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Gli emulsionanti, come additivi alimentari per il condizionamento, svolgono un ruolo importante nell'industria alimentare. Diamo un'occhiata al meccanismo d'azione degli emulsionanti!

Emulsione

L'emulsione comune negli alimenti è costituita da acqua o soluzione acquosa, collettivamente definita fase idrofila; l'altra fase è una fase organica immiscibile con l'acqua, nota anche come fase lipofila. Due liquidi immiscibili, come acqua e olio, possono formare due tipi di emulsioni quando miscelati, ovvero emulsioni acqua in olio (O/A) e acqua in olio (A/O).

In un'emulsione acqua in olio, l'olio viene disperso in minuscole goccioline nell'acqua, con le goccioline di olio come fase disperdente e l'acqua come mezzo disperdente. Ad esempio, il latte vaccino è un'emulsione O/A; nelle emulsioni acqua in olio, avviene il contrario. L'acqua viene dispersa in minuscole goccioline nell'olio, con l'acqua come fase disperdente e l'olio come mezzo disperdente. Ad esempio, il burro artificiale è un tipo di emulsione A/O.

Il meccanismo d'azione degli emulsionanti

Gli emulsionanti alimentari, noti anche come tensioattivi, sono sostanze che convertono liquidi immiscibili in fasi uniformemente disperse (emulsioni). Aggiunti agli alimenti, possono ridurre significativamente la tensione interfacciale tra olio e acqua, consentendo agli oli immiscibili (sostanze idrofobiche) e all'acqua (sostanze idrofile) di formare emulsioni stabili come additivi alimentari.

Da un lato, gli emulsionanti formano un sottile strato molecolare sulle superfici di fase reciprocamente repulsive, riducendo l'energia libera superficiale dell'intero sistema e formando nuove interfacce. Le molecole emulsionanti presentano gruppi funzionali idrofili e oleofili, che possono adsorbirsi sulle superfici di fase reciprocamente repulsive di olio e acqua, formando un sottile strato molecolare e riducendo la tensione interfacciale tra le due fasi. In altre parole, la parte oleofila della molecola di olio e l'emulsionante si trovano da un lato, e la parte idrofila della molecola di acqua e l'emulsionante si trovano dall'altro lato. Questa interazione tra i due provoca una variazione della tensione interfacciale;

D'altra parte, formando uno strato protettivo di adsorbimento sulla superficie della goccia, le conferisce una forte stabilità spaziale. Più emulsionanti vengono aggiunti, maggiore è la diminuzione della tensione interfacciale. Ciò consente a sostanze precedentemente immiscibili di essere miscelate uniformemente, formando un sistema disperso omogeneo che modifica lo stato fisico originale, migliorando così la struttura interna dell'alimento e migliorandone la qualità.
Valore di equilibrio idrofilo e oleofilo

Generalmente, gli emulsionanti con forte idrofilia formano emulsioni olio/acqua, mentre gli emulsionanti con forte idrofilia formano emulsioni acqua/olio. Per indicare l'equilibrio idrofilo e lipofilo degli emulsionanti, si utilizza solitamente il valore HLB (valore di equilibrio idrofilo-lipofilo), e il valore HLB è utilizzato per rappresentare l'idrofilia degli emulsionanti. Esistono diversi metodi di calcolo per il valore HLB.

Formula di differenza: HLB=idrofilia del gruppo idrofilo - idrofobicità del gruppo lipofilo

Formula del rapporto: HLB=idrofilia del gruppo idrofilo/idrofobicità del gruppo oleofilo

Il valore HLB di ciascun emulsionante può essere determinato con metodi sperimentali. Per gli emulsionanti con lipofilia al 100%, il loro HLB è 0 (rappresentato dalla cera di paraffina), mentre per quelli con idrofilia al 100%, il loro HLB è 20 (rappresentato dall'oleato di potassio), suddiviso in 20 parti uguali per indicare l'intensità della loro idrofilia e oleofilia. Maggiore è il valore HLB, maggiore è l'idrofilia, mentre minore è il valore HLB, maggiore è l'oleolicità.

La stragrande maggioranza degli emulsionanti commestibili sono tensioattivi non ionici con valori HLB compresi tra 0 e 20. I diversi valori HLB e le relative proprietà degli emulsionanti non ionici sono riportati nella tabella; il valore HLB dei tensioattivi ionici è compreso tra 0 e 40. Pertanto, gli emulsionanti con valori HLB < 10 sono principalmente lipofili, mentre gli emulsionanti con valori HLB ≥ 10 hanno caratteristiche idrofile.

Per gli emulsionanti misti, i loro valori HLB hanno proprietà additive. Pertanto, quando due o più emulsionanti vengono miscelati e utilizzati, il valore HLB dell'emulsionante misto può essere calcolato in base alla frazione in massa di ciascun emulsionante nella sua composizione:

HLBa,b =HLBa·A%+HLBb·B%

Nella formula,

HLBa, b è il valore HLB dell'emulsionante a, b miscelati insieme;

HLBa e HLBb sono i valori HLB degli emulsionanti a e b, rispettivamente;

A% e B% sono rispettivamente le percentuali di contenuto di a e b nell'emulsionante miscelato (questa formula si applica solo agli emulsionanti non ionici).
Metodi di preparazione e fattori influenzanti degli emulsionanti

Esistono quattro metodi per preparare gli emulsionanti: il metodo del gel secco, il metodo del gel umido, il metodo della miscelazione della fase olio-acqua e il metodo meccanico.

Metodo del gel secco, che prevede l'aggiunta di acqua a una fase oleosa contenente emulsionanti. Durante la preparazione, la polvere di gomma (emulsionante) viene prima miscelata uniformemente con l'olio, viene aggiunta una certa quantità di acqua, macinata ed emulsionata fino a ottenere il colostro, quindi diluita con acqua fino al raggiungimento dell'intera quantità.

Metodo del gel umido, che prevede l'aggiunta di olio a una fase acquosa contenente emulsionanti. Durante la preparazione, il gel (emulsionante) viene prima disciolto in acqua per formare una sospensione come fase acquosa. Quindi, la fase oleosa viene aggiunta gradualmente alla fase acquosa, macinata fino a ottenere il colostro e aggiunta di acqua fino a raggiungere l'intera quantità.

Mescolare le fasi oleosa e acquosa e aggiungerle all'emulsionante, mescolando una certa quantità di olio e acqua. Macinare la gomma arabica in un mortaio, quindi macinare rapidamente la miscela olio-acqua fino a ottenere il colostro e diluire con acqua.

La preparazione degli emulsionanti consiste principalmente nell'emulsionare due liquidi e la qualità dell'emulsione ha un impatto significativo sulla qualità dell'emulsione stessa.

I fattori che influenzano l'emulsione includono principalmente la tensione interfacciale, la viscosità e la temperatura, il tempo di emulsione e la quantità di emulsionante utilizzato. Generalmente vengono selezionati emulsionanti in grado di ridurre significativamente la tensione interfacciale; la temperatura di emulsione più adatta per gli emulsionanti è di circa 70 °C. Se si utilizzano tensioattivi non ionici come emulsionanti, la temperatura di emulsione non deve superare la loro temperatura di picco; maggiore è la quantità di emulsionanti utilizzati, più stabile sarà l'emulsione formata.

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