгаторов:

Общим свойством, объединяющим эмульгаторы и отличающим их от пищевых добавок других классов, является поверхностная активность, характерная для органических молекул дифильного строения, с выраженными гидрофильной и гидрофобной частями. Молекулы основных эмульгаторов пищевого назначения имеют одинаковую гидрофобную (неполярную или липофильную) часть, представленную ацилами высших жирных кислот, и отличаются природой (строением) гидрофильной части молекул.

Липофильная (гидрофобная) часть эмульгаторов обусловливает различия в поверхностно-активных свойствах.

(Гидрофобность – физическое свойство молекулы, стремление “избежать” контакта с водой.

Гидрофильность – физическое свойство молекулы, основанное на стремление контакта с водой.

Механизм действия

Действие эмульгаторов основано на способности поверхностно-активных веществ ( ПАВ ) снижать энергию, необходимую для создания свободной поверхности раздела фаз .

Концентрируясь на поверхности раздела смешивающихся фаз, ПАВ снижают межфазное поверхностное натяжение и обеспечивают длительную стабильность композиции.

В зависимости от природы ПАВ они ускоряют образование и стабилизируют тип эмульсии в той дисперсионной среде, где они лучше растворимы.

Я думаю, каждый знает, что если смешать воду и масло, то образуется эмульсия. То есть масло всплывет наверх, а вода опускается вниз. Однако для того, чтобы можно было смешать эти два вещества, нам понадобится эмульгатор. В частности лецитин.
Вода + масло + лецитин нужен для приготовления в косметологии сыворотки или тоника.

Классификция


  • На натуральные и синтетические. Одним из самых популярных натуральных эмульгаторов является яичный желток, вот почему при приготовлении домашнего майонеза растительное масло и лимонный сок становятся единым целым.

  • По заряду поверхностно – активной части:

В масле ( Маслорастворимые (липофильные, гидрофобные))


  • Лецитин, который диспергирует молекулы жира в водных растворах белков и углеводов. Лецитин является широко используемым эмульгатором в пищевой промышленности. Его добавляют в хлеб, маргарин, пирожные, печенье и шоколад. Его можно найти на этикетке пищевого продукта под символом E322.

  • кондитерских изделий (шоколад, конфеты, торты и прочие);

  • мороженого

  • хлебобулочных изделий (улучшает пластичность теста, укрепляет клейковину)

  • какао‑порошка, сухого молока (ускоряет растворение)

  • маргаринов

  • сгущенного молока

  • рафинированных растительных масел (кроме оливкового)

  • Восстанавливает биосинтез

  • Контролирует распад холестерина

  • Способствует перевариванию и равномерному усвоению жиров

  • Улучшает работу поджелудочной

  • Уменьшается вязкость крови (снижается риск тромбообразования)

  • Оказывает благотворное влияние на восстановление и защиту печени

  • Также пищевым эмульгатором являются диглицериды жирных кислот и сложные эфиры жирных кислот, обозначенные символом E471. Они используются для производства вафель, мороженого и соусов. Эти вещества получают из растительных и животных жиров. Они безопасны для здоровья, так как они усваиваются организмом и не вызывают негативных последствий после всасывания.

  • эфиры уксусной кислоты (E472а)

  • эфиры молочной кислоты (E472b)

  • эфиры лимонной кислоты (E472с)

  • эфиры винной кислоты (E472d)

  • эфиры винной кислоты (E472е)

Никаких проверенных данных, о вредном влиянии данных веществ на организм человека, нет.

Эмульгаторы - это вещества, облегчающие эмульгирование и придающие эмульсиям устойчивость. Их действие обусловлено их способностью скапливаться на границе двух жидких фаз, снижая межфазное натяжение, и создавать вокруг капель защитный слой, препятствующий коагуляции и коалесценции. Эмульгаторы входят в состав защитной кислотно-щелочной мантии кожи, которая сохраняет естественную влагу и препятствует проникновению инфекции.

Файлы: 1 файл

Эмульгаторы.docx

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский государственный университет им. А.Байтурсынова

Кафедра биологии и химии

Выполнила: Рычкова Евгения, 3 курс, ФВиТПП, 18 группа

Проверила: Ергалиева А.Х. ст. преподаватель

Введение

Эмульгаторы - это вещества, облегчающие эмульгирование и придающие эмульсиям устойчивость. Их действие обусловлено их способностью скапливаться на границе двух жидких фаз, снижая межфазное натяжение, и создавать вокруг капель защитный слой, препятствующий коагуляции и коалесценции . Эмульгаторы входят в состав защитной кислотно-щелочной мантии кожи, которая сохраняет естественную влагу и препятствует проникновению инфекции . Роль эмульгаторов здесь играют в основном жирные кислоты. Защитная мантия кожи нормального типа представляет собой эмульсию "масло в воде". Натуральные эмульгаторы получают из лецитина или ланолина, некоторые эмульгаторы нового поколения являются производными сахаров и глицерина (например, глицериновые или полиглицериновые эфиры жирных кислот), по химическому составу максимально приближающиеся к животным и растительным жирам, употребляемым в пищу. Кроме того, эмульгаторы такого класса создаются по аналогии с естественными субстанциями, содержащимися в коже. Для пищевых масел ( масло пророщенной пшеницы ), включенных в косметические формулы, потребовалась разработка специальных эмульгаторов, пригодных для приготовления косметических средств однородной консистенции.

В качестве первых пищевых эмульгаторов использовались натуральные вещества. Типичными и старейшими являются белок куриного яйца, природный лецитин и сапонины (например, отвар мыльного корня). Однако все больше в промышленность используются синтетические вещества.

Способность маргарина намазываться, пластичность теста и жевательной резинки, взбитость мороженого определяются диспергирующим действием поверхностно-активных веществ. Их взаимодействие с белками муки укрепляет клейковину, что в производстве хлебобулочных изделий приводит к увеличению удельного объема, улучшению пористости, структуры мякиша, замедлению черствения. В маргарине стабилизирующее действие веществ на поверхность раздела фаз и влияние на процесс кристализации жира определяет срок годности, разбрызгиваемость при нагревании и органолептические свойства. В производстве шоколада, шоколадных глазурей и т.д. такая добавка снижает вязкость шоколадных масс, улучшает их текучесть за счет влияния на кристаллизацию какао-масла, а при добавлении ее в сухое молоко, сухие сливки, супы и т.п. позволяет уменьшить размер жировых шариков и их распределение, что облегчает и ускоряет разведение сухих продуктов в воде. Поверхностно-активные вещества применяют для распределения нерастворимых в воде ароматизаторов, эфирных масел, экстрактов пряностей в напитках и пищевых продуктах.

Синтетические фосфолипиды, применяемые в пищевой промышленности, представляют собой сложную смесь аммониевых или натриевых солей различных фосфатидных кислот с триглицеридами. Их применение в шоколадном производстве позволяет экономить масло какао, в маргариновой — получать низкожировые маргарины с содержанием жировой фазы 40—50%. В производстве маргарина применяют эмульгатор Т-Ф — смесь эмульгатора Т-1 и фосфатидных концентратов.

ЭМУЛЬГАТОР Т-1 - это смесь моно- и диглицеридов жирных кислот (моно- и диаци-лглицерины). Моно- и диглицериды и их производные получают гидрилизом ацилглицери-нов или этерификацией глицерина высокомолекулярными жирными кислотами. Применение этих веществ в хлебопечении улучшает качество хлеба, замедляет процесс черствения, в макаронной промышленности позволяет механизировать процесс, повышает качество, снижает клейкость макаронных изделий, в маргарине повышает пластические свойства. Содержание эмульгатора Т-1 в маргарине не должно превышать 2000 мг/кг. При производстве хлеба эмульгатор добавляют из расчета 0,18% от веса муки.

ЭМУЛЬГАТОР Т-2 (твердый) для маргарина получают путем этерификации предельных жирных кислот С-16 — С-18 и применяют в производстве маргаринов как пластификатор и антиразбрызгиватель, а также для улучшения хлеба. Количество эмульгатора Т-2 в указанных пищевых продуктах аналогично таковому для эмульгатора Т-1.

Эмульгаторы Т-1 и Т-2 достаточно хорошо изучены с токсикологических позиций. Добавление этих препаратов в дозе 15% от общего количества пищи вызывало у хомяков увеличение печени, но без гистологических изменений. В исследованиях на трех поколениях крыс, которым вводили моиостеарат-глицерин в дозе 25% от общего количества пищи в суточном рационе (в качестве источника жира), в период интенсивного роста животных не наблюдалось неблагоприятного влияния данного препарата. Функция воспроизводства также не нарушалась. Эмульгаторы Т-1 и Т-2 не оказывали отрицательного действия и на организм людей. В экспериментах установлена максимально недействующая доза данных эмульгаторов, равная 12500 мг/кг массы тела (25% в рационе по жиру). Исходя из этого, Объединенный комитет экспертов ФАО / ВОЗ по пищевым добавкам установил допустимое суточное потребление этих соединений 125 мг/кг массы тела.

В качестве первых пищевых эмульгаторов использовались натуральные вещества, например, белок куриного яйца, природный лецитин и сапонины (отвар мыльного корня). Однако все чаще при производстве продуктов питания используются синтетические эмульгаторы.

Наиболее популярны моно- и диглицериды жирных кислот (Е 471), эфиры глицерина, жирных и органических кислот (Е 472), лецитины, фосфатиды (Е 322), аммонийные соли фосфатидиловой кислоты (Е 442), полисорбаты, Твины (Е 432. Е 436), эфиры сорбитана, Спэны (Е 491. Е 496), эфиры полиглицерина и взаимоэтерифицированных рициноловых кислот (Е 473), стеароиллактаты натрия (Е 481), стеароиллактаты калия (Е 482).

В производстве хлебобулочных изделий взаимодействие эмульгаторов с белками муки укрепляет клейковину, что приводит к увеличению пластичности теста, улучшению пористости, структуры мякиша, замедлению черствения.

В маргарине действие эмульгаторов определяет срок годности, разбрызгиваемость при нагревании и вкусовые свойства.

В производстве шоколада, шоколадных глазурей и добавка эмульгатора снижает вязкость и улучшает текучесть шоколадных масс, за счет влияния на кристаллизацию какао-масла.

Добавка эмульгаторов в сухое молоко, сухие сливки, супы облегчает и ускоряет разведение сухих продуктов в воде.

Эмульгаторы применяют для распределения нерастворимых в воде ароматизаторов, эфирных масел, экстрактов пряностей в напитках и пищевых продуктах.

Поверхностно-активные вещества- эмульгаторы разделяют по:

1) структуре и свойствам молекул;

2) типу образуемых эмульсий;

3) механизму действия;

4) медицинскому назначению.

По типу образуемых эмульсий эмульгаторы делятся на гидрофильные, образующие, как указывалось выше, эмульсии типа М/В, и олеофильные, образующие эмульсии типа М/В. К числу гидрофильных эмульгаторов относятся белки, камеди, слизи, крахмал, декстрин, агар-агар, сапонины, танин, многие растительные экстракты, соли желчных кислот, щелочные мыла, лецитин, твины, поливинилпирролидон, натрий-карбоксиметилцеллюлоза и т. д. К группе олеофильных эмульгаторов принадлежат мыла двух- и трехвалентных металлов, стерины, смоляные мыла, амиды жирных кислот, высокомолекулярные одноатомные спирты и т. д.

По механизму действия эмульгаторы можно подразделить на: 1) собственно поверхностно-активные вещества, стабилизирующие эмульсии главным образом за счет резкого уменьшения поверхностного натяжения на межфазной границе; 2) гелеобразователи, стабилизирующие эмульсии путем образования прочных адсорбционных пленок на границе раздела фаз; 3) эмульгаторы смешанного действия. Большинство эмульгаторов, применяемых в фармацевтической практике, относятся к последнему типу.

По медицинскому назначению эмульгаторы делятся на используемые в эмульсиях для наружного и в эмульсиях для внутреннего применения. К первой группе относят в основном олеофильные эмульгаторы, а также щелочные мыла, соли нафтеновых кислот, агар-агар, трагакант, казеин и казеинаты, ко второй - лецитин, растительные экстракты, камеди, пектиновые вещества, целлюлозу и ее производные, твины, спены, желатин и желатозу, яичный желток.

  1. Е- добавки - их влияние на организм человека

Немаловажной проблемой для здоровья человека является добавление в продукты питания консервантов и пищевых красителей, многие из которых еще не идентифицированы. Это означает, что воздействие их на организм еще точно не установлено.

Мы часто употребляем разные напитки - фанту, пепси-колу, напитки, приготовленные из сухих концентратов. Но, наверное, мало кто знает, что фантой можно чистить медные монеты, в пепси-коле 'варить' джинсы, а сухими концентратами красить скорлупу яиц.

Приходя в магазин, мы постоянно сталкиваемся с различными импортными продуктами, в состав которых входят различные пищевые добавки: консерванты, красители, эмульгаторы и т.д. Закупка и поставка в Россию или производство недоброкачественных продуктов выгодны, так как приносят немалый доход. Но, оказывается, этого мало. Огромные доходы западным фирмам приносит производство и поставка рафинированных (очищенных) продуктов.

Рафинирование продуктов, легко усвояемых организмом, совсем не означает, как это считается, увеличения их биологической ценности. Наоборот, при рафинировании исчезают крайне необходимых для организма пищевые волокна, минеральные соли, витамины. Это вовсе не ошибка, а целенаправленное стремление стран-производителей этих продуктов избавить свое население от них и получить сверхприбыль через наших государственных чиновников и безграмотных в медицинском отношении предпринимателей, готовых за барыш травить свой народ.

По мнению большинства специалистов, применение рафинированных продуктов могут провоцировать возникновение заболеваний или отягощать течение имеющихся болезней, таких как ожирение, атеросклероз, ишемическая болезни сердца, сахарный диабет, желчно-каменная болезнь и злокачественные новообразования.Прежде чем приобрести продукт, посмотрите, какие консерванты в нем использованы. Многие из них вредны (и очень) для здоровья, с такими добавками в развитых странах продавать продукты запрещено, поэтому производители сбывают эти продукты в других странах, где не столь строго законодательство, защищающее потребителя, а покупатели не избалованы выбором продуктов или просто не знают о вредных добавках.

Настоящий "желтый" сыр Е от 100 до 199 - красители. Цвет играет важную роль в нашем восприятии еды. Еще в 70-х годах психологи провели любопытный эксперимент. Его участникам предложили отведать бифштекс с жареной картошкой. На вкус он оказался вполне неплохим, но после того, как была включена специальная подсветка и бифштекс стал синим, а картофель - зеленым, некоторые участники эксперимента почувствовали себя плохо. С тех пор в супермаркетах полки с сыром подсвечивают желтоватым цветом, чтобы он казался еще более желтым и привлекательным, а практически во все виды колбасных изделий добавляют краситель, придающий мясу нежно-розовую окраску. Вы же не купите колбасу неприглядного серого цвета, несмотря на то что это естественный оттенок вареного мяса.Как влияют. Продукты с красными и желтыми красителями, например тартразин Е102, нередко вызывают пищевую аллергию. Этот краситель используют в конфетах, мороженом, кондитерских изделиях, напитках. Е127 оказывает токсичное воздействие, провоцируя заболевания щитовидной железы.

Хранить почти что вечно Е от 200 до 299 - консерванты. Консерванты увеличивают срок хранения продуктов, защищают их от микробов, грибков, бактериофагов. Стерилизующие добавки останавливают процесс брожения вин.

Если масло диспергировано в воде без добавок поверхностно-активных веществ или каких-либо стабилизаторов других типов, устойчивость эмульсии очень низкая. Капли масла сталкиваются друг с другом, что вызывают их слияние, т. е. коалесценцию. Скорость движения индивидуальных капель под действием гравитационных сил пропорциональна разнице плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, а также квадрату радиуса капель и обратно пропорциональна вязкости дисперсионной среды. Для типичной эмульсии углеводорода в воде расчеты показывают, что скорость движения капель размером 0.1 мкм равна 0.4 мм/сутки, капель размером 1 мкм - 40 мм/сутки, а капли размером 10 мкм седиментируют уже со скоростью 4 м/сутки. Отсюда следует, насколько важно получать эмульсии с каплями малого размера.

Для эмульсий, сохраняющихся в течение шести месяцев, полупериод жизни равен 1.6-10 с. Сравнение приведенных значений не оставляет сомнений в том, что капли в эмульсиях необходимо стабилизировать. Ниже рассмотрены несколько способов стабилизировать эмульсии.

В большинстве эмульсий, предназначенных для технологического применения, концентрация дисперсной фазы составляет 25-50%. Вязкость таких эмульсий практически не отличается от вязкости дисперсионной среды. Поскольку высокая вязкость дисперсионной среды способствует устойчивости эмульсий, сложилась практика вводить в дисперсионную среду полимеры или другие добавки, увеличивающие вязкость этой фазы.

В экстремальных случаях эмульсии могут содержать 99% дисперсной фазы, такие эмульсии имеют гелеобразный вид, а их структура больше похожа на полиэдрическую структуру концентрированных пен, чем на сферическую форму капель и пузырьков.

Механизмы разрушения эмульсий


Рис. 1. Механизмы дестабилизации эмульсий. Обратите внимание, что различные процессы могут происходить одновременно

При обсуждении стабилизации эмульсий можно провести параллель со стабилизацией дисперсий, содержащих твердые частицы, т. е. суспензий. В суспензиях обычно плотность частиц дисперсной фазы больше, чем плотность дисперсионной среды, поэтому для них характерен процесс седиментации, а не всплывания капель. Процессы флокуляции также присущи суспензиям; как и в случае эмульсий, благодаря флокуляции суспензия оказывается во вторичном минимуме, что подразумевает обратимость системы. Рано или поздно частицы твердой фазы необратимо агрегируют, что эквивалентно процессу коалесценции в эмульсиях. Если частицы дисперсной фазы в какой-то мере растворимы в воде, как, например, большинство солей и оксидов, в результате оствальдова созревания постепенно увеличивается размер частиц дисперсной фазы, причем часто процесс заканчивается образованием суспензии с более узким распределением частиц по размерам.

Необходимость потенциального энергетического барьера для капель в эмульсиях

Принято различать следующие механизмы стабилизации эмульсий, несмотря на то, что реально они часто комбинируются.

Электростатическая стабилизация эмульсий с помощью ионных поверхностно-активных веществ очень широко распространена. Кроме того, для этой цели можно использовать полиэлектролиты. Электростатическая стабилизация основана на отталкивании, которое возникает при перекрывании двойных электрических слоев, существующих вокруг частиц. В результате перекрывания в этой зоне повышается концентрация ионов, что приводит к проигрышу в энтропии.

На рис. 2 проиллюстрированы электростатическая и стерическая стабилизации, обеспечиваемые анионными и неионными поверхностно-активными веществами соответственно.

Стабилизация эмульсий твердыми частицами

Для стабилизации эмульсий можно использовать твердые частицы. Частицы должны быть малы по сравнению с каплями эмульсии и достаточно гидрофобны. Наилучший эффект достигается, когда частицы образуют с каплями масла краевой угол -90°. Такие частицы считаются сбалансированными, поскольку они в равной мере погружены в обе жидкие фазы. Гидрофобные белки, часто белки в изоэлектрической точке, могут действовать аналогичным образом.

Стабилизация ламелярными жидкими кристаллами


Рис. 2. Электростатическая и стерическая стабилизация эмульсии поверхностно-активными веществами

Комбинация механизмов стабилизации


Рис. 3. Стабилизация эмульсии твердыми маленькими частицами


Рис. 4. Стабилизация эмульсии ламелярной жидкокристаллической фазой


Теория ДЛФО — краеугольный камень в понимании стабилизации эмульсий

Теория ДЛФО, названная в честь четырех разработавших ее ученых — Деряги-на, Ландау, Фервея и Овербека, — описывает картину взаимодействия между ван-дер-ваальсовым притяжением и отталкиванием двойных электрических слоев. Между этими силами существует конкуренция, что и определяет устойчивость дисперсных систем. Притяжение преобладает на коротких и на больших расстояниях между частицами. На промежуточных расстояниях отталкивание двойных электрических слоев, обеспеченное сильно заряженными поверхностями при не очень больших концентрациях электролита в дисперсионной среде, может превосходить силы притяжения. Соли экранируют заряды на поверхности частиц и таким образом снижают устойчивость эмульсий. Теория ДЛФО предсказывает, а эксперименты подтверждают, что при концентрации соли 0.1 M электростатическое отталкивание нивелируется. Электростатическая стабилизация может быть чрезвычайно эффективной в модельных системах, в то же время чувствительность к электролитам оказывается серьезным препятствием использования эмульсий для множества практических целей.

На рис. 6 показаны кривые энергии взаимодействия для двух ситуаций. Энергия притяжения одинакова в обоих случаях, а электростатическое отталкивание сильное и слабое. Результирующая кривая J 7 имеет максимум отталкивания, а на кривойVтакой максимум отсутствует.

Теория ДЛФО и наиболее общие концепции стабилизации эмульсий и их дестабилизации приложимы и к дисперсным системам, в которых дисперсная фаза представлена твердыми частицами, т.е. к суспензиям. Обычно суспензии характеризуются большой разностью плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, что сильно затрудняет их стабилизацию. Однако твердые частицы часто оказываются сильнее заряженными по сравнению с каплями эмульсий, что способствует стабилизации. В особо важных ситуациях для стабилизации каждой индивидуальной системы, эмульсии или суспензии, разрабатываются специальные композиции. Но в любом случае все системы имеют одно общее свойство: они термодинамически неустойчивы. Рано или поздно, иногда спустя годы хранения эмульсии и суспензии разделяются на макроскопические фазы.

У эмульсий также много общих свойств с пенами. Они являются дисперсными системами, состоящими из полярной фазы, например воды, и неполярной фазы — масла или воздуха. Для получения тонкодисперсных систем с большой межфазной поверхностью необходимо использовать низкомолекулярные ПАВ — эмульгаторы или пенообразователи. Оба типа дисперсий можно стабилизировать с помощью высокомолекулярных веществ или твердых частиц, которые аккумулируются на межфазной границе. Кроме того, механизмы дестабилизации пен и эмульсий имеют много общего, поэтому реагенты, использующиеся для дестабилизации, часто оказываются одними и теми же.


Рис. 6. Потенциальная энергия взаимодействия как функция расстояния между частицами для случаев сильно заряженных и слабо заряженных частиц. Fr — отталкивание двойных электрических слоев; — вандерваальсово притяжение;V—результирующее взаимодействие

Эмульгаторы — поверхностно-активные вещества, способствующие образованию эмульсий

Концепция гидрофильно-липофильного баланса

Правило Банкрофта сугубо качественное. Гриффин, пытаясь превратить его в некоторое количественное соотношение между гидрофильностью ПАВ и его функциями в растворе, предложил концепцию гидрофильно-липофильного баланса поверхностно-активного вещества. Числа ГЛБ для нормальных неионных ПАВ определеляются следующими простыми расчетами.

1) Для этоксилированных спиртов и этоксилированных алкилфенолов:


2) Для этоксилированных многоатомных спиртов:


3) Для сложных эфиров жирных кислот и многоатомных спиртов:


Концепция чисел ГЛБ Гриффина впоследствии была развита Дэвисом, который ввел схему, позволяющую приписывать групповые числа ГЛБ химическим группам, составляющим молекулу ПАВ. Формула Девиса и значения некоторых типичных групповых чисел приведены в табл. 1. Из этой таблицы видно, что сульфатная группа потенциально намного более полярна, чем карбоксильная, и что концевая гидроксильная группа полиоксиэтиленовой цепи более гидрофильна, нежели гидроксильная группа Сахаров.

Таблица 1. Числа ГЛБ по Дэвису


Таблица 2. Использование чисел ГЛБ Гриффина

Метод ГЛБ - приближенный, но простой способ выбора эмульгатора

Эмпирически было установлено, что для получения устойчивой эмульсии комбинация ПАВ, одного более гидрофильного, а другого более гидрофобного, оказывается более эффективной, чем использование одного ПАВ с промежуточными числами ГЛБ. Вероятнее всего, комбинация ПАВ с сильно различающимися значениями КПУ обеспечивает лучшую упаковку ПАВ на межфазной поверхности по сравнению с упаковкой индивидуального ПАВ. Преимущество смеси ПАВ может быть также связано со скоростью подвода ПАВ к межфазной поверхности. В присутствии маслорастворимых и водорастворимых эмульгаторов к вновь создающейся межфазной поверхности стабилизирующие ее ПАВ подводятся одновременно с двух сторон. Независимо от механизма использование комбинации ПАВ с низкими и высокими числами ГЛБ для получения эмульсий оказывается очень эффективным и часто применяется на практике. Типичный пример такой комбинации приведен на рис. 7.

Ряд общих правил подбора ПАВ-эмульгатора можно сформулировать следующим образом.

1) Поверхностно-активное вещество должно обладать сильно выраженной склонностью мигрировать к межфазной поверхности.

3) Устойчивые эмульсии часто образуются при использовании смеси гидрофильного и гидрофобного ПАВ.

4) Чем более полярна масляная фаза, тем выше должна быть гидрофильность эмульгатора.

В процессе эмульгирования эмульгатор или комбинация эмульгаторов должны быть выбраны с числом ГЛБ, равным числу ГЛБ фазы, которую нужно эмульгировать. При использовании смесей ПАВ ее ГЛБ определяется как средневзвешенное число из чисел ГЛБ индивидуальных ПАВ. Пример использования метода ГЛБ для выбора эмульгатора приведен на рис. 7.


Рис. 7. Пример использования метода ГЛБ для подбора эмульгатора

Несмотря на то, что метод ГЛБ полезен для предварительного выбора эмульгатора, он имеет ряд ограничений. Например, он совершенно непригоден, если при эмульгировании происходит изменение температуры. Кроме того, на эффективность такого подхода сильно влияют следующие факторы:

1) примеси в масле;

2) электролит в воде;

3) присутствие ко-ПАВ или других веществ.

Таблица 3. Числа ГЛБ для некоторых органических жидкостей

Ацетофенон Лауриновая кислота Линолевая кислота Олеиновая кислота Рицинолевая кислота Стеариновая кислота Цетиловый спирт Дециловый спирт Лауриловый спирт Тридециловый спирт Бензол

Тетрахлорид углерода Касторовое масло Хлорированный парафин Циклогексан Керосин

Безводный ланолин Ароматическое минеральное масло Парафиновое минеральное масло Минеральные растворители Петролатум Сосновое масло Тетрамер пропена Толуол

Пчелиный воск Канделильский воск Карнаубский воск Микрокристаллический воск Парафин Ксилол

14 16 16 17 16 17 15 14 14 14 15 16 14

8 15 14 12 12 10 14

Концепция температуры инверсии фаз

В то время как число ГЛБ является характеристикой свойств изолированной молекулы ПАВ, ТИФ характеризует свойства эмульсии, в которой гидрофиль-но-липофильные свойства неионного поверхностно-активного вещества, использованного в качестве эмульгатора, полностью сбалансированы. Безусловно, между ТИФ и числами ГЛБ имеется корреляция. Увеличение длины полиок-сиэтиленовой цепи в неионных поверхностно-активных веществах приводит к увеличению чисел ГЛБ и увеличению ТИФ. Другие факторы, влияющие на ТИФ, таковы.


Рис. 8. Для технических этоксилированных спиртов характерна более высокая температура инверсии фаз, чем для индивидуального ПАВ с той же средней степенью этоксилирования. Разница в ТИФ связана с распределением гидрофильных и гидрофобных фракций в масле и воде соответственно. Большая доля ПАВ переходит в масло, а не в воду

1) Природа масла. Чем менее полярно масло, тем выше ТИФ. Например, у эток-силированного нонилфенола в системе бензол-вода при соотношении жидких фаз 1:1 ТИФ равна ~ 20 °С. При замене бензола на циклогексан ТИФ возрастает до 70 °С, при замене масляной фазы на гексадекан ТИФ превышает 100 °С.

2) Концентрация электролита и тип соли. ТИФ понижается при добавлении большинства солей. Замена дистиллированной воды на 5%-ный раствор хлорида натрия приводит к понижению ТИФ почти на 10 °С. Зависимость ТИФ от концентрации и типа соли аналогична зависимости, характерной для точки помутнения.

3) Добавки в масляной фазе. Добавки, приводящие к увеличению полярности масла, например жирные кислоты или спирты, заметно снижают ТИФ. Добавки, хорошо растворимые в воде, например этанол и изопропанол, оказывают на ТИФ противоположное влияние.

4) Соотношение объемов масла и воды. Можно считать, что точка инверсии фаз индивидуального НПАВ не зависит от соотношения объемов масла и воды в интервале от 0.2 до 0.8. В случае технических поверхностно-активных веществ, которые содержат гомологи с разными числами ГЛБ, соотношение объемов жидких фаз влияет на распределение компонентов смеси ПАВ между жидкими фазами, приводя к увеличению ТИФ с увеличением соотношения объемов масло/вода. Если измерить ТИФ при различных соотношениях объемов жидких фаз и экстраполировать эту зависимость к нулевому соотношению объемов масла/вода, то полученное значение в первом приближении соответствует точке помутнения поверхностно-активного вещества.


Рис. 9. Влияние полярности масла, концентрации электролита и температуры на кривизну межфазной границы масло-вода

Подбор эмульгатора методом определения ТИФ

Межфазное натяжение на поверхности масло-вода минимально при температуре инверсии фаз. Эмульсии, образующиеся при этой температуре, тонкодисперсные, но неустойчивые по отношению к коа-лесценции. Пользуясь методом определения ТИФ, для эмульгирования выбирают такой эмульгатор, который имеет точку ТИФ примерно на 40 0 C выше температуры хранения готовой эмульсии, полученной при одинаковых объемах жидких фаз и 5%-ном содержании НПАВ. Эмульгирование проводят при температуре на 2-4 0 C ниже ТИФ, а затем эмульсию быстро охлаждают до температуры хранения, при которой коалесценция протекает с низкой скоростью. Эффективный способ охлаждения состоит в том, что эмульгирование проводят в относительно небольшом количеством воды, а затем добавляют холодную воду.

Различные типы неионных ПАВ как эмульгаторы


Рис. 10. Структуры нормальных этоксилированных спиртов и этоксилированного нонилфенола

Еще одно различие между этоксилированными нонилфенолами и этоксили-рованными спиртами — это наличие шести р-электронов в гидрофобной части нонилфенолов, что влияет на взаимодействия между ПАВ и ненасыщенными компонентами масла. Известно, что фенолы способны выступать донорами электронов при образовании донорно-акцепторых комплексов, предоставляя р-электроны молекулам-акцепторам электронов. Это взаимодействие может быть достаточно сильным, хотя природа связи до конца не ясна. Разумно предположить, что при взаимодействии этоксилированных алкилфенолов с двойной связью молекул, находящихся в масляной фазе, образуются такие комплексы, чего не может быть в случае этоксилированных спиртов. Образование донор-но-акцепторного комплекса с участием этоксилированного нонилфенола показано на рис. 11.

Электронные эффекты не настолько вездесущи, как эффекты геометрической упаковки. Донорно-акцепторные комплексы могут возникать только в том случае, если масло содержит компоненты, способные выступать как акцепторы электронов. Такими компонентами могут быть олефины и ароматические соединения, особенно содержащие группы, способные оттягивать электроны. Множество пищевых эмульсий, как и многие технические эмульсии, содержат масла с ненасыщенными компонентами. Образование комплексов способствует усилению взаимодействия между эмульгатором и масляной фазой. В свою очередь это позволяет использовать поверхностно-активные вещества с немного более длинными полиоксиэтиленовыми цепями, чем обычно. Более длинные оксиэти-леновые цепи обеспечивают более высокую растворимость поверхностно-активного вещества в воде. Такие ПАВ, не дающие дополнительного вклада в гидрофобные взаимодействия неполярных радикалов с маслом, преимущественно находятся в водной фазе. Использование поверхностно-активных веществ с более длинными оксиэтиленовыми цепями выгодно, поскольку такие цепи обеспечивают сильное стерическое отталкивание между каплями, предотвращая их коалесценцию.


Рис. 11. Электронный донорно-акцепторный комплекс между этоксилированным нонилфенолом и ненасыщенной связью

Правило Банкрофта и динамика адсорбции ПАВ


Рис. 12. Динамическая интерпретация правила Банкрофта: точки изображают молекулы эмульгатора

Правило Банкрофта и геометрия молекулы поверхностно-активного вещества

Недавно подход на основе геометрии молекул получил дальнейшее развитие с другой точки зрения. Показано, что спонтанная кривизна межфазной границы контролирует скорости коалесценции эмульсий через величины соответствующих энергетических барьеров процесса коалесценции. При разрыве эмульсионной пленки образуются два сильно искривленных монослоя.


Рис. 13. Разрыв тонкой пленки масла в системе масло - вода - ПАВ приводит к образованию сильно искривленного монослоя. Геометрия молекул ПАВ с двумя углеводородными цепями не способствует стабилизации разорвавшейся пленки масла. Сравните с разрывом пенных пленок

Вложенные файлы: 1 файл

Введение.docx

Эмульгаторы, имеющие ионную природу, вступают во взаимодействие с белками, что способствует улучшению структурных свойств продукта; образование комплексов с пшеничным глютеном повышает эластичность белков, увеличивает объем хлеба.

5 Изменение вязкости

Добавление эмульгатора в пищевые системы, содержащие кристаллы сахара, диспергированные в жире способствует снижению вязкости. Эмульгатор адсорбируется на поверхности частиц гидрофильной природы с образованием гидрофобных оболочек, что приводит к повышению сродства природы частиц дисперсной фазы к дисперсионной среде. Происходит изменение реологических свойств продукта (это используется для обеспечения текучести шоколада).

6 Модификация кристаллов

Некоторые эмульгаторы в сочетании с оптимизированными условиями технологического процесса могут оказывать влияние на модификацию полиморфной формы, размер и скорость роста кристаллов жира (в маргаринах, различных жировых смесях, шоколадной массе, арахисовом масле).

7 Смачивание и смазка

Эмульгаторы являются эффективными смачивающими агентами. выбор добавки зависит от типа смачивания и природы смачиваемой поверхности (восковой, капиллярной, порошкообразной). Функция эмульгатора при смачивании сводится к снижению межфазного натяжения между жидкостью и поверхностью твердых частиц, что обеспечивает более быстрое и равномерное распределение жидкости по поверхности твердых частиц.

Применение в пищевой промышленности

Впоследнее время эмульгаторы находят всё более широкое применение в пищевой промышленности. Для примера:

    • в производстве хлебобулочных изделий взаимодействие эмульгаторов с белками муки укрепляет клейковину, что приводит к увеличению пластичности теста, улучшению пористости, структуры мякиша, замедлению черствления;
    • в маргарине действие эмульгаторов определяет срок годности, разбрызгиваемость при нагревании и вкусовые свойства;
    • в производстве шоколада, шоколадных глазурей добавка эмульгатора снижает вязкость и улучшает текучесть шоколадных масс, за счет влияния на кристаллизацию какао-масла;
    • добавка эмульгаторов в сухое молоко, сухие сливки, супы облегчает и ускоряет разведение сухих продуктов в воде;
    • эмульгаторы применяют для распределения нерастворимых в воде ароматизаторов, эфирных масел, экстрактов пряностей в напитках и пищевых продуктах.

    1 Эмульгаторы для производства хлебобулочных изделий

    Без эмульгаторов практически вся выпечка, которая претерпевает различные этапы обработки, реализации и хранения, стала бы черствой и не вкусной. Эмульгаторы используются для облегчения работы с тестом и повышения качества хлеба. Эмульгирующие крахмалы позволяют сохранить стабильность текстуры выпечки и продлевают срок ее хранения. Кроме того, их можно без особых сложностей ввести в рецептуру уже существующих видов выпечки. При производстве сладкой выпечки и кондитерских изделий, таких как бисквиты, кексы и пирожные, также допускается использование специальных крахмалов, которые к тому же позволят сократить количество яиц в рецептуре (таблица 1).

    Таблица 1 - Рецептурный состав выпечки, %

    Пшеничная мука (тип 405)

    Purity Gum 25 ER

    Эмульгаторы применяют для придания изделиям желаемой структуры. Они обеспечивают стабильный объем и однородную структуру мякиша, что очень важно для производства бисквитного теста и кексов различных видов.

    При выпекании продукции эмульгаторы позволяют увеличить ее объем, получить однородную структуру мякиша, сэкономить сырье (яйца и жир), продлить срок хранения готового изделия в результате замедления процесса черствления, сократить продолжительность взбивания, улучшить качество выпечки со сложным составом, например, с яичным порошком или какао, повысить устойчивость теста к механическим воздействиям.

    2 Использование эмульгаторов при производстве сосисок для школьного питания

    Медицинские исследования показывают, что у большинства населения России имеются нарушения в рационе питания как по качеству и количеству пищи, так и по соотношению основных питательных веществ и микронутриентов.

    В последние 10 лет во всём мире получило развитие новое направление в пищевой промышленности – производство продуктов функционального питания. Это модифицированные пищевые продукты или ингредиенты, которые могут благотворно влиять на здоровье человека помимо традиционных питательных веществ, которые содержат. В настоящее время доля функциональных продуктов питания в общем объеме пищевой продукции в мире составляет всего 1%.

    Для производства мясорастительных сосисок функционального питания для школьников на кафедре технологии мясных и рыбных продуктов КубГТУ предложено использовать вместо животных жиров растительные масла.

    Растительные жиры содержат большее количество ненасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот и жирорастворимых витаминов, что обусловливает преимущество их использования в рецептурах продуктов для школьного питания. Достичь требуемого количества растительных масел в питании школьников можно путем введения в него кукурузного, оливкового, подсолнечного и других масел. Но их консистенция не позволяет использовать их в производстве колбас вареной ассортиментной группы.

    С этой целью при приготовлении сосисочных фаршей предложено использовать эмульгатор – смесь моно - и диглицеридов дистиллированных для образования стабильной эмульсии при замене в рецептурах животных жиров на растительные масла.

    Важнейшими характеристиками при производстве сосисок являются эмульгирующая способность и стабильность эмульсии. Анализ литературных данных показывает, что их величина главным образом зависит от растворимости и концентрации белка, используемого эмульгатора, величины pH и температуры среды. Было исследовано влияние различных количеств моно – и диглицеридов на эти показатели модельных фаршевых систем (таблица 2).

    Таблица 2 – Влияние различных количеств моно- и диглицеридов на показатели модельных фаршевых систем

    Содержание моно – и диглицеридов, %

    Полученные результаты свидетельствуют, что при увеличении количества моно – и диглицеридов эмульгирующая способность и стабильность эмульсии возрастают.

    С учетом влияния моно – и диглицеридов на органолептические показатели вареных колбасных изделий определена рекомендуемая норма введения эмульгатора в фаршевые системы – 0,7-1,0 мг %.

    Это позволяет заменить животные жиры в сосисках для школьного питания на растительные масла и обеспечить организм детей физиологически необходимым уровнем пищевых веществ и энергии, дополнительным количеством некоторых нутриентов, а также повысить биологическую эффективность продуктов функционального назначения.

    3 Использование белково-жировых эмульсий в производстве колбасных изделий

    В мясной промышленности, в частности в производстве колбасных и соленых изделий, используют добавки двух типов: первые повышают гидратацию мышечных белков, а вторые хотя и не влияют на влагоудерживающую способность мяса, но хорошо связывают и удерживают влагу в продукте.

    К добавкам второго типа относится Кат-гель 95 – уникальный эмульгатор, полученный из натурального очищенного коллагенового сырья. Он значительно превосходит растительные белки по биологической ценности, в большой мере отвечает потребностям организма человека в незаменимых аминокислотах. Кат-гель 95 обладает нейтральным запахом и вкусом, содержание белка в нем 95-100%, жира 9-11%, величина рН (при 10%-ном растворении) – 7,0. Он значительно уменьшает потери при варке, обжаривании и препятствует образованию отеков у продуктов в вакуумной упаковке благодаря высокой степени гидратации, повышает выход готовой продукции и содержание мясного белка, улучшает структуру и нарезаемость, а также улучшает вкус колбасных изделий, вареных ветчинных продуктов, паштетов.

    В рецептуре колбас часть сырья заменяют жировыми системами на основе эмульгатора Кат-гель 95. составляются белково-жировые эмульсии в соотношениях (кат-гель 95: жир : горячая вода) от 1:25:25 до 1:40:40.

    Использование белково-жировых эмульсий не оказывает отрицательного влияния на органолептические показатели вырабатываемых колбасных изделий, уменьшает потери влаги при термической обработке, способствует увеличению выхода готового продукта, снижению себестоимости продукции и росту рентабельности производства.

    4 Эмульгаторы в производстве салатных заправки и соусов

    При производстве салатных заправок можно использовать различные виды эмульгирующих крахмалов в зависимости от предъявляемых к ним требований, в частности, от их способности выступать в качестве загустителя. Эмульгирующие крахмалы, являющиеся прекрасными загустителями, могут стать отличной альтернативой яйцам при производстве салатных заправок. Это связано с тем, что они увеличивают вязкость на этапах тепловой обработки и взаимодействия с водой, что позволяет несколько сократить объем других загустителей. В процессах, где не требуется нагревание, эмульгирующие крахмалы рекомендуется предварительно смешать с небольшим количеством масла, а затем ввести эту суспензию в водную фазу, чтобы избежать комкования.

    Недавно компания National Starch Food Innovation провела испытания, целью которых было сравнение салатных соусов, приготовленных традиционным способом с применением яиц эмульгирующего крахмала (N-Creamer 46, произведен из восковой кукурузы), служащего их заменителем (таблица 3).

    Результаты исследований показали, что размер и форма капелек обоих соусов одинаковы, а это означает, что эмульгирующие способности крахмала сравнимы с эмульгирующими способностями яиц.

    Свойства эмульгаторов и гидрофильно-липофильный баланс. Изменение химических потенциалов при переходе молекул поверхностно-активного вещества в поверхностный слой. Схема строения биомембраны. Применение и эмульгирования и его биологическое значение.

    Рубрика Химия
    Вид реферат
    Язык русский
    Дата добавления 23.11.2013
    Размер файла 1,1 M

    Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

    1. Свойства эмульгаторов. Гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ)

    Природа эмульгатора определяет не только устойчивость, но и тип образующейся эмульсии. Опыт показывает, что водорастворимые эмульгаторы лучше стабилизируют прямые эмульсии, а маслорастворимые эмульгаторы - обратные эмульсии (правило Банкрофта). Это вполне понятно, т.к. эмульгатор препятствует слиянию капелек только тогда, когда он находится у поверхности с наружной стороны капельки, т.е. лучше растворяется в дисперсионной среде. В качестве эмульгаторов могут применяться самые разнообразные по природе вещества: ПАВ, молекулы которых содержат ионогенные полярные группы (мыла), неионогенные ПАВ, высокомолекулярные соединения (ВМС). Эмульгирующей способностью обладают также порошки. Стабилизация эмульсий с помощью неорганических электролитов невозможна вследствие недостаточной адсорбции их ионов на межфазной границе М/В.

    Исследованию механизма действия эмульгаторов посвящено большое количество работ, однако вопрос этот еще далек от окончательного решения.

    Способность эмульгатора обеспечивать высокую устойчивость эмульсии того или иного типа определяется строением молекулы ПАВ и энергией ее взаимодействия с полярной или неполярной средами. Одной из первых качественных попыток объяснения такой избирательности явилась "теория клина", согласно которой прямые эмульсии масла в воде образуются при введении в систему молекул ПАВ с сильно гидратированной ("крупной") полярной группой и умеренно развитой гидрофобной частью (например, олеат натрия). Обратные эмульсии, согласно этим представлениям, стабилизируются молекулами ПАВ со слабо гидратированной ("небольшой") полярной группой и сильно развитой углеводородной частью, предпочтительно содержащей 2-3 углеводородные цепи (рис. 3.3), как в случае мыл многозарядных ионов (олеат кальция, алюминия).

    Короткоцепочечные спирты и жирные кислоты с числом атомов углерода в цепи nC (s) = м0 (s) - м0 , (3.2)

    ГОС можно также выразить через одну из этих величин и коэффициент распределения молекул ПАВ между водой и углеводородной фазами. Это соответствует упомянутому выше правилу Банкрофта. Для получения эмульсий медицинского назначения особенно широко применяются оксиэтилированные неионогенные ПАВ (табл.3.4). Вещества типа Плюроник могут применяться для получения дисперсий лекарственных препаратов, вводимых в систему кровообращения. Они были использованы для эмульгирования перфторуглеродов, предложенных в качестве переносчиков кислорода в искусственной крови. ПАВ типа Твин используются чаще всего для получения лекарственных эмульсий наружного применения.

    Таблица 3.4. ГЛБ эмульгаторов медицинского назначения

    Интересными свойствами обладают природные эмульгаторы лецитин и холестерин. Лецитин и другие фосфолипиды - важнейшие составляющие части различных биологических объектов. Лецитин - прекрасный стабилизатор эмульсий М/В. Холестерин стабилизирует эмульсии В/М. Корран изучал эмульгирующее действие смеси этих веществ в системе оливковое масло - вода. Он нашел, что при отношении количества лецитина к холестерину в смеси выше 8 получаются эмульсии М/В, а при меньшем отношении - В/М,

    Из других природных эмульгаторов хорошо изучены сапонины и белки - альбумин, казеин, желатин и др. Структура защитных слоев здесь совершенно иная по сравнению с низкомолекулярными ПАВ. Если в случае низкомолекулярных ПАВ молекулы адсорбируются на межфазной границе и образуют (вследствие сильной боковой когезии неполярных цепей) структурированные ориентированные слои, которые по механическим свойствам подобны гелеобразным конденсационным структурам, то в случае ВМС эти слои представляют собой трехмерные сетки, расположенные всегда со стороны дисперсионной среды. Сетчатые структуры прочны и не разрушаются при разбавлении эмульсий и удалении дисперсионной среды. Высокомолекулярные эмульгаторы также подчиняются правилу Банкрофта, т.к. трехмерная сетка всегда образуется с той стороны границы раздела, где растворимо ВМС. Структурированные прослойки между каплями концентрированной и высококонцентрированной эмульсии придают системе ярко выраженные твердообразные свойства.

    Хорошей стабилизирующей способностью обладают не только ПАВ, но и тонко измельченные порошки, не обладающие поверхностной активностью, например, мел, глина, сажа, гипс и др. В результате адгезионного взаимодействия частицы порошка собираются на межфазной поверхности, образуя прочную пространственную коагуляционную структуру, препятствующую коалесценции. Понятно, что если твердый эмульгатор лучше смачивается водой (например, каолин), такая "броня" возникает со стороны водной фазы; при этом образуется прямая эмульсия. Если же эмульгатор лучше смачивается неполярной жидкостью (сажа), то образуется обратная эмульсия (рис.3.5)

    Зачастую эмульсии, стабилизированные чистым твердым эмульгатором, недостаточно устойчивы. Чтобы получить весьма устойчивую эмульсию, как это показали Таубман и Корецкий, надо модифицировать поверхность твердого эмульгатора химически связывающимся слоем ПАВ. При этом поверхность капель покрывается "бронирующей" оболочкой высокой прочности. В данном случае также используется структурно-механический фактор стабилизации.

    Стабилизация эмульсии твердым эмульгатором возможна только при условии, что размер частиц порошка меньше размера капелек эмульсии. В то же время слишком мелкие частицы порошка, способные совершать интенсивное броуновское движение, не прилипают к поверхности капелек и не образуют защитного слоя. Так эмульсии типа М/В получают только с помощью золя As2S3 с достаточно крупными частицами. Высокодисперсные золи As2S3, равно как и грубый осадок As2S3, не способны стабилизировать эмульсии.

    Установлено, что стабилизации микрогетерогенных эмульсий способствует самопроизвольное образование ультрамикрогетерогенных эмульсий (микроэмульсий)вокруг частиц. Микроэмульсии (диаметр капелек 10-100 нм) образуются вследствие турбулентности в приповерхностных слоях частиц основной эмульсии. Слои капелек микроэмульсий выступают в роли структурно-механического барьера, замедляющего коагуляцию основной эмульсии (рис. 3.6).

    2. Эмульсионные пленки

    Важным объектом разносторонних исследований стали в последнее время изолированные эмульсионные пленки, особенно пленки обратных эмульсий. Стабилизированные ПАВ пленки углеводородов в водной среде являются простейшей и вместе с тем наиболее близкой по природе моделью биологических мембран, образованных смесью природных водо- и маслорастворимых ПАВ - белков и липидов. На рис. 3.11 представлена одна из наиболее распространенных схем строения биомембран.

    Интересные результаты получены при изучении ионного транспорта через подобные мембраны и электропроводности элементарных пленок обратных эмульсий, стабилизированных природными и синтетическими ПАВ различной природы. Выяснилось, в частности, что электропроводность таких мембран резко возрастает при добавлении некоторых биологически-активных ПАВ.

    Например, введение во внешнюю водную среду липидной мембраны ничтожных количеств антибиотика валиномицина приводит к увеличению электропроводности мембраны на пять порядков; вместе с тем мембрана становится проницаемой для ионов калия и водорода, но не пропускает через себя ионы натрия. Резкое понижение электрического сопротивления искусственных мембран может наблюдаться и при введении в их состав молекул белков, а также ферментов с добавкой в систему соответствующего субстрата. Изучение свойств таких мембран позволяет моделировать ряд важнейших биологических процессов, например, прохождение нервного импульса, образование фоточувствительной ячейки и т.п.

    3. Практическое применение эмульсий и эмульгирования

    К природным эмульсиям относится ряд важнейших растительных и животных продуктов. Так, эмульсией является молоко - стабилизированная животными белками эмульсия жиров в воде. Молоко является сырьем молочной промышленности и служит для получения множества молочных продуктов - сливок, простокваши, сметаны, масла, сыра и т.д. Природными эмульсиями являются также яичный желток, млечный сок растений, магма.

    К эмульсиям относятся также битумы, консистентные смазки, отработанные масла, средства для борьбы с вредителями растений. В пищевой промышленности к эмульсиям помимо молочных продуктов принадлежат такие продукты, как маргарин, майонез, соусы, бульоны.

    В фармацевтической промышленности многие лекарства применяются в виде эмульсий. Мази, используемые в качестве наружных средств, представляют собой эмульсии, в одну из фаз которых вводят ланолин, вазелин и другие вещества, а в другую - лекарственные или косметические препараты. Иногда в состав мази вводят небольшое количество порошка. В этом случае мази становятся сложной системой типа Т,Ж/Ж. Примером такой системы является губная помада. Ее основа - свежеприготовленный воск. Кроме того, в ее состав входят ПАВ, титановые белила, маскирующие природную окраску воска, и красители. Многие косметические препараты также являются эмульсиями - кремы, косметическое молочко и сливки, шампуни, бальзамы и т.д. В состав водостойкой туши включают вещества, образующие пленки, например, эмульсии поливинилацетата.

    Большие перспективы связаны с применением в медицине эмульсий перфторуглеродов. Если ввести человеку, страдающему склерозом сосудов, немного перфторана, то микроциркуляцию крови можно восстановить. Крошечные шарики перфторуглеродов проникают в суженные сосуды, прочищают их, доставляют туда кислород, и сосуды раскрываются. Также капельки эмульсии перфторана могут циркулировать в крови в качестве сорбента, адсорбируя на себе молекулы и ионы ядовитых веществ и доставляя их в печень. В этом качестве препарат применяли при лечении людей, пострадавших от взрывов, сопровождавшихся выделением ядовитых газов, и он прекрасно себя зарекомендовал. Еще в самом начале исследований было обнаружено, что, изменяя параметры эмульсии (содержание в ней различных компонентов), можно избирательно открывать и закрывать кальциевые каналы в мембранах клеток миокарда. Если перфторуглеродную эмульсию используют как среду, обеспечивающую кислородом сердце, работа которого приостановлена на время операции, лучше сделать так, чтобы кальциевые каналы его клеток были закрыты. Эмульсия с подобными свойствами может пригодиться и при хранении органов, предназначенных для операции трансплантации. Трансплантированные органы, которые до пересадки хранили в перфторане, приживаются значительно лучше, быстрее начинают функционировать.

    Нефть - типичный представитель обратной эмульсии, в которой капли воды распределены в жидких углеводородах. В некоторых условиях искусственным путем она может быть переведена в прямую эмульсию, являющуюся гораздо менее устойчивой. Это обстоятельство используется на практике. После опорожнения резервуара танкера на его стенках остается часть нефти (на крупном танкере - до 500 тонн). Оставшуюся нефть смывали и выливали в море. Обработка резервуара раствором препарата, содержащего небольшое количество ПАВ (до 0.1%), способствует смыванию нефти и образованию неустойчивой прямой эмульсии. После разрушения такой эмульсии нефть, раньше считавшуюся бросовой, можно использовать вновь.

    Применяются эмульсии в качестве пропиточных составов для придания тканям водонепроницаемости, бактерицидных свойств и т.д.

    В химической промышленности с эмульсиями имеют дело при проведении различных синтезов, эмульсии образуются в экстракционных аппаратах, при процессах перемешивания. Для получения синтетических латексов используется эмульсионная полимеризация - полимеризация в каплях дисперсной фазы. Эмульсии применяются для получения пористых органических сорбентов, мембран, пленок, покрытий.

    эмульгатор липофильный химический биомембрана

    4. Биологическое значение эмульсий

    Велико значение эмульсий в жизни человека. Жиры в крови и лимфе находятся в эмульгированном состоянии (эмульгаторы - белки крови).

    Жиры являются необходимым компонентом питания, между тем они нерастворимы в водной среде, составляющей основу жизнедеятельности организма. Поэтому организм хорошо усваивает жиры, находящиеся в эмульгированном состоянии, например, молоко, сливки, сметану, сливочное масло. Другие жиры, потребляемые с пищей (растительное масло, животный жир), усваиваются только после перевода их в эмульгированное состояние, вначале в желудке, а потом - в двенадцатиперстной кишке, куда поступает желчь, содержащая холиевые кислоты. Высокое значение рН в верхнем отделе кишечника (8.0-8.5) способствует переводу холиевых кислот в соли, являющиеся исключительно хорошими эмульгаторами. Опыты показали, что растворы солей желчных кислот могут обладать поверхностным натяжением менее 1 мДж/м 2 , т.е. настолько низким, что может идти самопроизвольное раздробление жира. Таким образом, желчь имеет большое значение для переваривания и всасывания жиров в желудочно-кишечном тракте. Перистальтические движения кишечника оказывают диспергирующее действие. Получающаяся высокодисперсная прямая эмульсия всасывается далее через стенки тонких кишок и поступает в лимфу и кровь.

    При введении лекарственных препаратов через рот целесообразно использовать прямые эмульсии, а при их введении через кожу - эмульсии обратного типа (втирания, мази, кремы), поскольку кожа непроницаема для воды и растворимых в ней препаратов.

    Эритроциты в крови можно по ряду свойств рассматривать так же, как частички гидрофобной эмульсии. На их поверхности адсорбированы молекулы белков, аминокислот и ионы электролитов. Все они сообщают эритроцитам определенный отрицательный заряд, а противоионы создают диффузный слой. При различных патологических процессах в организме, когда в крови увеличивается содержание некоторых видов белков (либо особого глюкопротеида, относящегося к б-глобулинам, либо при инфекционных заболеваниях - к г-глобулинам), происходит процесс, очень напоминающий ионообменную адсорбцию: место ионов электролитов на поверхности эритроцитов занимают белки, заряд которых ниже, чем у суммы замещенных ими ионов. В результате заряд эритроцитов уменьшается, они быстрее объединяются и оседают - увеличивается СОЭ (скорость оседания эритроцитов). Этот процесс зависит еще от ряда факторов: содержания других белковых фракций и мукополисахаридов, концентрации эритроцитов в крови, наличия в крови микробов.

    Подобные документы

    Гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) как критерий практического применения поверхностно-активных веществ. Использование чисел ГЛБ Гриффина. Метод групповых чисел Дэвиса. Пример использования метода ГЛБ для подбора эмульгаторов. Пищевые эмульгаторы.

    курсовая работа [44,5 K], добавлен 20.11.2011

    Полимеризующиеся поверхностно-активные вещества и их применение для создания покрытий. Специфические свойства ПАВ и их использование в качестве эмульгаторов, диспергаторов и для экстремального снижения поверхностного натяжения. Способы полимеризации ПАВ.

    контрольная работа [1,8 M], добавлен 16.09.2009

    Индуцированное полимерами агрегирование поверхностно-активного вещества (ПАВ). Притяжение между полимером и ПАВ: влияние природы обоих компонентов. Аналогия между взаимодействием поверхностно-активного вещества с поверхностно-активными полимерами.

    контрольная работа [1,2 M], добавлен 16.09.2009

    Химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов). Свойства и важнейшие характеристики, получение, применение. Поверхностно-активные вещества: молекулярное строение и получение, свойства и применение.

    реферат [28,7 K], добавлен 05.02.2008

    Характеристика поверхностно-активных веществ, особенности их структуры, сущность синтеза олигомеров высшего порядка. Димерные и лабильные ПAB, циклические и ациклические ацетали, эфиры бетаина. Значение и перспективы ПАВ с разрушаемыми связями.

    Читайте также: