Emulgiranje je tvorba stabilne emulzije z mešanjem dveh ali več nemešljivih tekočin. Pri tem se ena tekočina (dispergirana ali diskontinuirna faza) v obliki najfinejših kapljic porazdeli znotraj druge tekočine (disperzijska ali kontinuirna faza).
Homogenizacija je zmanjšanje velikosti delcev (0,5−3 µm) in povečuje število trdnih ali tekočih delcev v dispergirani fazi ter na ta način povečuje sposobnost mešanja in stabilnost dveh snovi. Bistvo homogenizacije je mehansko razbijanje večjih maščobnih kapljic v manjše (pod 1 µm), kar povzroči, da se tako razbite maščobne kapljice ne dvigujejo proti površini, temveč se enakomerno porazdelijo po disperzijski fazi.
Ločimo dve vrsti emulzij:
• maščoba v vodi - npr. mleko (vodna emulzija) in
• voda v maščobi - npr. margarina (oljna emulzija).
Včasih pa imamo opravka tudi z mešanimi emulzijami: npr. maslo je hkrati zmes emulgiranih maščob v vodi in vode v maščobah.
Emulzije pa niso samo mehanska zmes dveh tekočin, ki se med seboj ne mešata, saj bi se le-ta v zelo kratkem času sama od sebe, zaradi razlike v gostotah, razmešala. Za emulzije v pravem pomenu besede je namreč pomembno, da so bolj ali manj obstojne tudi po daljšem času.
Stabilnost emulzij je določena:
• z vrsto in količino emulgatorja,
• z velikostjo kapljic v dispergirani fazi,
• s površinsko napetostjo kapljic,
• z viskoznostjo disperzijske faze in
• z razliko v gostoti med dispergirano in disperzijsko fazo.
Z emulzijami pa se ne srečujemo samo v prehrambeni industriji, temveč tudi drugod.
Podajte vsaj en primer emulzije, s katero se srečujete v vsakdanjem življenju (vsaj študentke, najverjetneje pa tudi marsikateri študent).
Večja kot je površinska napetost med dispergirano in disperzijsko fazo, težje je napraviti in vzdrževati stabilno emulzijo. Dodani emulgatorji tvorijo micele okoli kapljic v dispergirani fazi in na ta način zmanjšujejo površinsko napetost med obema fazama. Na ta način ne prihaja do izločanja dispergirane od disperzijske faze.
Pri določenih živilih homogeniziranje vpliva na barvo živila. Tak primer je mleko.
Homogenizirano mleko ima večji svetlobni odboj in izrazitejšo belo barvo. Pri mnogih živilih se izboljšata tudi okus in aroma, ker so hlapne komponente dispergirane po celotnem živilu.
Pri večini živil pa homogenizacija nima vpliva na hranilno vrednost in obstojnost živila.
Naprave za homogenizacijo na splošno lahko razdelimo v štiri glavne tipe:
• mešalniki s hitro rotirajočimi mešali,
• tlačni homogenizatorji,
• koloidni mlini,
• ultrazvočni homogenizatorji.
delovanje tlačnih sil, kar še dodatno zmanjša velikost kapljic. Po tlačni homogenizaciji se velikost kapljic giblje med 0,1 in 0,2 µm.
Slika 7: Delovanje tlačnega homogenizatorja Vir: http://markets.tetrapak.com/ (13. 8. 2008)
Mnogokrat pa samo en prehod skozi homogenizacijski ventil ne zadostuje za razbijanje kapljic na želeno velikost. Premajhna velikost kapljic bo namreč povzročila ponovno sprijemanje le-teh. Ta problem se rešuje z uporabo dvostopenjske homogenizacije. Tekočina prehaja skozi prvi ventil pri visokem tlaku (med 14 in 70 MPa), skozi drugega pa pri relativno nizkem tlaku (2,5−7,0 MPa).
Tlačni homogenizatorji se precej uporabljajo pred pasterizacijo in sterilizacijo pri visokih temperaturah v proizvodnji mleka ter pri proizvodnji sladoleda, solatnih prelivov in nekaterih omak.
2.2.3 Koloidni mlini
Pri koloidnih mlinih predemulzija vstopa skozi ozko odprtino med stacionarnim delom mlina (stator) in rotirajočim delom mlina (rotor). Oba dela predstavljata vitalni del mlina in sta običajno gladka in iz inoksa. Velikost odprtine se giblje med 50 in 150 µm. Pri prehodu skozi odprtino pride do preloma kapljic dispergirane faze, ki se nato enakomerno porazdelijo po disperzijski fazi.
Slika 8: Koloidni mlin
Vir: http://www.premiermill.com/ (13. 8. 2008)
2.2.4 Ultrazvočni homogenizatorji
Kadar je tekočina izpostavljena ultrazvočnemu nihanju, visokofrekvenčni ultrazvočni valovi (18 do 30 kHz) povzročijo izmenični krog kompresije in napetosti tekočine. Posledica je kavitacija zračnih mehurčkov prisotnih v tekočini, zaradi česar pride do sproščanja energije.
Ta energija se nato uporabi za tvorbe emulzije z velikostjo kapljic v dispergirani fazi med 1 in 2 µm. V praksi poteka postopek tako, da se dispergirana faza emulzije doda disperzijski fazi.
Mešanica se nato prečrpa skozi homogenizator pri tlaku med 340 in 1.400 kPa.
Uporabljajo se v proizvodnji solatnih prelivov, sladoledov, pa tudi za dispergiranje praškastih snovi v tekočine.
2.3 DODATNO BRANJE
• Brennan, J. G. Food Processing Handbook. Weinheim: Wiley-VHC Verlag GmbH & Co.
KGaA, 2006.
• Fellows, P. Food Processing Technology: Principles and Practice. Chichester: Ellis Horwood Ltd, 1989.
• Fellows, P. Food Processing Technology: Principles and Practice. 2 izd. Coca Raton:
CRC press LLC, 2000.
• Ibarz, A., in Barbosa-Cánovas, G. V. Unit Operations in Food Engineering. Boca Raton:
CRC Press, 2002.
• http://markets.tetrapak.com.
• www.premiermill.com.
• www.separatorengineering.com.
• Kako delimo homogenizatorje?
• Pojasni, zakaj je tlak tako pomemben pri homogeniziranju?
• Kako deluje tlačni homogenizator?
• V čem so prednosti dvostopenjskega homogeniziranja?
• Razložite, v čem bi se razlikovalo homogenizirano in nehomogenizirano mleko?
• Opišite, kaj bi bila polna in kaj delna homogenizacija mleka.
3 MEŠANJE
Ena najpogostejših osnovnih operacij v živilstvu je nedvomno mešanje. Preklopite se na domišljijo in opišite način prehranjevanja, ki bi nam bil danes dostopen, če mešanja v živilski in prehrambeni industriji ne bi mogli uporabljati? Pojdite še korak naprej in poskušajte pojasniti, kaj je bil prvotni namen uvajanja mešanja v industrijo?
Če želimo mešanje enostavno definirati, lahko rečemo, da gre za osnovno operacijo, katere rezultat je enakomerna mešanica dveh ali več komponent. V mešanici so snovi porazdeljene druga med drugo, niso pa kemijske vezane. Prav tako mešanje nima nobenega konzervacijskega učinka na nastalo zmes. Vzporedno s tvorbo mešanic dosegamo z mešanjem še druge cilje:
• nadomeščanje mehanskega dela (priprava testa),
• pospeševanje prenosa toplote,
• pospeševanje raztapljanja trdnih snovi v tekočini,
• omogočanje lažjega poteka kemijskih in bioloških reakcij (fermentacija).
V praksi je potrebno, da vsako mešalno operacijo kakovostno opravimo v čim krajšem času in s čim manjšo porabo mešalne energije (dela). Zato bo najboljši mešalni postopek od različnih možnih tisti, ki bo dal ustrezno homogeno zmes v najkrajšem možnem času in z najmanjšo porabo mešalne energije. Mešalno energijo merimo s porabo kWh/kg zmesi ustrezne homogenosti.
Pogosto pa se moramo zadovoljiti s kompromisi glede na dosegljivo stopnjo homogenosti zmesi: bolj kot smo glede stopnje homogenosti zahtevni, daljši je potrebni mešalni čas in v zvezi s tem je tudi poraba energije večja.
V živilski industriji mešamo predvsem trdne snovi in tekočine.