Partikels, met afmetingen variërend van enkele nanometers tot 10-tallen micrometers, kunnen bijdragen tot de stabilisatie van emulsies. Dit type stabilisatie wordt ‘Pickering stabilisatie’ genoemd. Bij Pickering stabilisatie accumuleren de deeltjes aan het water-olie grensvlak om daar een sterische hindernis te vormen tegen het samenvloeien van emulsiedruppels (coalescentie). De efficiëntie van de bescherming is afhankelijk van de hoe volledig de partikels het interfase-oppervlak bezetten, en hoe moeilijk het is deze partikels daar weer weg te halen. Als vuistregel geldt dat efficiënte stabilisatie best bereikt wordt als de partikels op de buitenkant van de te stabiliseren druppels zitten én als hun gemiddelde grootte ten minste een grootte-orde kleiner is dan de emulsiedruppel. Het hydrofiele of hydrofobe karakter van de deeltjes bepaalt of er olie-in-water of water-in-olie emulsies worden gevormd.
Figuur 1: Pickering gestabiliseerde emulsie: gedispergeerde oliedruppel in waterige fase. Het druppeloppervlak is dicht bezet met partikels die allen eenzelfde grootte hebben. (Dickinson et al., 2011)
In recent onderzoek werd aangetoond dat deze vorm van stabilisatie geschikt is voor ‘foodgrade’ olie-in-water emulsies. Hierbij werden dan bv. zetmeel- of chitinepartikels gebruikt. Dit type emulsies kan voor de voedingsindustrie voor opportuniteiten zorgen. Zo kunnen deze emulsies bv. ingezet worden voor gecontrolleerde vrijstelling van componenten (bv. zout).
Kenmerken
Emulsies gestabiliseerd volgens het Pickering principe, hebben vaak iets grotere druppels. Tijdens het homogenisatieproces, zijn de partikels moeilijk volledig te dispergeren. Dat gecombineerd met het feit dat de partikels weinig oppervlakte-actief zijn, resulteert veelal in emulsies die veel grover zijn dan wanneer eiwitten of kleine oppervlakte-actieve stoffen worden gebruikt. De emulsies vertonen ondanks hun redelijk grote druppels, toch een goede stabiliteit (i.e. geen coalescentie). Daarom kan het in de praktijk nuttig zijn een combinatie te maken tussen stabilisatie met partikels en andere oppervlakte actieve stoffen (emulgatoren) en eiwitten.
Tabel 1 bevat een aantal voorbeelden van nano- en micropartikels die effectief zijn voor het stabiliseren van olie-in-water emulsies.
Tabel 1: voorbeelden van nano- en micropartikels die effectief zijn voor het stabiliseren van olie-in-water emulsies (naar Dickinson et. al, 2011)
Nano/Micro | Type | Grootte |
Nano | Cellulose nanokristallen | 850 nm x 10 nm |
Nano | Flavonoid(tiliroside) partikels | ~ 100 nm |
Nano | Chitine nanokristallen | 240 nm x 20 nm |
Micro | Gesproeidroogde soja-eiwitpartikels | ~5 µm |
Micro | Zetmeelpartikels (hydrofood gemodificeerd) | 0,5 – 15 µm |
Destabilisatie
Ook Pickering gestabiliseerde druppels kunnen gedestabiliseerd worden. Dat gebeurt als:
- De emulsiedruppels alweer samenvloeien nog voor de stabiliserende partikels zich op de olie-water interfase kunnen ‘vestigen.’
- De partikels het druppeloppervlak onvoldoende bezetten (de ‘onbezette’ druppel oppervlakten kunnen dan toch in voldoende groot contact komen met buurdruppels)
- Er bepaalde afschuifspanningen worden aangelegd
Bron: Eric Dickinson, Use of nanoparticles and microparticles in the formation and stabilization of food emulsions, Trends in Food Science & Technology, Available online 24 September 2011 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924224411001981