6.3. Приготовление эмульсий

Некоторые жидкости трудно или совсем невозможно смешать. К ним относятся вода и жиры, вода и эфирные масла и др. Смеси таких веществ называются эмульсиями и потребность в них бывает очень велика. Барьер несмешиваемости удается преодолеть благодаря кавитационным процессам в ультразвуковом поле и получить эмульсии с размерами частиц менее 1...5 мкм. Эмульсии со столь малым размером частиц являются устойчивыми и не расслаиваются в течении нескольких часов, суток и даже месяцев.

Рассмотрим кратко области применения эмульсий.

1. В производствах, связанных с механической обработкой металлов эмульсии используются в качестве охлаждающих и смазывающих жидкостей. Эмульсии используются для получения высококачественных красок, лаков, шпаклёвочных материалов и т.п.

2. В фармакопеи эмульсии имеют ряд преимуществ перед другими лекарственными формами одного и того же вещества: они быстро всасываются в организм при любом способе введения, смягчают раздражающее действие лекарственных веществ на слизистые оболочки, в форме эмульсий ускоряется процесс гидролиза жиров ферментами желудочно-кишечного тракта [33].

3. В пищевой промышленности и домашнем хозяйстве введение жира в виде эмульсий в фарш позволяет увеличить их водосвязывающую способность, улучшает качество фарша и производимых из него продуктов (например, колбас). Многие вещества в домашнем хозяйстве используются в виде эмульсий, например, различные майонезы, маргарины, кетчупы и т.п.

4. Дробление жировых частиц молока до микроскопических размеров, т.е. получение мелкодисперсной жировой эмульсии, почти на треть повышает питательную ценность молока.

5. Введение в тесто жировых эмульсий вместо жира улучшает качество хлебобулочных изделий [34]. Жировые эмульсии могут использоваться для смазки форм и листов в хлебопечении, сохраняя до 90% используемого в настоящее время жира.

6. В парфюмерном производстве очень эффективным является использование ароматических эмульсий эфирных масел.

Далее рассматриваются вопросы практического получения различных эмульсий с помощью фитомиксера "АЛЁНА".

Приготовление лекарственных эмульсий. Получение лечебных эмульсий, заключающееся в равномерном распределении лекарственного жидкого препарата в воде, является в обычных условиях сложной задачей. Однако, лечебные свойства эмульсий, отмеченные ранее, вынуждают идти на создание специальных установок для получения эмульсий.

Используемые в настоящее время механические миксеры позволяют получать необходимые эмульсии, однако эти эмульсии являются неустойчивыми, и не обладают рядом ценных лечебных свойств. В таблице 6. 2., в качестве примера, приведены данные об устойчивости наиболее широко используемых эмульсий, полученных механическим путем и с помощью электронного фитомиксера "АЛЁНА".

Из приведенной таблицы следует, что устойчивость эмульсий полученных с применением ультразвука много выше, чем полученных обычным способом.

Таблица 6.2

Устойчивость эмульсий

Ещё одним важнейшим достоинством является сверхтонкое дробление лекарственного препарата (до 0,1...0,05 мкм), изменяющее его свойства настолько, что становится возможным неспецифический путь введения в организм. Например, полученная по ультразвуковой технологии камфорная эмульсия оказывается пригодной для внутривенного введения, а кукурузное масло для парентерального питания [22]. Приготовленная с помощью ультразвука эмульсии оливкового масла в воде (в качестве эмульгатора использован лицитин) оказывается лишенной токсических свойств и способности вызывать жировую эмболию [30].

При приготовлении лекарственных эмульсий с помощью фитомиксера необходимо учитывать, что для каждого вещества существует предельная концентрация получаемой эмульсии. Максимальная концентрация эмульсий, получаемых с помощью ультразвука без применения стабилизирующих веществ, обычно не превышает 15% (максимальная концентрация эмульсий, получаемых механическим взбиванием меньше 15%). Применение стабилизаторов (эмульгаторов) позволяет получать эмульсии с концентрацией более 50%.

Эта зависимость характерна в основном для эмульсий типа вода/масло, которые менее устойчивы. Полученные с помощью ультразвука эмульсии масел в воде сохраняют свою стабильность в течении нескольких месяцев и без эмульгаторов.

При получении эмульсий эфирных масел: розового, укропного, мятного, пихтового, бархатцев и т.п. эмульгаторы не используются, так как в составе масляной фазы имеется достаточное количество эмульгирующих природных компонентов - спиртов. Далее, в качестве примера, приведены характеристики эмульсии пихтового масло, получаемого с помощью электронного фитомиксера.

Таблица 6.3.

Устойчивость эмульсии пихтового масла в зависимости
от времени ее приготовления

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в домашних условиях и в аптечном производстве, с помощью фитомиксера "АЛЁНА", возможно готовить устойчивые эмульсии эфирных масел - концентраты, используемые для получения ароматических вод и принятия лечебных ванн, т.к. эмульсии легко разбавляются водой.

При получении лечебных масел: касторового, рыбьего жира, персикового, абрикосового, вазелинового, шиповникового и других, применение стабилизирующего вещества (например, поливинилового спирта в количествах, менее 1%) позволяет получать более мелкодисперсные и более устойчивые эмульсии, чем без стабилизаторов.

При использовании касторового масла за 1 минуту обработки удается получить устойчивые эмульсии с концентрацией до 10% без применения стабилизаторов. Эмульсия с концентрацией более 10% получается грубодисперсной и расслаивается в течении нескольких часов.

Эмульсия касторового масла приготавливается с целью корригирования вкусовых качеств масла для внутреннего применения в педиатрической практике. Полученная в результате ультразвуковой обработки эмульсия приятна на вкус, по виду напоминает молоко и устойчива в течении нескольких часов.

Аналогичные результаты получаются при приготовлении эмульсии рыбьего жира. Эмульсия полностью утрачивает неприятный вкус и запах рыбьего жира.

Приготовление эмульсий облепихового и шиповникового масел для внутреннего и наружного потребления в объемах 200...300 мл. осуществляется путем обработки в течении 1...2 минут.

С помощью ультразвука удается получить важные в биологическом отношении высокодисперсные эмульсии камфары и йода в воде.

Максимальная концентрация камфары за 30 мин обработки составляет 0,6 г на 100 мл воды, что в шесть раз превосходит растворимость этого вещества в воде при комнатной температуре. За 20 минут обработки получается примерно такая же по концентрации эмульсия (гидрозоль) йода. Как следует из приведенной далее таблицы 6. 4., концентрация эмульсии при более продолжительной обработке не нарастает [39].

Таблица 6. 4.

Предельные концентрации эмульсий камфары и йода

В домашних условиях и аптеках можно приготавливать также:

- жидкость Шинкаренко (4,5 части рыбьего жира, 4,5 части воды, 1 часть поливинилового спирта) для наружного применения, хорошо распределяющуюся по поверхности мокнущих ожоговых ран,

- водно - вазелиновую эмульсию, стабилизированную поливиниловым спиртом ( 4,0 : 4,0 : 2,0), используемую как наружное защитное средство,

- для внутреннего и наружного потребления можно получать эмульсии мугроля, альбихтола, сульфидно - стрептоцидовую, стрептоцидовую, синтомициновую, нафталанской нефти, лечебных грязей и др.

При приготовлении эмульсий лечебных масел необходимо учитывать следующее.

1. Устойчивость эмульсий неодинакова и убывает в следующей последовательности: эфирные масла - рыбий жир - персиковое масло - касторовое масло - вазелиновое масло.

2. Эмульсии эфирных и лечебных масел наиболее устойчивы при их получении при 40 - 45 градусах Цельсия.

3. С помощью ультразвука трудно получить эмульсии высокой концентрации из очень вязких жидкостей: ланолина, глицерина и т.п.

4. При приготовлении эмульсий рабочий инструмент колебательной системы рекомендуется располагать по возможности ближе к границе раздела масло - вода.

5.Во избежании загрязнения стакана миксера трудноудаляемыми маслами рекомендуется приготавливать эмульсии в стеклянной посуде (например, стандартных стеклянных банках, стаканах и т.п.).

Приготовление пищевых эмульсий. Эмульгирование с помощью ультразвука является наиболее эффективным способом получения эмульсий, и в том числе эмульсий из животных и растительных жиров. Анализ возможностей получения и применения эмульсий позволяет рекомендовать их для производства вареных колбасных изделий, вводя жировые эмульсии в фарш колбасных изделий вместо жира-сырца. Добавление в фарш эмульсии свиного жира позволяет увеличить его водосвязывающую способность и, следовательно, повысить выход продукции и улучшить её качество.

Используемые в этом случае эмульсии являются высококонцентрированными и поэтому при их получении необходимо использовать мощные стабилизирующие вещества с длинными молекулами, придающими эмульсиям высокую устойчивость.

Наиболее доступным и эффективным эмульгирующим и стабилизирующим веществом является желатин. Разрушение в результате УЗ воздействия структуры раствора желатина способствует эффективной стабилизации эмульсии, т.к. отдельные капельки жира попадают внутрь ячеек сплошной сетки. Благодаря способности обломков структуры желатина к быстрому сращиванию, мельчайшие капельки жира остаются внутри ячеек восстановленной сетки и после снятия ультразвукового воздействия.

Технология получения жировых эмульсий заключается в последовательном получении с помощью фитомиксера раствора желатина и постепенном введении в раствор эмульгируемого расплавленного жира.

Максимальная эмульгирующая эффективность наблюдается при содержании желатина от 0,25% до 1,0%. Дальнейшее увеличение концентрации желатина не дает существенного эффекта, поэтому применение желатина в концентрациях более 0,75...1,0 нецелесообразно.

При отсутствии желатинового раствора можно использовать в качестве стабилизатора эмульсий бульоны, получаемые при выварке кости или варке ветчинных изделий.

Еще одним из самых доступных стабилизаторов является обезжиренное порошковое молоко. В этом случае для приготовления эмульсии свиного жира с концентрацией до 30% необходима концентрация порошкового молока до 10%. Получаемая при этом эмульсия является однородной и устойчивой в течении длительного времени.

Авторами работы [40] показано, что введение жировых эмульсий при производстве сосисок позволяет резко сократить выдержку мяса в рассоле, снизить затраты труда и использовать в производстве сборный и костный жиры. По данным, приведенным в той же работе, питание больных колбасными изделиями, содержащими жировые эмульсии, дает положительные результаты при лечении заболеваний печени и желчного пузыря. Кроме того, при введении в фарш высокодисперсной жировой эмульсии можно получать высококачественный готовый продукт из дефростированного мяса без предварительной выдержки в посоле.

Эмульгирующее действие ультразвука используется также для получения ароматических эмульсий в пищевой промышленности. В настоящее время широко используются маслянистые экстракты пряностей вместо порошкообразных специй. Высокая ароматичность экстрактов позволяет вводить их в количестве, в 20...30 раз меньшем, чем при использовании натуральных пряностей. Водные эмульсии получают из экстракта (например, душистого перца) при требующихся соотношениях воды и экстракта. Получаемые эмульсии сохраняют стабильность в течении нескольких недель м даже месяцев. В таблице 6. 5. приведены данные о приготавливаемой с помощью ультразвука эмульсии экстракта душистого перца.

При приготовлении эмульсий из экстрактов специй не следует предпринимать специальных мер охлаждения обрабатываемой жидкости, т.к. интенсивность запаха душистого перца не уменьшается при нагревании эмульсии до 100 градусов и даже при её кипячении.

Таблица 6. 5.

Приготовление эмульсии экстракта душистого перца

Кроме перечисленных достоинств следует отметить, что жировые эмульсии, залитые в консервные банки не вызывают их коррозии.

Введение жировых эмульсий вместо жира в хлебобулочные изделия (5% подсолнечного масла ) повышает их качество. Так по данным [31] удельный объем хлеба увеличивается в этом случае в 1,3 раза, пористость в 1,1 раза, сжимаемость в 1,11 раза.

В настоящее время способ ультразвукового получения эмульсий с помощью электронного фитомиксера "АЛЁНА" может применяться при изготовлении смесей различных пищевых продуктов для получения плавленого сыра, сливок, сахарных сиропов, маргарина, фруктовых и овощных напитков, майонезов (на яичном порошке), эмульсии какао при приготовлении шоколада [40 - 45].

Во всех перечисленных случаях применение эмульсий, полученных с помощью ультразвука, дает положительные результаты.

Приготовление и применение технологических эмульсий. В данном подразделе приводятся несколько примеров, призванных показать не только эффективность жировых эмульсий, но и наметить возможные области их использования.

1. Мясная промышленность выпускает большое количество технических животных жиров. Одним из наиболее эффективных путей использования технических животных жиров является применение их эмульсий в качестве смазочного материала, например при прокатке стальных лент. В этом случае эмульсии дешевых жиров способны заменить какие дорогостоящие смазочные материалы, как пальмовое и касторовое масла. Коэффициент вытяжки при холодной прокатке стальных лент с использовании 5% эмульсии говяжьего жира оказался выше, чем при использовании чистых касторового и пальмового масел [27].

2. Смазочные свойства эмульсии говяжьего жира (5% концентрации) оказываются выше, чем смазочные свойства применяемой сегодня в промышленности эмульсии минерального масла -стандартного эмульсола Б.

3. Применение ультразвука позволяет получать эмульсии толуола, керосина, дибутилфталата, ртути, различных инсектицидов, обладающих повышенным обеззараживающим действием и др.. При приготовлении различных эмульсий в производственных условиях наиболее эффективным является способ с применением "полуволновых объемов". При реализации этого способа высота столба каждой несмешивающейся жидкости равняется половине длины ультразвуковой волны. Способ особенно эффективен при нахождении слоя воды полуволнового размера (приблизительно 3,5 см или кратная ей величина) над эмульгируемым веществом.