Природные пенообразователи в пищевой промышленности.
Пены широко используются в быту и производстве. Вспенивание жидких и полужидких продуктов с последующим отверждением имеет важное значение при производстве хлеба, кондитерских изделий, кремов и т.п. Брожение теста (молочнокислое брожение) сопровождается выделением углекислого газа, который поднимает тесто, после выпекания хлеба в нем сохраняются маленькие и большие пузырьки. При приготовлении пива используют природные пенообразователи – хмель, некоторые белки, крахмал и др.
Устойчивость пен
Устойчивость пен зависит от природы и концентрации пенообразователя. Со временем пленки между пузырьками пены становятся тоньше вследствие стекания жидкости, пузырьки лопаются, пена разрушается и, наконец, вместо пены остается одна жидкая фаза — раствор пенообразователя в воде или другой жидкости.
Устойчивость пен можно характеризовать временем существования пены, т. е. временем, прошедшим с момента образования пены до момента полного ее разрушения. Другой способ оценки устойчивости пены заключается в пропускании с заданной скоростью через вспениваемую жидкость пузырьков воздуха и определения равновесной высоты образующегося при этом столба пены. Постоянная высота столба пены устанавливается в тот момент, когда скорость разрушения пены равна скорости пенообразования и, очевидно, может служить мерой устойчивости пены. Устойчивость пены удобно изучать также по времени жизни отдельного газового пузырька на поверхности жидкости, граничащей с воздухом. С этой целью пузырек воздуха выдавливают в жидкость с помощью капилляра с загнутым концом. Пузырек всплывает и, достигнув поверхности, задерживается там на некоторое время, прежде чем лопнет. Это время жизни пузырька обычно пропорционально времени существования столба пены в целом.
Существенно, что во время пребывания пузырька воздуха на поверхности жидкости пленка, покрывающая пузырек, становится все тоньше, о чем иногда можно судить по изменению интерференционных цветов пленки. Когда пленка достигает толщины меньше 0,01 мкм, интерференция становится уже почти незаметной, пленка темнеет, так как почти не отражает света, и затем через некоторое время разрушается. Однако в особых условиях, когда исключены испарение жидкой среды, сотрясения и другие внешние воздействия, пены могут существовать неограниченно долго. Например, Дьюару удалось обеспечить существование мыльного пузыря в течение трех лет.
Мыльная пленка, достигшая наименьшей толщины, состоит из двух монослоев молекул пенообразователя, разделенных полимолекулярным слоем воды.
Сравнительно малое время существования пены и тот факт, что разрушению ее пузырька всегда предшествует стекание жидкости в пленке пены, приводит к выводу, что устойчивость пены в обычных условиях носит кинетический характер, а роль пенообразователя сводится в значительной степени к замедлению стекания жидкости.
Максимальная продолжительность существования пены приходится на средние члены гомологических рядов. Низшие члены обоих рядов, очевидно, слишком мало поверхностно-активны для того, чтобы образовывать устойчивые пены; высшие же члены ряда обладают недостаточной для этого растворимостью.
Мыла дают гораздо более устойчивые пены, чем спирты и кислоты, очевидно благодаря наличию в их молекулах ионогенной группы. Так же, как для спиртов и кислот, максимальная устойчивость пены отвечает мылам со средней длиной углеводородного радикала и их растворам средней концентрации.
Иначе ведут себя высокомолекулярные пенообразователи. Время существования пен в этом случае очень велико и может составлять в обычных условиях сотни и даже тысячи секунд. При этом время существования пен всегда тем больше, чем выше концентрация высокомолекулярного пенообразователя.
Теория пенообразования была разработана отечественными учеными в конце 70-х годов XX века. Наиболее известны труды таких ученых, как П.А. Ребиндер, А.М. Яхимович, И.К. Кончица, В.К. Тихомиров. В фармацевтическую практику пены внедрил Г. С. Башура. За рубежом в области изучения теории пенообразования известны работы E. Manegod, E. Matzke, S. Nestler, G.J. Hartley и др. В основе пенообразования лежат сложные физико-химические процессы, изучение которых позволяет более полно реализовать многообещающие возможности использования свойств пен во многих отраслях народного хозяйства, пищевой промышленности, а также в практическом здравоохранении и косметологии.