Эмульсия - это смесь веществ. В ней один компонент состоит из мельчайших частиц, нерастворимых в другом. Этот ингредиент называется "дисперсной фазой". Другое вещество – дисперсная среда. В ней распределяется первая составляющая. "Эмульсия" – это термин, имеющий латинское происхождение. В переводе оно обозначает "выдаиваю, дою". Рассмотрим это понятие подробнее.
Из любых двух жидкостей, которые не смешиваются и не реагируют химически, можно делать эмульсию. Одним из компонентов почти всегда является вода. Другое вещество состоит из слабополярных или нейтральных молекул (например жиры). Первая известная всем эмульсия – это молоко. Здесь частицы жира дисперсируются в воде. Размер мельчайших частиц дисперсной фазы составляет 1-50 мкм, поэтому эмульсии относятся к грубодисперсным системам. Низкоконцентрированные жидкости – неструктурированные. Смеси с высокой концентрацией – структурированные. По термодинамическим признакам нефтяная эмульсия – это нестабильная система. Размеры у капель фазы большие, и смесь будет неструктурированной.
Тип получаемой эмульсии зависит от соотношения объемов фаз и их состава, от количества и природы эмульгатора, его химической активности, от способа и метода смешивания.
Химическое воздействие на эмульсию, давление, изменение состава может привести к инвертированию.
Есть две технологии производства эмульсии. Первый - путь мелкого дробления фракций. Второй – процесс пленкообразования с последующим разрывом на мелкие части. В первом варианте вещество медленно добавляется в дисперсную систему. При этом необходимо, осуществляя присоединение, постоянно на большой скорости перемешивать. В этом случае качество смеси будет зависеть от разных факторов. В частности, от скорости перемешивания, введения и объема диспергируемого вещества, его концентрации, температуры и кислотности среды. Второй метод - это процесс, при котором образуется пленка на поверхности другой фазы. Снизу нагнетается воздух. Пузырьки разрывают пленку на мелкие капли и перемешивают весь объем жидкости. В наше время начали вместо воздуха использовать ультразвук. Это вызывает дробление пленки на еще более мелкие части.
С течением времени происходит самопроизвольный распад эмульсии. Бывают случаи, когда необходимо ускорить этот процесс и уменьшить концентрацию соединения. Данная необходимость актуальна, когда наличие высококонцентрированной эмульсии мешает процессу обработки материала или его правильному применению. Ускорить сам процесс уменьшения концентрации раствора можно несколькими способами:
Спектр применения эмульсий в промышленности очень широк. В частности, соединения используют:
fb.ru
Эмульсии — это жидкости, содержащие во взвешенном состоянии микроскопические капельки других, нерастворимых в них жидкостей. Типичным примером природных эмульсий может служить молоко. Жиры в крови и лимфе также находятся в эмульгированном состоянии. Эмульгирование жиров в кишечнике происходит с участием солей желчных кислот и является существенным этапом их усвоения организмом. Эмульсии, как правило, неустойчивы — в них происходит самопроизвольное слияние капелек друг с другом (коалесценция), приводящее к расслаиванию образующих эмульсию жидкостей. Технические эмульсии получают обычно механическим диспергированием одной жидкости в избытке другой в присутствии эмульгаторов — веществ, предотвращающих коалесценцию и, следовательно, повышающих устойчивость эмульсии. Эмульгаторами могут быть мыла щелочных и щелочноземельных металлов, белки, каучуки и др. Процесс получения эмульсии называют эмульгированием, разрушение эмульсии — деэмульгированием.
Эмульсии имеют большое значение в приготовлении многих лекарственных и косметических средств, масла, сливок, маргарина, майонеза и др.
См. также Дисперсные системы.
Эмульсии — дисперсные системы, состоящие из двух взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых распределена в другой в виде капелек, иногда различимых только в микроскоп. Обе жидкие фазы эмульсий обычно состоят из молекул, резко различных по характеру: если одна жидкость состоит из полярных молекул, то другая — из неполярных. Менее полярную фазу в эмульсиях принято называть «маслом». Особое положение занимают эмульсии ртути, к которым эта классификация не приложима.
Как правило, эмульсии получают путем диспергирования одной жидкости в другой. Из двух чистых жидкостей устойчивых эмульсий не получается, так как капельки сливаются (коалесцируют) и эмульсии быстро расслаивается. Образование устойчивой эмульсии возможно только в присутствии так называемых эмульгаторов, которые, адсорбируясь на границе обеих жидкостей, понижают поверхностное натяжение. Наличие адсорбционных слоев на капельках эмульсии часто препятствует их слиянию. Иногда для придания эмульсии устойчивости необходимо, чтобы эмульгатор создавал обладающую механической прочностью защитную оболочку, препятствующую слиянию капель. В некоторых случаях такие защитные оболочки образуются частицами порошков, чаще же они представляют собой пленки полимеров или полуколлоидов.
Для получения устойчивых концентрированных эмульсий эмульгатор нужно вводить в сравнительно больших количествах, в то время как для образования разбавленных эмульсий зачастую достаточно лишь следов поверхностно активных веществ.
Капли эмульсии обычно имеют шарообразную форму; в очень концентрированных эмульсиях капли сильно деформированы. По структурно-механическим свойствам концентрированные эмульсии схожи с гелями (см.). Эмульсии, как правило, неустойчивы и разрушаются при хранении, главным образом за счет коалесценции капель, а также соединения очень мелких капелек в хлопья [так называемая флоккуляция, или коагуляция (см.)], в которых отдельные капельки еще существуют.
Для ускорения разрушения эмульсий применяют разнообразные приемы: центрифугирование, действие электрического поля, добавление электролитов и неэлектролитов и др. Из неэлектролитов особенно сильное разрушающее действие на эмульсии, стабилизированные гелеобразными пленками белков и полуколлоидов, оказывают такие, которые обладают высокой поверхностной активностью, но не образуют гелеобразных и прочных пленок на поверхности. Устойчивые эмульсии образуют обычно жидкости, близкие по плотности.
При добавлении некоторых веществ эмульсии типа «масло в воде» могут превращаться в эмульсии типа «вода в масле» и наоборот. Это явление получило название «обращение фаз эмульсии». Его можно вызвать, например, введением в эмульсию эмульгатора, стабилизирующего противоположный тип эмульсии. Эмульгаторы разных типов при одновременном применении действуют антагонистически. Обращение фаз при введении эмульгатора противоположного типа происходит постепенно: сначала разрушается исходная эмульсия и возникает неустойчивая система, в которой одновременно присутствуют частицы и исходной, и обратной эмульсии наряду со сложными образованиями, содержащими мелкие капли одной фазы, включенные в более крупные капли другой (так называемые множественные эмульсии), и только после энергичного размешивания и введения достаточного количества эмульгатора происходит полное обращение фаз.
Эмульсии имеют очень большое практическое значение. Липиды находятся в крови человека и животных в виде высокодисперсной эмульсии (хиломикронная эмульсия), причем усвоение и обмен жиров теснейшим образом связаны с их способностью к образованию такой эмульсии. Примером природных эмульсий является молоко. Получаемые из молока сливки и масло и сходные с ними искусственно приготовляемые системы (майонезы и маргарин) также представляют собой эмульсии. В виде эмульсий вводятся в организм многие витамины и лекарственные вещества. Концентрированными эмульсиями являются многие мази, медицинские свечи и другие фармацевтические препараты. См. также Лекарственные формы.
www.medical-enc.ru
Эмульсиями называются дисперсные системы, в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза находятся в жидком состоянии. Эмульсии являются обычно грубодисперсными системами. Такие системы часто встречаются в природе, например, молоко, млечный сок каучуконосных растений. В первом случае жир, а во втором - углеводород каучука диспергированы в воде. Оба эти вещества почти совершенно не растворяются в дисперсионной среде т.е. в воде. Таким образом, эмульсии - это микрогетерогенные системы, состоящие из двух практически взаимно-нерастворимых жидкостей, которые очень сильно отличаются от друг-друга по характеру молекул. Если одна из жидкостей является полярной, например вода, то вторая - должна быть неполярной или малополярной, например, органическая жидкость.
Малополярные органические жидкости - бензол, бензин, керосин, анилин, масло и др.,- независимо от их химической природы, называют маслом.
На практике чаще всего встречаются водные эмульсии, т.е. эмульсии в которых одной из двух жидкостей является вода. Такие эмульсии подразделяются на два типа: масло в воде (сокращенно - м/в) и вода в масле (м/в). В эмульсиях первого типа (прямых) масло является дисперсионной фазой, а вода - дисперсионной средой. В эмульсиях второго типа (обратных) вода является раздробленной в виде капелек дисперсной фазой, а масло - дисперсионной средой.
Для получения эмульсии две несмешивающиеся жидкости подвергают процессу эмульгирования, состоящему в том, что механическим встряхиванием, разбиванием особыми лопастными мешалками или продавливанием через узкие щели жидкости раздробляются друг в друге. В технике имеется большое число механизмов, где диспергирование осуществляется или благодаря простому разбиванию сравнительно больших капель на более мелкие, или растяжением жидкости в пленку, которая, разрываясь, дает массу мелких капелек. Для получения особовысокодисперсных эмульсий применяется ультразвуковой метод.
Эмульсии, полученные из чистых жидкостей, обычно очень неустойчивые, капельки при соприкосновении друг с другм сливаются и дисперсная система постепенно расслаивается на две несмешивающиеся жидкости. Неустойчивость эмульсий объясняется наличием избыточного запаса свободной поверхности на границе фаз, что выражается большим поверхностным натяжением. Процесс расслоения эмульсии идет самопроизвольно, так как при этом система большей степени дисперсности, с большей свободной поверхностной энергией переходит в малодисперсную систему, уменьшая поверхностное натяжение. Процесс самопроизвольного слияния жидких капель, который заканчивается расслоением эмульсии на составляющие её жидкости, называется коалесценцией.
Подобно коллоидным системам, получение устойчивых эмульсий возможно только в присутствии веществ, которые, адсорбируясь на поверхности капелек, препятствуют их слиянию и придают системе агрегатную устойчивусть. Вещества, которые обуславливают устойчивость (стабильность) эмульсии называются эмульгаторами.
По своим свойствам, в первую очередь по агрегатной устойчивости, эмульсии делятся на две группы: эмульсии разбавленные, в которых концентрация дисперсионной фазы мала (меньше 1%), и эмульсии концентрированные, в которых концентрация дисперсной фазы значительна (объемная концентрация превышает 1%).
Разбавленные эмульсии характеризуются своей устойчивостью в отсутствии специального эмульгатора (стабилизатора). Обычно концентрация таких эмульсий не превышает 0,1 - 0,01%, благодаря чему вероятность столкновения образующих их капелек дисперсной фазы очень невелика. Такие системы ведут себя вполне аналогично лиофобным золям. Их относительная устойчивость определяется существованием на поверхности капелек эмульсии двойного электрического слоя. Необходимое для этого минимальное количество электролита всегда находится в употребляемом масле в виде примесей.
В концентрированных эмульсиях в отличие от разбавленных при сколько-нибудь значительной концентрации дисперсной фазы, слияние капелек происходит с большей скоростью и эмульсия за короткий промежуток времени разделяется на два слоя. Получение устойчивых концентрированных эмульсий возможно только в присутствии специальных эмульгаторов.
Эмульгаторы, в зависимости от их химической природы, могут стабилизировать эмульсию как путем понижения межфазного поверхностного натяжения, придания частицам эмульсии электрических зарядов, одинаковых по знаку, так и путем образования из эмульгатора на поверхности капелек механически прочных магнитных пленок. Такие пленки защищают частицы эмульсии от взаимного слияния при их столкновении, причем этот фактор может быть более важным, чем действие электрических зарядов. Особенно это относится к концентрированным эмульсиям, в которых эмульгаторы, сообщающие только заряд частицам, уже не обеспечивают устойчивости.
К эмульгаторам, способным образовывать прочные защитные пленки, относятся высокомолекулярные соединения, например, сапонин, белки (желатин, казеин), каучук, смолы, соли жирных кислот (мыла) и др. Указанные вещества, особенно мыла, обладая некоторой поверхностной активностью, адсорбируются на поверхности капель эмульсии и образуют структурированную оболочку, которая является вязкой, прочной и упругой. При соударении частиц такая оболочка обычно не разрушается и не выдавливается, благодаря чему эмульсии и приобретают высокую устойчивость.
Наибольший интерес представляют собой желатированные или твердые эмульсии. В них, как и в подобных суспензиях, стабилизирующее действие эмульгатора переходит в структуризующее.
Желатированные эмульсии характеризуются большой устойчивостью, прочностью и другими механическими свойствами, которые обусловлены наличием в них тончайшей структуры. Эта структура - сетка-каркас из двухмерного студня, построенного из высокополимерного эмульгатора. Примерами таких эмульсий являются консистентные смазки, маргарин, сливочное масло, густые кремы. Обычными эмульсиями являются молоко, сливки, жидкости, применяемые при обработке металлов.
Эмульсии со временем разрушаются. В некоторых случаях возникает необходимость ускорить разрушение эмульсий, например, разрушение эмульсии в сырой нефти. Ускорить процесс разрушения можно всеми путями, ведущими к уменьшению прочности защитной пленки эмульгатора и увеличению возможности соприкосновения частиц друг с другом.
Методов разрушения эмульсии (деэмульгирования) очень много. Наиболее важными из них являются следующие:
1. Химическое разрушение защитных пленок эмульгатора, например, действием сильной минеральной кислоты.
2. Прибавление эмульгатора, способного вызвать обращение фаз эмульсии и снижающего этим прочность защитной пленки.
3. Термическое разрушение - расслоение эмульсий нагреванием. С повышением температуры уменьшается адсорбция эмульгатора, что ведет к разрушению эмульсии.
4. Механическое воздействие. К этому методу относится механическое разрушение стабилизированных пленок, например, сбивание сливок в масло. Центрифугирование также относится к механическому воздействию.
5. Действие электролитов вызывает разрушение эмульсий, стабилизированных электрическим зарядом частиц.
Эмульсии находят применение во многих химико-технологических процессах - в мыловарении, в производстве молочных продуктов, в производстве эмульсионных красок, в производстве каучуков путем полимеризации, в производстве пластмасс и в других производствах.
Используемая литераура:
“Коллоидная химия” И.А.Усков Б.В.Еременко С.С. Пелишенко В.В.Мельник
“Коллоидные системы” Е.И.Капкова
mirznanii.com
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советсник
Социалистических
Республик (u)986375 (61) Дополнительное н авт. свнд-ву— (22) Заявлено 3007.79 (21) 2806 892/28-13
fyqj+ gN з
A 23 С 11/00 с присоединением заявки ивЂ
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет—
Опубликовано 070133. Бюллетень Йо 1
Дата опубликования описания 070183 (%31 УДК б 37. 18
-(088.8) It
В. B. Вайткус, Б.10. Малакаускене и И.- ДД?.,;К@йрюкштейе
j ф.
---...-. "- ...-.. -.—...- .. института маслодельной и сыродельной промышленности
4 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МОЛОЧНО-ЖИРОВАЯ ЭМУЛЬСИЯ
О, 5-10
Изобретение относится к молочной промышленности .
Известна молочно-жировая эмульсия, содержащая обезжиренное молоко, жир, казеинат натрия и пахту при следующем соотношении ингредиентов, вас.Ъ:
Обезжиренное молоко . 93,0-95,0
-Казеинат натрия 0,1
Жиры 15,0- 17 0 а также предусматривающая введение пахты в количестве до 30% от веса обезжиренного молока 11.3.
Недостаток полученной эмульсии в том, что жировая фаза такой эмульсии недостаточно тонко диспергирована, поэтому при хранении эмульсии и продуктов, выработанных с применением ее, жиры выделяются в свободном состоянии, при органолептической оценке чувствуется привкус и запах введенного жира. Из«за вводимых фосфатидных концеитратов и витаминов эмульсию можно применять только при производстве заменителей цельного молока для кормления молодняка сельскохозяйственных животных. Кроме этого, низкая жирность ограничивает ее применение, так как, например, при производстве плавленых сыров с жирами немолочного происхождения требуется эмульсия 45-55%-ной жирности, в противном случае плавленые сыры приобретают. слишком большую влажность. Гомогенизация такой эмульсии требует в 5-7 раз больше энергозатрат, чем гомогенизация предлагаемой ниже эмульсии.
Целью изобретения является повышение стабильности эмульсии, улучшЕние, ее вкуса и запаха.
Цель достигается тем, что в молочно-жировой эмульсии, содержащей обезжиренное молоко, жир, казеинат нат-, рия и пахту, используют обезжиренное молоко плотностью 1,027-1,034 г/см а пахту в сухом или сгущенном:виде при следующем соотношении ингредиентов, вес.В:
20 Жир 10-70
Казеинат натрия 0 5-10
Пахта сухая или сгущенная
Обезжиренное молоко плотностью
1,027-1,034 г/см Остальное
Обезжиренное молоко, полученное сепарированием натурального молока используют как среду для приготовления эмульсии. Применяют жиры немолоч
986375
Тип эмульсии
1,26
15, 768,7
Прототип
Предлагаемая эмульсия
68,8
3,86
7,16 ного происхождения — жидкие или твердые, например растительные масла, маргарины, кулинарные или кондитерские жиры и др. Предлагаемый состав
Казеинат натрия применяют как эмульгатор жиров, а пахту сухую или 20 сгущенную — как содержащую поверхностно-активные вещества и улучшающую консистенцию, вкус и запах эмульсии и продуктов, выработанных с ее применением. Эти вещества в данном 25 соотношении полностью эмульгируют жиры немолочного происхождения ° В эмульсии и в получаемых с ее применением продуктах запах и привкус жиров не чувствуется. 30
При изготовлении эмульсии приготовляют молочную основу, затем смешивают ее с расплавленным жиром и диспергируют. Для молочной основы берут обезжиренное молоко в количестве,35 примерно в 4 раза превышающем количество казеината натрия и сухой пахты.
Обезжиренное молоко пастеризуют при
72-85 С, охлаждают до 20-45 С, смешивают со смесью казеината натрия и 4О сухой пахты в случае использования сгущеннбй пахты ее смешивают с обезжиренным молоком отдельно )„ после чего добавляют остальное обезжиренное молоко. Полученную молочную основу оставляют на 6-10 ч при 6«8ОС 4> для набухания белков, затем подогревают до 60-65 С, фильтруют и смешивают с растворенными при 60-65 С жирами в таком количестве, чтобы получилась 10-70%-ная эмульсия. Полученную эмульсию грубо диспергируют, например, циркуляцией насосом или другими способами, а потом гомогенизируют двух- или трехступенчато при давлении 3-15 МПа в первой, 2-3 МПа 55 во второй и 2-3 МПа в третьей ступени.
Пример 1. 10 кг казеината натрия и 5 кг сухой пахты при посто- " янном перемешивании заливают 80 кг пастеризованного и охлажденного .до у
20©С обезжиренного молока и подогревают до 40-45ОC. После образования однородной кждицы добавляют 600 кг обезжиренного охлажденного молока и оставляют для набухания белков. Полу-65 эмульсии позволяет при введении
10-70%-ных жиров получить стабильную эмульсию, что подтверждают данные, приведенные в таблице. ченную молочную основу подогревают до 60-65ОС, фильтруют, смешивают с
300 кг подогретого до 60-65 С кулинарного жира, грубо диспергируют путем перемешивания мешалкой и гомогенизируют при давлении 8 Мпа в первой и 2 МПа во второй ступени .
Выход эмульсии 1000 кг, жирность
30%.
Пример 2. 30 кг казеината натрия и 10 кг сухой пахты при постоянном перемешивании заливают 160 кг пастеризовянного и охлажденного до
40-45ОС обезжиренного молока. После образования однородной кашицы добавляют 300 кг охлажденного обезжиренного молока. Молочную основу подогревают до 60-65ОС, фильтруют, смешивают с 500 кг подогретого до 60-65 С растительного масла, грубо дисперги» руют циркуляцией центробежным насосом и гомогенизируют,при давлении
5 МПа в первой и 3 МПа во второй ступени.
Выход эмульсии 1000 кг, жирность
50%.
Пример 3 . .50кгказеината натрия и 20 кг сухой пахты при постоянном перемешивании заливают 230 кг . пастеризованного и охлажденного до
40-45ОС обезжиренного молока. После образования однородной кашицы подогревают до 60-65 C смешивают с 700кт подогретого до 60-65 С растительного масла, грубо диспергируют и гомогенизируют при давлении 2 МПа в первой, второй и третьей ступени.
Выход эмулЬсии 1000 кг, жирность 70%, Предлагаемые эмульсии могут быть использованы самостоятельно и при производстве различных продуктов.
При непосредственном использовании эмульсии после гомогенизации ее пастеризуют при 72-98ОC с выдержкой при этой температуре 15-30 с, охлаждают, при необходимости нормализуют до нужной жирности или заквашивают.
986375
Формула изобретения
Составитель Н. Абрамова
Редактор О. Юркова Техред С. Мигунова Корректор В. Вутяга
Заказ 10359/4 Тираж 565 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж- 35, Раушская наб, д..4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Употребляют в качестве питьевого молока, сливок, кисломолочных напитков илн сметаны. При использовании для производства разных продуктов, например плавленного сыра, полученную эмульсию вносят в расплавленную массу. 5
Предлагаемая молочно-жировая эмульсия отличается стабильностью при хранении, по вкусу и запаху идентична продуктам, в состав которых входит только молочный жир, обладает диетическими свойствами, ее можно использовать самостоятельно и как полуфабрикат для производства других пищевых продуктов. По сравнению с извест= ными эмульсиями,.изготовление данной 15 молочно-жировой эмульсии позволяет уменьшить производственные расходы.
Экономический эффект при производстве молочно-жировой эмульсии
30,50 и 70%-ной жирности составляет 20 соответственно 59 44; 64,23 и
171 63 руб/т..Иолочно-жировая эмульсия, содержащая обезжиренное молоко, жир, казеи-. нат натрия и пахту, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повьзнения стабильности эмульсич улучшения ее вкуса и запаха, использ т обезжиренное молоко плотностью 1,0271,034 г/см, а пахту — в сухом m"
3 сгущенном виде при следующем соотношении компонентов, вес.Ъг
Жир 10-70
Казеинат натрия 0,5-10
Пахта,сухая или сгущенная 0,5-10
Обезжиренное молоко плотностью 1,027-1,034 г/смз Остальное
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. OCT 4917-71 (прототип).
www.findpatent.ru
Молоко представляет собой эмульсию жировых шариков в молочной плазме. Под плазмой молока понимают свободную от жира молочную жидкость, в которой все остальные составные части молока присутствуют в неизменном виде.
Свежевыдоенное молоко – это двухфазная эмульсия. При охлаждении молока часть триацилглицеринов в жировых шариках выкристаллизовываются и образуется трех- и многофазная эмульсия (дисперсия). Диаметр жировых шариков в молоке колеблется от 0,1 до 22 мкм, в среднем от 3 до 6 мкм (преобладают). Распределение жировых шариков по величине зависит от ряда факторов: породы, стадии лактации животных, рационов кормления, режимов доения и механической обработки молока. Размеры жировых шариков имеют практическое значение, так как определяют степень перехода жира в продукт, например, при получении сливок сепарированием молока, а также при производстве масла, сыра, творога. Количество жировых шариков в молоке велико (около 15.108 в 1 см3), что влечет за собой образование чрезмерно большой общей поверхности.
Жировая эмульсия молока характеризуется высокой агрегативной устойчивостью, то есть способностью длительное время сохранять состояние дисперсных частиц. Это обусловливается наличием на поверхности жирового шарика (глицеридного ядра) оболочки, препятствующей контакту и последующему слиянию глицеридных глобул при столкновении жировых шариков друг с другом, и ее особыми свойствами.
Состав и структура оболочек жировых шариков. В настоящее время установлено, что оболочка жировых шариков состоит из основных структурных компонентов: липидов и белков, имеет толщину (по данным разных авторов) от 30 до 70 нм и более и включает в свой состав, кроме липидов и белков, ферменты, жирорастворимые витамины, минеральные элементы.
Хотя состав и физико-химические свойства оболочечного материала изучены достаточно подробно, организация его компонентов в оболочке точно еще не определена. Существует несколько моделей структурной организации оболочек (Н.Кинга, А.Мортона, Х.Бауэра, В.Своупа и Дж. Бруннера, Мак Ферсона и Китчена и др.). В отличие от первых моделей, базирующихся на трактовке ее как адсорбционной межфазной пленки, в последние годы все чаще проводится аналогия между составом и структурой оболочек жировых шариков (ОЖШ) и биологических мембран. Имеет смысл обсудить модель строения оболочек жировых шариков, предложенную В.Своупом и Дж.Бруннером, позволяющую более наглядно представить их структурную организацию. Схематически строение ОЖШ с учетом ее сольватации со стороны жировой и водной фаз представлено на рисунке 10.3.
Согласно рассматриваемой модели ОЖШ состоит из двух основных слоев: внутреннего (слой 1), в основном белкового, и внешнего (наружный слой 2), состоящего из фосфатидно-белковых комплексов. Со стороны глицеридного ядра жирового шарика к внутреннему белковому слою 1 обращен сольватный слой 4, состоящий из высокомолекулярных насыщенных триацилглицеринов, «смачивающих» гидрофобные кольца оболочечного белка внутреннего слоя оболочки. Со стороны водной фазы к гидрофильным группам гликопротеидов, входящих в состав наружного липопротеинового слоя 2, и гидрофильной части фосфолипидов, находящихся в этом слое, ориентирован гидратный слой, образованный молекулами воды.
Таким образом, оболочка жирового шарика состоит из двух слоев – внутреннего и наружного (внешнего). Внутренний слой образуется из плазматической мембраны секреторных клеток молочной железы, в основном белкового характера, и плотно прилегает к кристаллическому слою высокоплавких триацилглицеринов ядра. На внутренней мембране адсорбирован внешний слой оболочки, состоящей из липопротеидных мицелл различного размера.
| 1- внутренний слой (мембранный), состоящий из белков; 2 – наружный слой (липопротеиновый) из белков и фосфолипидов; 3 – гидратный (водный) слой; 4 – сольватный слой из высокомолекулярных насыщенных триацилглицеринов |
Рис. 10.3. Модель строения оболочки жирового шарика
(по В.Своупу и Дж.Бруннеру)
Липопротеидные мицеллы содержат фосфолипиды, гликолипиды, нуклеиновые кислоты, белки и большую часть ферментов. Отдельные липопротеидные мицеллы могут мигрировать в плазму при хранении, механической и тепловой обработке молока. Одновременно на внутренней мембране могут адсорбироваться иммуноглобулины и липаза (при хранении сырого молока), а также казеин и денатурированный β-лактоглобулин (при тепловой обработке). Так как оболочки жировых шариков содержат на поверхности полярные группы – фосфатные фосфатидилхолина и других фосфолипидов, карбоксильные и аминогруппы белков, карбоксильные группы сиаловой кислоты и других углеводных компонентов, то на поверхности шариков создается суммарный электрический заряд – отрицательный (их изоэлетрическое состояние наступает при рН молока около 4,5%). Относительно отрицательно заряженной поверхности жирового шарика адсорбируются катионы Са++, Mg++, в результате чего образуется двойной электрический слой, аналогичный слою, который возникает на поверхности мицелл казеина. Таким образом, на поверхности жировых шариков возникает электрический потенциал около 15 мВ и электростатические силы отталкивания превышают силы молекулярного притяжения в соответствии с теорией устойчивости дисперсных систем (теорией ДЛФО). Дополнительное стабилизирующее действие оказывают гидратная оболочка, образующаяся вокруг полярных групп внешнего слоя и двойной электрический слой.
Более поздние исследования состава и свойств структурных белков, входящих в состав оболочек жировых шариков, электронно-микроскопические исследования их структурной организации с другими компонентами, проведенные Мак Ферсоном и Китченом, а также другими учеными, позволили сделать следующие выводы и схематично представить модель строения ОЖШ (рис. 10.4).
Рис. 10.4. Модель оболочки жирового шарика (по Мак Ферсону и Китчену): 1 – фосфолипиды; 2, 3 – гликопротеиды; 4 – интегральный гидрофобный белок; 5 – ксантиноксидаза; 6 – 5`-нуклеотидаза; 7 – слой высокоплавких триацилглицеринов
В состав ОЖШ входит до сорока белковых компонентов, главным образом плохо растворимых гликопротеидов, содержащих углеводы: галактозу, N-ацетилгалактозамин,N-ацетилгклюкозамин,N-ацетилнейраминовую (сиаловую) кислоту.
Гликопротеиды, относящиеся к внутренним белкам, как правило, пронизывают ОЖШ: один их конец взаимодействует со слоем высокоплавких триацилглицеринов, находящихся на поверхности глицеридного ядра, другой, содержащий углеводный компонент, выступает из мембран и ориентирован к водной фазе (см.компоненты 2 и 3 на рис. 10.4).
Важным компонентом оболочки является нерастворимый (гидрофобный) структурный белок, встроенный во внутренний слой оболочки и названный бутирофилином (см.компонент 4 на рис. 10.4).
По мнению исследователей большая часть белков ОЖШ происходит из плазматической мембраны секреторных клеток, либо может строиться частично из плазматической мембраны и частично – из мембраны вакуолей аппарата Гольджи, а также могут использоваться белки цитоплазмы секреторных клеток.
К перифирическим растворимым белкам ОЖШ относится более десяти ферментов: ксантиноксидаза; щелочная и кислая фосфатазы; 5`-нуклеотидаза; плазмин и др. Большая часть их идентична ферментам клеточных мембран.
В оболочках жировых шариков обнаружены минеральные элементы: Cu,Fe,Mo,Zn,Ca,Mg,Se,Naи К.
Таким образом, по Мак Ферсону и Китчену оболочка жировых шариков состоит из двух слоев различного состава: внутреннего, тонкого, плотно прилегающего к жировой глобуле – слоя высокоплавких триацилглицеринов и внешнего, рыхлого (диффузного), легко десорбируемого при технологической обработке молока. Поскольку внешний слой образован большей частью фосфолипидами и гликопротеидами, следовательно на поверхности жировых шариков за счет полярных групп этих компонентов создается суммарный отрицательный заряд и, как следствие, двойной электрический слой и гидратная оболочка.
Всеми исследованиями отмечается достаточно высокая механическая прочность оболочек жировых шариков, однако, пока остается нерешенным вопрос, какие силы ответственны за поддержание их структуры. Предполагают, что высокая механическая прочность оболочки обусловлена прежде всего наличием в ней внутреннего слоя, состоящего из специфического гидрофобного белка, а также гидрофобными и электростатическими взаимодействиями между структурными компонентами оболочки.
Таким образом, анализируя рассматриваемые модели строения оболочек жировых шариков, можно сделать вывод, что несмотря на некоторые различия в организации их структурных компонентов, общим для них является способность стабилизировать жировую эмульсию. В нативном молоке эмульсия жира в плазме достаточно устойчива. К факторам стабильности жировой эмульсии молока следует отнести следующие. Во-первых, наличие на границе раздела фаз структурно-механического барьера – оболочки жирового шарика, являющейся модифицированной клеточной мембраной, внутренний слой которой состоит из специфического гидрофобного белка, обусловливающего ее механическую прочность. Именно структурно-механический барьер препятствует контакту и последующему слиянию глицеридных ядер друг с другом. Во-вторых, как уже отмечалось, в результате диссоциации ионогенных групп компонентов, входящих в состав наружного слоя оболочки, на поверхности жировых шариков возникает отрицательный электрический потенциал, следствием чего является их отталкивание при сближении. Дополнительное стабилизирующее действие оказывает образование двойного электрического слоя относительно заряженной поверхности жировых шариков и ее гидратация.
При хранении молока и при производстве большинства молочных продуктов необходимо сохранить стабильность эмульсии молочный жир – плазма, максимально исключив воздействие факторов ее дестабилизации, так как деэмульгированный жир в значительно большей степени подвержен ферментативному и окислительному воздействиям. При выработке сливочного масла, напротив, ставится задача дестабилизировать жировую эмульсию с целью выделения из нее дисперсной фазы. По этой причине имеет смысл проанализировать факторы нарушения устойчивости жировой эмульсии.
studfiles.net
