CZ262893A3

CZ262893A3 - Foam consisting of gas bubbles dispersed in a continuous liquid medium

Info

Publication number: CZ262893A3
Application number: CS932628A
Authority: CZ
Inventors: Rodney David Bee
Original assignee: Unilever Nv
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1992-06-02
Publication date: 1994-04-13
Also published as: NO934385L; SK135393A3; CA2110493A1; FI935420A0; NO303325B1; HU9303419D0; HUT71283A; WO1992021255A1; CA2110493C; DE69217745D1; IE921775A1; ATE149295T1; GR3023488T3; EP0521543A1; FI935420A; AU1901092A; GB9111880D0; DK0521543T3; DE69217745T2; EP0521543B1

Description

Pěna sestávající z plynových bublinek rozptýlených ve spojitém kapalném prostředí

Oblast techniky :

Vynález se týká plynových bublinek rozptýlených ve spojitém kapalném prostředí a způsobu jejich výroby.'

Dosavadní stav techniky :

Mnoho potravinových, farmaceutických nebo kosmetických výrobků je syceno plynem. Plynná fáze může být zaváděna kvůli zajištění určitých strukturních vlastností, jako je křehkost cukrovinek, lehkost šlehaného krému, snadné dávkování zmrzliny nebo opacita v ' případě kosmetických přípravků, Nebo může plynná fáze působit jako strukturní prvek při vaření, například při pečení koláčů se šlehaným margarínem, nebo jako vaječná provzdušněná báze pěnových dortů nebo nákypů kypřených sněhem. Ačkoliv je velmi rozdílného chemického složení, má sycení plynem těchto výrobků mnoho

2Q společného. Například všechny mohou být připravovány šleháním v jednoduchémmechanickém šlehači nebo mixéru, přičemž počáteční fází je vytvoření velkých plynových bublin, které jsou potom děleny šleháním lopatek šlehače nebo mixéru. V každém případě je známo, že sycení plynem je v různém rozsahu ovlivňováno několika fyzikálními faktory, ž nichž nejdůležitější obvykle spadají do oblasti reologie a chování látek na rozhraní.

Problém u mnoha pěnových výrobků je stabilita v čase, protože pěnová disperze s velkými bublinami je přístupná rozdělování do oddělených vrstev s různým množstvím plynu, přičemž velké ³⁰ bubliny ve vrstvě s vyšším množstvím plynu se shlukují narušením povrchové vrstvy, zatímco menší plynové bubliny, přibližně pod

100 pm, jsou nestabilní v čase vzhledem k disproporci ve prospěch větších bublin, což zvláště platí pro dále se zmenšující plynové bubliny.

Podstata vynálezu :

.,

V praxí je potřeba stabilních pěnových výrobků se stálými plynovými bublinami. Podstatu vynálezu tvoří stabilní pěna sestávající z plynových bublin rozptýlených ve spojitém kapalném prostředí,;to jest pěna se stabilitou přesahující dva týdny, u níž byl

1θ naměřen střední průměr plynových bublin (D 3,2) menší než 10 pm a obsah plynné fáze překročil 0,0001. Ačkoliv plynové bubliny mohou v různých provedeních mít charakteristický vzhled, je obvodový povrch, , tj. povrch oddělující plyn bubliny od kapalného prostředí, strukturován a sestává z množství sousedních bublin. Vhodné .'í stability je dosaženo pokud velká většina bublin má hexagonální a některé pentagonální obrysy. Obvykle jsou přítomny určité nepravidelnosti, například vyšší polygony . Tyto polygony mohou být velmi nepravidelného tvaru.

¹ Dobré stability plynových bublin s ohledem na rozvrstvení a ?0 disproporce může být dosaženo, pokud bubliny mají průměr v rozsahu od 0,1 do 20 pm, výhodně od 0,5 do 3 pm. Výraz průměr se vztahuje v tomto popisu a nárocích na měřený D 3,2 (specifický povrch) střední průměr. Výraz kapalné prostředí v tomto popisu a nárocích zahrnuje jakékoliv prostředí vykazující pohyb molekul, to oc / jest včetně gelů a viskózních kapalin, ale ne skel.

J, i Předmět vynálezu se také zabývá vhodným způsobem tvorby množství plynových bublin v kapalném prostředí, který sestává , . ze šlehání kapaliny s plynem tak, že jsou vytvářeny plynové bubliny požadovaných rozměrů, zatímco jsou v kapalině obsažena povrchově aktivní činidla pro jejich stabilizaci. Pro získání bublin požadovaných rozměrů by měl být vyvinut dostatečný střih na větší plynové bubliny ₊ vytvořené na počátku. Faktory ovlivňující střih jsou typ mixéru nebo i “ ' ' y -..... . ·,· · , u šlehače, viskozita kapaliny a její teplota. V praxi by měl být použit

J.

mixér s velkým střihem, například KeriwoodChef,„koloidní mlýnek, Oakes, průtokový mixér nebo Silverson. Zvýšením viskozity a/nebo snížením teploty kapaliny se zvyšuje účinnost mixérů při vytváření plynových bublin menších rozměrů. Pokud je použit mixér Kenwood

Chef při teplotě místnosti, je vhodná dynamická viskozita kapaliny od 0,1 Pas do 20 Pas, výhodný je rozsah od 0,2 do 0,4 Pas.

Po získání stabilních plynových bublin ve formě silně naslehané pěny mohou být tyto bubliny odděleny od kapaliny použité pro jejich tvorbu. Oddělení může být provedeno odstřeďováním nebo j » použitím dialyzační membrány po modifikaci kapalné fáze suspenze _; plynových bublin, jako je zředění kapalinou, která je s ní mísitelná.

Vynález bude dále popsán pomocí několika výhodných provedení a připojených obrázků, které zobrazují elektronové míkrografy bublin a jejich struktur s různým zvětšením.

Přehled obrázků na výkrese :

Obr.1 je fotografie bublin vytvořených podle postupu v ‘20 příkladu 1 .

I , Obr.2 jé fotografie bublin vytvořených podle postupu v .

' příkladu 1

I.

' Obr.3 je fotografie struktury bublin vytvořených podle 25 postupu v přikladu 1

». i.

j Obr.4 je fotografie bublin vytvořených podle postupu v / příkladu 3 „

Obr.5 je fotografie bublin vytvořených podle postupu v příkladu 4 í .

Obr.6 je fotografie bublin vytvořených podle postupu v příkladu 4 t

M ··..' '

I ΐ

4'

Příklady provedení vynálezu ;

Příklad 1 :

Byl připraven roztok obsahující 70 % hmotnostních maltodextrinu 63DE a 2 % hmotnostní monosteratu sacharozy. Tento roztok byl 1 hodinu šlehán mixérem Kenwood Chef při rychlostním stupni 5, čímž byla vytvořena silně našlehaná pěna.

Tato pěna vykazovala obsah vzduchové, fáze 0,6 a velká 10 většina plynových bublin měla průměr řádově 2 pm a menší. Po 40 dnech stání byly patrné drobné změny.

Na fotografiích pořízených elektronovým mikroskopem, je i patrné (viz. obr.1 a obr.2), že obvodové stěny bublin měly většinou hexagonální (obr.1) a některé pentagonální (obr.2) obrys. Malé 15 množství bublin vykazovalo odlišný polygonální (obr.3) obrys. Na obr.3 je zobrazena část struktury bublin pořízená s maximálním zvětšením elektronového mikroskopu.

Takto připravená pěna mohla být 1000 krát zředěna vodou, 20 čímž byla vytvořena mléčně bílá kapalina. Stejného výsledku bylo dosaženo 1000 násobným zředěním vodným roztokem maltodextrinu 63DE s koncentrací 30 % hmotnostních. Ačkoliv nebyly více rozptylovány v silně viskózním vodném roztoku zůstaly plynové bubliny o průměrech menších než 5-10 pm v suspenzi, která byla mírně zpěněná. Toto zpěnění bylo možné absorbovat jednoduchým mícháním nebo vířením. Po 20 dnech nebyly patrné žádné významné ΐί , změny.

Dokonce při určité flokulaci bublin způsobené překročením času (obvykle více než několik dní v závislosti na koncentraci iontů), zůstávaly bubliny v podstatě stabilní s ohledem na disproporce. Flokulace ovšem způsobila zvýšení zpěnění suspenze plynových bublin. Pokud nedochází ke flokulaci lze sledovat, že bubliny menší jd než 10 pm jsou pod silným vlivem Brownova pohybu, z čehož je patrné, že stabilita těchto bublin není výsledkem jejich pevného uspořádání.

Plynové bubliny mohou být opět zkoncentrováný na obsah plynné fáze 0,4 odstreďováním zředěného roztoku v odstředivce s rychlostí 2500 ot/min po dobu 5 minut. Jak .lze očekávat,.je možné měnit koncentraci plynových bublin vytvářenou odstreďováním změnou viskozity suspenze a velikosti vyvinuté gravitační síly.

Konzistentní pěna vytvořená popsaným způsobem byla zředěna destilovanou vodou na obsahy vzduchové fáze postupně 0,1; 0,01 a 0,001. Po 14 denním stání bylo provedeno měření plynových bublin na přístrojích Coulter Counter (velikost otvoru 70 pm) a Malvern Zetasizer.

Pro měření na přístroji Coulter-Counter byl každý ze tří vzorků zředěné pěny mírně protřesen a vhodně zředěn destilovanou vodou pro účely měření.

Výsledky jsou následující;

Obsah vzduchové fáze 0 0,1

í '		velikost pm	obsah %	populace (tisíce)
	* <1,00	9,5	75
		1,25	16,2	65,1
		1,58	24,3	51,3
ΐ	25	1,99	23,9	28,2
	2,51	13-,6-	8,1
	4	3,16	6,0	1,8
ýV		3,98	3,1	0,5
y		5,02	i;s	0,1
		6,32	0,3	0
1	30	7,96	. 0,2...	0
	10,03	0,6	0
i		12,64	0,1	0
^b		15,93	0	0
			celkem 230

Obsah vzduchové fáze 00,01

velikost um	obsah %	populace (tisíce)
<0,79	-	-
1,00	17,2	65,2
1,25	. 16,8	30,8
1,58	15,1	14,0
1,99	11,6	5,9
2,51	7,6	1,9
3,16	4,0	0,5
• 3,98	2,4	0,1
5,02’	4,0	0,1
6,32	4,4	0,1
7,96	7,0	0 .
10,03	2,6 0 celkem 119

Obsah vzduchové fáze 0 0,001

velikost um	obsah %	populace (tisíce)
<0,79	-	-
1,00	22,4	96
1,25	24,5	52,1
1,58	18,8	20,8
1,99	13,0	7,6
2,51	6,4	1,9
3,16	3,1	0,4
3,98	2,2	0,1
5,02	1,5	0,1
6,32	2,2	0
7,96	1,1	0
10,03	0 0 celkem 179

rt

Ϊ

Slepou zkouškou bylo zjištěno na celkovém pozadí destilované vody množství částicových nečistot 600.

’.'T

Dále bylo množství původní pěny zředěno destilovanou vodou na obsah vzduchové fáze 0,05 a dialýzováno pres noc proti destilované vodě pro snížení maltodextrinu v kapalné fázi.

Po vhodném zředění byly na přístroji Malvern Zetasizer zjištěny následující hodnoty velikostí bublin a rozložení těchto velikostí.

velikost bublin relativní množství bublin

nm	%
<353,9	0,0
353,9- 414,6	0,8
414,6-490,4	4,7
490,4- 577,2	10,8
577,2- 679,3	19,1
679,3- 799,6	27,7
799,6- 941,2	. 20,2
941,2-1107,8	10,8
1107,8-1303,9	4,7
1303:9-1534,8	1,1
>1534,8	0

Shodný dialyzovaný vzorek jemně rozvířený v .ultrazvukové čistící lázni byl vložen do přístroje Malvern Zetasizer a byly určeny následující hodnoty velikostí bublin a jejich rozložení.

velikost bublin relativní množství bublin nm %

<241,4	0
241,4- 278,1	1,2
278,1- 320,5	4,5
320,5- 369,3	8,6
369,3- 425,5	14,5
425,5- 490,3	20,4
490,3- 564,9	19,2
564,9- 650,9	15,1
650,9- 750,0	9,8
750,0- 864,2	' 5,1

s

1,6

O

864,2- 995,8 >995,a

Tyto naměřené hodnoty velikostí plynových bublin a rozložení těchto bublin potvrzují, že většina plynových bublin má ⁵ velikost menší než 10 pm.

Příklad 2 :

Vodný roztok obsahující 1,5 % hmotnostního hydroxyetýlcelulózy a 6 % hmotnostních esteru sacharózy, S-1670

Ryoto Sugar Ester (Mitsubishi Kasei Food Corporation), který je směsí převážně monostearátů a distearátů, byl pfovzdušňován ve válci planetového mixéru použitím jemných drátěných metel. Po 30 ' minutách byla zvýšena koncentrace esterů sacharózy o 2 % hmotnostní přidáním koncentrovanějšího vodného roztoku (25 % 15 hmotnostních). Za stálého šlehání byla v desetiminutových intervalech prováděna shodná operace, až do dosažení celkové koncentrace esteru sacharózy 12 % hmotnostních. Celková viskozita provzdušňované kapaliny byla udržována přibližně konstantní přidáváním vhodného množství vody. Takto připravenou suspenzi '20 plynových bublin je možno zpracovat v koloidním mlýnu pro rychlé > odstranění větších plynových bublin.

λ Dvě takto vytvořené suspenze plynových bublin stály 1 * hodinu ή následně 1 den. Po 100 násobném zředění obou vzorků 25 nemohly být zaznamenány změny v čase u rozložení velikosti *

plynových bublin při sledování světelným mikroskopem. Zjištěné plynové míkrobubliny měly obvykle průměr v rozsahu 1-10 pm.

, , Pomocí světelného mikroskopu bylo možno sledovat volný pohyb mikrobublin na sklíčku mikroskopu i jejich pohyb vlivem Brownova . 30 pohybu. Zvýšením koncentrace povrchově aktivních činidel je možno ^! vytvořit větší poměr plynových mikrobublin vzhledem ke větším bublinám. Po zředění na viskozitu umožňující odstranění bublin větších než je požadovaný rozměr (v tamto případě 20 .pm) a po

I odstředění suspenze plynových bublin, byl obsah plynné fáze 0,4 a množství bublin 10⁹ bublin/ml. Podle potřeby je možno dialýzou odstranit přebytečná povrchově aktivní činidla.

Plynové mikrobubliny připravené tímto způsobem mohou být smíseny s roztokem obsahujícím gelující činidla a činidla ovlivňující viskozitu s vhodnou hodnotou meze průtažnosti, pro tvorbu suspenze se známým obsahem plynné fáze, která je dostatečně stabilní při oddělování bublin. Při vhodných mikrobiologických podmínkách zůstala suspenze plynových bublin beze změny po dobu mnoha týdnů.,

Příklad 3 :

Byly vytvořeny plynové mikrobubliny použitím směsi dvou typů povrchově aktivních činidel s odlišnou třídou hlavní skupiny, ale se stejnými nebo velmi podobnými hydrofobními nasycenými řetězci. Tento příklad demonstruje, že mikrobubliny se značnou stabilitou je možno vytvořit přidáním různých množství spolupůsobících povrchově aktivních činidel u kterých charakteristický tvar povrchu buněk může t

být vytvářen tak, že poloměr buněk je měněn tak, aby byly více (či méně) podobné tvaru plynových bublin. To může být demonstrováno pomocí přenosového elektronového mikrografu (obr.4). Vzorek byl připraven postupem podle příkladu 1, ale s jiným složením povrchově aktivních činidel esteru sacharózy (1,3 % hmotnostního) a kyseliny stearové (0,07 % hmotnostního). U těchto mikrobublin je narušena pravidelná struktura. Povrch bublin zůstává zakřivený a bubliny jsou rozděleny do oblastí dále nepravidelných. Při shodném způsobu přípravy, ale tentokrát s obsahem 1,3 % hmotnostního esteru sacharózy a 0,7 % hmotnostního kyseliny stearové, byly vytvořeny plynové mikrobubliny v podstatě s hladkým povrchem pouze s několika nesouvislostmi v zakřiveném povrchu. Mnoho bublin bylo ve ' / W ’ ¹ společných oblastech. Po 13 denním stání a oddělení mikrobublin 10 násobným zředěním a odstraněním větších bublin odstředěním, byl při dvou samostatných určeních rozložení velikosti určen průměr D3,2 bublin 1,19 a 1,25 pm. Mikrobubliny v těchto vzorcích vykazovaly stabilitu analogickou mikrobubiinám popsaným výše.

Příklad 4 :

Odmaštěný a plně hydrogenovaný fosfatidylcholin (PC) (98 . % hmotnostních Čistý s obsahem 1. % hmotnostního lysofosfatidylcholinu a jiných fosfolipidů jako příměsí (Emulmatic 950 fy Lucas Meyer)) byl.použit pro tvorbu plynových míkrobublin v malém měřítku'. 0,5 g PC bylo ohřáto na 65 °C v 10 g 60% roztoku maltodextrinu. Mícháním, po dobu jedné hodiny za současného ovládání teploty, byla vytvořena homogenní disperze. Další disperze vytvořená pomocí ultrazvukové sondy byla použita ve druhém testu s podobnými výsledky. Suspenze byla provzdušněna při pokojové teplotě příručním šlehacím přístrojem tvořeným. drátěnou klecí z nekorodující oceli a poháněným motorkem s proměnnou rychlostí. V tomto počátečním provzdušnovacím kroku byl získán obsah plynné fáze typicky 0,7. Po 24 hodinovém stání mohla být pěna obsahující mikrobubliny odstřeďováním zbavena větších bublip. Při pozorování přenosovým elektronovým mikroskopem měly mikrobubliny povrchy pokryté vráskami nebo vlnami (obr.6) a často odlišné od celkově kulového tvaru (obr.5). Mohly být získány bubliny v rozsahu velikostí 1-20 pm standardními oddělovacími technikami.

Claims

1. Pěna sestávající z plynových bublin rozptýlených ve spojitém kapalném prostředí, vyznačující se tím, že má stabilitu

5 přesahující dva týdny a střední průměr plynových bublin D 3,2'menší než 10 pm a obsah plynné fáze překračuje 0,0001.

2. Pěna podle nároku 1, vyznačující ser tím, že struktura obvodového povrchu bublin sestává z množství sousedních

10 bublin.

3. Pěna podle nároku 1, v y z n a č u j í c í s e t í m , že bubliny mají průměr v rozsahu od 0,1 do 20 pm.

15

4. Pěna podle nároku 1, vyznačující se tím, že bubliny mají průměr v rozsahu od 0,5 do 3 pm.

5. Pěna podle nároku 2, vyznačující se tím, že velká většina bublin má hexagonální a některé pentagonální obrys.

²⁰ ..... · .

6. Způsob výroby množství plynových bublin v kapalném prostředí šleháním s plynem, vyznačující se tím, že z počátku vytvořené plynové bubliny jsou podrobeny dostatečnému střihu zvýšením síly šlehání, zvýšením viskozity kapalného prostředí,

25 snížením teploty nebo jakoukoliv kombinací těchto kroků postačující pro získání plynových bublin z nichž většina má průměr menší než 20 pm.

7. Způsob výroby podle nároku 6, vyznačující se tím,

30 že plynové bubliny jsou dispergovány do odlišného kapalného prostředí z kapalného prostředí ve kterém byly vytvořeny.

8. Způsob výroby podle nároku 7, vyzn a ču j ící se tím, že kapalné prostředí je modifikováno přidáním složek.

9. Způsob výroby podle nároku 7 nebo 8, v y z n a č u j í cí se t í m , že kapalné prostředí je modifikováno odebráním složek.