Emulgatory — czym są, do czego służą, rodzaje

Emulgatory mają szerokie zastosowanie zarówno w produkcji żywności, jak i kosmetyków. Jednak produkty zawierające w składzie emulgator często budzą podświadomą nieufność i obawę konsumenta. Czy słusznie?

Czym są emulgatory?

Emulgatory są substancjami powierzchniowo czynnymi. Tworzą granicę między dwoma niemieszającymi się cieczami, takimi jak olej i woda. Składają się zarówno z części hydrofilowej, tzw. głowy, jak i hydrofobowej- ogona. Polarna głowa wykazuje skłonność do łączenia się z wodą. Natomiast niepolarny ogon odpycha od siebie molekuły wody. Cząsteczki emulgatora ustawiają się na granicy faz cieczy. Część polarna jest zwrócona w kierunku fazy wodnej, a niepolarna w stronę oleju. W ten sposób zmniejsza się napięcie międzyfazowe, a woda i olej łączą się w trwałą mieszaninę. Tak powstaje stabilna emulsja. Emulgatory stosuje się jako dodatek do żywności, wykorzystując ich właściwości teksturotwórcze [1,2,3].

Do czego służą emulgatory?

Jedną z głównych funkcji emulgatorów jest zapobieganie separacji faz i nadanie emulsjom odpowiedniej lepkości. Emulgatory kontrolują strukturę krystaliczną tłuszczów. Dzięki temu wpływają na wygląd czekolad, ich połysk oraz chrupkość. Opóźniają pojawienie się na ich powierzchni białawo-szarawego nalotu. Jest to wykwit tłuszczowy, który obniża atrakcyjność wizualną produktu i skraca jego termin przydatności [4].

Emulgatory hamują proces czerstwienia pieczywa. Czerstwienie polega na zmianach w strukturze skrobi, która z formy skleikowanej przechodzi w uporządkowaną. Przez to miękisz pieczywa przestaje być wilgotny, zaczyna się kruszyć, a następnie twardnieje. Chrupiąca skórka staje się miękka i nieapetycznie gumowata. Pojawia się zapach starego pieczywa. Emulgatory łączą się w kompleksy ze skrobią, wpływając na zwiększenie elastyczności miękiszu chleba. Tym samym przedłużają jego świeżość. Ponadto ich interakcje z białkami wpływają na zwiększenie objętości i sprężystości pieczonych produktów żywnościowych, szczególnie ciast pszennych. Polepszają także lepkość sosów i nadają im gładką konsystencję [4].

Emulgatory dodaje się również do produktów poddawanych procesom zamrażania. Zapewniają lodom gładką kremową konsystencję i spowalniają ich topnienie po podaniu. Stosuje się je także do produkcji sorbetów, mrożonych musów, jogurtów i koktajli mlecznych. W przetwórstwie mięsnym emulgatory łączą białka mięsa, tłuszcz i wodę w stabilną emulsję. Dzięki nim tłuszcz jest dokładnie rozprowadzony po całym produkcie. W niskotłuszczowych produktach mięsnych są odpowiedzialne za nadanie im cech organoleptycznych podobnych do pełnotłustych odpowiedników [5].

Podział emulgatorów

Emulgatory można podzielić na:

• jonowe,
• niejonowe,
• naturalne,
• sproszkowane ciała stałe [6].

W pierwszej grupie można rozróżnić emulgatory anionoaktywne oraz kationoaktywne. Substancje anionowoczynne tworzą gęste piany. Zalicza się do nich mydła sodowe, potasowe i amonowe kwasów tłuszczowych. Należą do nich także siarczany alkilowe i estry wyższych alkoholi. Emulgatory kationowe mają słabe właściwości pianotwórcze i myjące. Często spełniają funkcję środków konserwujących i dezynfekujących. Występują w preparatach do pielęgnacji włosów, zapobiegając ich elektryzowaniu. Należą do nich pochodne pirydyny. Do emulgatorów niejonowych zalicza się wyższe alkohole, cholesterol, lanolinę i monostearynian glicerolu [6,7]. 

Emulgatory naturalne to substancje występujące w przyrodzie o różnorodnej budowie chemicznej. Nazywa się je emulgatorami rzekomymi, ponieważ w niewielkim stopniu zmniejszają napięcie międzyfazowe. Trzeba je stosować w stosunkowo dużych ilościach. Ponadto łatwo ulegają skażeniu mikrobiologicznemu. Jednak pęczniejąc w wodzie, tworzą roztwór o znacznej lepkości. Są nietoksyczne oraz niedrażniące i posiadają neutralny smak. Należą do nich m.in. guma arabska, agar, skrobia, pektyny, lecytyna, żelatyna, wosk pszczeli oraz alginiany otrzymywane z morskich wodorostów. Do sproszkowanych ciał stałych pełniących funkcje emulgatora należą kaolin, bentonit oraz stearyniany magnezu, wapnia i glinu. Otrzymana z nich emulsja jest jednak nietrwała [6,7].

Popularne emulgatory w żywności

Lecytyna E322

Lecytyna (E322) to mieszanina związków o charakterze tłuszczowym. Jest naturalnym emulgatorem występującym w żółtku oraz w olejach roślinnych. Jej właściwości emulgujące zapobiegają rozszczepianiu się cząsteczek wody i oleju. Dzięki temu znalazła szerokie zastosowanie w przemyśle piekarniczym. Dodawana jest do pieczywa, margaryny, ciast, ciasteczek czy czekolady. Lecytyna stanowi element budujący tkanki mózgu i otoczki mielinowe komórek układu nerwowego. Chroni wątrobę przed marskością i obniża stężenie cholesterolu LDL w organizmie [2].

Pochodne kwasów tłuszczowych

Pochodne kwasów tłuszczowych stosuje się do produkcji ciast i polew oraz kremów. Zalicza się do nich estry poliglicerolu (E475), polisorbaty (E433, E435) czy estry sacharozy (E473). Dodaje się je również do gum do żucia oraz sosów [2]. Polirycynooleinian poliglicerolu (PGPR) o numerze E476 jest dodatkiem do żywności stosowanym w produkcji czekolad. Zapewnia gładką konsystencję i zwiększa objętość produktu. Dzięki temu ułatwia formowanie masy czekoladowej w tabliczki, batony i drobne praliny o różnych kształtach. Fosfatyd amonu (E442) również używa się do wyrobu czekolad oraz słodyczy. Jest odpowiedzialny za teksturę, zapach i wygląd produktu. Często stosuje się go zamiennie z lecytyną lub w połączeniu z PGPR [2].

Mono- i diglicerydy (E471)

Mono- i diglicerydy (E471) sprawdzają się dobrze przy ubijaniu piany. Nadają aksamitną konsystencję produktom takim jak praliny i czekoladki. Dzięki nim produkt rozpływa się w ustach. Dodaje się je również do pieczywa oraz nabiału i margaryny. Produktami z dodatkiem emulgatorów, są także galaretki i kisiele, dżemy, przetwory mięsne, żelki, chipsy oraz aromatyzowane napoje [2,8].

Inne emulgatory

Innymi emulgatorami stosowanymi w przemyśle spożywczym są mączka chleba świętojańskiego (E410), guma ksantanowa (E415), stearoilomleczan sodu (E481), agar (E406), żelatyna (E441) oraz pektyny (E440) [8].

Oznakowanie na produkcie

Podobnie jak każdy dodatek do żywności, emulgatory podlegają rygorystycznym przepisom Unii Europejskiej. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1333/2008 z dnia 16 grudnia 2008 r. reguluje ich ocenę bezpieczeństwa, stosowanie i etykietowanie. Zastosowanie emulgatorów musi być niezbędne ze względu technologicznego i nie może wprowadzać konsumentów w błąd.

Stosowanie emulgatorów wymaga odpowiedniej adnotacji na etykiecie. Oznacza się je za pomocą oficjalnej nazwy lub numeru E (E400-E495). W Unii Europejskiej dopuszczonych do użycia w żywności jest ponad 60 różnych emulgatorów i zagęstników [9].

Czy emulgatory są bezpieczne dla zdrowia?

Większość obaw związanych z emulgatorami dotyczy syntetycznych substancji dodawanych do żywności. Należy jednak pamiętać, że większość emulgatorów nie stanowi zagrożenia dla zdrowia człowieka. Ich ilość obecna w różnych produktach jest ściśle regulowana i nie przekracza zalecanej normy. Każdy dodatek do żywności podlega stałemu nadzorowi. W przypadku zmiany warunków jego stosowania lub pojawienia się nowych informacji naukowych musi zostać poddany ponownej ocenie [9]. Aby zapobiec ryzyku wystąpienia niepożądanych skutków zdrowotnych, należy ograniczyć spożycie wysoko przetworzonej żywności. 

Badania przeprowadzane na myszach wykazały, że emulgatory dodawane do różnych produktów spożywczych mogą powodować translokację bakteryjną [10]. Określeniem tym nazywamy proces migracji bakterii pochodzenia jelitowego przez barierę błony śluzowej. Drobnoustroje przechodzą do węzłów chłonnych i innych odległych narządów oraz tkanek [11]. Translokacja bakteryjna może prowadzić do wystąpienia choroby Leśniowskiego-Crohna, która jest rodzajem nieswoistego zapalenia jelit. Nagromadzenie się komórek makrofagów i ich pochodnych powoduje tzw. zapalenie ziarniniakowe.

Nieswoiste zapalenie jelit objawia się bólami brzucha o różnym nasileniu, biegunkami oraz wymiotami. Zmiany chorobowe mogą uwidocznić się na każdym odcinku przewodu pokarmowego od jamy ustnej aż do odbytu. Stan zapalny może prowadzić do powstawania owrzodzeń, ropni i przetok [12,13].

Zaburzenie mikrobioty jelitowej może przyczynić się do rozwoju raka jelita grubego [14]. W jednym z badań myszy poddano długotrwałej ekspozycji na dwa syntetyczne emulgatory stosowane w produkcji żywności- karboksymetylocelulozę (CMC) oraz polisorbat 80 (P80). U zwierząt zaobserwowano kancerogenne działanie tych substancji w obszarze okrężnicy [15]. W innych badaniach z użyciem emulgatorów wykazano wzrost masy ciała myszy i inne objawy zespołu metabolicznego [3].

Zastosowanie w kosmetologii

Pierwsze emulsje wytwarzane w lecznictwie były preparatami otrzymywanymi przez rozgniatanie nasion z dodatkiem wody. Emulgatorem tych układów było białko zawarte w nasionach. Dopiero w XVIII wieku nauczono się otrzymywać emulsje poprzez umiejętne łączenie olejów i wody.

Każda emulsja kosmetyczna składa się z bazy tłuszczowo-woskowej, emulgatorów, surowców dodatkowych oraz wody. Składniki emulsji dobiera się w zależności od przeznaczenia i sposobu działania preparatu kosmetycznego. Typowymi emulsjami są kremy, balsamy i mleczka. O praktycznym zastosowaniu emulgatorów decyduje równowaga hydrofilowo-lipofilowa (HLB).

Wartość wskaźnika HLB określa procentową zawartość grup hydrofilowych w stosunku do układu hydrofobowego składnika. Skala HLB może przyjmować wartości od 0 do 20. Związki mieszczące się w przedziale od 3,5 do 6,5 wykazują charakter niepolarny. Wykorzystywane są jako emulgatory emulsji typu woda w oleju (W/O). Układy o wartościach wyższych (od 7,5 do 16,0) cechują się powinowactwem do fazy wodnej. Znajdują zastosowanie w produkcji emulsji typu olej w wodzie (O/W) [16].

Emulgatory wykorzystywane w kosmetyce najczęściej należą do związków anionowoczynnych oraz niejonowych. Najważniejsze z nich to alkohol cetylowy, bentonit, euceryna i cholesterol. Często stosuje się również lanolinę, lecytynę, sole kwasu oleinowego, estry kwasów tłuszczowych oraz alkoholi wielowodorotlenowych [7]. Producenci kosmetyków coraz częściej sięgają po składniki pochodzenia roślinnego. Substancje używane w przemyśle kosmetycznym powinny być niedrażniące, nietoksyczne oraz dobrze tolerowane przez skórę i śluzówkę [16].

Kosmetyki z dodatkiem emulgatorów mogą mieć różne właściwości. Emulsje typu O/W są lekkie i szybko wchłaniają się w skórę. Są polecane do wszystkich typów skóry, szczególnie skóry wrażliwej. Emulsje typu W/O doskonale sprawdzą się w przypadku skóry przesuszonej. Niektóre emulgatory mogą być stosowane z powodzeniem w kosmetyce kolorowej.

Działanie pianotwórcze emulgatorów wykorzystuje się w preparatach myjących. Emulgatory stosowane zewnętrznie nie są szkodliwe dla osób, u których nie występuje nadwrażliwość na te substancje. Osobom ze skłonnościami do reakcji alergicznych zaleca się wybieranie kosmetyków o jak najbardziej naturalnym składzie [16].

Podsumowanie

Najczęściej zadawane pytania:

Bibliografia:

1. Whitehurst, R.J. (2004). Emulsifiers in Food Technology. Northampton: Blackwell Publishing Ltd. 
2. Zafar, S. (2020). What Are The Common Food Emulsifiers? Pobrano z https://www.bioenergyconsult.com/common-food-emulsifiers/
3. Zelman, K. (2017). Food Additives: Emulsifiers. Pobrano z https://foodandnutrition.org/november-december-2017/food-additives-emulsifiers/
4. Watson, H. (bdw.). Back to the Basic: Types of Emulsifiers and Their Applications. Pobrano 18 sierpnia 2021 z https://discover.univarsolutions.com/blog/back-to-the-basics-types-of-emulsifiers-and-their-applications/
5. Eufic.org. (2005). The perfect mixture: emulsifiers make our food enjoyable. Pobrano z https://www.eufic.org/en/whats-in-food/article/the-perfect-mixture-emulsifiers-make-our-food-enjoyable
6. B. Polak (2017). Emulsje. Pobrano z https://www.umlub.pl/gfx/umlub/userfiles/_shared/przedmioty_pl_rw/chemia_fizyczna/farmacjia/cwiczenia/materialy_teoretyczne/cwicz.7./7._emulsje_20173.pdf
7. Marzec, A. (2009). Chemia kosmetyków- surowce, półprodukty, preparatyka wyrobów. Toruń: TNOiK Dom Organizatora.
8. Statham, B. (2015). E 213. Tabele składników i dodatków chemicznych, czyli wiesz, co jesz. Warszawa: Wydawnictwo RM.
9. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1333/2008 z dnia 16 grudnia 2008 r. w sprawie dodatków do żywności, Dz. U. L354 z 31 grudnia 2008 r.
10. Chassaing, B., Koren, O., Goodrich, J., Poole, A., Srinivasan, S., Ley, R. (2015). Dietary emulsifiers impact the mouse gut microbiota promoting colitis and metabolic syndrome.  Nature, 519, 92-96.
11. Orawczyk, T., Szaniewski, K., Glanowska-Orawczyk, A., Ćwik, P. (2003). Znaczenie translokacji bakteryjnej oraz zaburzeń w układzie immunologicznym w powstawaniu powikłań infekcyjnych w żółtaczce mechanicznej. Chirurgia Polska, 5(1), 27-34.
12. Roberts, C.L., Rushworth, S.L., Richman, E., Rhodes, J.M. (2013). Hypothesis: Increased consumption of emulsifiers as an explanation for the rising incidence of Crohn’s disease. Journal of Crohn’s and Colitis., 7, 338-341.
13. Baumgart, D., Sandborn, W. (2012). Crohn’s disease. The Lancet, 380,1590-1605.
14. Arthur, J.C., Jobin, C. (2013). The complex interplay between inflammation, the microbiota and colorectal cancer. Gut Microbes, 4, 253-258.
15. Viennois, E., Merlin, D., Gewirtz, A., Chassaing, B. (2016). Dietary Emulsifier–Induced Low-Grade Inflammation Promotes Colon Carcinogenesis. Cancer Research, 77, 27-40.
16. Sikora, M. (2014). Emulgator- nieodzowny składnik efektywnych preparatów kosmetycznych. Świat Przemysłu Kosmetycznego, Kwiecień, 28-34.