第8章食品乳化剂

第8章食品乳化剂学习目的与要求1.熟悉食品乳化剂的概念、作用原理及HLB值概念；2.掌握常见食品乳化剂的基本特性及应用；3.了解食品乳化剂的应用现状。本章内容0概述1乳化剂的作用2乳浊液及乳化剂的亲水亲油平衡值3乳化剂的分类4常用食品乳化剂及应用0概述定义：添加于食品后可显著降低油水两相界面张力，使互不相溶的油（疏水性物质）和水（亲水性物质）形成稳定乳浊液的食品添加剂。

是表面活性剂的一种分子结构特点：分子两端不对称，一端是极性的亲水基，另一端是非极性的疏水基乳化剂分子结构的两亲性特点，使乳化剂具有了油、水两相产生水乳交融效果的特殊功能。乳化剂是一类具有亲水基团(极性的、疏油的)和疏水基团〔非极性的、亲油的)的表面活性剂，而且这两部分分别处于分子的两端，形成不对称的结构。乳化剂分子结构特点

在乳化液中，乳化剂分子为求自身的稳定状态，在油水两相的界面上，乳化剂分子亲油基伸入油相，亲水基伸入水相，这样，不但乳化剂自身处于稳定状态，而且在客观上又改变了油、水界面原来的特性，使其中一相能在另一相中均匀地分散，形成了稳定的乳化液。

乳化剂分子性能广泛用于饮料、乳品、糖果、糕点面包、方便面等食品1乳化剂的作用1.1乳化作用1.2起泡作用1.3悬浮作用1.4破乳作用和消泡作用1.5络合作用1.6结晶控制食品是含有水、蛋白质、糖、脂肪等组分的多相体系，因而食品中许多成分是互不相溶的，由于各组分混合不均匀，致使食品中出现油水分离、焙烤食品发硬、巧克力糖起霜等现象，影响食品质量。乳化剂正是能使食品多相体系中各组分相互融合，形成稳定、均匀的形态，改善内部结构，简化和控制加工过程，提高食品质量的一类添加剂。在食品工业中，常常使用食品乳化剂来达到乳化、分散、起酥、稳定、发泡或消泡等目的。有的乳化刑还有改进食品风味、延长货架期等作用。各组分的物理性质食品组织状态食品的“形”和质构食品加工工艺性能改善水蛋白质脂肪糖类乳化剂水蛋白质脂肪糖类乳化剂1.1乳化作用乳化：由于乳化剂的加入，使互不相溶的两相物质均匀、稳定地分散在一个体系中，而形成乳浊液。食品是一种多成分、多相体系，也是一个界面体系。乳化剂的使用，降低了这些界面的表面张力，使物质处于一种均匀的、稳定的状态，改善和维持食品品质。乳化现象:水油水油乳化剂乳化液可见:

乳化作用是油脂在乳化剂的作用下，成为细小的颗粒均匀地分散在水里面，形成稳定的乳状液的过程称。

如肥皂去污；脂类的消化吸收需要胆汁酸盐乳化。界面张力使物体保持最小表面积的趋势10ml油分散0.1μm小油滴300m2100万倍面积表面活性剂在分散相表面形成保护膜降低界面张力形成双电层1.2起泡作用食品加工过程中有时需要形成泡沫。泡沫是气体分散在液体里产生的。由于泡沫的性质决定了产品的外观和味觉，恰当地选择乳化剂是极其重要的。乳化剂的选择随产品需要而变化。1.3悬浮作用悬浮液是不溶性物质分散到液体介质中形成的稳定分散液，分散颗粒大小0.1-100μm。用于悬浮液的乳化剂，对不溶性颗粒也有润湿作用，这有助于确保产品的均匀性。悬浮液乳化剂通常与稳定剂或增稠剂共用。1.4破乳作用和消泡作用在许多需要破乳化作用过程中，常采用相反类型乳化剂或投入超出平衡所需要的乳化剂。根据乳浊液类型，采用强的亲水性乳化剂或亲油乳化剂，用于破坏乳浊液。破坏泡沫的最好乳化剂随泡沫而变化。1.5络合作用乳化剂可络合淀粉。如在面包和蛋卷生产中，乳化剂可调理生面团，促进结构形成均匀，改善性能。乳化剂在揉和好的生面筋结构中的作用是改善面筋体积和颗粒，增强面筋结构。乳化剂可以在面包生产中帮助脱模。亲水乳化剂具有抗硬化作用和调理面团两个特性。1.6结晶控制在糖和脂肪体系中，控制结晶是乳化剂的又一种功能。典型的例子是乳化剂在巧克力、花生奶油和糖果涂层中用于控制结晶。1.7润湿作用乳化剂通常也具有润湿性。乳化剂的选择受润湿类型的控制。粉末润湿是较难掌握的问题，由于快速润湿，粉末会结团或空气吸附而得不到理想效果，这样就对乳化剂的标准要求较高。1.8润滑作用有些乳化剂具有较好的润滑效果。如甘油单酸酯和甘油二酸酯，能有效的用于食品加工过程。有些新型乳化剂兼有杀茵、防腐等多种功效。应当指出，不同的乳化剂，同一乳化剂在不同条件下以及不同乳化剂复配使用，其作用效果是有差异的。在食品加工过程中，应根据食品种类、加工条件、加工方法不同，正确选用食品乳化剂以及合理进行复配使用，以达最佳使用效果。2乳浊液及乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB)乳浊液：又称乳化液，是指2种或2种以上不相混溶的混合物，其中一种液体以微粒的形式分散到另一种液体里形成的分散体。乳浊液体系中，被分散相叫间断相(或内相)，外部的液体叫连续相(或外相)。食品上主要包括胶态分散(增溶)，及气体在液体中的分散(即发泡)等类型。液体、固体和气体混合成的乳蚀液可以分为以下类型：①油滴分散到水介质里，通常指水包油(O/W)型乳浊液，油滴为内相，水为连续相；②水滴分散到油或脂肪介质里，通常指油包水(W/O)型乳浊液。水滴为内相，油或脂肪为连续相。乳浊液可以是像水一样的液体，也可以像固体脂肪一样的黏性液体。它具有两相或多相食品系统的其他特性。牛奶是典型的天然乳浊液。奶油食品、色拉调味品等都是经过加工制得的乳浊液类型的食品。乳化液的类型多相体系天然乳化液人工乳化液牛奶内相（分散相）外相（连续相）乳化液构成油包水型（W/O）奶油水包油型（O/W）乳多重型（W/O/W）冰淇淋椰奶乳化液类型2.1乳浊液的性质乳浊液的性质包括物理性质和化学性质。乳浊液的性质与连续相的性质和连续相对内相的比例有关。乳浊液的一些重要性质如下：（1）外观：乳浊液的外观随原料的颜色、折光率的不同及分散相颗粒的大小而变化。（2）分散性：乳浊液的分散作用与乳浊液类型有关。（3）黏度：乳状液的黏度通常是随外相的黏度、外相对内相的比率和分散液珠、颗粒大小的变化而变化，所以乳浊液的黏度也取决于乳化剂的类型和浓度。（4）颗粒大小：颗粒大小与乳化剂的类型、质量、制备乳状液的技术和组分的加人顺序有关。（5）微粒电荷：一般的说，颗粒小的微粒电荷能提高乳浊液的稳定性，高黏度乳浊液的微粒电荷对稳定性的影响比流体乳浊液小。（6）导电性：乳浊液的导电性是由连续相的导电性决定的，水包油型乳浊液的导电性好，而油包水型乳浊液的导电性差。（7）pH值：根据乳化剂特性，非离子乳化产品适用的pH值在3-10范围。（8）稳定性：稳定性是乳浊液的重要性质，稳定性要通过储藏的时间、黏度及储藏环境等来考察。稳定性受分散微粒聚合的影响，聚合的比率又取决于乳化剂的类型和浓度、乳浊液的黏度、组成相、分散颗粒大小、微粒电荷以及储藏条件。（9）防腐：乳浊液在制备和使用过程中会受到微生物的污染，商业出售的产品中因含有防腐剂而不会出现微生物过速增长，用防腐体系保护乳浊液是很有必要的。许多公司将所生产的产品进行破坏试验来判断防腐剂体系的防腐效果。2.2乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB)乳化剂都具有两亲分子结构特点。乳化剂的乳化特性和许多功效通常是由其分子中亲水基的亲水性和亲油基的疏水性的相对强度所决定的。良好的乳化剂在它的亲水基和疏水基之间必须有相当的平衡。乳化剂的亲水性用亲水亲油平衡值(HLB,hydrophiliclipophlicbalance)表示。HLB值越高表明乳化剂亲水性越强，反之亲油性越强。乳化剂分子中同时有亲油、亲水两基团，整个分子亲水亲油的倾向，取决于两类基团的作用，是两者亲和力平衡后分子所表现的综合效果。乳化剂的亲水性决定乳化剂的两亲特性因素亲水基的种类亲油基的种类分子结构与相对分子量脂肪基：带脂烃链的芳香基芳香基：带弱亲水基的亲油基分子结构亲油基和亲水基与所亲合的基团结构越相似，则它们的亲合性越好。亲水基位置在亲油基链一端的乳化剂比亲水基靠近亲油基链中间的乳化剂亲水性要好。分子量分子量大的乳化分散能力比分子量小的要好直链结构的乳化剂8个碳原子10~14个碳原子乳化与分散性HLB值乳化剂的亲水亲油平衡值（HydrophilicLipophilicBalance）乳化特性许多功效亲水基亲油基亲水性憎水性相当的平衡格尔芬（Griffin）HLB值表示乳化剂的亲水性HLB值计算差值式HLB=亲水基的亲水性—亲油基憎水性比值式HLB=亲水基的亲水性亲油基憎水性戴微斯法HLB=7+∑亲水基团值—∑亲油基团值川上法HLB=7+11.7log亲水基部分相对分子量亲油基部分相对分子量

复合乳化剂HLBAB=HLBA×mA+HLBB×mBmA+mBHLB值测定通过乳化标准油实验来测定石蜡（HLB=0）标准十二烷基硫酸钠（HLB=40）亲油性100%乳化剂其HLB为0规定亲水性100%乳化剂其HLB为2020等分HLB值越高表明乳化剂亲水性越强，反之亲油性越强。

甘油单油酸酯N3.4甘油单硬脂酸酯N3.8甘油单月桂酸酯N5.2二乙酰化甘油单硬脂酸酯N3.8二乙酰化酒石酸单甘油酯N8.0聚氧化乙烯（20）甘油单硬脂酸酯N13.1山梨醇酐单油酸酯N4.3山梨醇酐单硬脂酸酯N4.7山梨醇酐单月桂酸酯N8.9山梨醇酐三油酸酯N1.8山梨醇酐三硬脂酸酯N2.1常用乳化剂的类型及HLB值聚氧化乙烯（20）山梨醇酐三硬脂酸酯N10.5聚氧化乙烯（20）山梨醇酐三硬脂酸酯N11.0聚氧化乙烯（4）山梨醇酐单月桂酸酯N13.3聚氧化乙烯（20）山梨醇酐单硬脂酸酯N14.9聚氧化乙烯（20）山梨醇酐单油酸酯N15.0聚氧化乙烯（20）山梨醇酐单月桂酸酯N16.3蔗糖二硬脂酸酯N30蔗糖单月桂酸酯N15.0乙二醇单硬脂酸酯N3.6聚氧化乙烯（20）乙二醇单硬脂酸酯N16.0硬脂酰乳酸钙A5.1硬脂酰乳酸钠A8.3大豆磷脂N8.0常用乳化剂的类型及HLB值2.3HLB值与乳化剂的作用乳化剂在溶液中有乳化、润湿、分散、增溶、起泡、消泡等一系列表面活性作用。HLB值在很大程度上决定着乳化剂的使用性能。乳化剂的性质、功效还与亲水、亲油基的种类、分子的结构和相对分子质量有关。不同种类的亲油基的亲油性强弱顺序排列如下：脂肪基＞带脂烃链的芳香基＞芳香基＞带弱亲水基的亲油基。亲油基和亲水基与所亲和的物料结构越相似，它们的亲和性越好。亲水基位置在亲油基链一端的乳化剂比亲水基靠近亲油基链中间的乳化剂亲水性要好。相对分子质量大的乳化分散能力比相对分子质量小的好。直链结构的乳化剂：乳化特性是在8个碳原子以上才显著表现出来的，10-14个碳原子的乳化剂的乳化与分散性较好。因此，在需要选择最合适的乳化剂时，单靠HLB值是很不够的，还应考虑多种因素并且结合一定实验进行选择。HLB值与乳化剂的使用

HLB值适用性作用1.5~3消泡性消泡作用3.5~6水/油型乳化剂乳化作用（W/O）7~9润滑剂润湿作用8~18油/水型乳化剂乳化作用（O/W）13~15洗涤剂（渗透剂）去污作用15~18溶化剂增溶作用2.4乳浊液的制备在食品工业中，乳化剂的主要用途是制备乳浊液，乳化剂在其他方面的应用一般也是先制成乳浊液再使用。乳浊液的制备要根据不同的乳化对象来选择适当的乳化剂品种和适当的条件。如果选得好，一般情况下只用3％已足够，因为食品乳化剂的临界胶束浓度CMC都很低。但如果选得不好，就是用百分之几十也得不到稳定的乳浊液。乳浊液的制备是经验性很强的工作，想简单地把某种未知物进行乳化分散是不容易的事。总的来说，乳浊液的制备工艺应主要拿握好以下3个环节：确定、配比、调整。乳浊液制备技术按乳化剂的加入方式，主要分为3种：①乳化剂在油中法：先将溶有乳化剂的油加热，然后在搅拌条件下加入温水，开始为W/O型乳液，再继续加水可得O/W型的。此法用于HLB值较小的乳化剂。②乳化剂在水中法：将乳化剂先溶于水，在搅拌中将油加入，此法先产生O/W型乳液，若欲得W/O型乳液则继续加油至发生相转变。此法用于HLB值较大的乳化剂。③轮流加液法：每次只取少量油或水，轮流加入乳化剂。此法对于制备食品乳化液，如蛋黄酱或其他含食用油的乳浊液尤其适宜。乳化设备：要使制成的乳液有很好的质量，还要采用合适的混合设备。除乳化剂十分有效，在没有机械作用下体系就可以自动形成乳浊液的情况之外，一般乳化都需要强烈的机械搅拌。除了专用乳化机，在食品工业中还可使用混合搅拌机、胶体磨、均质机等设备进行乳化。3乳化剂的分类离子型乳化剂：当乳化剂溶于水时，能离解成离子的。阴离子型乳化剂：如果乳化剂溶于水后离解成一个较小的阳离子和一个较大的包括烃基的阴离子基团，且起作用的是阴离子基团；阳离子型乳化剂：乳化剂溶于水后离解生成的是较小的阴离子和一个较大的阳离子基团，且发挥作用的是阳离子基团。两性乳化剂分子：也是由亲油的非极性部分和亲水的极性部分构成，特殊的是亲水的极性部分既包含阴离子，也包含阳离子。离子型非离子型在离子型乳化剂工业中，阴离子型乳化剂是发展得最早、产量最大、品种最多、工业化最成功的一类。食品工业中常用的阴离子型乳化剂有：烷基羧酸盐、磷酸盐等。常用的两性乳化剂有：卵磷脂等。阳离子型乳化剂在食品工业中应用较少。非离子型乳化剂：在水中不电离，溶于水时疏水基和亲水基在同一分子上，分别起到亲油和亲水的作用。正是因为非离子型乳化剂在水中不电离，也不形成离子这一特点，使得非离子型乳化剂在某些方面具有比离子型乳化剂更为优越的性能。根据乳化剂的亲水、亲油相对强弱进行分类，分成亲水性乳化剂和亲油性乳化剂。一般地说，亲水性强的乳化剂形成的主要是水包油型(O/W)乳浊液，亲油性强的乳化剂形成的主要是油包水型(W/O)乳浊液。但用乳化剂配制乳浊液时，它不仅要受乳化剂本身的影响，还要受体系中物质组成、pH值、温度等条件的影响。离子型乳化剂：非离子型乳化剂：阴离子型阳离子型两性乳化剂烷基羧酸盐磷酸盐卵磷脂甘油单油酸酯4常用食品乳化剂及应用4.1乳化剂在食品中的作用4.2常用乳化剂品种简介4.1乳化剂在食品中的作用乳化作用起泡作用蛋糕冷饮甜食糖果悬浮作用泡沫是气体分散在液体里产生的悬浮液是不溶性物质分散到液体介质中形成的稳定分散液乳化剂，对不溶性颗粒也有润湿作用，这有助于确保产品的均匀性巧克力饮料临界胶束浓度CMC（CriticalMicelleConcentration）临界胶束浓度是乳化剂形成胶束的最低浓度，是乳化剂的另一个重要指标。乳化剂的浓度在稍高于临界胶束浓度时，才能充分显示其作用，所以CMC是充分发挥乳化剂功效的一个重要的量的理论指标。破乳作用和消泡作用采用相反类型乳化剂或投入超出所需要的乳化剂起破乳化作用冰淇淋控制破乳化作用，这有助于使脂肪形成较好颗粒，形成最好的产品。络合作用乳化剂可络合淀粉面包蛋卷调理生面团，促进结构形成均匀，改善性能。结晶控制巧克力花生奶油糖果涂层乳化剂捕捉游离的花生油而阻止分离提高结晶速度、促进细小晶体形成润湿作用润滑作用在焦糖中加入固体甘油单酸酯和甘油二酸酯能减少对切刀、包装物和消费者牙齿的黏结力。极稀溶液

临界胶束浓度CMC的概念

当乳化剂溶于水后，水的表面张力下降，不断地增大乳化剂的浓度，表面张力随乳化剂浓度增加而急剧下降之后，则大体保持不变。水的界面上还没有很多乳化剂，界面的状态基本没变，水的表面特性与纯水差不多。

乳化剂的浓度稍有上升，表面张力曲线急剧下降，此时加入的乳化剂会很快地聚集到界面，使界面状态大大改变，同时水中的乳化剂分子也集聚在一起，亲油基靠拢，开始形成小胶束。临界胶束浓度CMC

乳化剂浓度升高到一定范围后，水的表面集聚了足量的乳化剂，形成了一个单分子覆盖膜。此时，水与空气间的界面被乳化剂最大限度地改变，完全不同于原来的情况，这时乳化剂的浓度称临界胶束浓度。

提高乳化剂浓度，乳化剂的分子就会在溶液内部进行集聚，构成亲油基向内、亲水基向外球状的胶束。CMC是这个过程完成的标志在临界胶束浓度时，界面状态不再改变，界面张力曲线基本上停止下降。不互溶的两相之间的界面被乳化剂分子完全打通。水溶液界面张力以及许多其他物理性质都与纯水有很大差异。临界胶束浓度CMC范围乳化剂溶液的一些物理性质，除了界面张力外，电阻率、渗透压、冰点、蒸汽压、黏度、增溶性、光学散射性及颜色变化等，在CMC时都有显著变化，通过测定发生这些显著变化时的突变点，就可以得知临界胶束浓度。临界胶束浓度CMC的测量4.2常用乳化剂品种简介（1）蔗糖脂肪酸酯蔗糖脂肪酸酯成品多为混合物。乳化作用由分子内具有高亲水性的蔗糖分子和具有亲油性的脂肪酸基团所致。产品依蔗糖羧基酯化数不同，可获得从亲油性强到亲水性强的不同系列产品(表8-4)。我国规定蔗糖脂肪酸酯可用于肉制品、香肠、乳化香精、冰激凌、糖果、巧克力、面包作乳化用。

（2）单、双、三甘油脂肪酸酯(油酸、亚油酸、柠檬酸、亚麻酸、棕榈酸、山嵛酸、硬脂酸）具有良好的亲油性，是乳化性很强的水包油型(W/O)乳化剂，HLB值为3.8。分子蒸馏单甘酯乳化效果好于未蒸馏产品（3）司盘类乳化剂（4）吐温类乳化剂

吐温类乳化剂(polysorbate/tween)是由司盘(span)在碱性催化剂存在下和环氧乙烷(氧化乙烯，)加成、精制而成。也称为聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯。由于其脂肪酸种类的不同，可有一系列产品。FAO/WHO食品添加剂法规委员会许可使用的为聚氧乙烯(20)山梨醇酐脂肪酸酯。包括：

聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯(吐温-20,HLB值16.7)、聚氧乙烯山梨醇酐单软脂酸酯（吐温-40,HLB值15.6)、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯（吐温-60,HLB值15.0)、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯（吐温-80,HLB值14.9)。（5）大豆磷脂与改性大豆磷脂大豆磷脂(soybeanphospholipid)，亦可简称为磷脂，由生产大油的副产品提制而成，结构式为：大豆磷脂一般是卵磷脂、脑磷脂和肌醇磷脂的混合物，其卵磷脂含量约在20％以上，有的国家如美国常用卵磷脂来统称这一混合物。改性大豆磷脂是以天然大豆磷脂为原料，经过乙酰化和羟基化改性及脱脂后制成。其水分散性、溶解性及乳化性等均比大豆磷脂好，因而乳化效果更好。（6）硬脂酰乳酸钙硬脂酰乳酸钙和硬脂醜乳酸钠(分别又名硬脂酰乳酰乳酸钙(CSL)和硬脂酰乳酰乳酸钠(SSL)，结构式为：是一种疏水性的乳化剂，主要用于糕点和面包。

（7）木糖醇酐单硬脂酸酯为亲油性乳化剂，其性能与甘油单硬脂酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯相似。

木糖醇酐单硬脂酸酯，亦称失水木糖醇酐单硬脂酸酯，简称LS-60M,相对分子质量400.58,结构式为：