Эмульсии, микроэмульсии и пены. Производство и применение презентация

Содержание

Что такое коллоидная химия пищевых производств? Коллоидная пищевая химия это область, объединяющая биохимию, физическую химию и химическую технологию и изучающая состав и строение пищевых продуктов, процессы, способствующие их порче

Слайд 1Эмульсии, микроэмульсии и пены:
производство и применение

Слайд 2Что такое коллоидная химия пищевых производств?


Коллоидная пищевая химия это область, объединяющая

биохимию, физическую химию и химическую технологию и изучающая состав и строение пищевых продуктов, процессы, способствующие их порче и сохранности, и основные принципы их производства..

Слайд 3



Что такое пищевые технологии?


Пищевые технологии это методы выбора сырья, приготовления, сохранения,

обработки, упаковки, доставки и использования безопасной и питательной пищи.

Слайд 4

Чем занят коллоидный химик в пищевом производстве?
Он изучает физические, микробиологические

и химические аспекты производства пищевых продуктов. Коллоидный химик – универсал, который может разрабатывать новые способы создания, обработки, консервирования, упаковки и хранения пищевых продуктов в соответствии с производственными и государственными стандартами.

Слайд 5профессия:
химик-технолог
исследователь-разработчик
работодатели:
производители пищевых продуктов
производители и поставщики сырья
академические институты и вузы
исследовательские производственные лаборатории
консалтинг
содержание

работы:
разработка методов производства и анализа продукции и упаковки
изучение влияния процессов производства на внешний вид, вкус, аромат, свежесть, содержание полезных веществ в готовой продукции
тестирование на безопасность и соответствие стандартам, разработка новых экспериментальных видов пищевой продукции, добавок и консервантов

Слайд 6Пищевая коллоидная химия
Пищевая коллоидная химия изучает :
состав и строение исходного пищевого

сырья
строение конечных продуктов пищевого производства
структурные и физикохимические изменения пищевых композиций в процессе приготовления, обработки и хранения

Слайд 7ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Пищевые дисперсии
1. Истинные растворы
2. Коллоидные растворы (золи)
3. Эмульсии
4. Пены
5. Гели
 

Слайд 8ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Истинные растворы
Размер частиц < 1 нм в

жидкости.
Примеры: раствор сахара, чай, кола, маринад.
 
Суспензии и золи (коллоидные растворы)
Размер частиц 10-100 нм.
Примеры: обезжиренное молоко, кефир, кофе, нефильтрованное
пиво, горячие растворы желатина, агарозы
 

Слайд 9Пищевые эмульсии
Многие пищевые продукты представляют собой стабильные смеси воды и жира.
Масло,

салатные соусы, мороженое и многие другие продукты это пищевые эмульсии различного типа.

Слайд 10



Пищевые эмульсии
Системы из двух несмешивающихся жидкостей называются эмульсиями. Размер частиц

= 10-100 микрон.
Примеры: сливочное масло (в/м), маргарин (в/м), майонез (м/в), салатные заправки (м/в), молоко (м/в), сливки (м/в), cырный соус (м/в).









вода

H O

H O

H O

H O

прямые
масло-в-воде

обратные
вода-в-масле

2

2

2

2

масло

Слайд 11Эмульсии
Чтобы смесь масла и воды была устойчивой и не разделалась, добавляют

эмульгатор (стабилизатор), понижающий межфазное натяжение.
Эмульгатор это дифильное соединение, которое стабилизирует капли масла в воде за счет адсорбции на их поверхности.
(Макро)эмульсии – размер частиц > 1 мкм (кинетически устойчивые)
Микроэмульсии – размер частиц < 200 нм (термодинамически устойчивые)












Слайд 12CАМАЯ ВАЖНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭМУЛЬСИИ – УСТОЙЧИВОСТЬ!
увеличение размера капель
расслоение
фазовое разделение

коалесценция
флокуляция
оствальдовское


созревание

изменение состава среды и
внешних условий

гравитационное разделение
(водная флотация, центрифугирование)

мембраны, нагревание, добавки
(ПАВ, энзимы)


Слайд 131. размер частиц дисперсной фазы
2. вязкость дисперсной среды
3. концентрация дисперсной фазы
4. различие в плотности дисперсной

среды и дисперсной фазы

Факторы устойчивости:

Слайд 14Воздействия, приводящие к потере устойчивости
физические:
механическое перемешивание
центрифугирование
фильтрация
ультразвук
нагревание
разрушение в электрическом поле:
коалесценция капель

воды
миграция заряженных частиц эмульгатора к электродам

химические:
инверсия (изменение растворимости стабилизатора)
деэмульгирование (вытеснение стабилизатора другим ПАВ)
изменение/разрушение стабилизатора

Слайд 15способность снижать поверхностное натяжение ниже 10 дин/см
способность быстро адсорбироваться на межфазной

границе
эффективное действие при низких концентрациях
химическая устойчивость
отсутствие запаха и вкуса
отсутствие токсичности
экономичность

Необходимые свойства:


натуральные эмульгаторы:

Слайд 17Span 60 (сорбитан моностеарат)
Tween 60 (полиоксиэтилен 20 сорбитан моностеарат)

Слайд 18МАЙОНЕЗ
Майонез это пример прямой эмульсии масла в воде (масла в растворе

уксусной кислоты).
Основные ингредиенты майонеза:
Большое количество растительного масла (дисперсная фаза)
Небольшое количество разбавленного раствора кислоты (непрерывная дисперсная среда), например, уксуса или лимонного сока
Яичный желток (эмульгатор)
Другие ингредиенты (соль, перец, приправы)

Слайд 19Яичный белок содержит лецитин (фосфатидилхолин), природный эмульгатор.
Молекулы лецитина адсорбируются на

каплях масла, образуя защитную оболочку, которая препятствует их слиянию и удерживает масло в дисперсной фазе.
Молекула лецитина содержит полярный фрагмент, растворимый в воде, и неполярный, растворимый в масле. Такая структура предотвращает разрушение эмульсии. Различий в эмульгирующей способности яичного порошка и свежего желтка практически нет. Почему?
Кроме лецитина, в яичном желтке есть и другие эмульгаторы, липопротеины и белки.

Полярный
фрагмент

Неполярный фрагмент

Слайд 20
примерно 50% воды, 17% белка (в основном ововителлин), 33% липидов (триглицериды,

лецитин и холестерин)
минералы: железо, фосфор, кальций, магний, йод, медь и цинк
витамины A, D, B12, E, биотин, холин, фолиевая кислоты, инозитол (В8), пантотеновая кислота, пиридоксин и тиамин
кстантофилл: желтый пигмент

2.4

Слайд 21
Триглицериды (нейтральные жиры)

олеиновая
пальмитиновая
линолевая
стеариновая
другие






65.5%

11%
Фосфолипиды
28.3%
лецитин

(фосфатидилхолин) 73%
цефалин (фосфатидилэтаноламин) 15%
лизфосфатидилхолин 5.8%
сфингомиелин 2.5%
лизофосфатидилэтаноламин 2.1%
плазмалоген 0.9%
фосфолипид инозитола 0.6%







Слайд 24ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ МЕШАЛКИ
ГОМОГЕНИЗАТОРЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
КОЛЛОИДНЫЕ МЕЛЬНИЦЫ
ПОГРУЖНЫЕ УЛЬТРАДИСПЕРГАТОРЫ
УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ДИСПЕРГАТОРЫ
МЕМБРАННЫЕ ФИЛЬТРЫ


Слайд 25СИСТЕМА РОТОР-СТАТОР
(МЕШАЛКИ


ГОМОГЕНИЗАТОР
ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
**МИКРОФЛЮИДНЫЕ СИСТЕМЫ

КОЛЛОИДНАЯ МЕЛЬНИЦА

Слайд 26погружной гомогенизатор
с высоким сдвиговым усилием
мембранная фильтрация


ультразвуковой гомогенизатор

Слайд 27Пена это устойчивая коллоидная система, в которой частицы газа распределены в

жидкой или твердой фазе.
Примеры пищевых пен: мороженое, взбитые сливки, зефир, безе, пирожное макарон, суфле.

Слайд 28© 2007 INSTITUTE OF FOOD TECHNOLOGISTS
Устойчивая пена образуется при взбивании жидкости

со стабилизатором, которая захватывает пузырьки воздуха и удерживает их в «камерах», стенки которых образованы пленками жидкости.

По мере увеличения содержания воздуха в пене, коллоидная дисперсная система увеличивается в объеме.

Слайд 29 
1. поверхностное натяжение
2. концентрация выделенной фазы
3. наличие пенообразователя
4. вязкость жидкости (чем выше вязкость, тем

стабильнее пена)
5. толщина адсорбционного слоя (наличие стабилизатора)

Слайд 30Белковая пена используется для приготовления печенья меренги, суфле, диетических омлетов, белковых

бисквитов. Продукты из белковой пены очень легкие и пористые («воздушные» -содержат большое количество воздуха). Angel food – «пища ангелов».

Белковая пена это коллоидная система, состоящая из пузырьков воздуха, стабилизированных белком альбумином, денатурировавшим в процессе взбивания.




денатурация – изменение строения белка под действием внешних факторов

денатурация

нормальная структура

денатурированная структура

Слайд 31Чтобы приготовить устойчивую белковую пену, яичные белки взбивают венчиком или электрическим

миксером до появления пены. Затем добавляют кислоту (например, тартрат калия Е336) и соль.
Эти ингредиенты не добавляют в начале взбивания, потому что они замедляют пенообразование!
Затем взбивание продолжают до тех пор, пока пена не увеличится в объеме. Одновременно пузырьки воздуха становятся меньше и более равномерно распределяются по всему объему пены.

Слайд 32Несколько факторов влияют на стабильность образующейся пены. Наиболее важные:
Жир: Добавление даже

небольшого количества жира препятствует образованию пены. Именно поэтому так важно тщательно отделять желток от белка перед взбиванием пены, поскольку желток содержит жир.
Соль: соль добавляют к белку для придания вкуса, при этом соль замедляет пенообразование.
pH: добавление соли винной кислоты снижает рН пены до изоэлектрической точки альбумина (белки состоят из аминокислот, аминокислоты - цвитерр-ионные соединения!). В изоэлектрической точке белки менее устойчивы из-за потери способности к электростатическим взаимодействиям и легче денатурируют.

Слайд 33Температура: белковая пена образуется и достигает большего объема быстрее из белка,

отделенного при комнатной температуре, чем из яиц, хранившихся в холодильнике. В то же время, устойчивость пены, полученной при комнатной температуре, не так высока, как устойчивость пены из охлажденных белков.
Сахар: сахар добавляют во время взбивания или перед ним, поскольку он позволяет получить однородную устойчивую пену. Такая пена будет истощаться и опадать медленно (сахар ингибирует синерезис). Сахар повышает устойчивость пены за счет растворения в воде и ее удержания в пене. В то же время сахар увеличивает время взбивания пены, так как его присутствие замедляет денатурацию белка.

Слайд 34Полутвердое состояние системы, образованной из двух взаимнопроникающих непрерывных фаз. Результат золь-гель

перехода.
Протяженная фаза (пространственная сеть) из соединенных друг с другом частиц и или макромолекул пронизывает протяженную жидкую фазу, например, водную.  
Примеры: желе

Слайд 36Гели это более или менее жесткие коллоидные системы. Сеть из частиц

удерживает жидкость и придает гелю форму (жидкость не течет).
В пищевой индустрии и домашней кулинарии гели получают с помощью яичного белка или белков злаков (пшеницы, сои и т.д.) для приготовления таких продуктов как пудинги, тесто и т.п. Желатин, белок животного происхождения из костей и кожи, один из самых широко употребимых желирующих агентов.
Некоторые углеводы, такие, как альгинат натрия, крахмал и пектин, также образуют пищевые гели.

Слайд 37Альгинат натрия это соль альгиновой кислоты, полисахарида, который получают из бурых

водорослей и который является структурным компонентом их клеточных мембран.
Альгинат натрия используется в пищевой индустрии благодаря своим свойствам загустителя, стабилизатора и желирующего агента.
Альгинат натрия используется для производства некоторых видов мороженого, фруктовых наполнителей для выпечки и печенья. Один из основных желирующих агентов японской и южно-азиатской кухни.

Слайд 38Альгинатные гели, использующиеся в пищевых продуктах, получают из альгината натрия. Однако,

сам по себе он не образует гелей.
Для того, чтобы получить альгинатный гель, необходимо добавить двухвалентные «сшивающие» катионы, такие, например, как Ca2+.
Как только альгинат натрия добавляют в раствор хлористого кальция, катионы кальция (Ca2+) замещают катионы натрия (Na+) и сшивают полимерные полисахаридные цепи между собой, связывая кислотные группы соседних цепей.











CO2-

CO2-

CO2-

CO2-

CO2-

CO2-

CO2-

CO2-

CO2-

CO2-

Слайд 39Катионы кальция способны сшить соседние цепи потому, что они образуют с

кислотными группами две связи, в то время, как катионы натрия образуют только одну, связывая одну кислотную группу.
Чем дольше альгинат находится в растворе хлористого кальция, тем больше поперечных связей образуется, и тем тверже становится гель.
Кроме того, в зависимости от концентрации катионов кальция, образующийся гель может быть термообратимым (превращаться в жидкость при нагревании) или нет. Низкие концентрации – термообратимый, высокие – нет.
Другие термообратимые гели – агар-агар (смесь агарозы и агаропектина).

Слайд 40Вы думаете, перец в оливках это только перец?
Давайте посмотрим на ингредиенты

поближе…

Слайд 41Взбитый шоколад– как это работает?!?!


Слайд 42Плитка шоколада
какао-масло
растительный лецитин (по данным лабораторного анализа, очищенный лецитин из ГМО-сои

не отличается от «натурального»!)

Сок

Вода (полярная)

лимонная кислота (полярная/ионная)


Воздух (N2, O2)

Основные компоненты

Слайд 43Creme Chantilly – приготовление


Слайд 44Смесь сока и шоколада плавят при высокой температуре
Смесь до сих

пор гетерогенна.

Внутри миски: химические соединения не смешаны однородно

Слайд 45По мере перемешивания, лецитин агрегирует за счет гидрофобных взаимодействий.
Неполярные молекулы

воздуха (N2, O2) захватываются и удерживаются внутри лецитиновой сферической мицеллы.
В результате образуются воздушные пузыри.

Слайд 46При длительном перемешивании пузыри «схлопываются», молекулы газа испаряются. Происходит обращение эмульсии

и гидрофильные фрагменты лецитина образуют обратные мицеллы. Эти мицеллы удерживают воду и растворенную кислоту. Крем-суфле готов!

жирный шоколад

Слайд 48Определение: процесс полимеризации, в котором мономер или смесь мономеров подвергается диспергированию

в жидкой фазе с помощью механического перемешивания. Жидкая дисперсная фаза обычно водная, капли мономера полимеризуются в дисперсной фазе. Используется в основном для полимеризации ПВХ.

Слайд 49Если мономер нерастворим в воде, объемная полимеризация может осуществляться в каплях

суспензии, образующейся при механическом диспергировании мономера.
При таком способе полимеризации вода выступает в роли среды, поводящей тепло к реакционным центрам.

Слайд 50Передача тепла – основная движущая сила суспензионной полимеризации. Мономер должен быть
1)

нерастворим в воде или
2) плохо растворим, так, чтобы конечный продукт был нерастворимым и выпадал в осадок.

органическая
фаза

водная
фаза

капля мономера

полимерная частица

Слайд 51Внутри капель мономера процесс протекает также, как и при полимеризации в

объеме раствора. Поскольку капли имеют размер всего 10-100 микрон в диаметре, можно достичь более высокой скорости реакции, чем в объеме раствора, без кипячения реакционной смеси.
Продукт – полимерные сферы.

Слайд 52Западные страны - 108 тонн/год
30% всех полимеров получают свободнорадикальной полимеризаций
эмульсионная полимеризация

- 40-50%

Впервые была использована во время Второй Мировой войны для производства синтетической резины

Сегодня с помощью эмульсионной полимеризации получают: полиметилметакрилат (оргстекло), ПВХ, ПВДХ, полистирол, фторопласты, ПВA, этиленвинилацетат, стиролбутадиен, хлоропрен и т.д.

Слайд 53Вода (дисперсная среда)
водонерастворимый мономер
водорастворимый инициатор
ПАВ (детергент-эмульгатор)

Слайд 54Наиболее распространенный тип эмульсионной полимеризации это полимеризация в эмульсиях масло-в-воде, в

которых капли мономера (масло) эмульгированы с помощью ПАВ в дисперсной водной фазе.
Водорастворимые полимеры, такие, как поливиниловые спирты или гидроксиэтицеллюлоза, могут быть использованы в качестве эмульгаторов/стабилизаторов.

Слайд 56
скорость
полимеризации
концентрация эмульгатора

Слайд 57

степень
превращения
время
I
II
III

Слайд 58
скорость
% конверсия
I
II
III


Слайд 59

Перед полимеризацией




















































































I
I
I
I
I
I
I
I
I
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
мономер капля
1 микрон
конц = 1011/мл
стабилизирована
мицелла с мономером
75 Å диаметр
конц =

1018/мл

отношение площади поверхности
1 : 560

инициирование в мицеллах
статистически более вероятно





Слайд 60

Интервал 1: 0 – 15 % конверсии










































I •
I
I
I
I
I
I •
I
I
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M






P•

P•

M
M
Micelles
Containing
Monomer
Active
latex particle

Micelles
Containing


Monomer

мицеллы
с
мономером

активные латексные частицы

Inactive
latex particles

неактивные частицы
латекса

Слайд 61

Интервал II: 15 – 80% конверсии






































I
I
I
I
I •
I
I
M
M
M
M
M
M
M
M
M
P•

P•


Inactive
latex particles

Inactive
latex particles

неактивные
частицы

Active
latex particles

Active
latex particles

I

•

I

M


P•


активные
частицы



мицелл
нет

число частиц
Rp = конст.

Слайд 62
Интервал III: 80 – 100% конверсии




























I
I
I
I
I •
I
M
M
M
M
M
M
M
P•

P•


I •
M

P•



M

P•



I •
капель мономера
нет
мицелл
нет

Слайд 63Полимеры с большим молекулярным весом и длиной цепи могут быть получены

с большими скоростями. В растворе скорость свободнорадикальной полимеризации сильно ограничена молекулярным весом полимера.
Протяженная водная фаза выступает в виде проводника тепла –скорость реакции растет с температурой локально.

Слайд 64Поскольку молекулы полимера удерживаются внутри частиц, вязкость системы не растет и

остается близкой к вязкости воды, т.е., не зависит от молекулярного веса полимера.
Конечный продукт может быть сразу использован для формования готовых изделий без предварительной модификации или переработки.

Слайд 65Удаление воды для получения сухого продукта это энергозатратный процесс.
Эмульсионная полимеризация часто

приводит к разветвлению полимерной цепи, если проводится с высокими выходами.

Похожие презентации

Природа и типы химических связей 373
Твердое состояние вещества. Плавление 310
Механические свойства полезных ископаемых 474
Оксид фосфора P2O5 486
Алкены (олефины, этиленовые углеводороды) 357
Редкие химические элементы 359

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика