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사람들의 생활수준이 향상됨에 따라 소비자들의 식품에 대한 요구는 단순히 영양가가 적당한 것에만 국한되지 않고, 외관, 색상, 향, 맛, 점도, 신선도 등의 감각적 특성에 있어서도 만족스러운 품질을 요구하게 되었습니다.

유화제는 컨디셔닝용 식품 첨가물로서 식품 산업에서 중요한 역할을 합니다. 유화제의 작용 기전을 살펴보겠습니다!

유제

식품에서 흔히 볼 수 있는 에멀전은 물이나 수용액으로 구성되어 있으며, 이를 통칭하여 친수성 상이라고 합니다. 다른 상은 물과 섞이지 않는 유기 상이며, 친유성 상이라고도 합니다. 물과 기름처럼 서로 섞이지 않는 두 액체는 혼합 시 두 가지 유형의 에멀전, 즉 유중수(O/W) 에멀전과 유중수(W/O) 에멀전을 형성할 수 있습니다.

유중수형 에멀전에서는 오일이 물 속에 작은 물방울 형태로 분산되며, 오일 방울이 분산상이고 물이 분산매로 사용됩니다. 예를 들어, 우유는 O/W 에멀전입니다. 유중수형 에멀전에서는 그 반대입니다. 물은 오일 속에 작은 물방울 형태로 분산되며, 물이 분산상이고 오일이 분산매로 사용됩니다. 예를 들어, 인공 버터는 W/O 에멀전의 한 유형입니다.

유화제의 작용 기전

계면활성제라고도 하는 식품 유화제는 서로 섞이지 않는 액체를 균일하게 분산된 상(에멀젼)으로 변환하는 물질입니다. 식품에 첨가되면 기름과 물 사이의 계면 장력을 크게 감소시켜, 서로 섞이지 않는 기름(소수성 물질)과 물(친수성 물질)이 식품 첨가물로서 안정적인 에멀젼을 형성할 수 있도록 합니다.

한편, 유화제는 서로 반발하는 상 표면에 얇은 분자층을 형성하여 전체 시스템의 표면 자유 에너지를 감소시키고 새로운 계면을 형성합니다. 유화제 분자는 친수성 및 친유성 작용기를 가지고 있으며, 이는 기름과 물의 서로 반발하는 상 표면에 흡착되어 얇은 분자층을 형성하고 두 상 사이의 계면 장력을 감소시킵니다. 즉, 기름 분자와 유화제의 친유성 부분은 한쪽에, 물 분자와 유화제의 친수성 부분은 다른 쪽에 위치합니다. 이러한 두 상 사이의 상호작용은 계면 장력의 변화를 유발합니다.

반면, 액적 표면에 보호 흡착층을 형성함으로써 액적에 강력한 공간 안정성을 부여합니다. 유화제를 더 많이 첨가할수록 계면장력이 더 크게 감소합니다. 이를 통해 이전에는 섞이지 않았던 물질들이 균일하게 혼합되어 균질한 분산계를 형성하고, 원래의 물리적 상태를 변화시켜 식품의 내부 구조를 개선하고 품질을 향상시킵니다.
친수성 및 친유성 평형 값

일반적으로 친수성이 강한 유화제는 오일/물 에멀젼을 형성하고, 친수성이 강한 유화제는 물/오일 에멀젼을 형성합니다. 유화제의 친수성 및 친유성 균형을 나타내기 위해 일반적으로 HLB 값(친수성 친유성 균형 값)이 사용되며, HLB 값은 유화제의 친수성을 나타내는 데 사용됩니다. HLB 값의 계산 방법은 다양합니다.

차이 공식: HLB = 친수성 그룹의 친수성 - 친유성 그룹의 소수성

비율 공식: HLB = 친수성 그룹의 친수성/친유성 그룹의 소수성

각 유화제의 HLB 값은 실험적 방법을 통해 구할 수 있습니다. 친유성이 100%인 유화제의 경우 HLB는 0(파라핀 왁스로 표시)이고, 친수성이 100%인 유화제의 경우 HLB는 20(올레산칼륨으로 표시)입니다. 이를 20등분하여 친수성과 친유성의 강도를 나타냅니다. HLB 값이 클수록 친수성이 강하고, HLB 값이 작을수록 친유성이 강합니다.

대부분의 식용 유화제는 HLB 값이 0에서 20 사이인 비이온성 계면활성제입니다. 비이온성 유화제의 다양한 HLB 값과 관련 특성은 표에 제시되어 있습니다. 이온성 계면활성제의 HLB 값은 0에서 40 사이입니다. 따라서 HLB 값이 10 미만인 유화제는 주로 친유성을 띠는 반면, HLB 값이 10 이상인 유화제는 친수성을 나타냅니다.

혼합 유화제의 경우, HLB 값은 가산적 특성을 갖습니다. 따라서 두 가지 이상의 유화제를 혼합하여 사용하는 경우, 혼합 유화제의 HLB 값은 각 유화제의 질량 분율을 기준으로 계산할 수 있습니다.

HLBa,b =HLBa·A%+HLBb·B%

공식에서,

HLBa, b는 유화제 a, b를 혼합한 HLB 값입니다.

HLBa와 HLBb는 각각 유화제 a와 b의 HLB 값입니다.

A%와 B%는 각각 혼합 유화제에서 a와 b의 함량 백분율입니다(이 공식은 비이온 유화제에만 적용됩니다).
유화제의 제조방법 및 영향인자

유화제를 제조하는 방법에는 건식겔법, 습식겔법, 오일-워터상 혼합법, 기계적 방법 등 4가지가 있다.

건식 겔법은 유화제가 함유된 유상에 물을 첨가하는 방법입니다. 제조 과정에서 고무 분말(유화제)을 유상에 균일하게 혼합한 후, 일정량의 물을 첨가하고, 분쇄하여 초유에 유화시킨 후, 물로 희석하여 전량을 제조합니다.

습식 겔법은 유화제가 함유된 수상에 오일을 첨가하는 방식입니다. 제조 과정에서 젤(유화제)을 먼저 물에 녹여 수상인 슬러리를 형성합니다. 그런 다음, 오일상을 수상에 단계적으로 첨가하고, 초유를 분쇄한 후, 물을 전체 양에 첨가합니다.

오일과 워터 층을 혼합하여 유화제에 넣고, 일정량의 오일과 물을 섞습니다. 아라비아 검을 막자사발에 넣고 갈아서 초유에 넣고 오일과 워터 혼합물을 빠르게 갈아서 물로 희석합니다.

유화제의 제조는 주로 두 액체를 유화시키는 과정을 포함하며, 유화의 질은 에멀젼의 질에 상당한 영향을 미친다.

유화에 영향을 미치는 요인으로는 주로 계면장력, 점도 및 온도, 유화 시간, 그리고 유화제 사용량이 있습니다. 일반적으로 계면장력을 크게 낮출 수 있는 유화제를 선택합니다. 유화제에 가장 적합한 유화 온도는 약 70℃입니다. 비이온성 계면활성제를 유화제로 ​​사용하는 경우, 유화 온도는 최고 온도를 초과해서는 안 됩니다. 유화제를 많이 사용할수록 형성되는 에멀젼의 안정성이 높아집니다.

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