المستحلبات أو المواد المستحلبة عبارة عن مجموعة من المركبات تعمل على تركيز نفسها في البيئة الفاصلة بين وسطين غير ممتزجين (مثال الزيت و الماء) وتعمل على تقليل التوتر السطحي بين هذين الوسطين أى أن تلك المركبات تعتبر مواد متعددة الأوجة تظهر خواص محبة للماء وكذلك خواص محبة للدهن (كاره للماء), وبشيء من الاختصار يمكن القول بأنها مواد تعمل على إيجاد معلق ثابت من سائلين غير مختلطان طبيعياً.
يلاحظ أن اللبن والقشدة وبعض منتجات الألبان الأخرى تحتوى على بعض المستحلبات موجودة بشكل طبيعي ولكنها غير كافية لتغطية وتثبيت حبيبات الدهن، ولذلك تستعمل أحياناً بعض المواد المستحلبة في صناعة المثلوجات نظراً لأن الدهون لا تختلط جيداً بالماء بل ينفصلان في صورة طبقتين. يعتبر الليثيسين من مواد الاستحلاب الطبيعية التي تتواجد في اللبن.
بصفة عامة يمكن تلخيص أهم الأدوار التي تلعبها مواد الاستحلاب كما يلى:
تحسن من درجة انتشار الحبيبات الدهنية وبخاصة في حالة المخاليط التي يستخدم فيها الزبد أو الزيوت النباتية.
تساعد في تحسين عمليات الخفق وإدماج الهواء.
تحسن من نعومة التركيب البنائى للمنتج النهائي.
تزيد من مقاومة المنتج للانكماش.
تعمل على إنتاج منتج جاف وصلب وفى نفس الوقت ناعم.
المستحلبات المستخدمة حالياً في صناعة الغذاء أما أن تكون مركبات طبيعية منقاة أو كيماويات مصنعة لها تركيب مشابه جداً للمنتجات الطبيعية. ومثل أي مضاف غذائي، فإن المستحلبات تخضع لتشريعات الاتحاد الأوروبي الصارمة التي تحكم تقييم السلامة الخاص بها، والترخيص، والاستخدام وبطاقات البيان الخاصة بها.
تتطلب هذة التشريعات من جميع المستحلبات المضافة، كما هوالحال مع جميع المضافات الغذائية، أن يتم ذكرها على عبوة الغذاء باسمها أو رقم اي ((E الخاص بها.
أنواع المستحلبات
الزيت في الماء : Oil-in-water (O/W) تنتشر قطرات الزيت في مرحلة مائية مستمرة.
يتم تكوين هذا المستحلب عموماً إذا كان الطور المائي يشكل أكثر من 45% من الوزن الإجمالي، وتم إستخدام مستحلب محب للماء.
هذه مفيدة كقواعد دوائية قابلة للغسل بالماء، حجم الكرية هو 0,025 إلى 10 ميكرون.
الماء في الزيت: Water-in-oil (W/O)
وتنتشر القطرات المائية في المرحلة الزيتية المستمرة.
يتم تكوين هذا المستحلب بشكل عام إذا كانت المرحلة الزيتية تشكل أكثر من 45% من الوزن الإجمالي ويتم استخدام مستحلب محب للدهون.
هذه تستخدم لمستحضرات التجميل.
مستحلبات متعددةMultiple emulsions :
لها ثلاث مراحل: قد تكون زيت في ماء في زيت (o/w/o) ، أو ماء في زيت في ماء (w/o/w) .تتوفر العديد من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية وغير الأيونية لهذا الغرض.
تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي المحبة للدهون (القابلة للذوبان في الزيت، منخفضة (HLB لمستحلب الماء/الزيت ، في حين تستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي المحبة للماء (القابلة للذوبان في الماء، عالية (HLB لتثبيت أنظمة الزيت/الماء.
مستحلبات دقيقة: Micro emulsions
هى انتشار السوائل غير القابلة للذوبان في سائل ثان يبدو واضحاً ومتجانساً للعين المجردة. تتكون من المواد الخافضة للتوتر السطحي الأيونية (مثل سترات الصوديوم) في وجود مادة مساعدة Co-surfactant (البنتانول أو ديوكسي إيثيلين دوديسيل إيثر) مع الهيدروكربونات (مثل الهيكساديكان) والماء.
بشكل عام يعتقد أن المستحلبات الدقيقة مستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية.
المستحلبات المستخدمة فى المنتجات اللبنية:
•الليسيثين.•جلسريدات أحادية وثنائية.
•إسترات الأحماض الدهنية.
•بروتينات اللبن.
•أملاح الفوسفات والسترات.
التكنولوجيات الحديثة فى المستحلبات
التقليب الميكانيكى: Mechanical Agitation
هى طريقة شائعة لتكوين مستحلبات، وذلك بإضافة طاقة ميكانيكية على المخلوط أو المادة. تتضمن هذه الطريقة استخدام جهاز خارجي، مثل الخلاط أوالميكسرأو المجنس، وتعريض المخلوط لقوى قص Shear forces عالية، مما يساعد على تفتيت أو تكسير قطرات الدهن وتوزيعها في جميع أنحاء الطور المستمر. ومن أمثلتها:1- التقليب أو الخلط Stirring or Mixing: : باستخدام خلاط (ميكسر).
2- خلاطات الدوار والثابت (Rotor-Stator Mixers) : هي أجهزة خلط عالي القص (High-Shear) تستخدم في الصناعات المختلفة للاستحلاب، التجانس، التشتيت، والمزج السريع للمواد. تتكون من جزء دوار عالي السرعة (Rotor) يعمل داخل جزء ثابت (Stator)، مما يولد طاقة ميكانيكية وهيدروليكية كبيرة تفتت الجزيئات الصلبة وتدمج السوائل بفعالية لإنتاج خليط متجانس.
3- طواحين الغرويات (Colloid Mills) :هي أجهزة صناعية تستخدم لتقليل حجم الجزيئات الصلبة داخل السوائل (Suspensions) أو لتقليل حجم قطرات المستحلبات (Emulsions).تعتمد بشكل أساسي على مبدأ الدوار (Rotor) والثابت (Stator).
التجنيس بالضغط العالى (High-Pressure Homogenization - HPH):
هى عملية صناعية متقدمة تستخدم لتقليل حجم الجزيئات، دمج المكونات (الاستحلاب)، أو تفتيت الخلايا في السوائل عن طريق تمريرها عبر صمام ضيق تحت ضغط مرتفع جدًا (يصل إلى 300 ميجا باسكال أو أكثر). ومن أمثلتها:1- المجنس ذو فجوة المكبس (Piston-gap Homogenizer) : تعتمد هذه التقنية على إجبار السائل على المرور عبر فجوة ضيقة جدًا تحت ضغط مرتفع جدًا، مما ينتج قوى ميكانيكية شديدة تؤدي إلى التجنيس.
2- المجنس ذو الصمام (Valve Homogenizer) هو المكون الأساسي في أجهزة التجنيس عالي الضغط ، ويعمل على دفع السوائل عبر فجوة ضيقة جداً تحت ضغط عالى. يؤدي هذا إلى تكسير الجسيمات وتقليل حجم القطرات لإنتاج مستحلبات ومستحلقات مستقرة ومتجانسة، وهو أمر حيوي في صناعات الأغذية والأدوية.
المعالجة بالموانع الدقيقة (Microfluidization) :
هى تقنية متطورة للتجنيس بالضغط العالى تستخدم لتقليل حجم الجسيمات إلى مستويات ميكرونية أو نانوية صغيرة جداً، وتشكيل مستحلبات مستقرة. تستخدم هذه الأجهزة مضخات ذات ضغط عالى جداً لدفع العينات (السوائل) عبر قنوات دقيقة (Microchannels) وغرف ذات أبعاد ميكرونية (Micron-sized chambers)، مما يولد قوى قص عالية تؤدي إلى تكسير المواد بفعالية. تستخدم مضخات ضغط عالىٍ (30,000- 40,000 رطل لكل بوصة مربعة) لتمرير السوائل بسرعة فائقة، مما يسبب تصادم يفتت الجسيمات ويجعلها متساوية الحجم.
التجنيس بالموجات فوق الصوتية: (Ultrasonic Homogenization)
هو عملية استخدام الموجات الصوتية عالية التردد (أعلى من 20 كيلوهرتز) لتوليد قوة قص و لتفتيت الجسيمات، خلط السوائل غير القابلة للامتزاج، أو تكسير الخلايا في المحاليل، مما ينتج عنه خليط متجانس تماماً، تستخدم هذه الطريقة ظاهرة "التكهف" (Cavitation) حيث تتشكل فقاعات دقيقة، وتتمدد، ثم تنهار في النهاية داخل الوسط خلال هذه العملية، والتي تنتج عن تغيرات الضغط المتناوبة، والمعروفة بالتجويف الصوتي. الاستحلاب الغشائي: (Membrane Emulsification)
هو تقنية استحلاب حديثة متخصصة ومنخفضة الطاقة تتضمن استخدام أغشية مسامية ، مع مجموعة واسعة من المواد لتكوين قطيرات صغيرة وموحدة للغاية في المستحلب. تعتمد العملية على دفع السائل المشتت (الطور الداخلي) عبر مسام غشاء دقيق (Microporous Membrane) ليشكل قطيرات عند خروجه، والتي تنفصل بفعل تدفق سائل آخر مستمر.إعداد د/ أحمد رشدى محمد
مركز البحوث الزراعية - معهد بحوث تكنولوجيا الأغذية - قسم بحوث تكنولوجيا تصنيع الألبان
