Emulgeren¶
Samenvatting¶
Emulgeren is het proces waarbij twee vloeistoffen die normaal niet met elkaar mengen, zoals olie en water, worden verdeeld tot een stabiele emulsie. Tijdens het emulgeren wordt één vloeistof opgebroken in zeer kleine druppeltjes die gelijkmatig worden verspreid in de andere vloeistof.
Emulgeren is een veelgebruikte procestechniek in de voedingsmiddelenindustrie, farmaceutische industrie, cosmetica en chemische industrie. Producten zoals mayonaise, melk, lotions, crèmes en diverse sauzen zijn voorbeelden van emulsies.
Binnen Jongia worden menginstallaties ontworpen om de juiste combinatie van stroming, afschuifkracht (shear) en mengtijd te creëren. Hierdoor ontstaan fijne en stabiele emulsies met een constante productkwaliteit.
Theorie¶
Wat is emulgeren?¶
Bij emulgeren worden twee normaal niet-mengbare vloeistoffen met elkaar gemengd.
Meestal gaat het om:
- olie en water;
- water en olie.
Door mechanische energie worden grote druppels opgebroken tot miljoenen kleine druppeltjes die zich gelijkmatig door de andere vloeistof verspreiden.
Het resultaat is een emulsie.
Wat is een emulsie?¶
Een emulsie bestaat uit twee vloeistoffen:
- een continue fase;
- een gedispergeerde fase.
De gedispergeerde fase bestaat uit kleine druppeltjes die zijn verdeeld in de continue fase.
Bijvoorbeeld:
- olie als kleine druppels in water;
- water als kleine druppels in olie.
Olie-in-water en water-in-olie¶
Er bestaan twee hoofdtypen emulsies.
Olie-in-water (O/W)¶
Hierbij vormt water de continue fase.
De olie is verdeeld als kleine druppels.
Voorbeelden:
- melk;
- mayonaise;
- veel cosmetische lotions.
Water-in-olie (W/O)¶
Hierbij vormt olie de continue fase.
Het water is verdeeld als kleine druppels.
Voorbeelden:
- boter;
- sommige zalven;
- waterafstotende crèmes.
Waarom emulgeren?¶
Emulgeren wordt toegepast om:
- een homogeen product te maken;
- een stabiele structuur te verkrijgen;
- ingrediënten gelijkmatig te verdelen;
- de textuur te verbeteren;
- ontmenging te voorkomen.
Veel producten zouden zonder emulgeren vrijwel direct weer uit elkaar vallen.
Hoe ontstaat een emulsie?¶
Tijdens het mengen ontstaan afschuifkrachten (shear).
Deze krachten:
- breken grote druppels op;
- verkleinen de druppelgrootte;
- verdelen de druppels door de andere vloeistof.
Hoe kleiner de druppels worden, hoe stabieler de emulsie meestal is.
Emulgatoren¶
Alleen mengen is vaak niet voldoende.
Veel emulsies bevatten daarom een emulgator.
Een emulgator:
- verlaagt de oppervlaktespanning;
- voorkomt dat druppels weer samensmelten;
- stabiliseert de emulsie.
Bekende emulgatoren zijn:
- lecithine;
- eidooier;
- bepaalde eiwitten;
- oppervlakteactieve stoffen (surfactants).
Zonder emulgator zal een emulsie vaak na verloop van tijd weer ontmengen.
Druppelgrootte¶
De grootte van de druppels bepaalt veel eigenschappen van de emulsie.
Kleinere druppels zorgen vaak voor:
- betere stabiliteit;
- een gladdere structuur;
- een gelijkmatiger uiterlijk;
- minder kans op ontmenging.
De gewenste druppelgrootte verschilt per product.
Shear¶
Voor het maken van een emulsie zijn afschuifkrachten essentieel.
Een hogere shear:
- breekt grotere druppels sneller op;
- zorgt meestal voor kleinere druppels;
- verkort vaak de mengtijd.
Te veel shear kan echter ook nadelen hebben, zoals ongewenste opwarming of beschadiging van gevoelige ingrediënten.
Invloed van viscositeit¶
De viscositeit van beide vloeistoffen heeft invloed op het emulgeerproces.
Een hogere viscositeit kan:
- het opbreken van druppels bemoeilijken;
- de stabiliteit van de emulsie verbeteren;
- meer mengvermogen vragen.
Daarom worden viscositeit en shear altijd samen beoordeeld.
Temperatuur¶
Temperatuur beïnvloedt:
- viscositeit;
- oppervlaktespanning;
- oplosbaarheid;
- stabiliteit.
Veel emulsies worden daarom bij een zorgvuldig gekozen temperatuur geproduceerd.
Bij voedingsmiddelen en cosmetica is temperatuur vaak een kritische procesparameter.
Geschikte mengsystemen¶
Afhankelijk van het product worden verschillende mengsystemen toegepast.
Bijvoorbeeld:
- Pitched Blade;
- Hydrofoil;
- Propeller;
- Gas Inducing Mixer;
- Inline Mixer;
- High Shear Mixer.
Bij zeer fijne emulsies worden vaak rotor-stator-systemen of andere high-shear mengers toegepast.
Emulgeren versus dispergeren¶
Hoewel beide processen sterk op elkaar lijken, zijn er belangrijke verschillen.
| Emulgeren | Dispergeren |
|---|---|
| Twee vloeistoffen mengen | Vaste stoffen, vloeistoffen of gassen verdelen |
| Vormt een emulsie | Vormt een dispersie |
| Druppels in een vloeistof | Deeltjes of druppels in een andere fase |
| Vaak met emulgator | Niet altijd een stabilisator nodig |
Emulgeren is dus een specifieke vorm van dispergeren waarbij beide fasen vloeibaar zijn.
Praktijk bij Jongia¶
Binnen Jongia worden menginstallaties ontworpen voor processen waarbij stabiele emulsies noodzakelijk zijn. Engineers bepalen welke combinatie van impeller, toerental, mengtijd en tankgeometrie nodig is om de gewenste druppelgrootte en productkwaliteit te bereiken.
Bij complexe emulsieprocessen wordt ook gekeken naar de eigenschappen van de grondstoffen, zoals viscositeit, dichtheid en temperatuur. Wanneer een standaard menger onvoldoende shear levert, kunnen speciale high-shear mengsystemen of inline mengers worden toegepast.
Tijdens de engineering wordt daarnaast rekening gehouden met de reinigbaarheid van de installatie, omdat veel emulsieproducten resten kunnen achterlaten op de procesapparatuur.
Veelgemaakte fouten¶
- Emulgeren verwarren met gewoon mengen. Bij emulgeren worden vloeistofdruppels actief verkleind en verdeeld; bij eenvoudig mengen gebeurt dit niet of nauwelijks.
- Denken dat een emulsie altijd stabiel blijft. Zonder een geschikte emulgator of de juiste procesomstandigheden kunnen de vloeistoffen na verloop van tijd weer ontmengen.
- Alleen het toerental verhogen. Een hogere snelheid levert niet automatisch een betere emulsie op; ook impellerkeuze, shear en mengtijd zijn bepalend.
- Viscositeit en temperatuur negeren. Beide hebben grote invloed op de vorming en stabiliteit van een emulsie.
- Dispergeren en emulgeren als synoniemen gebruiken. Emulgeren is een specifieke vorm van dispergeren waarbij twee niet-mengbare vloeistoffen worden samengebracht tot een stabiele emulsie.