Emulsion & Extraktion

= Ein Gemisch

-> disperse Phase —> Flüssigkeit, die in Form von Tröpfchen verteilt ist

-> Dispersionsmedium/ kontinuierliche Phase —> Die Flüssigkeit, in der die Tröpfchen verteilt sind (äußere Phase) —> bestimmt die Eigenschaften

• eigentlich nicht mischbar, aber in Emulsion wird Vermischung erreicht

• Unterscheidbare Phasen: polar und unpolar

  • Phasenvolumenverhältnis entscheidend (Grenze bei 30%zu70%)

• Farbe abhängig von Streuung der Fetttröpfchen

Öl-in-Wasser (O/W)

• Wasser = äußere, kontinuierliche Phase

• Öl = innere, disperse Phase

• Milch, Sahne, Mayo —> eher wässrig

Wasser-in-Öl (W/O)

• Öl = äußere, kontinuierliche Phase

• Margarine, Butter —> eher fest

• Vinaigrette —> bessere Benetzung (Salat)

• Herstellung durch Scherung

  • Feine Verteilung der Tropfen, hohe Oberfläche

  • Möglichst kleine Partikelgrößen (Tropfen)

• Überwindung der Grenzflächenspannung

  • Mechanische Arbeit nötig

• Ohne Stabilisatoren?

  • Langsame Auftrennung, da immer thermodynamisch instabil

  • Brechen der Emulsion

  • Homogenisierung der Milch

1. Phase: Für kurze Zeit stabile Emulsion

—> Öl in Wasser dispergiert

2. Phase: Reversible Aufrahmung oder Sedimentation

—> Trennung durch Gravitation (Schwere Partikel setzen sich am Boden ab)

—> reversibel: kann durch rühren wieder vermischt werden

3. Phase: Ostwald-Reifung

—> kleine Partikel Lösen sich auf —> werden zu größeren Partikeln

4. Phase: reversible Aggretation

—> vorübergehenden Zusammenlagerung von Partikeln

5. Phase: Koaleszenz

—> Vereinigung von Öl-Tröpfchen —> sollen sich eigentlich abstoßen!

• Für Stabilität entscheidend: Elektrostatische Ladung der Partikel —> Abstoßung der Partikel anstatt Vereinigung

• bei niedirgen pH-Werten wird Emulgator protoniert (mehr H+)—> Erzeugt positive Ladung um den Tropfen

• Zeta-Potential gibt elektrisches Potential an Abscherschicht (slipping lane) zwischen Tröpfchen der Emulsion an

  • Je höher, desto stärkere elektrostatische ladung, desto stärker Abstoßung der Tröpfchen, desto stärker die Emulsion

• pH beeinflusst direkt auch Oberflächenladung der Tröpfchen —> Wechselwirkungen

• Emulgatoren, die Carbonsäuren oder Aminogruppen enthalten reagieren besonders empfindlich auf pH Änderungen

• Amphihile/ grenzflächenaktive Molekühle

  = Hydrophil (wasseranziehend) und lipophil (fettanziehend) in einem

  —> Vergleichbar: Tensid

• Wechselwirkung zwischen

  • Hydrophilem Teil und Wasser

  • Lipophilem Teil und Fett

  • Vermittlung zwischen wässrigen und fettigen Phasen möglich

• Klassifizierung der Polarität —> hydrophile und lipophile Gruppen

  • Verhältnis beschreibt die HLB: Die Hydrophile-Lipophile-Balance (HLB): Fähigkeit eines Emulgators beschreibt, zwischen Wasser und Fett zu vermitteln

  • Skala zwischen 0 und 20

    • 0-9: Ölloslich, 11-20, wasserlöslich, 10 ist vollkommen amphiphil

    • Phospholipide HLB = 5

    • Lysophosphatide HLB = 12-16

    • Sojalecithin HLB = 5

  • Grober Richtwert, QUalität der polaren Kopfgruppen vernachlässigt

-       Eigelb/Soja —> Lecithine (Phospholipide) E322 (HLB 5)

-       Mono- und Diglyceride von Fettsäuren E471

-       Senf —> Senfölglykoside (aber nicht so doll)

-       Polysorbat 80 —> Mögliche Darmentzündungen

• Verteilung eines Stoffes x zwischen zwei nicht mischbaren Phasen wird durch Verteilungskoeffizient K angegeben

• Nicht mischbare Phasen: Öl (unpolar) und Wasser (polar)

• Stoff x: Verteilung zwischen den Phasen je nach Polarität

• 1 = Gleichgewicht

• je höher, desto besser ist Löslichkeit in Öl (>1)

• je geringer, desto höher Löslichkeit in Wasser (<1)

Beispiel Capsaicin (scharfer Bestandteil von Chilis):

• gute Löslichkeit in Öl —> 0,42 mol/L

• schlechte Löslichkeit in Wasser —> 0,000042 mol/L)

• K = 10.000

Weitere Beispiele:

-       Naringin (Blutorange) -> 0,37

-       Geosmin (Rote Beete) -> 3700

-       Capsaicin (Chili) -> 10.000

• Aromen in Wasser —> schlecht gelöst und leichte Verflüchtigung (unpolar)

  • bei Öl anders herum

• Grundgeschmack in Wasser —> gut gelöst und schlechte Verflüchtigung (polar)

  • keine Wechselwirkung mit Öl

Extraktion = Herauslösen von Substanzen aus Stoffgemisch

• Verteilung eines Stoffes zwischen zwei nicht-mischbaren Phasen entscheidend

• Extraktionsmittel soll leicht zu entfernen sein oder verbleiben können

Fest-Flüssig-Extraktion —> Tee, Kaffee, Ölsaaten

• Ölextraktion aus Ölsaaten mit Hexan oder Gegenstrom

• Perkolationsverfahren (Lösungsmittel strömt vorbei —> Kaffee)

• Immersionsverfahren (Matrixextraktion —> Mechanische Arbeit/Rühren)

• Abschließende Filtration

Flüssg-Flüssig-Extraktion —> seltener im Alltag

• Extraktionsmittel sollte schlechte Löslichkeit aufweisen und unterschiedliche Dichte

• Möglichst hohe Extraktionskraft

• z.B. im Scheidetrichter

Doppelte Extraktion —> Doppelter Geschmack

• oft Wasser und Öl gleichzeitig da

• Getrennte simultane Extraktion

  • Aromen —> Öl

  • Grundgeschmacksrichtungen —> Wasser

  • z.B. Estragonblätter in Flasche mit Hälfte Wasser, Hälfte Öl —> Geschmacksstoffe in Wasser, Aromastoffe in Öl

  • dadurch ganzheitliche Extraktion —> Maximum an Geschmack

Temperatur

• Niedrige Temperatur —> mehr Zeit

• höhere Temperaturen —> schnellere Ergebnisse —> kinetische Energie

  • anbraten von Gewürzen und Kräutern —> Maillard Reaktion

  • kann aber auch zu unerwünschten Veränderungen führen

• kalte oder warm gepresste Öle —> zusätzliche Stoffe werden extrahiert

• durch Hitze oder Druck platzen Zellen und LM werden extrahiert

Oberfläche

• je größer Oberfläche, desto vollständiger Extraktion —> Kaffee

Komplexes Gleichgewicht aus Zeit, Temperatur, Druck, Oberfläche

= Überkritische CO2 Extraktion

• Physikalische Extraktion als Gas und Flüssigkeit gleichzeitig (überkritisches CO2) —> CO2 wird dazu bestimmtem Druck und Temperatur ausgesetzt

  • besonderes Lösungsvermlgen (unpolar) —> effektisches Lösungsmittel

  • relativ “grün” im Vergleich zu Hexan etc. -> keine Rückstände

• Überkritisches CO2 triff auf bei 31 Grad und 73,8 bar

  • niedrige und schonende Bedingungen

• sehr hohe Fließfähigkeit —> geringe Oberflächenspannung und starke Benetzung

• Feintuning von Aromen oder Entfernung von Pestiziden

• Vorteile: keine Schwermetalle, wenig Proteine oder KH

• Sehr selektiv und lebensmittelsicher

Beispiele:

-      Extraktion von Kaffee aus Koffein

-       Farbstoffe, Aromen aus Gewürzen

-       Öle aus Ölsaaten

-       Xanthohumol aus Hopfen