Decansäure

Abbildung 8.1. Typische Fälle von SLE-Phasendiagrammen in Lebensmittelsystemen: (A) einfaches eutektisches Gemisch, (B) Bildung eines einzelnen Mischkristalls/Legierung, (C) Bildung mehrerer Mischkristalle/Legierungen.

Seit vielen Jahren ist bekannt, dass die häufigsten Phasendiagramme von Fettsystemen in drei Kategorien unterteilt werden können: Das erste zeigt einen einfachen eutektischen Punkt, das zweite eine Mischkristallbildung und das dritte eine Verbindungsbildung aufgrund einer peritektischen Reaktion.

Die erste Art von Phasendiagramm zeigt einen eutektischen Punkt, Abb. 8.1A. In diesem Phasendiagramm sinkt die Schmelztemperatur eines gelösten Stoffes A mit der Zugabe eines Lösungsmittels B, und die Schmelztemperatur eines Lösungsmittels B sinkt mit der Zugabe eines gelösten Stoffes A. Der Schnittpunkt dieser beiden Schmelztemperaturprofile ergibt einen Minimalwert, der als eutektischer Punkt bezeichnet wird, bei dem das Gemisch bei einer einzigen Temperatur und Zusammensetzung schmilzt. Dies wird normalerweise bei wässrigen Salzmischungen, die in der Lebensmittelherstellung verwendet werden, wie Wasser-NaCl-Systemen, und auch bei wässrigen Zuckergemischen, wie Saccharose, Glucose oder Fructose, oder bei binären Gemischen einfacher Verbindungen, wie kleinkettige Säuren und Alkohole, beobachtet. Sie weisen in diesem Fall zwei heterogene Bereiche auf, die aus einer reinen festen Verbindung A, die mit einer mischbaren flüssigen Phase vermischt ist, und einer reinen festen Verbindung B, die in die mischbare flüssige Phase eingemischt ist, bestehen. Die Definition dieser beiden Bereiche ist für die Gestaltung von Auflösungs- oder Verdampfungsprozessen sehr wichtig, da die Phasendiagramme die Sättigungsgrenzen der Mischungen angeben, was eine Schlüsseleigenschaft bei der Formulierung von Lebensmitteln ist.

Es ist wichtig zu erwähnen, dass der eutektische Punkt ein unveränderlicher Punkt ist, der in einem Phasendiagramm aufgrund des Auftretens einer eutektischen Reaktion beobachtet wird. Die eutektische Reaktion ist eine reversible Reaktion, bei der eine flüssige Phase während der Abkühlung des Systems in zwei oder mehr feste Phasen übergeht. Diese Reaktion findet bei der eutektischen Temperatur (Te) und bei bestimmten Molanteilen der flüssigen und festen Phasen statt.

Lebensmittel sind in der Tat ein komplexes System, und manchmal können die in diesem System etablierten chemischen Wechselwirkungen zum Auftreten dessen führen, was in der Literatur als Mischkristall bezeichnet wird. Im Grunde sind sich die beiden Kristallstrukturen so ähnlich, dass sich die Kristallstruktur bei Änderungen der Zusammensetzung nicht verändert. Mischkristalle sind vergleichbar mit dem, was in einigen Metallmischungen, Legierungen, geschieht. Das bedeutet, dass sich in diesem Fall die feste Phase aus einem oder mehreren neuen festen Kristallen zusammensetzt, wobei die Feststoffe A und B so beschaffen sind, dass sich eine andere Kristallstruktur bildet. Die Bildung einer festen Lösung verändert das Verhalten des Schmelzprofils der Systeme, insbesondere den Beginn der Schmelztemperatur. Besteht der Mischkristall beispielsweise aus einer einzigen Legierung, so verhält sich das Phasendiagramm wie in Abb. 8.1B dargestellt, wenn es sich um ein binäres Gemisch handelt. Bildet sich jedoch mehr als eine Legierung, eine mit einem hohen Anteil an A und eine andere mit einem hohen Anteil an B, treten homogenere Bereiche auf, und das Phasendiagramm kann durch Abb. 8.1C dargestellt werden. Die Linie, die die Grenzen der festen Phase und des heterogenen Fest-Flüssig-Bereichs abgrenzt, wird dann als Soliduslinie bezeichnet. Dies ist ein häufiges Verhalten, das bei Mischungen ähnlicher organischer Verbindungen wie Fettsäuren, Fettalkoholen oder TAGs beobachtet wird, bei denen die Länge der Moleküle leicht neue molekulare Konformationen fördert, was zur Bildung unterschiedlicher kristalliner Profile führt.

Es ist auch bekannt, dass Biomoleküle je nach Konzentration und Temperatur der Mischung unterschiedliche Kristallstrukturen bilden können. Neben unterschiedlichen Kristallstrukturen findet man in einem fetthaltigen System häufig auch eine neue Verbindung C, die durch eine peritektische Reaktion gebildet wird. Wir können diese Reaktion mit einer einfachen chemischen Reaktion vergleichen. In einer chemischen Reaktion reagiert Verbindung A mit Verbindung B in einer festen Stöchiometrie, um eine neue Verbindung C zu bilden. In den SLE-Studien wird der Prozess, der zur Bildung einer neuen Kristallstruktur führt, als peritektische Reaktion bezeichnet, und die neu gebildete Kristallstruktur wird als peritektische Verbindung bezeichnet. Tatsächlich handelt es sich bei der peritektischen Verbindung nicht um eine neue Verbindung, wie sie bei einer echten chemischen Reaktion entsteht. Da es sich um ein Festphasenphänomen handelt, ist diese „neue“ Verbindung die Darstellung eines neuen Kristallensembles, das einer festen Zusammensetzung gehorcht und nach der (peritektischen) Übergangstemperatur verschwindet. Die peritektische Reaktion ist definiert als eine isothermische Reaktion zwischen zwei Phasen, einer flüssigen und einer festen Phase, die beim Abkühlen eines binären Systems eine „neue“ feste Phase bilden. Der peritektische Punkt wird durch die peritektische Zusammensetzung (xP) und die Temperatur (TP) bestimmt.

Das Auftreten dieser neuen Struktur verändert das Schmelztemperaturverhalten des Systems und folglich die Form des Phasendiagramms. In allgemeinen Systemen treten hauptsächlich zwei Arten von Profilen auf, wobei das erste bei den bisher untersuchten Lebensmittelsystemen häufiger zu beobachten ist (Abb. 8.2). Das erste Profil, Abb. 8.2A, stellt eine Situation dar, in der die peritektische Verbindung unterhalb einer bestimmten Temperatur (peritektische Übergangslinie) auftritt und neue Bereiche im Phasendiagramm bildet, d. h. peritektische Verbindung + Flüssigkeit, peritektische Verbindung + Feststoff A und peritektische Verbindung + Feststoff B. Dies wird auch als inkongruentes Schmelzverhalten bezeichnet und wurde laut Literatur bei einigen Systemen beobachtet, die Fettsäuren und Fettalkohole enthalten. Wenn eine neue Verbindung im System gebildet wird, stellt sich ein zweites Verhalten ein, das auch als kongruentes Schmelzverhalten bezeichnet wird, wie in Abb. 8.2B dargestellt. In diesem Fall treten zwei einfache eutektische Profile auf, und die Schmelztemperatur und die Zusammensetzung der peritektischen Verbindung, bei der es sich in diesem Fall tatsächlich um eine neue Verbindung handelt, werden im Maximalpunkt des Profils bestimmt. In organischen Lebensmitteln ist dies eher unüblich; es kann jedoch z. B. bei Mischungen von Salzen oder Mischungen von Salzen mit Wasser (was zum Auftreten von Hydraten führt), wie Natriumchloriden, Nitraten, Citraten oder Sulfaten, die als Lebensmittelzusatzstoffe verwendet werden, oder auch bei Mischungen von Fettsäuren und Fettalkoholen auftreten.

Abbildung 8.2. SLE-Phasendiagramme mit peritektischen Übergängen: (A) inkongruentes Schmelzverhalten und (B) kongruentes Schmelzverhalten.

Die in Abb. 8.1 und 8.2 dargestellten Phasendiagramme sind als die gebräuchlichsten Phasendiagramme von fettigen Systemen bekannt. In den letzten Jahren wurden viele Fettgemische untersucht, und es wurden einige unerwartete Eigenschaften solcher Systeme aufgezeigt. Am überraschendsten ist das Auftreten der metatektischen Reaktion in Phasendiagrammen, die von einigen binären Fettsäure- und Fettalkoholmischungen gebildet werden.

Die metatektische Reaktion ist definiert als eine isothermische reversible Reaktion einer festen Mischung, die sich während des Abkühlungsprozesses eines Systems in eine andere feste Phase und eine flüssige Phase umwandelt. Mit anderen Worten, die metatektische Reaktion besteht darin, dass eine Probe während eines Abkühlungsschritts schmilzt oder eine Probe während eines Heizschritts kristallisiert. Während des Erhitzungsschritts werden die Flüssigkeit und der Feststoff, die durch die peritektische Reaktion entstanden sind, in einem engen Temperaturbereich zu einer neuen festen Phase rekristallisiert, und mit der Erhöhung der Temperatur beginnt ein neuer Schmelzprozess und die neu gebildete feste Phase beginnt zu schmelzen.

Abbildung 8.3 zeigt einige Bilder, die das Auftreten der metatektischen Reaktion in einem System aus 1-Hexadecanol (1)-1-Dodecanol (2) bestätigen. In diesen Bildern ist das feste Material dunkler als das flüssige Material und vermittelt den Eindruck von Rauheit. In Abb. 8.3 ist zu erkennen, dass die Menge des festen Materials auch mit steigender Temperatur zunimmt. Bei genauer Betrachtung der einzelnen Bilder sind ab 300,45 K nur wenige Kristalle zu erkennen. Bei einer Temperaturerhöhung auf 301,05 K ist eine Zunahme der Kristallmenge im Bild zu erkennen, die auf die Intensivierung des Rauheitsaspekts zurückzuführen ist. Auch mit dem Temperaturanstieg auf 301,65 K nimmt die Menge an festem Material so zu, dass fast alle Bilder eine Rauheitscharakteristik aufweisen, die bis 304,15 K im Bild verbleibt, wenn auch in geringerem Maße, was auf den erneuten Beginn des Schmelzprozesses hinweist.

Abbildung 8.3. Lichtmikroskopische Aufnahmen des Systems 1-Hexadecanol (1)-1-Dodecanol (2) mit x2=0,7.

Die metatektische Reaktion in binären Mischungen von Fettsystemen wurde erstmals 2009 vorgestellt. Sie verdeutlicht die Komplexität von Lebensmittelsystemen, die das Ergebnis komplexer molekularer Wechselwirkungen ist. Durch das Auftreten der metatektischen Reaktion zusätzlich zu eutektischen und peritektischen Reaktionen sowie der Mischkristallbildung lässt sich zudem feststellen, dass die Phasendiagramme von binären Fettverbindungen weitaus komplexer sind als gedacht. Abb. 8.4 zeigt die Phasendiagramme des Systems Caprinsäure (1) – Myristinsäure (2). Dieses Phasendiagramm hat 15 Gleichgewichtsbereiche:

Abbildung 8.4. Phasendiagramm des Systems Caprinsäure (1)-Myristinsäure (2): Schmelztemperatur (■), peritektische Temperatur (●), eutektische Temperatur (▲), metatektische Temperatur (×), Übergangstemperaturen in der festen Phase (+, ○, ⊲); Übergangstemperatur in der festen Phase der reinen Komponente (△), Phasengrenzen experimentell bestimmt (-); Phasengrenzen nicht experimentell bestimmt (—).

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Fünf feste einphasige Domänen, die CM, CC, ChM, ChC und Ci sind. CM und CC sind feste Lösungen, die reich an Myristinsäure (M) bzw. Caprinsäure (C) sind. ChM und ChC sind feste Phasen, die durch metatektische Reaktionen entstanden sind, und Ci ist eine feste Phase, die die durch peritektische Reaktion gebildete Verbindung enthält;

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Vier Festkörper-Festkörper-Domänen, die CM+Ci, CM+ChM, Ci+CC und CC+ChC sind;

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Fünf Festkörper-Flüssig-Domänen mit den Bezeichnungen CM+l, ChM+l, Ci+l, CC+l und ChC+l jenseits des Flüssigkeitsbereichs oberhalb der Liquiduslinie, dargestellt durch l.

Die gestrichelten Linien in Abb. 8.4 kennzeichnen Grenzbereiche, die experimentell nicht identifiziert wurden, die aber existieren müssen, weil das System der Gibbs’schen Phasenregel gehorchen muss. Man beachte, dass es enge Bereiche der SLE gibt, die eine Trennung von Caprinsäure und Myristinsäure durch Kristallisation kaum möglich machen. Abb. 8.5 zeigt außerdem Bilder, die für einige spezifische Zusammensetzungen des Systems bei Raumtemperatur, etwa 298 K, aufgenommen wurden. Interessant ist, dass jeder einphasige Festkörperbereich oder Festkörper-Festkörperbereich ein anderes Bild zeigt, was darauf hinweist, dass die in jedem Bereich gebildete Kristallstruktur unterschiedlich ist.

Abbildung 8.5. Lichtmikroskopische Aufnahmen des Systems Caprinsäure (1)-Myristinsäure (2), aufgenommen bei etwa 298 K.

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Fettalkoholmischungen zeigen ebenfalls ein fest-flüssig komplexes Verhalten. Im Allgemeinen können drei verschiedene Phasendiagramme gefunden werden: einfaches eutektisches System, wie in Abb. 8.1A , peritektisches + metatektisches System, ähnlich wie in Abb. 8.4 , und Mischkristallbildung, wie in Abb. 8.1B . Selbst bei den eutektischen Systemen kann bei einigen Systemen ein Mischkristallverhalten festgestellt werden, was die Kristallisation zu einem schwer zu verfolgenden Weg macht, wenn das Ziel die Reinigung von Fettalkoholen ist.

Phasendiagramme von binären Mischungen, die von TAGs gebildet werden, sind intensiv untersucht worden. Dennoch gibt es kein einheitliches Verhalten für diese Mischungen, da es eine enorme Menge von TAGs gibt, die für die Klassifizierung der Phasendiagramme berücksichtigt werden müssen. Im Allgemeinen können drei Arten von Phasendiagrammen für TAG-Gemische auftreten: Phasendiagramme mit Mischkristallbildung, Abb. 8.1B und C, Phasendiagramme mit eutektischem Punkt, wie in Abb. 8.1A, und selten Phasendiagramme mit peritektischem Punkt, wie in Abb. 8.2. Feste Lösungen treten normalerweise auf, wenn die beiden Komponenten sehr ähnliche Schmelzpunkte, Molekülvolumina und Polymorphe haben; ein Beispiel sind die binären Systeme, die von den Fettsäuren 1-Palmitoyl-3-stearoyl-2-oleoylglycerin (POS) und 1,3-Distearoyl-2-oleoylglycerin (SOS) gebildet werden. Eutektische Phasendiagramme werden normalerweise für binäre Systeme gefunden, bei denen sich die beiden Komponenten im Molekularvolumen, in der Form oder im Polymorph unterscheiden, aber dennoch ähnliche Schmelzpunkte haben. Dies ist bei den meisten binären Mischungen von TAGs der Fall. Phasendiagramme mit peritektischem Punkt treten gelegentlich für gesättigte/ungesättigte TAG-Systeme auf, wie z. B. das System 1,3-Dipalmitoyl-2-oleoylglycerin (POP) – 1-Palmitoyl-2,3-dioleoylglycerin (POO) . Eine Zusammenstellung von binären TAG-Systemen, die diese unterschiedlichen Verhaltensweisen aufweisen, findet sich in der Arbeit von Wesdorp et al.

Phasendiagramme von binären Mischungen, die aus TAGs, Triolein und Trilaurin sowie Fettsäuren oder Fettalkoholen gebildet werden, wurden veröffentlicht, und eine Zusammenfassung der Phasendiagramme ist in Abb. 8.6 dargestellt. Alle Phasendiagramme scheinen vom einfachen eutektischen Typ zu sein, wobei die Lage des eutektischen Punktes von der zweiten Verbindung der Mischung, dem Fettalkohol oder der Fettsäure, abhängt. In Abb. 8.6A liegt der eutektische Punkt in einem binären System aus Triolein (1)-1-Decanol (2) bei etwa 40 Mol-% Trioleinanteil, in einem Gemisch mit 1-Dodecanol bei etwa 85 Mol-% Trioleinanteil und in den Gemischen mit 1-Tetradecanol , 1-Hexadecanol und 1-Octadecanol nahe dem reinen Triolein. Ein ähnliches Verhalten ist bei binären Gemischen von Triolein mit Fettsäuren zu beobachten, wie in Abb. 8.6B dargestellt. In diesem Fall wird der eutektische Punkt in einem binären System aus Triolein (1)-Caprinsäure (2) bei etwa 70 Mol-% Trioleinanteil, in einem Gemisch mit Laurinsäure bei etwa 90 Mol-% Trioleinanteil und in einem Gemisch mit Myristinsäure nahe dem reinen Triolein beobachtet. Abb. 8.6C und D zeigen denselben Trend, der zuvor für die Systeme beschrieben wurde, die aus Triolein und Fettalkoholen bzw. Fettsäuren gebildet werden. Die Verschiebung des eutektischen Punktes in Richtung der reinen Alkohol- oder Säureverbindung mit zunehmender Länge der Kohlenstoffkette zeigt, dass die Lage des eutektischen Punktes mit der Größe der Kohlenstoffkette der Fettsäure oder des Alkohols zusammenhängt und unabhängig von dem in der Mischung vorhandenen TAG ist. Ein ähnlicher Vergleich kann in Bezug auf die Schmelztemperatur der reinen Fettsäure oder des reinen Alkohols angestellt werden, da die Zunahme der Kohlenstoffkette zu einer Erhöhung der Schmelztemperatur der gesättigten Verbindungen führt.

Abbildung 8.6. Liquiduslinien von (A) Triolein (1)-gesättigten Fettalkoholen (2), (B) Triolein (1)-gesättigten Fettsäuren (2), (C) Trilaurin (1)-gesättigten Fettalkoholen (2), (D) Trilaurin (1)-gesättigten Fettsäuren (2).

Experimentelle Daten aus.

In Bezug auf die eutektische Zusammensetzung des von Trilaurin und Triolein gebildeten Datensatzes ist es wichtig zu bemerken, dass, obwohl das in den Systemen mit Trilaurin beobachtete Verhalten dem in den Systemen mit Triolein gefundenen sehr ähnlich ist, die Profile der eutektischen Zusammensetzung nicht die gleichen sind. Im Fall von Trilaurin wird der eutektische Punkt sogar für Mischungen mit 1-Octadecanol oder Stearinsäure nachgewiesen, während im Triolein-Datensatz der eutektische Punkt in binären Mischungen, in denen die zweite Verbindung mehr als 14 Kohlenstoffatome in der Kohlenstoffkette hat, nicht beobachtet wird. Mit anderen Worten, nicht nur die Größe des Moleküls stört die Lage des eutektischen Punktes, sondern auch seine Form, die die Wechselwirkung zwischen den beiden Molekülen zu erleichtern scheint.

Die Bildung einer festen Lösung zwischen Mischungsverbindungen kann beispielsweise durch ein Tammann-Diagramm und durch optische Bilder überprüft werden. In einem Tammann-Diagramm wird die eutektische oder peritektische Reaktionsenthalpie gegen die Gemischzusammensetzung aufgetragen. Anhand dieses Diagramms können die Konzentrationsbereiche der beiden Phasenbereiche, die mit eutektischen oder peritektischen Punkten verbunden sind, identifiziert werden. Dies ist möglich, weil die Enthalpiewerte solcher Reaktionen bei fehlender Mischkristallbildung an den Extremen des Phasendiagramms zu einem Enthalpiewert von Null tendieren sollten. Außerdem wird der höhere Enthalpiewert genau bei der Zusammensetzung des eutektischen oder peritektischen Punktes erreicht. Abb. 8.7 zeigt die Tammann-Diagramme für binäre Gemische aus Trilaurin (1) und Lösungsmittel (2) für verschiedene Lösungsmittel (1-Tetradecanol, 1-Hexadecanol und 1-Octadecanol). Diese Tammann-Diagramme zeigen die Bildung eines Mischkristalls in einem trilaurinreichen Bereich in Mischungen mit 1-Tetradecanol und 1-Hexadecanol (Abb. 8.7A bzw. B). Es ist zu beobachten, dass der Wert der eutektischen Enthalpie in Mischungen mit 0,65 bzw. 0,95 Molanteilen Trilaurin für die beiden letztgenannten Systeme auf Null sinkt. Daraus lässt sich schließen, dass der Mischkristallbereich, der sich in binären Mischungen von Trilaurin mit Fettalkoholen bildet, mit zunehmender Alkoholkette abnimmt. Auch hier scheint die Größe der Moleküle die Interaktion der Moleküle zu beeinflussen, indem sie den Bereich der Mischkristallbildung vermeidet.

Abbildung 8.7. Tammann-Diagramme von binären Gemischen, gebildet aus (A) Trilaurin (1)-1-Tetradecanol (2), (B) Trilaurin (1)-1-Hexadecanol (2) und (C) Trilaurin (1)-1-Octadecanol (1). Eutektische Schmelzenthalpie (■), lineare Regression für die Daten (─) und hypothetischer Plot mit einem eutektischen Punkt (- – -).

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Phasendiagramme einiger reiner 1,3-Diacylglycerine (1,3-DAGs) haben zwei verschiedene Verhaltensweisen gezeigt: eutektische und monotektische Phasensysteme . Wie bereits definiert und angedeutet (Abb. 8.1 und 8.2), ist das eutektische Verhalten dadurch gekennzeichnet, dass eine flüssige Phase beim Abkühlen des Systems zwei feste Phasen erzeugt. Ein monotektisches Phasendiagramm ist eine Variante des in Abb. 8.1A beschriebenen eutektischen Phasendiagramms, bei dem der eutektische Punkt sehr nahe an der reinen Verbindung liegt. Daher kann man nur drei Bereiche beobachten: eine flüssige Phase, eine feste Phase und einen zweiphasigen Bereich. Bei 1,3-DAG variierten die Phasendiagramme in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Schmelzpunkten der beiden Verbindungen in den binären Gemischen, und alle binären Systeme wiesen Bereiche fester Lösung in mindestens einem der Extreme der Phasendiagramme auf. Außerdem sind bei 1,3-DAG die monotektischen Systeme diejenigen, bei denen die Schmelzpunktdifferenz zwischen den Mischungsverbindungen höher als 30 K ist, und die eutektischen Systeme diejenigen mit einer Schmelzpunktdifferenz von weniger als 30 K, wie in Abb. 8.8 dargestellt.

Abbildung 8.8. Eutektisches oder monotektisches Verhalten in binären Mischungen von 1,3-DAGs entsprechend der Schmelztemperaturdifferenz zwischen den reinen Verbindungen.

Experimentelle Daten aus.

Phasendiagramme von ternären oder Mehrkomponentenmischungen von Lebensmitteln sind nicht so verbreitet wie für binäre Mischungen, obwohl eine Reihe von ternären und pseudoternären Daten für Fettsäuren , Fettsäureethylester , TAGs sowie für natürliche Fette und Öle gefunden werden können.

Ein interessantes Beispiel für ein ternäres Phasendiagramm bei Fettsäureverbindungen bildet das Gemisch Linolsäure (1)-Myristinsäure (2)-Stearinsäure (3) . Obwohl die binären Diagramme von Myristinsäure und Stearinsäure sehr komplex sind und eutektische, peritektische und metatektische Reaktionen aufweisen (ähnlich wie in Abb. 8.4), ist das ternäre Phasendiagramm freundlicher als erwartet und weist nicht viele Festkörper-Festkörper-Übergänge auf, wie in Abb. 8.9 zu sehen ist.

Abbildung 8.9. Experimentelle Liquidusoberfläche und Feststoff-Feststoff-Übergangsflächen im zweiphasigen Bereich (zwischen Liquidus- und Soliduslinie) des Systems Linolensäure (1)-Myristinsäure (2)-Stearinsäure (3). Punkte und Flächen sind für die Liquidusfläche (Schmelzübergang), den peritektischen Übergang (unterhalb der Schmelztemperatur) und den eutektischen Übergang (unterhalb des peritektischen Übergangs) des Gemischs aus Myristinsäure und Stearinsäure, Festkörperübergänge des ternären Gemischs (niedrigere Temperaturübergänge).

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Die ternären Phasendiagramme der drei häufigsten TAGs in Kakaobutter, POP, 1,3-Distearoyl-2-oleoylglycerin (SOS) und 1-Palmitoyl-2-oleoyl-3-stearoylglycerin (POS), wurden ebenfalls bestimmt. Kakaobutter ist, wie bereits erwähnt, eine sehr reichhaltige feste Phase mit einer polymorphen Struktur, die dem Endprodukt ein komplexes Schmelzprofil verleiht, das sowohl erwünschte als auch unerwünschte Eigenschaften wie Fettreif mit sich bringt. Da die meisten Literaturdaten Phasendiagramme zeigen, die unter Verwendung von Mischungen natürlicher Fette oder Fettfraktionen erstellt wurden, ist es in dieser Studie möglich, das Schmelzprofil für die drei häufigsten TAGs zu beobachten, die in der stabilsten Form kristallisiert werden. Das Ergebnis dieser Arbeit hilft bei der Suche nach einer möglichen Kombination von TAGs zur Formulierung von Kakaobutteräquivalenten (CBE), Weichmachern und Verbesserern, sobald die ternären Mischungsbereiche, die dem Schmelzprofil von Kakaobutter ähnlich sind, auch als fester Fettgehalt (SFC) bekannt, hervorgehoben wurden, was in der Fallstudie diskutiert wird.

Ein weiteres wichtiges System in Lebensmitteln ist Milch. Ternäre Phasendiagramme wurden verwendet, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen den drei Hauptfraktionen von Fetten in Milch zu verstehen: hochschmelzende Fraktion (HMF), mittelschmelzende Fraktion (MMF) und niedrigschmelzende Fraktion (LMF). Das Phasendiagramm dieses Systems zeigt starke Wechselwirkungen zwischen LMF und MMF und komplexe Wechselwirkungen zwischen den drei Milchfettfraktionen zur gleichen Zeit, was bei der Trennung dieser Fraktionen durch Kristallisation oder Filtration ein Problem darstellen würde. Die starken Wechselwirkungen zwischen den Fraktionen führen zur Bildung eines partiellen Mischkristalls, so dass die Kenntnis des Phasendiagramms bei der Verarbeitung korrelierter Produkte von wesentlicher Bedeutung ist, um eine solche unerwünschte Lösung zu vermeiden.

Ein weiterer interessanter Bereich in der Lebensmittelindustrie, auf den aufmerksam gemacht wurde, sind die Nebenbestandteile von Lebensmittelsystemen, wie z.B. Tocopherole, Squalen, phenolische Verbindungen und Phytosterole. Das Interesse an diesen Verbindungen ist auf ihre positiven Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit zurückzuführen, die im Allgemeinen mit ihrer antioxidativen Wirkung in Verbindung gebracht werden. Darüber hinaus können einige Phytosterine als strukturgebendes Element oder als Geliermittel für die Ölphase verwendet werden, was ihnen Festigkeit verleiht, und auch hier ist das Phasendiagramm ein notwendiges Instrument, um das Phasenverhalten solcher Mischungen zu verstehen. Untersuchungen der binären und ternären Phasendiagramme von Sonnenblumenöl, γ-Oryzanol und β-Sitosterin zeigen, dass binäre Mischungen von γ-Oryzanol (1)-β-Sitosterin (2) feste Lösungen bilden können, ähnlich wie in Abb. 8.1C zu sehen, und peritektische Verbindungen mit einem Verhalten, das dem in Abb. 8.2B dargestellten ähnelt. Daher sind diese Phänomene auch in dem ternären Diagramm zu sehen, das aus diesem binären Gemisch und Speiseöl besteht.

Die Phasendiagramme sind also ein äußerst nützliches und notwendiges Instrument, um das Gleichgewichtsverhalten verschiedener Verbindungen zu verstehen. Anhand dieser Diagramme können Trennverfahren entwickelt und verbessert werden, und anhand der darin enthaltenen Informationen können Produkte entworfen werden. Beispielsweise scheint das binäre Phasendiagramm von TAGs einfacher zu sein als das von Fettalkoholen und -säuren, aber dennoch können diese Verbindungen einige polymorphe Übergänge in der festen Phase aufweisen. In ternären Phasendiagrammen hingegen spiegeln die komplexen Wechselwirkungen zwischen den Molekülen der Verbindungen in der festen Phase sowie ihr Polymorphismus das Vorhandensein eines sehr komplizierten Verhaltens wider, das zu entmystifizieren und zu reproduzieren eine Herausforderung darstellt, wie es bei den Ersatzstoffen für Kakaobutter und Organogelatoren der Fall ist.