Эмульсии

Эмульсии представляют собой особый вид дисперсной системы, дисперсная фаза и дисперсионная среда которых являются взаимно нерастворимыми или плохо растворимыми жидкостями.

Специфическим свойством эмульсии является образование дисперсной системы со сферическими частицами дисперсной фазы в широком диапазоне ее концентраций от 0,01 до 74%.

Другим специфическим свойствам эмульсий является их способность к образованию фаз.

Фаза – гомогенная, т.е. одинаковая, однородная во всех точках, система.

Рис. 2. Прямая эмульсия - М/В Рис. 3. Обратная эмульсия – В/М

В зависимости от состава дисперсной фазы и дисперсионной среды эмульсии могут быть прямыми и обратными.

Прямые эмульсии – дисперсия масла в воде.

Обратная эмульсия –дисперсия воды в масле.

В обратной эмульсии частицы воды распределены в масляной среде. Примером такой эмульсии является маргарин.

В зависимости от концентрации дисперсной фазы эмульсии могут быть разбавленными (V_об. ≤ 0,1%), концентрированными (0,1 < V_об. ≤ 74%) и высоконцентрированными (74% < V_об. ≤ 99%).

К последнему типу эмульсий относятся: маргарин, содержание масляной фазы в котором до 82%; сливочное масло – от 55 до 82%.

Значительная часть эмульсий относится к средне- и грубодисперсным системам, размеры частиц которых превышают 1 микрон; 1 микрометр. Например, майонез представляет собой концентрированную прямую эмульсию (М/В), где V_об. от 40 до 65%. Размеры жировых шариков от 1 до 10 микрон.

Устойчивость – эмульсий, определяющая время их жизни, является важным фактором, обуславливающим применение эмульсий. Эмульсии менее устойчивы, чем золи – они могут существовать сутками, месяцами, но не десятками лет.

Большинство эмульсий относится к лиофобным системам. Они не могут образовываться самопроизвольно, существуют ограниченное время и нуждаются в стабилизации.

Лиофобные эмульсии – нуждаются в повышении их агрегативной устойчивости. Её можно достичь введением веществ – эмульгаторов, способных придать эмульсии устойчивость.

Агрегативная устойчивость эмульсий – её устойчивость к процессам слияния капель с образованием агрегатов и с последующей их седиментацией (осаждением).

Разрушение и потеря агрегативной устойчивости проходят несколько стадий.

Эмульгаторы, порой, определяют не только устойчивость, но и тип эмульсий.

В зависимости от взаимодействия с жидкой фазой эмульгаторы могут быть гидрофильные и гидрофобные.

Гидрофобные эмульгаторы используют для получения эмульсий в пищевой промышленности.

Гидрофильные эмульгаторы наиболее распространены, и определяются как поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Например, такие ПАВ, как стеарат натрия (С₁₇Н₃₅СООNa) и аналогичные соли других металлов, других жирных кислот.

Они лучше растворяются в воде, чем в углеводах; способны придавать устойчивость прямым эмульсиям типа М/В.

Рис. 4. Схема нарушения агрегативной устойчивости эмульсий.

Рис. 5. Схема действия гидрофильных и гидрофобных эмульгаторов

Стабилизация обратных эмульсий (В/М) производится при помощи ПАВ, которые лучше растворяются в масле, чем в воде. При этом полярная группа молекулы ПАВ обращена к полярной жидкости, а неполярный радикал к неполярной.

Эффективность эмульсий можно охарактеризовать соотношением между гидрофильной и гидрофобной частями.

Уравновешивание гидрофильного и липофильного взаимодействий или гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) определяет условие эмульгирования. ГЛБ является безразмерной величиной и определяется по формуле:

ГЛБ = (b + ψ + υ)/а, где

b – безразмерный параметр, зависящий от природы ПАВ;

Ψ – свободная энергия взаимодействия в расчете на одну –СН_2- группу;

υ – число групп –СН_2- в углеродном радикале;

а – сродство полярной группы молекулы ПАВ к воде.