Пищевые добавки как пав

Пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ) — группы веществ, которые снижают поверхностное натяжение. Это позволяет использовать их для получения тонкодисперсных и устойчивых коллоидных систем. Обычно молекулы ПАВ имеют дифильное строение, т. е. содержат гидрофильные и гидрофобные группы. Гидрофильные обеспечивают растворимость в воде, гидрофобные — в неполярных растворителях. Соответствующим образом они располагаются на поверхности раздела фаз. Их основные физико-химические, а отсюда и технологические свойства зависят от химического строения и соотношения молекулярных масс гидрофильных и гидрофобных групп. По типу гидрофильных групп различают ионные и неионные поверхностно-активные вещества. Первые диссоциируют на ионы, одни из которых поверхностно-активны, другие (противоионы) — нет. В зависимости от знака заряда поверхностно-активного иона их делят на анионные, катионные и амфотерные. Молекулы неионных ПАВ не диссоциируют в растворе.

С помощью ПАВ можно регулировать свойства гетерогенных систем, которыми являются пищевое сырье, полупродукты и готовые продукты.

В настоящее время во многих странах производят тысячи тонн пищевых ПАВ.

Основные пищевые ПАВ — это производные одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки кислот различного строения.

Обычно ПАВ, применяемые в пищевой промышленности, не являются индивидуальными веществами, это многокомпонентные смеси. Название препарата соответствует лишь основному продукту. ПАВ нашли применение практически во всех отраслях пишевой промышленности. Рассмотрим основные группы пищевых ПАВ, применяющихся в промышленности.

Моно и диацилглицерины

Моно-, диацилглицерины (моно-, диглицериды) и их производные получают гидролизом ацилглицеринов или этерификацией глицерина высокомолекулярными жирными кислотами; к ним может быть отнесен и эмульгатор Т-1.

Применение моно- и диглицеринов в хлебопечении улучшает качество хлеба, замедляет процесс черствения, в макаронной промышленности позволяет механизировать процесс, повышает качество, снижает клейкость макаронных изделий, в маргарине повышает пластические свойства.

Нашли применение и производные моноглицеридов, этерифицированные карбоновыми кислотами: эфир моноглицерида и молочной кислоты (лакто-эфир), эфир моноглицерида и уксусной кислоты (ацилированные моно-глицериды), эфир моноглицерида и диацетнлвинной кислоты (ДАВА-эфир), эфир моноглицерида и яблочной кислоты.

Эти продукты используют в хлебопечении, кондитерской и сахарнои промышленности, при производстве мороженого.

Фосфолипиды

Фосфолипиды как природного, так и синтетического произхождения применяют в хлебопекарной, кондитерской, маргариновой отраслях промышленности.

Природные фосфолипиды (фосфатиды, фосфатидныи концентрат) получают из растительных масел при их гидратаци. Они содержат до 60% фосфолипидов, в состав которых входят до 25% фосфатидилхолинов (лецитины), до 25% фосфотидил-этаноламинов, 16-17% дифосфатидилглицеринов, а также 5-10% фосфатидовых кислот, до 15% фосфатидилсеринов, токоферолы, пигменты и т. д., а также до 40% триацилглицеринов. Их применяют при производстве хлеба, мучных кондитерских изделий шоколада, напитков, мороженого. Синтетические фосфолипиды применяемые в пищевой промышленности, по своему составу отличаются от природных отсутствием в их молекулах азотистых оснований, они представляют собой сложную смесь аммониевых или натриевых солей различных фосфатидных кислот с триглицеридами.

Их применение в шоколадном производстве позволяет экономить масло-какао, в маргариновой получать низкожирные маргарины с содержанием жировой фазы 40-50%. В производстве маргарина применяют эмульгатор Т-Ф — смесь эмульгатора Т-1 и фосфатидных концентратов (3:1).

Эфиры

Эфиры полиглицерина — соединения, представляющие собой сложные эфиры жирных кислот с полиглицерином. Кроме того, эти продукты содержат свободные полиглицерины, некоторое количество моно-, ди-, триглицеридов. Применяют в хлебопекарной кондитерской и маргариновой отраслях промышленности.

Эфиры сахарозы по составу представляют собой сложные эфиры природных кислот с сахарозой. Спектр применения этих соединений очень широкий — кондитерские изделия, хлебопечение, производство мороженого.

Эфиры сорбита — это соединения, представляющие собой сложные эфиры шестиатомного спирта сорбита и природных кислот.

Производные высших жирных спиртов и карбоновых кислот: сукцинаты, тартраты, ацетилцитраты, цитраты. Они нашли применение почти во всех отраслях пищевой промышленности.

Производные молочной кислоты с высшими жирными кислотами. К ним относится стероилмолочная кислота и ее соли (натрийстелат и кальцийстелат).

Источник

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 марта 2020; проверки требуют 8 правок.

Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения. Наряду с мыла́ми синтетические ПАВ являются основным действующим компонентом[1]моющих средств.

Сопутствующие пове́рхностно-акти́вные вещества́ (со-ПАВ) — химические соединения, которые обладают свойством ПАВ, но предназначены для поддержания, усиления, активации и т. п. свойств основного ПАВ. Например, для повышения растворимости малорастворимых компонентов или поддержания пенообразующей способности.

Поверхностная активность[править | править код]

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность[2] — способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз — это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю. Однако, ПАВ имеет предел растворимости (так называемую критическую концентрацию мицеллообразования, или ККМ), с достижением которого при дальнейшем добавлении ПАВ в раствор его концентрация на границе раздела фаз остаётся постоянной, но при этом происходит самоорганизация молекул ПАВ в объёмном растворе (мицеллообразование или агрегация). В результате такой агрегации образуются так называемые мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ при этом также приобретают голубоватый (студенистый) оттенок за счёт преломления света мицеллами (см. опалесценция).

Читайте также: Е 440 пищевая добавка

Методы определения ККМ:

Метод поверхностного натяжения
Метод измерения краевого угла (угла смачивания) с твёрдой или жидкой поверхностью (contact angle)
Метод вращающейся капли (spindrop, spinning drop)

Строение ПАВ[править | править код]

Как правило, ПАВ — органические соединения, имеющие амфифильное строение, то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент (функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобный компонент. ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот — олеата, стеарата натрия и т. п.) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.

Классификация ПАВ[править | править код]

Ионогенные ПАВ
- Катионные ПАВ
- Анионные ПАВ
- Амфотерные ПАВ

Неионогенные ПАВ
- Алкилполиглюкозиды
- Алкилполиэтоксилаты

Производство ПАВ из высших жирных спиртов[править | править код]

Важнейшим сырьём в производстве современных поверхностно-активных веществ для синтетических моющих средств являются высшие жирные спирты, которые в зависимости от реагента дают неионогенные или анионные ПАВ, что иллюстрирует приведённая ниже схема[3]:[стр. 5].

Мировой объём использования высших жирных спиртов в производстве ПАВ в 2000 году составил 1,68 млн тонн[3]:[стр. 6]. В 2003 году около 2,5 млн тонн ПАВ было произведено на основе высших жирных спиртов[4].

Применение высших жирных спиртов для производства поверхностно-активных веществ[править | править код]

Также в производстве ПАВ используются и некоторые другие спирты: глицерин (сложные эфиры с жирными кислотами — эмульгаторы), сорбитол (сорбитаны), моноэтаноламин и диэтаноламин (алканоламиды).

Влияние ПАВ на компоненты окружающей среды[править | править код]

ПАВ делятся на те, которые быстро разрушаются в окружающей среде, и те, которые не разрушаются и могут накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. Один из основных негативных эффектов ПАВ в окружающей среде — понижение поверхностного натяжения. Например в океане изменение поверхностного натяжения приводит к снижению показателя удерживания CO2 и кислорода в массе воды. Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы. Однако при адсорбировании ПАВ на поверхности частичек земли/песка степень/скорость их деградации снижаются многократно. Так как почти все ПАВ, используемые в промышленности и домашнем хозяйстве, имеют положительную адсорбцию на частичках земли, песка, глины, при нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека.

Области применения[править | править код]

Моющие средства. Основное применение ПАВ — в качестве активного компонента моющих и чистящих средств (в том числе, применяемых для дезактивации), мыла, для ухода за помещениями, посудой, одеждой, вещами, автомобилями и пр. В 2007 году в России было произведено более 1 млн тонн синтетических моющих средств, главным образом — стиральных порошков. В настоящее время самым распространенным ПАВ в синтетических моющих средствах является алкилбензосульфонат. К группе анионных ПАВ также принадлежат алкансульфонат (SAS), алкилсульфат (FAS) и летучий алкилсульфат (FAES). FAS может быть получен из растительного сырья, например, рапсового масла или масла кокоса. В катионных ПАВ гидрофильная группа представлена положительно заряженной азотосодержащей группой. В качестве отрицательно заряженного противовеса выступает ион хлора или метилсульфат. Эти ПАВ особенно активно используются в синтетических средствах для «щадящей» стирки, так как играют роль смазки. Неионогенные ПАВ не создают ионы в водных растворах и, следовательно, обладают важными преимуществами: они абсолютно невосприимчивы к жесткости воды, демонстрируют высокую эффективность даже при низких концентрациях и низких температурах стирки, не образуют много пены и препятствуют потемнению белья. Сапонин, полученный из мыльнянки или стиральных орешков (Waschnussen), принадлежит к неионогенным ПАВ. Другим примером неионогенного ПАВ является сахарный алкилполиглюкозид (APG), добываемый из возобновляемого сырья: кукурузы, сахарного тростника и кокосового ореха. APG является биологически разлагаемым и имеет отличную совместимость с кожей. Именно эти ПАВ используются в натуральных стиральных порошках
Наука. ПАВ широко применяются в исследованиях, например, в биологии для разрушения клеточных мембран в целях выделения компонентов клеток (белки, хроматин, РНК) для непосредственного их анализа (вестерн-блот, количественная ПЦР) или использования в других экспериментах (иммунопреципитация белковых комплексов (Co-IP, хроматина (ChIP)[en], РНК (RIP) и пр.).
Косметика. Основное использование ПАВ в косметике — шампуни, где содержание ПАВ может достигать десятков процентов от общего объёма. Также ПАВ используются в небольших количествах в зубной пасте, лосьонах, тониках и других продуктах.
Текстильная промышленность. ПАВ используются в основном для снятия статического электричества с волокон синтетической ткани.
Кожевенная промышленность. Защита кожаных изделий от лёгких повреждений и слипания.
Лакокрасочная промышленность. ПАВ используются для снижения поверхностного натяжения, что обеспечивает лёгкое проникновение красочного материала в маленькие углубления на обрабатываемой поверхности и их заполнение с вытеснением при этом оттуда другого вещества (например, воды).
Бумажная промышленность. ПАВ используются для отделения чернил от целлюлозы при переработке макулатуры. Молекулы ПАВ, адсорбируясь на пигменте чернил, делает его гидрофобным. Далее воздух пропускается через раствор пигмента и целлюлозы. Пузырьки воздуха адсорбируются на гидрофобной части ПАВ и частички пигмента всплывают на поверхность (см. флотация).
Металлургия. Эмульсии ПАВ используются для смазки прокатных станов и снижения трения. Выдерживают высокие температуры, при которых сгорает масло.
Защита растений. ПАВ широко используются в агрономии и сельском хозяйстве для образования эмульсий пестицидов. Используются также для повышения эффективности транспортировки питательных компонентов к растениям через мембранные стенки их клеток (см. внекорневая подкормка).
Пищевая промышленность. ПАВ в виде эмульгаторов (например, лецитина[источник не указан 3181 день]) добавляют для улучшения качества мороженого, шоколада, взбитых сливок, соусов, печенья и других блюд.
Нефтедобыча. ПАВ применяются для гидрофобизации призабойной зоны пласта (ПЗП) с целью увеличения нефтеотдачи.
Строительство. ПАВ[источник не указан 3181 день], называемые пластификаторами, добавляют к цементно-песчаным смесям и бетонам для уменьшения их водопотребности при сохранении подвижности. Это увеличивает конечную прочность (марку) затвердевшего материала, его плотность, морозостойкость, водонепроницаемость.
Медицина. Катионные и анионные ПАВ применяют в хирургии в качестве антисептиков. Например, четвертичные аммониевые основания приблизительно в 300 раз эффективнее фенола по губительному действию в отношении микроорганизмов. Антимикробное действие ПАВ связывают с их влиянием на проницаемость клеточных мембран, а также ингибирующим действием на ферментативные системы микроорганизмов. Неионогенные ПАВ практически не обладают противомикробным действием.
Теплоэнергетика. ПАВ применяются для обработки функциональных поверхностей систем теплоснабжения, а также рабочих поверхностей теплообменного оборудования с целью повышения гидрофобности и увеличения краевого угла смачиваемости, что приводит к ряду положительных эффектов, таких как: многократное снижение скорости протекания коррозионных процессов; уменьшение гидравлического сопротивления; удаление накопившихся отложений с поверхностей оборудования и трубопроводов и предотвращение образования новых отложений.[7]

Объём производства[править | править код]

В 2008 году годовой объём производства ПАВ составил 13 миллионов тонн[8]. В 2012 году объём рынка ПАВ составлял 26,8 миллиарда долларов, к 2016 году ожидается рост до 31 миллиарда, а к 2020 — до 36 миллиардов[9].

Сопутствующие ПАВ[править | править код]

Со-ПАВ не применяются без основного ПАВ. Могут иметь такие дополнительные функции, как солюбилизирующее действие, снижение статического электрического заряда (волос, ткани), стабилизирующее действие на гелеобразующие компоненты, усиление или, наоборот, подавление пенообразования, стабилизация пены и т. д. Пример со-ПАВ: каприлглюкозид.

См. также[править | править код]

Мыло
Сурфактант
Амфотерный сурфактант
Диспергаторы кальциевых мыл
Неонол
Синтанол
Сульфонол
Катапин
Кокамидопропилбетаин

Примечания[править | править код]

↑ Моющее действие // Большая российская энциклопедия. Том 21. — М., 2012. — С. 360—361.
↑ Не следует путать с Поверхностной (радио)активностью.
↑ 1 2 3 4 5 6 Chemistry and Technology of Surfactants / Edited by Richard J. Farn. — Blackwell Publishing Ltd, 2006. — 315 p. — ISBN 978-14051-2696-0.
↑ Dierker M., Schäfer H. J. Surfactants from oleic, erucic and petroselinic acid: Synthesis and properties (англ.) // European Journal of Lipid Science and Technology. — 2010. — Vol. 112, no. 1. — P. 122.
↑ 1 2 3 4 5 6 Ланге К. Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение = Surfactants. A Practical Handbook / Пер. с англ. — СПб.: «Профессия», 2004. — 240 с. — ISBN 5-93913-068-2.
↑ 1 2 Плетнев М. Ю. Косметико-гигиенические моющие средства // . — «Химия». — М., 1990. — С. 17—20. — ISBN 5-7245-0275-5.
↑ [www.src-w.ru Научный центр “Износостойкость” НИУ “МЭИ”].
↑ Kosaric,Naim; Sukan,Fazilet Vardar. Biosurfactants: Production and Utilization—Processes, Technologies, and Economics (англ.). — CRC Press, 2014. — P. 153. — ISBN 9781466596702.
↑ Global Surfactant Market – Acmite Market Intelligence. Дата обращения: 2 декабря 2015.

Комментарии

↑ Приведена схема для этиленоксида, как наиболее распространённого реагента для синтеза алкоксилатов.
↑ Вместо оксида фосфора также используются полифосфорные кислоты, а в качестве исходных продуктов — этоксилаты спиртов.
↑ Обычно используют не сами сульфоновые кислоты, а аммониевые или натриевые соли, например: лаурилсульфат натрия.

Литература[править | править код]

Поверхностно-активные вещества // Большая российская энциклопедия. Том 26. — М., 2014. — С. 487.
Абрамзон А. А., Гаевой Г. М. (ред.) Поверхностно-активные вещества. — Л.: Химия, 1979. — 376 с.
Плетнев М. Ю. (ред.) Поверхностно-активные вещества и композиции. Справочник. — М.: ИД «Косметика и медицина», 2002. — 752 с.
Паршикова Т. В. Поверхностно-активные вещества как фактор регуляции развития водорослей. — Киев: Фитосоциоцентр, 2004. — 276 с. (на укр. яз.) ISBN 966-306-083-8 (ошибоч.).
Остроумов С. А. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы. — М.: МАКС-Пресс, 2001. — 334 с. ISBN 5-317-00323-7.
Ставская С. С., Удод В. М., Таранова Л. А., Кривец И. А. Микробиологическая очистка воды от поверхностно-активных веществ. — Киев: Наук. думка, 1988. — 184 с. ISBN 5-12-000245-5.
Пищевые эмульгаторы и их применение: [пер с англ. В. Д. Широкова] / Под ред. Дж. Хазенхюттля, Р. Гартела. — СПб.: Профессия, 2008. — 288 с.

Источник

Вода – универсальный растворитель. С ее помощью моют руки, одежду, предметы интерьера и других вещи. Увы, она способна растворить и вывести с поверхности далеко не все загрязнения. Поэтому в воду добавляют стиральные порошки и жидкости с содержанием поверхностно-активных веществ. ПАВ в моющих средствах позволяют легко справиться даже со сложными и застарелыми пятнами.

Действие компонентов основано на гидрофобной и гидрофильной способностях. Другими словами, частицы имеют двухполярное строение. Одной стороной они прикрепляются к молекуле воды, другой к загрязнениям. Именно это позволяет эффективно смывать грязь с поверхности. Есть разные виды частиц. Каждый из них обладает своими свойствами. Рассмотрим их подробнее.

Анионные ПАВ в моющих средствах

Эти компоненты получили наибольшее распространение. Они самые эффективные и недорогие. Их липофильный полюс присоединяет частицу жира, а гидрофильный взаимодействует с водой. Это дает возможность быстро справляться со сложными жировыми отложениями.

Негативным качеством является агрессивное отношение к коже. Когда руки контактируют с таким средством, с их поверхности вымываются естественные жировые частицы. Кожные покровы становятся пересушенными, нарушается липидный баланс и стимулируется повышенная активность сальных желез. Это приводит к излишней чувствительности кожи, ее раздражению и шелушению.

Чаще всего в составе используют следующие компоненты:

натрия лаурилсульфат;
натрия лаурет сульфат;
лаурилсульфат аммония;
лауроилсаркозинат натрия.

Лабораторные исследования показывают агрессивность веществ при взаимодействии с кожей подопытных. Поэтому в составе моющих средств строго ограничивают предельную концентрацию АПАВ.

Хуже всего, что частицы со временем накапливаются и негативно влияют на здоровье. Молекулы, которые не вступили в реакцию во время стирки плохо выполаскиваются из тканей. Часть из них остается на одежде. Контактируя с кожей, они нарушают формирование естественного защитного слоя, и вызывают дерматиты.

Катионные ПАВ в моющих средствах

Эта группа поверхностно-активных веществ при растворении разлагается на катионы и анионы. Первые являются носителями поверхностной активности. Среди них выделяют:

аммониевые основания;
соли высших аминов;
сульфониевые компоненты;
фосфониевые частицы.

Катионные ПАВ имеют слабо выраженную моющую способность. Область их применения существенно ограничена. В стиральных порошках, шампунях и кондиционерах их используют для нейтрализации агрессивного действия анионных ПАВ. При контакте с ними образуются неполярные соединения, которые плохо растворяются в воде и выпадают в осадок.

Выбирая автокосметику, нельзя одновременно использовать составы с анионными и катионными поверхностно-активными веществами. Образующийся в ходе химической реакции осадок будет оставлять разводы на кузове.

Исключение составляют полироли. В них такая комбинация выступает в качестве эмульгатора.

Неионогенные ПАВ в составе моющих средств

По эффективности и популярности НПАВ занимают второе место после анионных. Они обладают следующими свойствами:

Отличное моющее действие. Быстро удаляют загрязнения без применения в рецептуре дополнительных добавок.
Стойкость в жесткой воде. Стиральные порошки не снижают своей эффективности в условиях низкого качества водопроводной воды.
Биоразлагаемость. Компоненты быстро распадаются на простые, безопасные для здоровья человека и окружающей среды частицы.

При использовании в стиральных порошках НПАВ проявляют низкое пенообразование. Это положительно сказывается на составах для автоматической стирки. Используя их в ручном режиме, приходится добавлять анионные компоненты.

Причиной широкого распространения неионогенной продукции становится простота производства. Химическое вещество получают из самых разных доступных органических соединений. Главное, чтобы в сырье присутствовали длинноцепочечные алкиларидные радикалы.

Амфотерные ПАВ в составе моющих средств

Компоненты проявляют свои свойства в зависимости от среды в которую попадают. Решающим фактором для их определения является уровень рН. В кислой среде проявляются свойства катионных веществ, а в щелочной – анионных.

Важное достоинство амфотерных частиц – бережное отношение к кожным покровам. Они обладают не только моющей, но и бактерицидной активностью. Самыми распространенными являются следующие вещества:

кокаминопропил бетаин;
имидазолин.

Отдельного внимания заслуживает сочетание гранул с другими добавками. Когда амфотерные частицы встречаются с анионными, повышается пенообразование раствора. Он становится более безопасным для здоровья человека и окружающей среды. В комбинации с катионными частицами усиливается действие силиконов и полимерных составляющих в составах по уходу за кожей и волосами.

Существенный недостаток амфотерных ПАВ – высокая цена. Их производство требует больших финансовых затрат.

Особенности выбора моющих средств

Отказаться от использования синтетических компонентов в повседневной жизни практически невозможно. Альтернативой им становится продукция, полностью выполненная из натуральных компонентов. Но ее высокая стоимость сильно ограничивает круг потребителей. Поэтому лучшим решением становится тщательный выбор продукции.

Если нет необходимости отстирывать сложные загрязнения, лучше применять стиральные порошки с низким содержанием АПАВ. Оптимальный вариант – иметь в арсенале несколько средств с разными составами, и правильно использовать их.

Косвенным признаком повышенного содержания анионных веществ является сильное пенообразование.

Если речь идет о продукции для мытья посуды, самое безопасное решение – использовать перчатки, и несколько раз ополаскивать тарелки. В этом случае на поверхности не останется агрессивных частиц, а кожа рук сохранит первозданный вид.

Анализируйте состав продукции перед ее приобретением. Всегда подбирайте средства в соответствии со сложностью предстоящих работ. Благодаря этому вы сможете добиться максимальной их эффективности и избежать негативных проявлений.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник