Die Schlüsselrolle von PVP in festen und proteinreichen Getränken

1. Stabilitätsprobleme bei festen und proteinhaltigen Getränken

Die Herausforderung fester Getränke:

Agglomeration: Pulverpartikel haften aufgrund von Feuchtigkeitsaufnahme oder Oberflächenstatik aneinander und bilden harte Klumpen, die schwer löslich sind.

Geringe Löslichkeit: hydrophobe Bestandteile (wie Öl, Aroma und bestimmte Nährstoffe) in komplex zusammengesetzten Formulierungen lassen sich nur schwer und langsam in Wasser verteilen und lösen und neigen dazu, zu schwimmen oder sich abzusetzen.

Ungleiche Freisetzung des Aromas: Die verpackten Aromastoffe können nicht gleichmäßig freigesetzt werden.

Die Herausforderung bei Proteingetränken:

Proteinpräzipitation: Während der Verarbeitung und Lagerung von Proteinmolekülen kann es aufgrund von pH-Änderungen, Wärmebehandlung, Ionenstärke oder eigener Hydrophobie zu Aggregation und Flockung kommen, die letztendlich ein Präzipitat bilden.

Phasentrennung: Fettglobuli, unlösliche Fasern, Mineralstoffe usw. schichten sich im System aufgrund von Dichteunterschieden oder Wechselwirkungen ab.

2. Lösung für PVP: Raumstabilität und benetzende Dispersion

PVP als wasserlösliches Polymer löst die oben genannten Probleme hauptsächlich über folgende Mechanismen:

Als Dispergiermittel und Bindemittel in festen Getränken:

Verhinderung von Verklumpung: Während des Sprühtrocknungsgranulationsprozesses kann durch die Zugabe von PVP ein dünner, hydrophiler Schutzfilm auf der Oberfläche der Pulverpartikel gebildet werden. Diese Filmschicht reduziert den direkten Kontakt zwischen den Teilchen und verringert die Van-der-Waals-Kräfte; andererseits nimmt sie geringe Mengen Feuchtigkeit aus der Umgebung auf und bildet eine Hydratationsschicht auf der Partikeloberfläche, die als „physikalische Barriere“ wirkt und effektiv das Verklumpen verhindert.

Verbesserung der Benetzbarkeit und Dispergierbarkeit: PVP-Lösung weist eine niedrigere Oberflächenspannung auf. Wenn das Pulver ins Wasser gegeben wird, kann PVP die Grenzflächenspannung zwischen Wasser und Pulver schnell senken, wodurch das Eindringen von Wasser in die Poren des Pulvers erleichtert wird, was eine schnelle Benetzung und Absenkung ermöglicht und somit den Auflösungsprozess beschleunigt. Es kann außerdem hydrophobe Aromastoffe oder Nährstoffpartikel umhüllen, wodurch diese leichter in die wässrige Phase dispergiert werden können.

Als Stabilisator in Proteingetränken:

Sterischer Hindereffekt der Stabilisierung: Dies ist der zentrale Mechanismus, durch den PVP ein Proteinsystem stabilisiert. Lange Kettenmoleküle von PVP können gleichzeitig auf die Oberflächen mehrerer Proteinmoleküle oder kolloidaler Partikel adsorbieren. Diese an der Partikeloberfläche adsorbierten PVP-Molekülketten bilden eine dicke Polymerschicht, die wie eine „Bürste“ in das Lösungsmittel hineinragt.

Wenn sich zwei mit PVP umhüllte Partikel einander nähern, führt die Kompression und Überlappung dieser Polymerketten zu einer Abnahme der Systementropie und einer Erhöhung der lokalen Konzentration, was eine starke abstoßende Kraft – den räumlichen Widerstand – erzeugt.

Diese abstoßende Kraft verhindert effektiv den engen Kontakt zwischen den Partikeln und verhindert somit Aggregation und Ausfällung, die durch van-der-Waals-Anziehung verursacht werden.

Schutzkolloid-Effekt: PVP erhöht nach dem Lösen selbst die Viskosität der wässrigen Phase, wodurch die Absinkgeschwindigkeit der Partikel gewissermaßen verlangsamt wird und eine unterstützende stabilisierende Wirkung entfaltet.

3. Anwendungsbeispiele und Verfahrenspunkte

Instant-Tee, Milchtee, Sojamilchpulver:

Anwendung: Während des Mischvorgangs gleichmäßig mit Grundrohstoffen wie Zucker, Milchpulver und Tee pulver vermengen, anschließend Granulation und Trocknung durchführen. Die zugesetzte Menge an PVP liegt üblicherweise zwischen 0,5 % und 2 %; dies verbessert deutlich die Löslichkeit des Produkts und ermöglicht hochwertige Produkte, die nicht verklumpen und sich schnell auflösen.

Sporternährungs-Proteinpulver:

Anwendung: Durch Zugabe von PVP zu Proteinpulvern, die Molkenprotein, Sojaprotein und andere Inhaltsstoffe enthalten, kann nicht nur die Löslichkeit verbessert, sondern auch nach dem Vermischen eine stabilere Emulsion gebildet werden, wodurch die erneute Aggregation von Proteinpartikeln verhindert und der Geschmack verbessert wird.

Pflanzliche Proteingetränke (Sojamilch, Mandelmilch, Walnussmilch):

Anwendung: Vor und nach der Homogenisierung zum Getränkesystem hinzufügen. Die synergetische Wirkung von PVP und Protein kann die Emulsionsstabilität und Suspensionsstabilität des Systems erheblich verbessern, verhindern, dass Fett aufsteigt und Proteinteilchen sich absetzen, verleiht dem Produkt einen einheitlichen und feinen Gefügezustand sowie eine längere Haltbarkeit. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Kombination von PVP mit Stabilisatoren wie mikrokristalliner Cellulose bessere Ergebnisse liefert.

Getrieben von der Suche nach Bequemlichkeit und Gesundheit wachsen die Märkte für feste Getränke und Proteingetränke kontinuierlich. Die Eigenschaften „schnelle Auflösung“ und „langfristige Stabilität“ von Produkten sind entscheidend, um das Vertrauen der Verbraucher zu gewinnen. Polyvinylpyrrolidon (PVP) leistet aufgrund seiner hervorragenden Benetzungseigenschaften, Dispersionsfähigkeit und räumlichen Stabilität zuverlässige technische Unterstützung für diese Produkte. Es sorgt dafür, dass jeder Löffel Pulver sich perfekt vermischt und jede Getränkeschluck gleichmäßig verteilt ist, und leistet somit als unsichtbarer Partner einen unverzichtbaren Beitrag zur Qualitätsverbesserung solcher Produkte.