SZUSZPENZIÓK, GÉLEK, HABOK Élelmiszertechnológia alapjai Fizikai transzformációk

SZUSZPENZIÓK Definíció:olyan diszperz rendszer, amelyben a diszperz fázis szilárd, a diszperziós közeg folyékony Stabilitás: nagyban függ a diszperz részecskék liofil, vagy liofób tulajdonságaitól, továbbá a részecskék méretétől és az ülepedés feltételeitől

Diszpergálási folyamat A száraz, többnyire aprított anyagot keverés, vagy rázás közben a folyadékba juttatjuk. A por eloszlásának gyorsasága függ a nedvesíthetőségtől is. A folyamat első szakaszában a szilárd anyag nedvesedése, második szakaszában a részecskék közötti kölcsönhatás oly mértékű gyengülése következik be, amelyre ezek elvesztik összetapadó képességüket és a folyadékban egyenletesen oszlanak el.

Stabilitás 1. a diszperziós közeg és a diszperz fázis polaritása közötti különbség növeli az instabilitást (liofil részecskék olajba nehezen szuszpendálhatók) A nagy méretű diszperz részek (durva diszperz rendszerek) már a gravitációs erő hatására is kiülepednek A közeg viszkozitásának növelése általában csökkenti a kiülepedés sebességét

A szuszpenzió viszkozitása A szuszpenzió viszkozitására közelítően érvényes az alábbi összefüggés: η: a szuszpenzió viszkozitása η0: a tiszta közeg viszkozitása φ : a diszperz részek össztérfogatának aránya rendszer térfogatához

Az összefüggésből kitűnik, hogy minél nagyobb a diszpergált részecskék részaránya, annál viszkózusabb, azaz annál stabilabb a rendszer. Az összefüggésnek felső korlátja van, azaz csak egy bizonyos részecskemennyiség szuszpendálható biztonsággal a folyadékba

Reális élelmiszerszuszpenziók Gyümölcs-és zöldséglevek Kezeletlen borok Nyers cukorlé

Gyümölcslevek Sokkomponensű, vizes fázisban diszpergált polidiszperz rendszer Durva diszperz komponensek : rostanyagok Kolloid makromolekulák: fehérjék, poliszacharidok, cserzőanyagok, színanyagok Kis moltömegű, vízoldható komponensek: szerves savak, cukrok, vitaminok stb

Gyümölcslevek stabilitása A rendszert instabillá teszik: - durva diszperz részecskék - asszociációra hajlamos kolloidok A rendszert stabilizálják: - viszkózus anyagok - elektrolitok

Stabilitás megoldása szűrt leveknél A zavarosítást okozó anyagok eltávolítása: - a durva diszperz részek ülepítése, centrifugálása - kolloid komponensek kicsapatása derítéssel - enzimes kezelés : pektinbontás: a pektin védőkolloid, így lebontása segíti más kolloidok kicsapását is

Stabilitás megoldása rostos leveknél A szennyeződéseken kívül más anyagot nem kell eltávolítani Cél: a diszperz részek ülepedésének gátlása ennek tényezői (Stokes törvény alapján): -részecskeméret: kisebb részecskeméret előnyös, a monodiszperz jelleg kedvezőbb mint a polidiszperz

Stabilitás megoldása rostos leveknél 2 -sűrűség-különbség: a víz elpárologtatásával csökkenthető, de ennek korlátai vannak (termék jellege, élvezeti érték stb) -viszkozitás: a gyümölcshányad növelése exponenciálisan, a hozzáadott cukor növelése lineárisan hat a viszkozitásra; sűrítőanyagokkal is elképzelhető

Zöldséglevek Ebben a csoportban a paradicsomlé tekinthető tipikusnak, és szinte valamennyi lére érvényes megállapítások tehetők A stabilitás szempontjából fontos viszkozitást az anyagi minőségen kívül a gyártás paraméterei is befolyásolják

Stabilitás Anyagi minőség: az amorf cellulóz részaránya növeli a viszkozitást az elektrolitok részarányának növelésével a viszkozitás csökken Technológiai paraméterek: a zúzás utáni pihentetés növeli a viszkozitást az alacsony pH növeli a viszkozitást enziminaktiválás ugyancsak növeli a viszkozitást

Borkezelés, mint szuszpenziótisztítás A nyers borok polidiszperz kolloid rendszerek. Zavarosító anyagaik eltávolítása a késztermék minősége, stabilitása miatt szükséges Az erjedés utáni ülepítés a szedimentet (seprő) választja el az újbortól (fejtés) A fehérje természetű kolloid részeket bentonitos derítéssel csapatják ki a borból, majd ülepítés és szűrés/centrifugálás következik

A borok további derítése Csersav-zselatinos derítés: kolloid szénhidrát és a maradék fehérje eltávolítása Sárgavérlúgsós (kálium hexaciano-ferrát) derítés: vas-és általában a fémnyomok kicsapatása és eltávolítása Hidegkezelés: a borkőkiválást segíti elő (-3°C-on)

Nyers cukorlé A vizes extrakcióval kinyert un. nyers lé a szacharóz mellett zavarosító anyagokat is tartalmaz -makroszkópikus: rostmaradványok -mikroszkópikus: denaturált fehérjék -kolloidálisan oldódott molekulák: poliszacharidok, fehérjék -gyengén hidratálódó kolloidok: melaninok, szaponinok -kis móltömegű oldott anyagok:aminosavak, amidok,ásványi sók

A nyerslé tisztítása Makroszkópikus anyagok eltávolítása: szűréssel Kolloid anyagok eltávolítása: meszes-széndioxidos tisztítás. A Ca és az OH ionok hatására a fehérje és a pektinmolekulák denaturálódnak, a kötések átrendeződése következtében a kolloidok koagulálása megindul

ÉLELMISZERHABOK A habok gázdiszperziók, ahol a diszperz fázis a gáz, a diszperziós közeg pedig lehet folyadék és szilárd is A habjellegű élelmiszerek általában könnyebben emészthetők, a térfogategységre jutó tömeg kicsi A habok általában könnyítik az ízeket, az édes termék nem lesz túlzottan édes, a zsíros termék nem lesz túlzottan zsíros

A hab létrejötte A hab un. habképző anyagok jelenlétében erős mechanikai hatásra jön létre (habverés). A habverés légzárványokat alakít ki és ennek következtében a gáz-folyadék fázishatár felülete növekszik. Ezt a fázishatárt a habképző anyagok molekulái ismételten telítik egészen addig, amíg a fázishatár egy monomolekuláris réteg nem lesz.

Habstruktúra A gázsejtes szerkezethez felületaktív anyagokra van szükség Követelmények: -vízben oldható legyen -széles pH tartományban legyen oldható -a habképzés ne függjön a hőmérséklettől -a hab stabil legyen -lipidek jelenlétében is stabil legyen a hab

Habtérfogat Tömegegységnyi hab térfogata, azaz a habsűrűség reciproka A habtérfogata az alábbiaktól függ Habverés időtartama, intenzitása Cukoroldat koncentrációja Cukor fajtája Habképző anyag típusa, koncentrációja Hőmérséklet, nyomás

A habsűrűség összefüggései

A habverés kezdeti szakaszában a térfogat gyorsan növekszik (azaz a habsűrűség csökken), majd ez a tendencia lelassul. A habverési időtartam egy bizonyos kritikus értékén túl a változás iránya megfordul: a térfogat csökken (a hab összeesik). A jelenséget nagy mértékben befolyásolja a habverő gép típusa és a habképző anyag fajtája .

Töményebb cukoroldat (nagyobb szárazanyag) kisebb térfogatot (azaz nagyobb sűrűséget) eredményez Azonos cukor koncentráció mellett a keményítőszörp adja a legkisebb térfogatot, a szacharóz-oldat nagyobb térfogatot ad és végül az invertcukor oldatnál érhető el a legnagyobb habzási térfogat.

A répacukor azonos koncentráció mellett nagyobb habtérfogatot eredményez, mert habképző anyagokat: szaponint,nyálkát, fehérjét tartalmaz. Ezzel szemben a nádcukorban jelen levő, a nád szárából származó viaszanyagok gátolják a hab kialakulását. Ezen túlmenően a nagyobb hamutartalom a cukorban kedvezően befolyásolja a habképzést.

A hab stabilitása Azt az időt nevezik habstabilitásnak, amely alatt a hab szerkezete lényegesen nem változik meg. A hab megszűnésének (bomlásának) lényegében két mechanizmusa ismert: A légzárványok falai elpattannak, a buborékok egyre nagyobb és kevesebb számú zárvánnyá alakulnak, míg végül a közbezárt gáz teljesen felszabadul és a hab összeesik A hab alsó részén folyadékfázis jön létre és egyre élesebb fázis-elkülönülés játszódik le (átszívódás jelensége)

Az átszívódás lassítható, ha nagy az oldat viszkozitása Az átszívódás lassítható, ha nagy az oldat viszkozitása. Ez egyrészt a koncentráció növelésével, másrészt felületaktív anyagokkal lehet elérni. A hab bomlása mindkét mechanizmus szerint akár egymással párhuzamosan is lejátszódhat.

Fehérje alapú habképzők Tojásfehérje: ovalbumin, konalbumin, ovomukoid, globulin G1,G2,G3, avidin, ovomucin Tejfehérje: kazein, laktalbumin, laktoglobulin

Habképzés mechanizmusa Erőteljes mechanikai hatásra -gáz (levegő) buborékok keverednek az anyaghoz -a vízoldható fehérjék denaturálódnak ( a polipeptid láncok lecsavarodnak) -a kolloid oldat felületén monomolekuláris réteget képezve adszorbeálódnak

Habképzés 2 A kialakuló film buborékot képez az oldatban levő gázt körülvéve. A buborék körül folyamatosan alakulnak ki a mono- molekuláris rétegek A hab buboréknagysága a fehérjeadszorpció arányától függ A folyamat során a szomszédos buborékok filmjei érintkeznek, összekapcsolódnak, és megakadályozzák a buborékok szabad mozgását

Habképzés 3 A habképződés során buborékok keletkeznek és egyidejűleg meg is szűnnek A hab a dinamikus egyensúly eléréséig növekszik A habtérfogat növekedése telítődési függvénnyel írható le

Befolyásoló tényezők pH : anyagfajtánként más-más értéknél mutat a habképződés maximumot, általában igaz, hogy az erősen savas közeg kedvezőtlen Sótartalom: növeli a habzóképességet, de csökkenti a habstabilitást

A habképzés folyamatábrája

GÉLEK A gélek olyan koherens diszperz rendszerek, amelyekben a diszpergált részek összefüggő vázszerkezetet alakítanak ki Példák : kocsonyák, zselék Alaptípusaik : liogélek, xerogélek -liogél: viszonylag nagy folyadéktartalom, oldatokból jönnek létre az oldott komponens kiválása révén -xerogél: liogélből jön létre oldószercsökkenés révén, kis folyadéktartalom

Deszolúciós gélek Nagy gyakorlati jelentőségű géltípus. Az oldatból kiválik az oldott anyag az oldékonyság csökkenése miatt. A térhálós szerkezet a molekulák közötti másodlagos erők hatására alakul ki. Ez a folyamat a zselatinálódás (agar gélek,zselatin gélek) Legtöbbször a hőmérséklet csökkentése következtében jönnek létre

A gél előállításának technológiai elve

Gélképző fehérjék Kazein : a tej legfontosabb fehérje-összetevője. Alfa, béta és gamma kazein a legfontosabb frakciói. A kazein koagulálása során gélszerkezetet alakít ki. A koagulálás az izoelektromos ponton következik be, a gélesedő kazein a tej folyadékfázisát apró kamrákban, üregekben fogja közre

A kazein alvadása A gélképződés folyamata az alvadás Savas alvadás: a tejhez adott, illetve állás során keletkező sav hatására jön létre Példák: joghurt, kefír Oltóenzimes alvasztás: speciális enzimek (rennin, kimozin) hatására a szól állapotú anyag szerkezetének megváltoztatása révén alakul ki a gél állapot Példák: sajtok

Zselatin Az állatok kötőszövetéből kivont kollagén irreverzibilis hidrolízise során keletkezik. Lineáris polipeptid-láncokból áll Hideg vízben megduzzad, melegítve kb 40°C hőmérsékleten oldódik: viszkózus kolloid oldatot képez Lehűtve géllé dermed

A zselatingél szerkezete A gélképződés három dimenziós térháló kialakulását jelenti, közben a polipeptid láncok hélix strukturát vesznek fel A zselatingél kialakulásához szükséges minimális koncentráció 0°C-on 0,2 %

Gélstabilitás A zselatingél termoreverzibilis: a hőmérséklet növelésével a gél szilárdsága csökken, végül megszűnik 10 %-os koncentráció esetén 29°C-on 30 %-os koncentráció esetén 33°C-on olvad Az izoelektromos pontban a legkisebb az olvadáspont Elektrolitok növelik az olvadáspontot

Zselatinzselé gyártástechnológiája

Pektinek A pektinek nagy molekulatömegű heterogén poliszacharidok A pektinek váza α-(1-4) kapcsolt D-galakturonsav lineáris láncából áll (poligalakturonsav), kémiailag metilészterek; moltömegük 10 000-300 000 A fotoszintetizáló növények terméseiben, gyökerében, leveleiben fordulnak elő

Tulajdonságaik A pektinek vízben oldódnak, kálciumsóik vízben oldhatatlanok Vizes oldatban cukor és sav jelenlétében tiszta (átlátszó) géleket alkotnak Azonos körülmények között a nagyobb moltömegű pektinnek jobb a gélesítő képessége és stabilabb gélt képez

Gélképzés feltételei A pektinek észterezettségi fokától függ a gélképzéshez szükséges idő és hőmérséklet A nagy észterezettségi fokú (50-75 %) pektinek 60 %-os cukortartalom mellett és kis pH-n (3-3,5) gélesítenek jól A kis észterezettségi fokú pektinek többértékű kationok (pld Ca2+) hozzáadásával képeznek gélt savas pH-n

Pektin alkalmazása Nagy észterezettségűek: gyümölcszselék, gyümölcsízek, dzsemek, gyümölcstorták zselébevonata Kis észterezettségűek: diétás gyümölcszselék, fagylaltok, halkocsonyák, főzelékzselék

Pektinzselé gyártási folyamata

Egyéb gélképzők Növényi magfehérje-koncentrátumok Tojásfehérje Karboxi-metil-cellulóz Növényi hidrokolloidok (karragén)

Gélképző módosított keményítők A keményítők módosításának egyik fő célja a duzzadóképesség fokozása, a gélképző hatás elősegítése. Legismertebbek a hideg vízben duzzadó keményítők. Ezeket fűtött hengereken, extruderekkel,fluidágyas módszerrel állíthatják elő.

A hideg vízben duzzadó keményítők gyártásának alapelve az, hogy a keményítő szemcseszerkezetét több-kevesebb víz jelenlétében megszüntetik, majd a terméket megszárítják. Elsősorban pudingok, süteményporok, levesporok, cappucino-porok jelentik a fő felhasználási területet.

Módosított keményítők típusai 1.Főzött keményítők 0,5%-os vizes keményítőoldatot sósavval, vagy kénsavval 52°C hőmérsékleten 12 órán át főznek, majd semlegesítik, szűrik és megszárítják. A minősítés az un. folyékonyság (a viszkozitás reciproka) alapján történik /ezt un. Redwood-viszkoziméteren mérik/ A hígan folyó módosított keményítő folyékonysága 65-70 a közepeseké kb 40, a nehezen folyóé kb 20

2. Oxidált keményítők A gyártás lényege az, hogy a keményítőoldat főzése nátrium-hipoklorittal történik. Ez erős oxidálószer 3. keresztkötésű keményítők A főzést ebben az esetben foszfor-oxikloriddal vagy ecetsav anhidriddel végzik.

A módosított keményítők főzés során jól ellenállnak a mechanikus hatásoknak, stabil szerkezetűek. Alkalmasak a viszkozitás növelésére Szinerézissel szemben nem nyújtanak védelmet Hosszú tárolásnál opálossá válnak