乳化剂原理.docx

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1、乳化剂的作用机理乳化剂的作用机理牛乳饮品一般是由蛋白质、脂肪、糖类、食用纤维水溶性或水不溶性、淀粉类、维生素类水溶性或油溶性、矿物质类等物质组成的养分性饮料，是一种客观不稳定分散体系，既有蛋白质及果汁微粒形成 的悬浮液、脂肪的乳浊液，又有以糖类、盐类形成的真溶液。这一简洁体系即使承受最先进的加工机械和加工工艺，也很难到达饮料的质量要求，会发生油 层上浮、蛋白质沉淀、色素分散等产品质量问题。要解决这一问题，需要参与 适量的乳化剂、增稠剂、品质改进剂等食品添加剂，以使饮料保持稳定。1 乳化剂的作用机理食品乳化剂的根本物理化学性质是外表活性和乳化增溶性。由于 乳化剂的分子内具有亲水基和亲油基，易在水

2、和油的界面形成吸附层，属于外表活性剂的一种。其余油基如烷基碳氢化合物长链与油脂中的烷炷构造相像，因此与油脂能互溶。其亲水基一般是溶于水或能被水所润湿的原子团，如羟基。牛乳饮品中主 要的不稳定物质是油脂易上浮和蛋白质易沉淀，我们主要从这两方面来探讨乳化剂在牛乳饮品中的作用机理。1.1 乳化剂对牛乳饮品中油脂的作用机 理牛的油脂和其它局部经机械搅拌混合均匀后，放置一段时间，油脂又会 重析出，在牛牛乳饮品外表形成一层乳白色油层。在该体系中参与一种乳化 剂后，它就在两种物质间的界面发生吸附，形成界面膜。在这种界面膜中，乳 化剂分子按其分子内极性发生定向排列。即亲油局部伸向油，而亲水局部朝水 定向排列。

3、其结果是油分子和乳化剂的亲油局部为一方，与水分子和乳化剂的 亲水局部为另一方的相互作用。这种相互作用使界面张力发生变化。界面张力 的变化可以使一种液体以液滴形式分散于另一种液体中，即形成乳状液。界面 膜具有确定的强度，对分散相液滴起保护作用，使液滴在相互碰撞中不易聚 结。1. 2 乳化剂对牛乳饮品中蛋白质的作用机理蛋白质是一种外表具有极性结 构基团的亲水粒子，经水分子的加成后形成水合物层，从而防止这些悬浮粒子 聚结。在这种体系中参与乳化剂时，亲水的固体外表与乳化剂的亲水局部相互 作用，而乳化剂的疏水局部朝着水定向排队列。从热力学的观点来看，这种状态是不稳定的因此会发生絮凝作用。乳化剂分子连续嵌

4、入，形成具有外亲水构造的固体 -乳化剂双层，生成可再 溶剂化的粒子，从而使悬浮液稳定性增加。但由于蛋白质的颗粒较大，同时牛 所1 / 9含的蛋白质较高，因此牛乳饮品中的蛋白质单*乳化剂的乳化作用还缺乏以完全稳定，一般还需与具悬浮作用的物质(主要是各种食用胶体)协作使 用，方能到达完全稳定的效果。2 影响牛乳饮品乳状液稳定的因素(1) 乳化剂的构造溶剂化形成的势垒对乳状液的稳定性有很大影响。例如，w-o 型乳状液体系，当水粒子相接触时，水通过界面层中乳化剂的亲油基而 结合起来。因此，乳化剂碳氢链为水润湿所需的能量成为聚合势垒。而在o-w 型乳状液体系中，乳化剂为非离子外表活性剂，油润湿水和聚氧乙

5、烯链的能量 构成聚合势垒。因此，以承受长链的乳化剂为宜。一般地说，为使 w-o 型乳状 液稳定， 应承受亲油基和亲水基均大的乳化剂。为得到低温下稳定的w-o 型乳状液，应承受易溶于油的乳化剂。为此，最好选用含支链炷基和双链的乳化剂。对于o-w 型乳状液来说，宜选用分子大的乳化剂。当以甘油脂肪酸酯做乳化剂制备 w-o 型乳状液时，添加降低相转变温度的物质，如山梨醇、氨基酸及盐等，可提周稳定性。(2) 乳化剂的添加量为使乳化剂在界面上饱和吸附，需要的乳化剂量应大 于临界胶束浓度。在w-o 型乳状液的状况下，油相中形成胶束时临界胶束浓度 圈较大，并且随温度上升，其增大的幅度也大。因此，为使w-o 乳

6、液稳定，必 须参与较多的乳化剂。当油为极性的时，其参与量还要更大些。由于非离子乳化剂在水相中的临界胶束浓度格外小，所以不必担忧乳化剂的链长和温度的变 化是否会影响掩盖 o-w 型乳状液粒子外表所需的乳化剂的充分性。(3) 乳化剂的分散状况为使乳化剂能充分发挥其乳化作用，乳化剂的分散确定要充分，否则非但 难以起作用，而且乳化剂本身可能浮于牛牛乳饮品的外表，大大影响牛牛乳饮 品的稳定性。一般来说，w-o 型的乳化剂(如单甘酯等)，其分散温度不宜过 高，以 70-85C 为宜， 假设超过 90C,则很难分散，即使再降温，由于其本身的 构造已发生变化，因此也难以分散了。在乳化剂分散时，需加以适度的搅拌

7、， 同时还可以参与助分散剂，来促进其分散。(4) 牛乳饮品用水的质量硬度太大的水，会严峻影响乳化剂的乳化效果。 因此，用来生产牛牛乳饮品的用水都应经软化处理，让其硬度降到8 个德国度以下。同时，还可以在牛乳饮品中适量的络合剂如三聚磷酸盐来络合水中的阳 离子，2 / 9避开其对牛乳饮品的稳定性产生影响。(5) 油脂液滴或蛋白质颗粒的直径大小要得到稳定的乳状液，分散相的粒 子必需具有适度的直径大小。因此，在生产牛牛乳饮品时一般都需高压均质， 一方面适度细化粒子大小；同时，也可以促进乳化剂的乳化作用。对于中性牛 乳饮品来说一般较适宜的均质条件为：75-80C, 25-30mpa。而对于酸性牛乳饮 品

8、，其较适宜的均质条件为：60C, 20-25mpa。(6) 液滴的电荷乳状液的液滴电荷对乳状液的稳定性有明显的影响。大部 分稳定的乳状液的液滴都带有电荷，当使用离子型乳化剂时，吸附在界面上的 乳化剂离子的非极性基团插入油相，极性基团处于水相，从而使液滴带上电 荷。由于乳状液的液滴带有同种电荷，当它们接近时就会相互排斥而制止液滴 聚合，使乳状液的稳定性增高。可见，液滴上吸附的离子乳化剂分子越多，其 带电量越大，制止液滴聚合的力气也越大，乳状液体系就越稳定。(7) 分散介质的粘度乳状液分散介质的粘度对乳状液的稳定性有确定的影响。一般地说，分散介质的粘度越大，乳状液的稳定性越高。通常能溶于乳状 液的

9、高分子物质均能增高体系的粘度，使乳状液的稳定性增高。此外，高分子 还能形成结实的界面膜，使乳状液体系更加稳定。因此，在生产牛乳饮品时，乳化剂还需与食用胶体复配使用，以提高乳状液的稳定性。 3 牛乳饮品中常用的 乳化剂及其 hlb 值食品生产中使用的乳化剂品种繁多，总数在 65 种以上，按其 亲水亲油性可分为：亲水型、亲油型和中间型；按其存在状态可分为：液体状、粘稠状和固体状；按其来源可分为自然乳化剂和人工合成乳化剂；按其在水中是否解离成离子可分为：离子型和非离子型。离子型的乳化剂按其在水中电离形成离子所带的电性 又可分为：阴离子型乳化剂、阳离子型乳剂和两性离子型乳化剂。在乳化作用中，对乳化剂的

10、最关键的要求是：1. 乳化剂必需吸附或富集在两相之间的界面上，使界面张力降低；2. 乳化剂必需赋于粒子以电荷，使粒子间产生静电排斥力，或者在粒子周围形成一种稳定的、粘度特别高的甚至是固体的保护层。因此，作为乳化剂的物质必需具有两亲基团，才能起乳化作用。在制备乳状液时选择适当的浮化剂是一个关键问题，而选择乳化剂的根本依据是hlb 值。hlb 值的意义是表示乳化剂分子是亲油的还是亲水的，及亲和程度。乳化剂的hlb 值可表示如下：hlb=亲水基重量/ (憎水基重亲水基重量)因此，在选择乳化剂，应对各种 常用乳化剂的 hlb 值及其根本性质有确定的了解。下面是一些常用乳化剂的值。表1.常用乳化剂的 h

11、lb 值乳化剂名称 hlb 值甘油单油酸酯 3.4 单甘酯hlb3.0-5.0 亲水性单甘酯 9.0-11.0 甘油单月桂酸酯 5.2 聚甘油脂肪酸酯 6.0-15.0 蔗糖脂肪酸酯 2.0-16.0 蔗糖甘油脂肪酸酯 3.0-18.0 大豆磷脂 3.0-11.0 乙酰化甘油 单硬脂酸酯 3.8 二乙酰化酒石酸甘油酯 8.0 聚氧乙烯(20)甘油单硬脂酸酯 13.1 山梨醇单油酸酯 (span80)4.3 山梨醇酊单硬脂酸酯(span60)4.7 山梨醇酊单月桂酸酯(span20)8.9 聚氧乙烯山梨醇单油酸酯(20)(tween80)14.9 聚氧乙烯(20) 山梨醇酊单硬脂酸酯( twee

12、n60)15.0 聚氧乙烯(20)xx 酊单月桂酸酯(tween20)16.9 丙二醇酯 2.0-3.0 下面介绍几种最常用的牛乳饮品乳化剂及其 基本性质。(1) 甘油酯(glycerin monostearate)及其衍生物同硬脂酸和过量的甘油在催 化剂存在下加热酯化而制得甘油酯。酯化生成物有单酯、双酯和三酯三种。三 酯就是油脂，完全没有乳化力气。双酯的乳化性质也较差，外表张力下降能仅为 单酯的 1%以下。目前工业产品分为单酯含量40%50%勺单双混合酯(mdg), 以及经分子蒸馆的单酯含量 60%70%( 一次蒸馆)和单酯含量大于 90% (二次 蒸馆)的分子蒸馆单甘酯。单甘酯是乳化剂中应

13、用面最广、用量最大的品种。它具有优良的乳化力气和耐高温性能，添加于含油脂或蛋白质的饮料中，可提 高溶解度和稳定性。为了改善甘油酯的性能，甘油酯可与其他有机酸反响生成 甘油的衍生物聚甘油酯、二乙酰酒石酸甘油酯、乳酸甘油酯等。到目前已有 13 种衍生物被批准使用。这些衍生物的特点是改善了甘油酯的亲水性，提高了乳 化性能和与淀粉的复合性能等，在蛋白饮料加工中有独特的用途。(2) 蔗糖脂肪酸酯(sucrose fatty acid ester)蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯(se),由脂肪酸的低碳醇酯和蔗糖进展酯交换而得。蔗糖分子内的 8 个羟基 中有 3 个羟基化学性质与伯醇类似，酯化反响主要发生在这 3

14、个羟基上。因此 把握酯化程度可以得到单酯含量不同的产品。产品 hlb 值可以为 116。国内已有多家厂生产。se1se16 即代表 hlb 值 116 的蔗糖酯。蔗糖脂肪酸酯的乳化力气不及聚氧乙烯型非离子乳化剂，但它 对人体无害，为无毒、无味、无臭的物质，进入人体后经过消化转变为脂肪酸 和蔗糖，为养分物质，故使用安全。与甘油酯及山梨糖醇酯乳化剂相比，其亲 水性最大。适于 o- w 型饮料的乳化稳定，因此在蛋白饮料中应用较多。(3) 山梨醇酊脂肪酸酯商品名司盘(span), 一般由山梨醇加热失水成酊后 再与脂肪酸酯化而得。这类乳化剂的产品分类是以脂肪酸构成划分的，如span20 内桂酸 12c)

15、, span40 (棕桐酸 14c) , span60 (硬脂酸 18c) , span80 (油酸 18烯酸)等。蛋白饮料中最常用的是 span60 (hlb4.7)和 span80 (hlb4.3)。司盘呈白色 至黄棕色的液体、粉末、薄片、颗粒或蜡块状。性质因构成的脂肪酸种类而 异。hlb 值1.88.6。常用于乳化蛋白饮料的司盘类 hlb 值为 48。司盘不溶于冷水，能 分散于热水。司盘的乳化力气优于其他乳化剂，但有特别气味，风味较差，因 此，很少单独使用，一般与其他乳化剂复配使用。(4) 聚山梨酸酯商品名吐温(tween),由山梨糖醇与各种脂肪酸局部酯 化而得的混合物。蛋白饮料中使用的

16、有 tween60(hlb14.9)和tween80(hlb15.0)，为黄色至橙色油状液体(25C)。有略微特别臭味，略带苦味。极易溶于水，形 成无嗅及几乎无色的溶液。不溶于矿物油和植物油。由于其hlb 值较高，价格又远低于等 hlb 值的蔗糖酯等乳化剂，。通常与低 hlb 值的单甘酯、司盘、蔗糖酯 复配使用，以适应各类蛋白饮料的需要。(5) 大豆磷脂又称卵磷脂、磷脂，其主要成分有磷酸胆碱、磷酸胆胺、磷 脂酸和磷酸肌醇。为浅黄色至棕色透明的粘稠状液态物质，或白色至浅棕色粉末或颗粒。无嗅或略带坚果类气 味及味道。纯品不稳定，遇空气或光线则颜色加深，成为不透亮。局部溶于 水，但易形成水合物而成胶

17、体乳状液。大豆磷脂为两性离子外表活性剂，乳化 力气较强，在热水中或 ph 在 8 以上时乳化作用更强。假设添加乙醇或乙二醇，则 它们会与大豆磷脂形成加成物，乳化性能提高。酸式盐可破坏乳化而析出沉 淀。大豆磷脂不仅是一种乳化剂，同时还是一种养分强化剂，可增加磷酸胆 碱、胆胺、肌醇及有机磷。食用磷脂还可降低人体的胆固醇。但一般大豆磷脂 的价格较局，一般在周档的乳制品中使用。(6) 酪蛋白酸钠(sodium caseinate)酪蛋白酸钠又称酪肮酸钠，商品酪蛋 白酸钠含蛋白质(干基)大于 90%,为白色至淡黄色粘状、粉末或片状。无臭、无味或稍有特异香气和味道。易溶于水。 ph 中性，其水溶液加酸产生

18、酪蛋白沉淀。酪蛋白酸钠具有良好的乳化作用和稳定作用，能增进脂肪和水分的亲 和性， 使各成分均匀混合分散。在蛋白饮料中常作乳化剂、增稠剂和蛋白质强 化剂。4 牛乳饮品中乳化剂的选择和使用原则对于简洁的油 -水体系而言，对乳 化剂的选择和应用的判定依据其是 w-o, o-w 乳状液，再依据各种乳化剂的 hlb 值来选择就可以了。然而，对于简洁体系如牛乳饮品这样含有碳水化合物和蛋 白质的食品，hlb 值就只能作为一个选择乳化剂的重要依据，而不是唯一的依 据。 在牛牛乳饮品中选择乳化剂还需考虑以下几方面的状况：(1) 牛乳饮品的含乳量一般来说，牛乳饮品中的含乳量越高，所需使用的 乳化剂的量越大，同时对

19、所用乳化剂的种类及其配比的要求也愈为严格。(2) 饮料的 ph 值中性牛乳饮品和酸性饮料应依据不同乳化剂在不同条件 下的作用效果，区分选择。（3） 牛乳饮品中添加的其它物质对乳状液体系的影响如在生产特浓纯奶时，有时需添加奶油或其它油脂，此时，乳化剂的使用量需增加。同时，对其 种类及配比也应作相应调整。（4） 牛乳饮品的热处理状况对于承受不同条件进展灭菌的牛乳饮品其乳化剂使用的种类、配比及其量都会有所不同。一般说来，灭菌的温度越高，时间 越长，所需添加的乳化剂的量越大。总而言之，一个抱负的牛乳饮品乳化剂配 方，应与水相和油相均有较强的亲和力，能够对牛乳饮品中的各种不稳定因子主要是油脂和蛋白质都有

20、较好的乳化稳定作用。而单一的乳化剂很难到达 这种抱负状态。一般都应将 hlb 值大的乳化剂与 hlb 值小的乳化剂复配使用，同 时还要与适当的胶体同时使用，方能取得最正确的乳化效果。乳化剂是乳浊液的 稳定剂，是一类外表活性剂。乳化剂的作用是：当它分散在分散质的外表时，形成薄膜或双电层，可使分散相带有电荷，这样就能阻挡分散相的小液滴相互分散，使形成的乳浊液比较稳定。例如，在 农药的原药固态或原油液态中参与确定量的乳化剂，再把它们溶解在有机溶剂里，混合均匀后可制成透亮液体，叫乳油。常用的乳化剂有肥皂、阿 拉伯胶、烷基苯磺酸钠等。乳化剂能促使两种互不相溶的液体形成稳定乳浊液的物质，是乳浊液的稳 定剂

21、， 是一类外表活性剂。能促使两种互不相溶的液体形成稳定乳浊液的物质。乳化剂分亲油型油 包水型：W/O及亲水型水包油型： O/W两大类。前者使水分散到油中，后者使油分散到水中。乳化剂大都是外表活性剂，以 HLB 值表示基亲水亲油性，数值高则亲水性强。阴离子乳化 剂有脂肪酸皂、烷基磺酸盐、烷基苯基硫酸盐、磷酸盐等。阳离子乳化剂主要 是胺类及季铉盐。非离子型乳化剂是品种最多的一类乳化剂，有聚氧乙烯型、 环氧乙烷和环氧丙烯嵌段共聚物、多元醇的脂肪酸酯、聚乙烯醇等。卵磷脂、 羊毛脂、阿拉伯树胶等是自然乳化剂。乳化剂广泛用于医药、农药、合成橡胶、合成树脂、制革、扮装品、食品及涂料工业。用于扮装品的乳化剂，

22、除乳化作用外，还兼具增溶、浸透、润湿、去垢等作用。乳化剂分子中有亲水和亲油两个局部。依据它们的亲水局部的特征，可以 分为三种类型。7 / 9负离子型乳化剂为在水中电离生成带有烷基或芳基的负离子亲水基团的乳 化剂， 如废酸盐、硫酸盐和磺酸盐等。这类乳化剂最常用，产量最大，常见的 商品有：肥皂(C1 砰 17H31 35CO2Na)硬脂酸钠盐(C17H35CO2Na)十二烷基硫酸 钠盐(C12H25OSO3Nan 十二烷基苯磺酸钙盐等。负离子型乳化剂要求在碱性或 中性条件下使用，不能在酸性条件下使用。在使用多种乳化剂配制乳液时，负 离子型乳化剂可以相互混合使用，也可与非离子型乳化剂混配使用。负离子

23、型 和正离子型乳化剂不能同时使用在一个乳状液中，假设混合使用会破坏乳状液 的稳定性。正离子型乳化剂为在水中电离生成带有烷基或芳基的正离子亲水基团。这 类乳化剂的品种较少，都是胺的衍生物，例如合反响。N-十二烷基二甲胺，可用于聚非离子型乳化剂为一类型的乳化剂，其特点是在水中不电离。它的亲水 局部是各种极性基团，常见的有聚氧乙烯酬类和聚氧丙烯酬类。它的亲油局部 (烷基或芳基)直接与氧乙烯酬键结合。典型的产品有对辛基苯酚聚氧乙烯酬。非 离子型乳化剂的聚酬链上的氧原子可以与水产生氢键缔合 ，因而可以溶解在水 中。它既可在酸性条件下使用，也可在碱性条件下使用，而且乳化效果很好，广 泛用于化工、纺织、农药

24、、石油和乳胶等的生产。食用乳化剂除具有乳化作用 外尚有以下功能：1. 与淀粉结合防止老化，改善产品质构。2. 与蛋白质相互作用增进面团的网络构造，强化面筋网，增加韧性和抗 力，使蛋白质具有弹性，增加体积。3. 防粘及防熔化在糖的晶体外形成一层保护膜，防止空气及水分侵入，提 高制品的防潮性，防止制品变形，同时降低体系的粘度，防止糖果熔化。4. 增加淀粉与蛋白质的润滑作用，增加挤压淀粉产品流淌性而便利操作。5. 促进液体在液体中的分散，制备 W/O 乳化体系，改善产品稳定性。6. 降低液体和固体外表张力，使液体快速集中到全部外表，是有效的润滑 剂。乙 改进脂肪晶体有多种晶形，其中以 &晶形较为常见

25、与稳定，由于晶体粒 子大，熔点高，不适于焙烤产品，简洁产生 砂粒”乳化剂可把握晶体性状大小 和生长8 / 9速度，稳定&晶形，使之转变成为 & 晶形，改善以固体脂肪为基质的产 品组织构造， 对装饰用人造奶油、冰淇淋、巧克力等效果尤为显著。8.稳定气泡和充气作用内含饱和脂肪酸的乳化剂，对水溶液中的泡沫有稳 定作用，可做泡沫稳定剂，使产品形成结实的气溶胶体，从而提高产品的多孔 性，改善品质。9 .反乳化-消泡作用在某些加工过程中需要破乳和消泡，而参与相反作用 的乳化剂，以破坏乳液的平衡，含有不饱和脂肪酸的乳化剂，具有抑制泡沫的 作用，可做消泡剂用于乳制品加工。10.抗腐败保鲜作用乳化剂可有确定的抑菌作用，常以外表涂层的方法用 于水果保鲜。9 / 9