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on Milch bis Schokolade: Wie Ramsden-Emulsionen die Lebensmittelindustrie veränder
In der Lebensmittelindustrie ist die Stabilität von Emulsionen von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der Qualität und des Marktwerts von Produkten. Ramsden-Emulsionen, auch als Pickering-Emulsionen bekannt, haben durch die Verwendung fester Partikel die Produktion und Formulierung vieler Lebensmittelprodukte erheblich revolutioniert. In diesem Artikel werden die Eigenschaften von Ramsden-Emulsionen und ihre wichtigen Anwendungen in der Lebensmittelindustrie untersucht.
Das Konzept der Ramsden-Emulsionen geht auf das Jahr 1903 zurück, als Walter Ramsden das Phänomen erstmals beobachtete und S.U. Pickering die Emulsionsform im Jahr 1907 näher beschrieb.
Die Besonderheit von Ramsden-Emulsionen liegt darin, dass sie in der Lage sind, Mischungen aus Wasser und Öl besser zu stabilisieren, was durch die Zugabe von Feststoffpartikeln erreicht wird. Diese Partikel können an der Wasser-Öl-Grenzfläche adsorbieren und so die Koaleszenz kleiner Öltröpfchen verhindern, was die Stabilität der Emulsion weiter verbessern kann. Solche Emulsionen können die Form von Öl-in-Wasser oder Wasser-in-Öl haben, es gibt jedoch auch komplexere Systeme wie Wasser-in-Wasser- und Öl-in-Öl-Emulsionen.
Studien haben gezeigt, dass Partikeleigenschaften wie Hydrophobie, Form, Größe sowie die Elektrolytkonzentration der kontinuierlichen Phase und das Volumenverhältnis der beiden Phasen die Stabilität der Emulsion beeinflussen können.
Beim Mischen von Öl und Wasser ohne Zusatz eines Stabilisators verschmelzen die Öltröpfchen aufgrund der Energiereduzierung von selbst. Wenn wir jedoch feste Partikel hinzufügen, werden sie an der Schnittstelle adsorbiert und verhindern diesen Verschmelzungsprozess. Die Kontaktwinkeleigenschaften dieser Partikel spiegeln ihre Hydrophobie wider. Wenn der Kontaktwinkel des Partikels gering ist, wird das Partikel größtenteils vom Tropfen benetzt, wodurch es schwierig wird, die Verschmelzung der Tropfen zu verhindern. In praktischen Anwendungen ist die Stabilität optimal, wenn der Kontaktwinkel etwa 90° beträgt.
In der Lebensmittelindustrie ist die häufigste Form der Ramsden-Emulsion die Wasser-in-Öl-Emulsion, da die meisten organischen Partikel hydrophil sind. Homogenisierte Milch beispielsweise ist eine Ramsden-stabile Emulsion, deren Milchproteine (Kasein) in der Lage sind, an der Oberfläche von Milchfettkügelchen zu adsorbieren und als Tenside zu wirken. Auf diese Weise werden die Membranen der Milchfettkügelchen ersetzt, die beim Homogenisierungsprozess beschädigt werden. Außer in Milch können Ramsden-Emulsionen auch in Produkten wie fettarmer Schokolade, Salatdressings und Margarine zur Verbesserung der Stabilität verwendet werden.
Angesichts der zunehmenden Aufmerksamkeit, die den Themen Umwelt, Gesundheit und Kosten zukommt, hat die Forschung zu Ramsden-Emulsionen vor allem in den letzten 20 Jahren rasche Fortschritte gemacht.
Mit der Zeit entdeckten die Forscher, dass synthetische Nanopartikel, deren Größe und Zusammensetzung präzise kontrolliert werden kann, als Stabilisatoren für Ramsden-Emulsionen dienen könnten. In jüngster Zeit haben jedoch auch natürliche organische Partikel aufgrund ihrer Durchbrüche in puncto Kosteneffizienz und biologischer Abbaubarkeit zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen und sie werden aus erneuerbaren Ressourcen gewonnen. Die Ergebnisse bieten Potenzial für umweltfreundlichere Optionen in der Lebensmittelherstellung.
Darüber hinaus eignen sich Ramsden-Emulsionen hervorragend für Anwendungen wie die Öl- und Gasstimulation sowie die Wasseraufbereitung. Bestimmte Ramsden-Emulsionen bleiben sogar unter Magenbedingungen stabil und zeigen eine Resistenz gegenüber einer abnormalen Magenlipolyse, was sie möglicherweise für die orale Verabreichung und zur Steigerung des Sättigungsgefühls nützlich macht.
Es ist erwähnenswert, dass die Verwendung amphiphiler „Janus-Partikel“, also Partikel, die auf der einen Seite hydrophob und auf der anderen hydrophil sind, ebenfalls zur Verbesserung der Stabilität von Ramsden-Emulsionen beiträgt.
Diese Januspartikel verfügen über eine höhere Adsorptionsenergie an der Flüssigkeit-Flüssigkeit-Grenzfläche und verbessern dadurch die Gesamtstabilität der Emulsion. Ebenso können Latexpartikel durch Ramsden stabilisiert werden und schließlich eine durchlässige Hülle oder Kapsel bilden, die als kolloidale Hülle bezeichnet wird. Die Tröpfchen der Ramsden-Emulsionen eignen sich zudem als Vorlage für Mikrokapseln, da sie wasserundurchlässige Kapseln bilden. Darüber hinaus kann diese Form der Einkapselung auch auf Wasser-in-Wasser-Emulsionen (d. h. Dispersionen von phasengetrennten wässrigen Polymerlösungen) angewendet werden, und der Prozess könnte auch reversibel sein. Dennoch haben Ramsdens stabile Mikrobläschen auch gute Anwendungsaussichten in Ultraschallkontrastmitteln.
Mit der weiteren Erforschung und Anwendung der Ramsden-Emulsion wird ihr Einfluss auf die Lebensmittelindustrie nur noch größer werden. In welche Richtung wird sich die Lebensmittelherstellung in Zukunft entwickeln?
