Пенообразователи как пищевые добавки
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 18 ноября 2013;
проверки требуют 15 правок.
Пенообразова́тели — вещества, участвующие в образовании устойчивой пены. Существуют натуральные и искусственные пенообразователи.
Пищевые пенообразователи[править | править код]
Применяются в производстве кондитерских изделий (например халвы), напитков (молочный коктейль).
- Яичный белок
- Молочные сливки
- Агар-агар
- Желатин
- Пектины
- Корень солодки
- Мыльный корень
- Корень алтея
- Каррагинан
- Экстракт Квиллайи (E999)
- Триэтилцитрат (E1505)
Пенообразователи, используемые в строительстве[править | править код]
Применяются для производства ячеистых бетонов (пенобетона, пеногипса, пеномагнезита).
1. Пенообразователи, применяемые для получения пены, смешиваемой с вяжущим (способ сухой минерализации пены) или затворенным вяжущим. Характеризуются стойкой пеной с равномерной структурой. Для вспенивания используют специальные устройства — пеногенераторы, поризаторы и пр.
В XIX веке строители подмешивали бычью кровь, в начале XX века — мыльный корень. В настоящее время применяются в основном готовые пенообразователи, выпускаемые как товарные продукты. В таких пенообразователях в качестве основы используются гидролизаты белков растительного и животного происхождения, полученные на основе крови, а также смолу древесную омыленную (клееканифольный пенообразователь, СДО) и различные синтетические пенообразователи.
2. Пенообразователи, непосредственно вводимые в затворенное вяжущее. Воздух в структуру материала захватывается для быстрого перемешивания смеси (турбулентный способ и баротехнология). В подобных системах используют только синтетический пенообразователь, так как он быстро вспенивается и выдерживает высокое давление. При работе же с пеногенераторами применяют белковый (он же протеиновый, органический) пенообразователь, так как уже готовый вспененный раствор соединяется со смесью и не подвергается избыточному давлению, пена в данном случае получается более устойчивой и вязкой, межпоровые перегородки толще, и благодаря этому, конечный продукт обладает более высокой прочностью и наилучшими эксплуатационными качествами.
Пенообразователь для пожаротушения[1][править | править код]
Пенообразователь для пожаротушения — Концентрированный водный раствор стабилизатора пены (поверхностно-активного вещества), образующий при смешении с водой рабочий раствор пенообразователя или смачивателя.
Применяются для тушения пожаров и согласно ГОСТ Р 50588-2012 делятся на пенообразователи общего и целевого назначения.
Пенообразователи общего назначения — пенообразователи, используемые для получения пены различной кратности и растворов смачивателей при тушении горючих жидкостей, твердых горючих материалов, волокнистых и тлеющих веществ, для защиты строительных конструкций, технологических аппаратов и хранящихся материалов от воздействия тепловых потоков. По химическому составу пенообразователи общего назначения классифицируются как синтетические углеводородные типа S.
Пенообразователи целевого назначения — пенообразователи, используемые в основном при тушении нефти, нефтепродуктов, водонерастворимых и водорастворимых горючих жидкостей. По химическому составу пенообразователи целевого назначения подразделяют на: синтетические углеводородные типов S, S/AR; синтетические фторсодержащие типов AFFF, AFFF/AR, AFFF/AR-LV; фторпротеиновые типов FP, FFFP, FP/AR и FFFP/AR.
По способности образовывать пену определенной кратности на стандартном пожарном оборудовании пенообразователи подразделяются на виды:
• пенообразователи для тушения пожаров пеной низкой кратности (кратность пены от 4 до 20);
• пенообразователи для тушения пожаров пеной средней кратности (кратность пены от 21 до 200), при этом кратность пены при проведении стандартных испытаний для пленкообразующих пенообразователей должна быть не менее 40;
• пенообразователи для тушения пожаров пеной высокой кратности (кратность пены более 200).
Синтетические пенообразователи[править | править код]
Применяются в производстве моющих средств и пен для пожаротушения.
Пенообразователи для металлов[2][править | править код]
Добавляются в расплавленные металлы, выделившийся водород придаёт застывшей отливке ячеистую структуру (пенометалл). Примеры:
- порошковый гидрид титана
- порошковый гидрид циркония(II)
Примечания[править | править код]
Стабилизаторы
К группе пищевых стабилизаторов (функциональный класс 21) относятся вещества, главной технологической функцией которых являются стабилизация гомогенной пищевой системы, образованной из двух или более несмешивающихся веществ, или улучшение степени гомогенизации этой системы.
Принцип действия стабилизаторов в пищевых системах аналогичен действию эмульгаторов, от которых они отличаются пониженной поверхностной активностью, что обусловлено особенностями строения молекул. В молекулах стабилизатора гидрофильные группы, как правило, равномерно распределяются по всей длине молекулы и изменяют характер ее поведения на границе раздела фаз.
По своему поведению в пищевых системах стабилизаторы занимают промежуточное положение между эмульгаторами и загустителями, при этом эффект стабилизации может быть достигнут как за счет адсорбции их молекул на межфазных границах, образуемых частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды, так и за счет повышения вязкости дисперсионной среды, содержащей частицы дисперсной фазы.
Часто добавки этого функционального класса в пищевых системах проявляют смежные технологические функции эмульгаторов, загустителей и комплексообразователей.
В таблице 1 приведены основные представители добавок, выделенных в соответствии с СанПиН 2.3.2.560—96 в самостоятельный функциональный класс — класс стабилизаторов.
Таблица 1 – Стабилизаторы, разрешенные к применению при производстве пищевых продуктов
Пенообразователи
В эту группу пищевых добавок (функциональный класс 14) входят вещества, обеспечивающие равномерную диффузию газообразной фазы в жидкие и твердые пищевые продукты, в результате чего образуются пены и газовые эмульсии.
Пены — концентрированные дисперсные системы, состоящие из газовой дисперсной фазы и жидкой или твердой дисперсионной среды
Газовые эмульсии представляют собой разбавленные системы с небольшим содержанием пузырьков в жидкости (содержание дисперсной фазы менее 0,1 %) Для пен с жидкой дисперсионной средой принципиальное практическое значение имеют устойчивость, стабилизация и разрушение. В жидких пенах пузырьки газа плотно соприкасаются друг с другом через тонкие прослойки дисперсионной среды (пенные пленки), что ограничивает их свободное перемещение. Со временем толщина пленок уменьшается из-за отекания жидкости под действием силы тяжести и капиллярного давления в местах контакта нескольких газовых пузырьков.
Следствием утончения пленок становятся прорыв слоя жидкости между газовыми пузырьками и их коалесценция (слияние).
Увеличение размеров газовых пузырьков приводит к изменению раздела фаз, способствующему разрушению пены. В связи с этим время «жизни» пены, дисперсионная среда которой представляет собой однокомпонентную жидкость (например, чистую воду), сравнительно мало и пена, образованная путем диспергирования газа в жидкости, разрушается практически сразу после ее образования.
Разрушение газовых эмульсий, в которых концентрация дисперсной фазы невелика, связано с процессом обратной седиментации — всплытием газовых пузырьков из объема жидкой дисперсионной среды на ее поверхность.
Для получения пен необходимой устойчивости в систему вводят пенообразователи, которые подразделяют на два типа (рода):
- истинно растворимые (низкомолекулярные) ПАВ;
- коллоидные ПАВ, белки и некоторые другие природные высокомолекулярные соединения.
В общем случае при образовании пены в присутствии ПАВ происходит адсорбция их молекул в тонком слое пленки жидкой дисперсионной среды на границе с газовой дисперсной фазой, что вызывает изменение поверхностного натяжения на границе раздела фаз. В результате истечение жидкости из пенной пленки и ее утончение замедляются, а время «жизни» пены увеличивается.
Утончению пленок препятствует также избыточное давление, возникающее в тонком слое. Адсорбционный слой ПАВ изменяет структуру поверхности межфазной границы, повышая ее механическую прочность.
В присутствии пенообразователей первого рода устойчивость пен повышается пропорционально концентрации введенного ПАВ, однако такие пены быстро разрушаются по мере истечения жидкости из пенных пленок. При использовании пенообразователей второго рода с увеличением их концентрации повышается прочность структуры пены, каркас которой способен сдержать истечение межпленочной жидкости. При этом образуются устойчивые пены, время «жизни» которых составляет десятки минут и даже часы.
Пенообразование в пищевых системах может осуществляться диспергационным или конденсационным способом. Диспергирование происходит за счет перемешивания, встряхивания, взбивания, барботажа струи газа через жидкость и интенсифицируется в присутствии пенообразователей, растворенных в жидкой дисперсионной среде, а также при нагревании или снижении давления.
Конденсационный способ основан на пересыщении дисперсной-
ной среды газом, что происходит, в частности, в результате химических реакций или микробиологических процессов, которые сопровождаются выделением газа.
Примеры некоторых пищевых пен и природа их образования приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Источники образования основных видов пищевых пен
В соответствии с СанПиН 2.3.2.560—96 технологические функции пенообразователя имеют четыре пищевые добавки (таблица 3).
Таблица 3 – Пищевые пенообразователи
В эту группу пищевых добавок (см. табл. 1.1, функциональный класс 14) входят вещества, обеспечивающие равномерную диффузию газообразной фазы в жидкие и твердые пищевые продукты, в результате чего образуются пены и газовые эмульсии.
Пены — концентрированные дисперсные системы, состоящие из газовой дисперсной фазы и жидкой или твердой дисперсионной среды
Газовые эмульсии представляют собой разбавленные системы с небольшим содержанием пузырьков в жидкости (содержание дисперсной фазы менее 0,1 %) Для пен с жидкой дисперсионной средой принципиальное практическое значение имеют устойчивость, стабилизация и разрушение. В жидких пенах пузырьки газа плотно соприкасаются друг с другом через тонкие прослойки дисперсионной среды (пенные пленки), что ограничивает их свободное перемещение. Со временем толщина пленок уменьшается из-за отекания жидкости под действием силы тяжести и капиллярного давления в местах контакта нескольких газовых пузырьков.
Следствием утончения пленок становятся прорыв слоя жидкости между газовыми пузырьками и их коалесценция (слияние).
Увеличение размеров газовых пузырьков приводит к изменению раздела фаз, способствующему разрушению пены. В связи с этим время «жизни» пены, дисперсионная среда которой представляет собой однокомпонентную жидкость (например, чистую воду), сравнительно мало и пена, образованная путем диспергирования газа в жидкости, разрушается практически сразу после ее образования.
Разрушение газовых эмульсий, в которых концентрация дисперсной фазы невелика, связано с процессом обратной седиментации — всплытием газовых пузырьков из объема жидкой дисперсионной среды на ее поверхность.
Для получения пен необходимой устойчивости в систему вводят пенообразователи, которые подразделяют на два типа (рода):
• истинно растворимые (низкомолекулярные) ПАВ;
• коллоидные ПАВ, белки и некоторые другие природные высокомолекулярные соединения.
В общем случае при образовании пены в присутствии ПАВ происходит адсорбция их молекул в тонком слое пленки жидкой дисперсионной среды на границе с газовой дисперсной фазой, что вызывает изменение поверхностного натяжения на границе раздела фаз. В результате истечение жидкости из пенной пленки и ее утончение замедляются, а время «жизни» пены увеличивается.
Утончению пленок препятствует также избыточное давление, возникающее в тонком слое. Адсорбционный слой ПАВ изменяет структуру поверхности межфазной границы, повышая ее механическую прочность.
В присутствии пенообразователей первого рода устойчивость пен повышается пропорционально концентрации введенного ПАВ, однако такие пены быстро разрушаются по мере истечения жидкости из пенных пленок. При использовании пенообразователей второго рода с увеличением их концентрации повышается прочность структуры пены, каркас которой способен сдержать истечение межпленочной жидкости. При этом образуются устойчивые пены, время «жизни» которых составляет десятки минут и даже часы.
Пенообразование в пищевых системах может осуществляться диспергационным или конденсационным способом. Диспергирование происходит за счет перемешивания, встряхивания, взбивания, барботажа струи газа через жидкость и интенсифицируется в присутствии пенообразователей, растворенных в жидкой дисперсионной среде, а также при нагревании или снижении давления.
Конденсационный способ основан на пересыщении дисперсной среды газом, что происходит, в частности, в результате химических реакций или микробиологических процессов, которые сопровождаются выделением газа.
Примеры некоторых пищевых пен и природа их образования приведены в табл. 3.35.
Таблица 3.35
Источники образования основных видов пищевых пен
Продукт | Тип пены | Источник образования |
Хлеб Кондитерские взбивные массы (зефир, суфле и т. п.) | Твердый Твердый, образованный из жидких | Процесс брожения теста Диспергирование воздуха в исходном сырье |
Игристые вина, пиво Газированные напитки | Жидкий » | Процессы брожения Диспергирование диоксида углерода в водной среде |
В соответствии с СанПиН 2.3.2.560—96 технологические функции пенообразователя имеют четыре пищевые добавки (табл. 3.36).
Таблица 3.36
Пищевые пенообразователи
Е-номер | Название | Природа, строение, состав |
Е465 | Метилэтилцеллюдоза | Простые эфиры целлюлозы |
Е570 | Жирные кислоты | Предельные и непредельные одноосновные кислоты алифатического ряда |
Е999 | Квиллайи экстракт | Растительный экстракт |
Е1505 | Триэтилцитрат | Сложный эфир лимонной кислоты и этилового спирта |
Одним из способов изменения консистенции и структуры пищевых продуктов в целях удовлетворения вкусов потребителей является введение в пищевое сырье диспергированного воздуха или другого газа. Для многих продуктов питания пенообразная структура оказывает решающее влияние на их отличительные свойства (например, в хлебобулочных и некоторых кондитерских изделиях, мороженом, напитках и десертных изделиях).
В этот функциональный класс входят вещества, обеспечивающие равномерную диффузию газообразной фазы в жидкие и твердые пищевые продукты. В результате образуются пены и газовые эмульсии.
Пена представляет собой дисперсную систему, состоящую из ячеек — пузырьков газа (пара), разделенных пленками жидкости (или твердого вещества). Обычно газ (пар) рассматривается как дисперсная фаза, а жидкость (или твердое вещество) — как непрерывная дисперсионная среда. Пены, в которых дисперсионной средой является твердое вещество, образуются при отверждении растворов или расплавов, насыщенных каким-либо газом. Жидкие или твердые пленки, разделяющие пузырьки газа, образуют в совокупности пленочный каркас, являющийся основой пены.
Структура пен определяется соотношением объемов газовой и жидкой фаз и в зависимости от него ячейки пены могут иметь сферическую или многогранную (полиэдрическую) форму.
Получить пены, как и другие дисперсные системы, можно диспергационным и конденсационным способами.
При диспергационном способе пена образуется в результате интенсивного совместного диспергирования пенообразующего раствора и воздуха. Диспергирование осуществляется следующими методами:
при прохождении струи газа через слой жидкости в барботаж-ных или аэрационных установках, в аппаратах с «пенным слоем», применяемых для очистки отходящих газов, в пеногенераторах некоторых типов, имеющих сетку, которая орошается пенообразующим раствором;
при действии движущихся устройств на жидкость в атмосфере газа или при действии движущейся жидкости на преграду в технологических аппаратах при перемешивании мешалками, встряхивании, взбивании, переливании растворов.
Получение пен может быть обусловлено действием нескольких источников пенообразования одновременно. Так, некоторые технологические процессы осуществляют с аэрацией и перемешиванием.
Для получения пен необходимой устойчивости в систему вводят пенообразователи, которые подразделяют на два типа (рода):
истинно растворимые (низкомолекулярные) ПАВ;
коллоидные ПАВ, белки и ряд других природных высокомолекулярных соединений.
В общем случае при образовании пены в присутствии ПАВ происходит адсорбция их молекул в тонком слое пленки жидкой дисперсионной среды на границе с газовой дисперсной фазой, что вызывает изменение поверхностного натяжения на границе раздела фаз.
В результате истечение жидкости из пенной пленки и ее утончение замедляются, а время «жизни» пены увеличивается. Утончению пленок препятствует также избыточное давление, возникающее в тонком слое. Адсорбционный слой ПАВ изменяет структурy поверхности межфазной границы, повышая ее механическую прочность.
В присутствии пенообразователей первого рода устойчивость пен повышается пропорционально концентрации введенного ПАВ. Однако такие пены быстро разрушаются по мере истечения жидкости из пенных пленок.
Если пенообразующим веществом служит яичный белок, то вследствие развертывания его молекул на границе межфазного раздела наступает поверхностная денатурация. Денатурированный белок повышает стабильность пен.
Одновременно могут образовываться связи между полипептидными цепями с возникновением пространственной двух- и трехмерной структуры в виде сетки, которая благоприятствует повышению стабильности пены.
В соответствии с СанПиН 2.3.2.560 — 96 технологические функции пенообразователя имеют четыре пищевые добавки (таблица 2.3).
Конденсационный способ получения пен основан на пересыщении раствора газом. К этому способу относится получение пен в результате химических реакций и микробиологических процессов, сопровождающихся выделением газа. Так, в процессе ферментации теста, которая идет по схеме молочнокислого брожения, из глюкозы помимо молочной и янтарной кислот образуются вызывающие пенообразование газы (СО2 + Н2).
При снижении давления и повышении температуры растворимость газа в жидкости снижается. Жидкость вспенивается, из нее может выделяться газ.
Подобный процесс происходит при вскрытии бутылок с игристыми винами, пивом и другими напитками. В отличие от шампанского, лимонада и боржоми пиво содержит пенообразователи — хмелевые смолы, белки, декстрины и др.