Viele Lebensmittel liegen als kolloidale Dispersionen vor, bei denen eine nicht mischbare Phase in einer anderen dispergiert ist. Emulsionen und Schäume sind zwei der wichtigsten kolloidalen Systeme in Lebensmitteln und beeinflussen die Textur, das Aussehen und das Mundgefühl von Mayonnaise und Eiscreme bis hin zu Schlagsahne und Brot.
Emulsionstypen
Emulsionen sind Dispersionen einer Flüssigkeit in einer anderen, nicht mischbaren Flüssigkeit. In Öl-in-Wasser-Emulsionen (O/W) sind Öltröpfchen in einer wässrigen kontinuierlichen Phase dispergiert; Beispiele hierfür sind Milch, Sahne, Mayonnaise und Salatdressings. In Wasser-in-Öl-Emulsionen (W/O) werden Wassertröpfchen in einer kontinuierlichen Ölphase dispergiert; Butter und Margarine sind klassische Beispiele. Komplexere Mehrfachemulsionen wie Wasser-in-Öl-in-Wasser (W/O/W) werden in fettreduzierten Produkten und Anwendungen mit kontrollierter Freisetzung verwendet.
Das HLB-System
Das Hydrophilic-Lipophilic-Balance-System (HLB) klassifiziert Emulgatoren auf einer Skala von 0 (vollständig lipophil) bis 20 (vollständig hydrophil). Emulgatoren mit niedrigem HLB-Wert (3–6) bevorzugen W/O-Emulsionen, während Emulgatoren mit hohem HLB-Wert (8–18) O/W-Emulsionen bevorzugen. Der erforderliche HLB-Wert für eine bestimmte Ölphase bestimmt die Auswahl des Emulgators in der Produktformulierung.
Emulgatoren
Emulgatoren sind amphiphile Moleküle, die an der Öl-Wasser-Grenzfläche adsorbieren, wodurch die Grenzflächenspannung verringert und die Koaleszenz von Tröpfchen verhindert wird. Lecithin aus Eigelb und Soja ist einer der am häufigsten verwendeten natürlichen Emulgatoren. Mono- und Diglyceride sind gängige synthetische Emulgatoren, die in Backwaren und Margarine verwendet werden. Polysorbate (Tween-Reihe) sind wirksame O/W-Emulgatoren. Proteine wie Kasein, Molkenprotein und Sojaprotein fungieren auch als Emulgatoren, indem sie an der Grenzfläche viskoelastische Filme bilden. Die Wahl des Emulgators hängt vom gewünschten Emulsionstyp, den Verarbeitungsbedingungen und den gesetzlichen Anforderungen ab.
Destabilisierung der Emulsion
Emulsionen sind thermodynamisch instabil und trennen sich mit der Zeit. Beim Aufrahmen handelt es sich um die Aufwärtsbewegung dispergierter Tröpfchen aufgrund von Dichteunterschieden, während es sich bei der Sedimentation um eine Abwärtsbewegung handelt. Zur Flockung kommt es, wenn sich Tröpfchen ansammeln, ohne zu verschmelzen. Unter Koaleszenz versteht man die irreversible Verschmelzung von Tröpfchen zu größeren Tröpfchen, die zu einer vollständigen Phasentrennung führt. Bei der Ostwald-Reifung kommt es aufgrund von Unterschieden im Laplace-Druck zum Wachstum größerer Tröpfchen auf Kosten kleinerer Tröpfchen. Zu den Stabilisierungsstrategien gehören die Reduzierung der Tröpfchengröße durch Homogenisierung, die Erhöhung der Viskosität der kontinuierlichen Phase und die Optimierung der Emulgatorkonzentration.
Schaumbildung und Stabilität
Schäume sind Dispersionen von Gasblasen in einer flüssigen oder halbfesten kontinuierlichen Phase. In Lebensmittelsystemen erfordert die Schaumbildung, dass ein oberflächenaktives Mittel an der Luft-Wasser-Grenzfläche adsorbiert und die Grenzflächenspannung verringert. Proteine, insbesondere Eiweißproteine, sind hervorragende Schaumbildner, da sie viskoelastische Filme um Luftblasen bilden können. Die Schaumstabilität wird durch die Entwässerungsgeschwindigkeit (Flüssigkeitsfluss aufgrund der Schwerkraft), die Koaleszenz (Blasenverschmelzung) und die Disproportionierung (Gasdiffusion von kleinen zu großen Blasen) bestimmt. Der Overrun, berechnet als (Schaumvolumen - Flüssigkeitsvolumen) / Flüssigkeitsvolumen × 100 %, quantifiziert die in einen Schaum eingearbeitete Luft. Die Stabilität der Emulsion hängt von den Eigenschaften der als Emulgatoren verwendeten Proteine und Lipide ab. Das rheologische Verhalten von Emulsionen wird durch die Rheologie- und Texturanalyse charakterisiert, während die sensorische Bewertung das Mundgefühl und die Verbraucherakzeptanz bewertet.
