Quantifizierung und Charakterisierung der Eigenschaften emulgatorreicher Pseudophasen in Emulsionen in Abhängigkeit von der Emulgatorkonzentration
Final Report Abstract
Lebensmittel sind komplexe Systeme, die oft auf Emulsionen basieren. In Emulsionen liegt ein bestimmter Anteil des Emulgators an der Öl-Wasser-Phasengrenze vor. Überschüssige Emulgatormoleküle aggregieren zu Mizellen in der wässerigen Phase. Die Phasengrenze und Mizellen werden häufig als emulgatorreiche Pseudophasen bezeichnet, die andere Lebensrnittelinhaltsstoffe solubilisieren können und mit diesen in Wechselwirkungen treten. Eine Solubilisierung kann die Funktionalität dieser Inhaltsstoffe im Lebensmittel entscheidend beeinflussen, wobei deren solubilisierte Anteile in der Phasengrenze und in den Mizellen unterschiedlich sein können. Die Solubilisierungskapazitäten sowie die Eigenschaften der Phasengrenze und der Mizellen sind daher im Einzelnen zu berücksichtigen, wenn Inhaltsstoffe mit bestimmten Funktionen, z.B. Antioxidantien, effizient in Lebensmitteln eingesetzt werden sollen. Eine Prognose der Wirksamkeit von Antioxidantien in komplexen Systemen wie Emulsionen ist derzeit nicht möglich. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, entsprechende Einflussfaktoren zu beurteilen. Die Charakterisierung unterschiedlicher Pseudophasen des Emulgators, deren Anteile sowie die sich daraus ergebenden Eigenschaften der Phasengrenze und Mizellen (Schichtdicke und Packungsdichte) ist daher unerlässlich. Die Pseudophasen und deren Anteile verschiedener Modellemulgatoren wurden in Abhängigkeit von ihrer Konzentration in O/W Emulsionen mittels Neutronenkleinwinkelstreuung untersucht. Zusätzlich wurde die Schichtdicke der Phasengrenze sowie die Packungsdichte der Emulgatormoleküle an der Phasengrenze und in Mizellen bestimmt und verglichen. Für SDS konnte wie erwartet gezeigt werden, dass zusätzliche Emulgatormoleküle in Form von Mizellen vorliegen, sobald die Phasengrenze gesättigt ist. Dahingegen wurde die ursprüngliche Hypothese, dass elektrostatische Wechselwirkungen eine weitere Anreicherung von CTAB-Molekülen an der Phasengrenze verhindert, widerlegt. Für Brij 58 konnte ebenfalls eine dichtere Packung an der Phasengrenze bei einer Konzentrationserhöhung festgestellt werden. Dies resultiert eher in einer erhöhten Packungsdichte und in einer Verschiebung der maximalen Dichte als in einer dickeren Emulgatorschicht. In Emulsionen mit SDS und CTAB wurde eine Vergrößerung der Mizellen festgestellt, die auf die Solubilisierung von Ölbestandteilen zurückgeführt wird. Brij 58-Mizellen konnten dahingegen in SANS-Messungen nicht nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der Kleinwinkelstreuung wurden mit denen bestehender Methoden verglichen und konnten die für die ionischen Emulatoren SDS und CTAB verifizieren. Für den nichtionischen Emulgator Brij ergaben die Methoden allerdings widersprüchliche Ergebnisse. Die Ergebnisse des Projektes bilden eine Grundlage zur Aufstellung neuer Arbeitshypothesen zur Untersuchung der Funktionalität von Wirkstoffen wie z.B. Antioxidantien in Emulsionen.
