Возможности применения двойных эмульсий в пищевой промышленности. Часть 2: формирование пищевых систем нового формата

Для пищевой промышленности большой интерес представляет разработка пищевых систем нового формата, которые способны обеспечивать адресную доставку биологически активных веществ (БАВ), длительно сохранять свои органолептические свойства, характеризуются улучшенным соотношением белковой и жировой фракций. Одним из перспективных методов является технология получения двойных эмульсий, с помощью которых можно добиться заявленного результата в таких продуктах, как напитки, соусы, продукты переработки мяса и молока.

Двойная эмульсия представляет собой систему, которая диспергирована внутри другой эмульсии. Наиболее часто используемой двойной эмульсией для пищевых продуктов с пониженным содержанием жира является эмульсия «вода в масле в воде» (W1/O/W2). Капли водной фазы эмульгируются внутри масляной фазы, которая в последующем встраивается в виде капель внутри внешней водной фазы. Конечный продукт представляет собой эмульсию, содержащую капли масла, внутри которых находится водная составляющая. Стоит отметить, что снизить содержание массовой доли жира без ухудшения органолептических свойств конечного продукта (вкуса, цвета, структуры) возможно, если эмульсия занимает тот же объем жировой фазы. Следует отметить, что использование двойных эмульсий в пищевой промышленности в настоящее время ограничено. По своей природе данные системы термодинамически нестабильны, в то время как структура двойных эмульсий осложняется наличием множества фаз, которые требуют стабилизации. Поверхностно-активные вещества обычно используются в больших количествах для стабилизации как внутренней, так и внешней фаз получаемых эмульсий. В настоящее время наибольший интерес представляет процесс дробления или замены использования синтетических поверхностно-активных веществ натуральными биополимерными эмульгаторами, такими как молочные белки и полисахариды [1].

В работе Altuntas O.Y. и его коллег представлены результаты по взаимодействию биополимеров с синтетическими мономерными эмульгаторами, которые способны улучшать стабильность двойных эмульсий за счет создания гелеобразного барьера, замедляющего перенос воды между внутренней и внешней водными фазами [4].

Micanquer A. с коллегами доказывает, что двойные эмульсии типа W1/O/W2 могут быть получены из подсолнечного масла и обезжиренного молока с использованием синтетического поверхностно-активного вещества – Span80, которое применяется для стабилизации внутренней эмульсии, и молочных белков – для стабилизации внешней фазы. Следует отметить, что при стабилизации эмульсии W1/O была достигнута самая высокая эффективность инкапсуляции, составляющая ≈ 35 %, при 20 %-ном содержании Span 80 в масляной фазе.

В исследованиях Bhattacharjee A. отмечает, что улучшить эффективность данного процесса можно путем использования соевого лецитина, а также полиглицерина полирицинолеата (ПГПР), которые являются высокоэффективными пищевыми липофильными эмульгаторамии, успешно используются при формировании двойных эмульсий с высокой эффективностью инкапсуляции и ее стабильностью.

Важным фактором стабильности двойной эмульсии является размер как внутренних, так и внешних капель. Получение капель внутренней фазы заданного размера имеет большое значение для стабильности системы в целом. При образовании капель внешней фазы эмульсии меньшего размера возможно добиться улучшения вкусовых характеристик готового продукта [4, 6, 19].

На сегодняшний день существуют устройства, обеспечивающие создание условий высокой скорости сдвига, которые можно использовать для получения первичных и вторичных эмульсий, такие как ультразвуковое воздействие, гомогенизаторы высокого давления и мембранные системы [11, 15–18, 20, 21].

Особый интерес представляет использование ультразвуковой технологии для производства первичных эмульсий, поскольку данная технология позволяет получать мелкие капли с узким распределением по размерам. Вторая стадия эмульгирования в производстве двойных эмульсии представляет технологические сложности, так как необходимо корректировать интенсивность воздействия для получения двойной эмульсии и минимизации рисков разрушения первичной фазы, что приведет к потере инкапсулированного биологически активного вещества. Использование ультразвукового воздействия позволяет не только вести контролируемый процесс, но и значительно сократить технологические этапы как первой, так и второй стадии, что положительно сказывается на себестоимости производства [15]. В открытой печати представлены результаты исследований, доказывающие эффективность использования ультразвуковой технологии при производстве двойных эмульсий с инкапсуляцией аспирина, которая позволяет достичь эффективности инкапсуляции до 99 % [20, 21].

Рядом исследователей под руководством Charitha J. Gamlath, опубликованы исследования по обогащению белком модельных сырных матриц с использованием двойных эмульсий. Исследование сосредоточено на инкапсуляции сывороточных белков в жировую фракцию сыра с использованием двойных эмульсий. Для приготовления двойных эмульсий с внутренней водной фазой использовался двухступенчатый процесс эмульгиро- вания с ультразвуковым воздействием высокой мощности, что позволило получить высокую скорость и создать капли масляной фазы, сравнимые по диаметру с размером молекул нативного молочного жира (≈ 10 мкм) [10].

Другой эффективной технологией эмульгирования является гомогенизация системы под высоким давлением, которая основана на принципе турбулентности с высоким градиентом давления. Данный процесс разрушает клеточные мембраны, позволяет выделять отдельные вещества и успешно проводить процесс эмульгирования [11, 16].

Leong T.S.H. и его соавторы в своей работе предлагают использовать гомогенизацию ультразвуком или высоким давлением на стадии вторичного эмульгирования для получения двойных эмульсий на основе обезжиренного молока. Используя данную технологию возможно добиться снижения содержания жировой фракции на 15–30 %. Ученые предлагают улучшить стабильность инкапсуляции при хранении путем добавления большего количества эмульгатора 5 % ПГПР в масля- ную фазу, что обеспечит сохранение структуры в течение 7 суток.

Достаточно большое число научных работ (см. таблицу) посвящено разработке эффективных технологий получения пищевых продуктов, что указывает на его привлекательность для реального сектора производства.

Использование двойных эмульсий, насыщенных биологически активными веществами, показало большой потенциал для обеспечения биодоступности и стабильности системы пищевых продуктов. Обобщенная схема подходов получения и эффектов двойных эмульсий представлена на рисунке.

Анализ материала использования гомогенизации под высоким давлением и обработки ультразвуком на второй стадии эмульгирования позволяет говорить о перспективности данных технологических подходов. Представленные результаты научных исследований демонстрируют потенциал ультразвукового эмульгирования для получения двойных эмульсий, а также возможность минимизации использования эмульгаторов в технологическом процессе.

Обобщенная схема подходов получения и эффектов двойных эмульсий

Таблица

Характеристика разработок и особенности состава двойных эмульсий для пищевой промышленности

Окончание таблицы