Производство эмульгаторов для пищевой промышленности

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное агентство по образованию 

Тихоокеанский государственный  экономический университет 

Кафедра пищевой биотехнологии 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 
 

По  дисциплине общая  химическая технология 
 

ТЕМА: « Производство эмульгаторов для пищевой промышленности» 
 
 
 

              Студент431 Пб гр.     Лях В.А.

                                                    

              Руководитель  Фищенко Е.С.       к.т.н., доцент 

              Курсовая  работа допущена к защите: 

              _____________________________________

                    подпись руководителя

              «____» _________________ 20   г. 

              Курсовая  работа защищена  
              с оценкой: _______________________               

              «____» _________________ 20   г. 
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               
               

            Владивосток – 2009 

Тихоокеанский государственный экономический  университет 

                                                                                      

Кафедра ________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

ЗАДАНИЕ

на  курсовую работу студента ______________ курса  

(фамилия,  имя, отчество) 

(место  работы, должность)

     1. Тема  курсовой  работы: ____________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

      2. Цель и общее  направление работы _____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

      3. Содержание работы.

  1. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      а)______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      б)______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      в)______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

    2.______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      а)______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________ б)______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      3.______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      а)______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      б)______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

      в)______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

 

      4. Выводы и предложения: ___________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

      5. Сроки выполнения  курсовой работы:

  • Начало работы ________________________________________________________________
  • Конец работы _________________________________________________________________
  • Срок представления работы на кафедру ___________________________________________
 
 
 

Руководитель  курсовой работы _______________________________________________

 

     Студент ___________________________________________________________________

 
 
 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..6

1. Общие сведения об эмульгаторах…………………………………………….8

    1.1. Характеристика эмульгаторов…………………………………………....8

    1.2. Свойства эмульгаторов…………………………………………………..10

      1.2.1. Диспергирование, в частности эмульгирование и пенообразование…………………………………………………..11

      1.2.2. Солюбилизация..................................................................................11

      1.2.3. Комплексообразование с крахмалом...............................................11

      1.2.4. Взаимодействие  с белками...............................................................12

      1.2.5. Изменение  вязкости..........................................................................12

      1.2.6. Модификация  кристаллов................................................................12

      1.2.7. Смачивание  и смазка........................................................................12

      1.3. Основные  группы пищевых эмульгаторов............................................13

      1.3.1. Моно- и диглицериды жирных кислот и их производные (Е471, Е472а – Е472g).............................................................................................13

     1.3.2. Фосфолипиды (Е322, Е442).............................................................14

          1.3.3. Эфиры полиглицерина (Е475).........................................................15

         1.3.4. Эфиры сахарозы (Е473)...................................................................15

          1.3.5. Эфиры сорбитана (Е491 – Е496).....................................................16

          1.3.6. Эфиры полиоксиэтиленсорбитана (Е432 – Е436).........................16

          1.3.7. Эфиры молочной кислоты (лактилаты, Е481 и Е482)..................17

2. Технология производства эмульгаторов.........................................................18

    2.1. Эффективность и интенсивность перемешивания..................................18

    2.2. Перемешивание жидких материалов........................................................18

      2.2.1. Способы  перемешивания жидких материалов...............................18

      2.2.2. Механическое  перемешивание.........................................................19

      2.2.3. Пневматическое  перемешивание......................................................21

      2.2.4. Циркуляционное  перемешивание жидкости...................................22

      2.2.5. Перемешивание  жидкости в трубопроводах...................................22

    2.3. Производство  эмульгаторов.......................................................................23

      2.3.1.  Технология производства композиционного эмульгатора «Эмул-Лакт»....................................................................................................23

      2.3.3. Технология производства композиционного эмульгатора «Эмул-Ди»........................................................................................................25

3. Применение эмульгаторов в пищевой промышленности............................27

    3.1. Эмульгаторы для производства хлебобулочных изделий....................27

    3.2. Использование эмульгаторов при производстве сосисок для школьного питания........................................................................................................28

    3.3. Использование белково-жировых эмульсий в производстве колбасных изделий........................................................................................................30

    3.4. Эмульгаторы в производстве салатных заправок и соусов..................31

Заключение............................................................................................................33

Список использованной литературы...................................................................34

Приложения............................................................................................................37

 

Введение

     Эмульгаторы в настоящее время находят  широкое применения в пищевой  промышленности для производства различных  пищевых продуктов (майонезы, различные  соусы, мороженое, хлебобулочные изделия  и т.д.).

     По различным оценкам потребности отечественной пищевой промышленности в эмульгаторах составляют от семи до десяти тысяч тонн в год. При этом специалисты считают, что этот сегмент российского рынка технологических пищевых добавок вполне сформировался.

     Отечественное производство эмульгаторов началось чуть более четверти века назад. В 1979 году в Нижнем Новгороде был построен первый и пока единственный в России завод по их производству — завод ПАВ Нижегородского МЖК. До этого в российской пищевой промышленности использовались эмульгаторы зарубежного производства.

     Кардинальные  изменения на отечественном рынке эмульгаторов произошли на рубеже 90-х годов прошлого столетия. В новых условиях хозяйствования предприятиям пищевой промышленности пришлось радикально изменить подход к производству, поскольку формирование конкурентной среды вынуждало их уделять самое пристальное внимание качеству и ассортименту своей продукции. Расширение ассортимента продукции, в свою очередь, привело к значительному увеличению потребности в пищевых добавках и эмульгаторах в частности.

     Специалисты отмечают, что в настоящее время все большую популярность приобретают эмульгаторы с заданными свойствами, которые наиболее эффективны для производства определенных продуктов (разнообразных сортов маргаринов, производства мороженого, использования в хлебопечении и т. п.).

     Объемы  потребления эмульгаторов в очень большой степени определяются развитием отраслей-потребителей пищевой промышленности: масложировой, хлебопекарной и кондитерской, производства мороженого.

     Каждое  из этих направлений имеет свои, ярко выраженные тенденции и особенности. Так, специалисты не ожидают значительного роста объемов производства в отечественной масложировой промышленности, поскольку они вполне согласуются с объемами потребления. Однако это вовсе не исключает определенных структурных изменений, к которым рынок эмульгаторов в общем готов. Предполагается некоторое увеличение объемов потребления эмульгаторов в кондитерском производстве, производстве мороженого, а также расширение сферы применения эмульгаторов в других отраслях пищевой промышленности, в частности в производстве колбасных изделий и молочной промышленности.

 

 

    Глава I Общие сведения об эмульгаторах

    1. Характеристика эмульгаторов

    Для получения высокодисперсных и устойчивых эмульсий необходим эмульгатор, основная задача которого заключается в образовании и поддержании в однородном состоянии смеси несмешивающихся фаз. Эмульгатор может образовывать и стабилизировать эмульсию благодаря своей способности концентрироваться на поверхности раздела фаз и снижать межфазное поверхностное натяжение. По химической природе эмульгаторы относятся к коллоидным поверхностно-активным веществам (ПАВ), для проявления эмульгирующих свойств которых требуемся оптимальное соотношение гидрофобного радикала и гидрофильной части молекулы. 'Этим требованиям удовлетворяют соединения с числом атомов углерода в цепи свыше 16 и сильным полярным фрагментом.

    Эмульгаторы – вещества, которые будучи добавленными к пищевому продукту, обеспечивают возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух или более  несмешивающихся веществ.

    Это достигается способностью образовывать и стабилизировать эмульсию за счет концентрирования эмульгатора на поверхности  раздела фаз и снижения межфазного поверхностного натяжения. То есть эмульгатор – это поверхностно-активный агент  или поверхностно-активное вещество (ПАВ). Известные первые  пищевые  эмульгаторы – натуральные вещества – камеди, сапонины, лецитины и др. в настоящее время получено большое  количество искусственных или модифицированных ПАВ.[1]

    Эмульгаторы, как вещества, уменьшающие поверхностное  натяжение на границе раздела  фаз, добавляют к пищевым продуктам  для получения тонкодисперсных  и устойчивых коллоидных систем. Прежде всего, с их помощью создают эмульсии жира в воде или воды в жире. При  желании получить дисперсность в  газовой фазе с их помощью изготавливают  аэрозоли. Они могут вызывать образование  пены, предупреждать вспенивание, а  также придавать материалу эластичность.[2]

    У всех поверхностно-активных веществ  общим в химическом строении является одновременное наличие полярных гидрофильных групп и неполярных гидрофобных, которые располагаются  на разных концах одной молекулы. Гидрофобные  части растворяются в воде, гидрофильные – в неполярных растворителях. Дифильное  строение эмульгаторов обеспечивает им формирование ассоциатов в объемной фазе растворителя,  называемых мицеллами.

    Возможно  образование двух видов мицелл: классических (масло в воде) и обращенных (вода в масле). Формирование ассоциатов зависит  от строения поверхностно-активной молекулы, от соотношения полярной и неполярной частей в ней. Эти особенности  выражаются в цифровом показателе гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ). Чем выше ГЛБ, тем выше способность ПАВ к образованию  классических мицелл, и наоборот.[1]

    Эмульгаторы подразделяются на:

  • анионактивные (анионные) – в этих эмульгаторах гидрофильными группами могут быть ионные формы карбоксильных и сульфонильных групп;
  • катионактивные (катионные) – в этих эмульгаторах гидрофильными группами могут быть ионные формы соединений аммония с третичными или четвертичными атомами азота (третичные или четвертичные аммониевые основания и соли);
  • неионогенные – в этих эмульгаторах гидрофильными группами могут быть гидроксильные группы, кетогруппы, эфирные группировки и др.;
  • цвиттер-ионные – в этих эмульгаторах роль гидрофильных групп выполняют ионные группировки, имеющие одновременно положительный и отрицательный заряды.

        Классификационные признаки и основные подклассы эмульгаторов представлены в приложении А.

        Основные  виды пищевых эмульгаторов являются неионогенными, исключение составляет цвиттер-ионный лецитин. По своей природе  они относятся к производным одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот различного строения.

        Применяемые в пищевой промышленности эмульгаторы  представляют  собой многокомпонентные  смеси. В зависимости от особенностей химической

        Природы эмульгатора и специфики пищевой системы, куда он вводится, некоторые из эмульгаторов могут иметь смежные технологические функции стабилизаторов и антибиотиков.

        Эмульгирующие свойства могут проявлять и добавки  других функциональных классов:

  • краситель Е181 (танины пищевые);
  • загустители Е404 (пропиленгликольальгинат), Е413 (трагакант), Е466 (производные целлюлозы с простой эфирной связью);
  • подсластители Е420 9 (сорбит), Е 965 (мальтит), Е967 (ксилит);
  • пеногаситель Е 900 (полидиметилсилоксан).

    Максимальные  уровни содержания эмульгаторов в пищевых  продуктах представлены в приложении Б.

    Перечень  эмульгаторов, разрешенных к применению при производстве пищевых продуктов  в России, представлен в приложении В.[3, 11]

    1.2  Свойства эмульгаторов

    Общим свойством, объединяющим эмульгаторы  и отличающим их от других добавок, является поверхностная активность, характерная для органических молекул  дифильного строения с выраженными  гидрофильной и гидрофобными частями. Как видно, липофильная (гидрофобная) часть дифильных молекул имеет  одинаковую химическую природу и  сформирована ациллами высших жирных кислот. Основные структурные отличия  связаны с особенностями химического  строения гидрофильной (липофобной) части  молекул, которые отражаются в значениях  гидрофильно-липофильного баланса.

    Основные  технологические функции эмульгаторов в пищевых системах:

  • диспергирование, в частности эмульгирование и пенообразование;
  • солюбилизация;
  • комплексообразование с крахмалом;
  • взаимодействие с белками;
  • изменение вязкости;
  • модификация кристаллов;
  • смачивание и смазывание.

        1.2.1 Диспергирование,  в частности эмульгирование  и пенообразование

        Все эмульгаторы – поверхностно-активные вещества, способны снижать поверхностную  энергию на границе фаз с образованием устойчивых дисперсных систем, состоящих  из внутренней дисперсной фазы и внешней  дисперсионной среды.

        Благодаря дифильной природе молекул все  эмульгаторы проявляют способность  к образованию и стабилизации эмульсионной системы, тип которой  зависит от ГЛБ: эмульгаторы с  низкими значениями ГЛБ стабилизируют  эмульсии вода-в-масле; эмульгаторы  с высокими значениями ГЛБ стабилизируют  эмульсии масло-в-воде. Для каждой конкретной системы требуется эмульгатор с  оптимальным ГЛБ, который подбирается  экспериментально. ГЛБ – ориентир при выборе подходящего эмульгатора.

        Стабильность  эмульсий зависит от вязкости дисперсной среды, электрического заряда, адсорбции  твердых частиц на поверхности эмульгируемой  фазы,  образование моно- или мультимолекулярного  слоя на границе раздела при добавлении эмульгатора.

        1.2.2 Солюбилизация

        Солюбилизация – введение ПАВ в жидкие дисперсные системы способствует образованию  прозрачных растворов; используется в  производстве жидких пищевых продуктов, содержащих красители и ароматизаторы.

        1.2.3 Комплексообразование  с крахмалом

        Эмульгаторы, содержащие ацилы высших жирных кислот, способствуют образованию комплексов с растворимой амилозной фракцией крахмала. Такое взаимодействие замедляет  очерствение хлеба и хлебобулочных  изделий, снижает клейкость продуктов, основанных на восстановлении влажности крахмала, снижает комковатость, улучшает консистенцию и однородность.

        1.2.4 Взаимодействие с  белками

        Эмульгаторы, имеющие ионную природу, вступают во взаимодействие с белками, что способствует улучшению структурных свойств  продукта; образование комплексов с  пшеничным глютеном повышает эластичность белков, увеличивает объем хлеба.

        1.2.5 Изменение вязкости

        Добавление  эмульгатора в пищевые системы, содержащие кристаллы сахара, диспергированные в жире способствует снижению вязкости. Эмульгатор адсорбируется на поверхности  частиц гидрофильной природы с образованием гидрофобных оболочек, что приводит к повышению сродства природы  частиц дисперсной фазы к дисперсионной  среде. Происходит изменение реологических  свойств продукта (это используется для обеспечения текучести шоколада).

        1.2.6 Модификация кристаллов

        Некоторые эмульгаторы в сочетании с  оптимизированными условиями технологического процесса могут оказывать влияние  на модификацию полиморфной формы, размер и скорость роста кристаллов жира (в маргаринах, различных жировых  смесях, шоколадной массе, арахисовом масле).

        1.2.7 Смачивание и смазка

        Эмульгаторы являются эффективными смачивающими агентами. выбор добавки зависит от типа смачивания и природы смачиваемой  поверхности (восковой, капиллярной, порошкообразной). Функция эмульгатора при смачивании сводится к снижению межфазного натяжения  между жидкостью и поверхностью твердых частиц, что обеспечивает более быстрое и равномерное  распределение жидкости по поверхности  твердых частиц.

 
 

        1.3 Основные группы  пищевых эмульгаторов

        1.3.1 Моно- и диглицериды жирных кислот и их производные (Е471, Е472а – Е472g)

        Эта группа эмульгаторов наиболее известна в общем потреблении эмульгаторов. Она составляет 60%.  В эту группу входят: неполярные ацилглицерины (глицериды), получаемые в промышленности глицеролизом жиров и масел, этерификацией  глицерина высокомолекулярными  жирными кислотами; продукты этерификации глицеридов по первичной гидроксильной  группе пищевыми низкомолекулярными кислотами (уксусной, молочной, винной, диацетилвинной, лимонной).

        Известны  типы моноглицеридов, которые в зависимости  от исходного жирового сырья и  технологии получения могут содержать  от 40 до 60% фракции моноэфира в  смеси с диглицеридами 34-50%, триглицеридами 3,5-10%, с йодным числом от 1 до 100% йода, температурой плавления от 40 до 70 оС.

        При молекулярной дистилляции продуктов  глицеролиза получают дистиллированные моноглицериды содержащие не менее 90% моноэфира в α’и β кристаллических формах (наиболее активна с позиции функциональности α’-форма).

        По  своим технологическим функциям глицериды являются эмульгаторами  и стабилизаторами пищевых систем. Их модификация с образованием различных  производных позволяет направленно  изменять ГЛБ молекул и поверхностную  активность молекул на границах раздела  фаз. существенные признаки этих добавок  связаны с образованием и стабилизацией  однородности систем из двух или более  несмешивающихся фаз, определяют основные области их применения в пищевых  продуктах.

        Введение  в структуру глицеридных молекул (ацилов низкомолекулярных кислот) обеспечивает формирование новой технологической  функции – комплексообразования.

 
 

        1.3.2  Фосфолипиды (Е322, Е442)

        К этой группе эмульгаторов относятся  природные лецитины (Е322) и синтетические  аммониевые фосфатиды.  Лецитины представляют собой смесь фракций фосфатидов, полученную из животного и растительного  сырья физическими и ферментативными  методами. в этой смеси фракций  содержание веществ, нерастворимых  в ацетоне, собственно фосфолипидов, составляет не менее 56-60%. основными  фракциями коммерческих лецитинов  являются:

Производство эмульгаторов для пищевой промышленности