现代食品添加剂-课件 第9章 食品乳化剂

第9章食品乳化剂目录01乳化与乳化剂基础02乳化稳定机制03乳化剂分类与典型品种04乳化性能调控与复配应用9.1乳化与乳化剂基础9.1.1乳化体系的形成与基本类型从物理化学的角度看，乳化是指一种液体以微小液滴形式分散在另一种不相溶液体中，形成乳液的过程。乳液属于动力学不稳定、但热力学亚稳定的分散体系。最常见的乳液是水包油型（O/W，如牛奶、蛋黄酱）和油包水型（W/O，如黄油、人造奶油）。O/W体系以水为连续相、油为分散相；W/O体系则以油为连续相、水为分散相。单纯的机械力混合形成的乳液极不稳定，液滴会迅速聚集、絮凝，最终发生相分离。因此，乳化剂的介入是至关重要的。乳液虽然可以通过搅拌、均质等机械作用暂时形成，但油相和水相互不相溶，液滴之间仍可能相互靠近并合并。乳化剂必须先降低界面张力，再在液滴表面形成保护层，才能提高体系的动力学稳定性。9.1.2乳化剂的结构与功能食品乳化剂是一类分子结构中同时含有亲水基团（头部）和疏水基团（尾部）的两亲性物质。乳化剂的分子结构一般由两种极性不同的基团构成，分别是极性基团和非极性基团，这两个基团处于乳化剂分子的两端。

（1）乳化稳定作用（2）基质互作功能（3）行业发展趋势制备乳液时，乳化剂吸附于液滴表面，构建机械与静电双重屏障，抑制液滴聚并分层。可与淀粉、蛋白质结合，调节食品质构与加工特性天然来源乳化剂及复配体系受到关注。低脂、低糖健康产品，更依赖高性能乳化剂维持体系稳定。9.1.2乳化剂的结构与功能（4）起泡功能（5）消泡功能（6）与淀粉相互作用气体分散在液相中形成气泡，乳化剂可降低气-液界面能，维持泡沫稳定。蛋糕面糊添加单甘油酯，能够加固面筋网络、提升面团持气能力，泡沫体积可增加30%。加工过程中多余泡沫会影响工序，带有不饱和脂肪酸链的乳化剂可抑制气泡生成、破坏已有泡沫，常作为消泡剂应用于乳制品、植物蛋白加工。乳化剂和淀粉发生络合，能够抑制淀粉老化回生，让面包、糕点等淀粉制品长期保持柔软蓬松；其中单甘油酯是淀粉食品中应用最广泛的乳化剂。9.1.2乳化剂的结构与功能（7）与面筋蛋白相互作用（8）润滑流动作用

（9）调控油脂结晶焙烤食品体系内，乳化剂络合面筋蛋白，可构建致密稳固的面筋网络，提升面筋韧性与拉伸强度，同时增大成品体积、优化食用口感。乳化剂在颗粒表面形成流体润滑膜，降低摩擦系数，提升物料流动性；润滑效果随乳化剂碳链长度增加而增强，单甘油酯、甘油二酯是食品工业中常用的润滑型乳化剂。一方面可抑制巧克力、糖果表面脂霜析出；另一方面添加至人造奶油中，能够延缓油脂晶型转变，避免产生粗大晶粒，保障产品细腻口感。9.1.3亲水亲油平衡（HLB）

9.1.3亲水亲油平衡（HLB）

（2）仅有环氧乙烷基团为亲水基的乳化剂

乳化剂分子会自发富集于油水界面，呈现有序排列状态：亲水基团朝向外部水相，疏水基团伸入内部油相，在液滴表层构筑致密界面膜。单个液滴能承载的乳化剂分子存在上限，即最大界面负载量。当乳化剂添加量超出该临界饱和值后，多余乳化剂无法继续附着在油水界面，只能游离分散于水相当中。9.1.4界面吸附与胶束形成（1）界面定向排布特点（2）界面饱和吸附特性

乳化剂在水中的存在形态随浓度变化呈现阶段性变化，当界面吸附达到饱和时，多余乳化剂会聚集形成胶束，对应的临界浓度即为临界胶束浓度（CMC）。浓度较低时，乳化剂以单分子形式分散于水中；浓度升高后优先吸附在两相界面、降低表面张力；界面饱和后，过量乳化剂在水相中聚集形成胶束。CMC越小，乳化剂表面活性越强，降张力、稳体系效果越好。同时，胶束可包埋功能性成分，起到递送和保护稳定的作用。9.1.4界面吸附与胶束形成（3）临界胶束浓度9.2乳化稳定机制食品乳化剂不仅可降低界面张力、促进乳状液形成，还能在液滴表面形成稳定吸附层，有效抵抗重力、温度、pH、离心等外界因素导致的体系失稳，主要通过电荷排斥与空间位阻两种机制实现稳定效果。电荷排斥作用：乳化剂吸附在液滴表面可使液滴带上同种电荷，依靠静电排斥作用抑制液滴相互靠近、聚集合并，避免乳状液分层失稳。空间位阻作用：乳化剂在界面形成致密的吸附层，通过空间体积限制与界面弹性效应，阻碍液滴碰撞融合，进一步提升乳状液的体系稳定性。9.2.1乳化稳定机制概述液滴间天然存在范德华引力，该作用力会促使液滴聚集絮凝，最终引发乳液分层。带电乳化剂可在液滴表面构建带电界面层，依靠静电斥力抵消范德华引力，阻止液滴聚并。静电斥力产生原理：液滴间距较大时，各自双电层相互独立；液滴贴近后双电层发生重叠，电荷分布失衡，进而产生静电排斥效应。稳定机理：乳化剂赋予液滴同种电荷，持续的静电斥力抵消范德华吸引力，维持乳液体系稳定。9.2.2电荷排斥稳定机制Zeta电位是定量表征乳液液滴表面电荷的核心指标，可直接判断体系静电稳定能力，但该稳定效果易受环境条件干扰，存在一定应用局限。稳定判定标准：行业通用判定标准：Zeta电位绝对值≥30mV时，乳液静电斥力充足，体系稳定性良好。液滴间静电排斥强弱由表面电荷密度决定。影响因素与局限性：pH、离子强度等环境条件会改变表面电荷密度、削弱静电斥力，诱发液滴聚集分层；仅依靠静电排斥无法长期维持乳液稳定，需搭配空间位阻等其他稳定机制。9.2.2电荷排斥稳定机制9.2.3空间位阻稳定机制乳化剂吸附在液滴表面形成界面膜，依靠空间阻隔与弹性阻力阻止液滴聚并，该稳定方式为空间位阻作用，可弥补静电稳定的缺陷。空间阻隔原理：δ代表界面吸附层厚度，液滴间距小于2δ时，表层乳化剂分子发生相互挤压，阻碍液滴接触；间距小于δ时阻隔效果显著增强。机制优势：空间位阻作用不受体系电解质影响，能有效解决高离子强度环境下静电斥力失效的问题。9.3乳化剂分类与典型品种9.3.1乳化剂的分类依据

亲水型乳化剂易溶于水相，稳定水包油（O/W）乳液；代表：吐温、蔗糖酯、聚甘油酯。亲油型乳化剂易溶于油相，稳定油包水（W/O）乳液；代表：司盘类。中间型乳化剂亲水、亲油能力均衡，多用作润湿剂；典型代表：卵磷脂。（1）亲水亲油性分类9.3.1乳化剂的分类依据天然乳化剂包含四大类别：蛋白质类（大豆蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、明胶）、多糖类（阿拉伯胶、果胶、黄原胶、结冷胶）、磷脂类（大豆卵磷脂、葵花卵磷脂）、皂苷类（三萜皂苷、甾体皂苷）。可生物降解，还能补充营养，契合清洁标签消费需求。人工合成乳化剂经化学合成或分子改性制备，代表种类有甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯。性能可调、生产成本更低，但必须严格遵循食品添加剂限量标准使用。（1）来源分类9.3.2离子型乳化剂及典型品种

基本信息编号：CITREM；CNS10.032；INS472c制备方式：甘油单酯/双酯与柠檬酸酯化反应制得，属于多功能阴离子乳化剂。性状与性能：外观：白色至黄白色蜡状固体或柔软半固体；溶解性：易溶于乙醇、油脂；HLB值8~12，适用于水包油（O/W）乳液体系。（1）柠檬酸脂肪酸甘油酯9.3.2离子型乳化剂及典型品种

功能特点：在中性、碱性环境中，羧基解离使液滴携带负电荷，依靠静电斥力稳定乳液；分子中的柠檬酸基团可螯合Fe³⁺、Cu²⁺等促氧化金属离子，抑制油脂氧化酸败。毒性与使用规范：ADI值无强制限制；婴幼儿配方食品最大添加量24.0g/kg；其他食品可按生产工艺需求适量添加。（1）柠檬酸脂肪酸甘油酯9.3.2离子型乳化剂及典型品种基本信息：编号CNS10.038、INS472g，甘油与琥珀酸酯化制得，阴离子乳化剂性状与性能：乳白色粉末/片状固体，熔点50~60℃；冷水不溶，可分散于热水、热油脂；HLB5~7，适配油包水（W/O）乳液。安全毒性：JECFA无限定ADI，常规使用安全。调制乳：5.0g/kg干酪类似品：10.0g/kg焙烤食品：5.0g/kg果蔬汁、蛋白饮料：2.0g/kg固体饮料：20.0g/kg（按10倍稀释折算）（2）琥珀酸单甘油酯9.3.2离子型乳化剂及典型品种基本信息：硬脂酸与乳酸酯化产物，包含两种品类：SSL：硬脂酰乳酸钠，INS481iCSL：硬脂酰乳酸钙，INS482i性状与性能：外观：白色至淡黄色粉末/颗粒，整体偏亲油；HLB值：CSL≈5.1，SSL≈8.3；溶解性：难溶于冷水，可分散于热水。（3）硬脂酰乳酸酯（SSL/CSL）9.3.2离子型乳化剂及典型品种

稳定性：耐受条件：温度≤180℃、弱酸、弱碱环境稳定；易水解环境：强酸性（pH＜3）、强碱性（pH＞12）体系。安全性与使用限量：ADI耐受值CSL：0~20mg/kg；SSL：0~25mg/kg食品添加上限调制乳、发酵乳、焙烤食品、肉灌肠：2.0g/kg植脂末：10.0g/kg（3）硬脂酰乳酸酯（SSL/CSL）9.3.2离子型乳化剂及典型品种基本信息：简称DATEM，国标CNS10.010，国际编码INS472e，化学名二乙酰酒石酸单双甘油酯，阴离子乳化剂。性状与性能：外观：浅黄色～棕色油液/粉末理化参数：pH≈4，熔点≈45℃；HLB8.0~9.2应用特点：适配水包油（O/W）乳液，发泡能力优异（3）双乙酰酒石酸单双甘油酯（DATEM）9.3.2离子型乳化剂及典型品种溶解与安全特性：溶解性：可溶油脂、乙醇，微溶于水毒理安全：小鼠口服LD₅₀＞10g/kg；ADI范围0~50mg/kg食品添加限量：焙烤、膨化食品：20.0g/kg各类面制品、预制/熟肉制品：10.0g/kg胶基糖果：50.0g/kg（4）双乙酰酒石酸单双甘油酯（DATEM）9.3.3非离子型乳化剂及典型品种

蔗糖酯代号SE，是蔗糖与脂肪酸酯化生成的非离子乳化剂，理化溶解性良好，安全性高，各类食品使用限量有明确标准:基本信息：编号CNS10.001、INS473，别名蔗糖酯，蔗糖羟基与脂肪酸酯化制得。性状与性能：白色至黄色粉末或微黄黏稠液体，无味，可溶于乙醇、丙酮，分散溶解性能佳。（1）蔗糖脂肪酸酯（SE）9.3.3非离子型乳化剂及典型品种安全性：小鼠经口LD₅₀＞10g/kg，ADI值0~50mg/kg。使用限量：发酵乳1.5g/kg，稀奶油2.5g/kg，调制乳、焙烤食品3.0g/kg；巧克力、糖果等油脂乳化制品10.0g/kg。（1）蔗糖脂肪酸酯（SE）9.3.3非离子型乳化剂及典型品种

改性大豆磷脂以天然大豆磷脂改性制得，分子兼具亲水、疏水基团，溶解特性特殊，应用范围广且安全性良好。来源与制备：对天然大豆磷脂采用物理、化学或酶法改性，改变磷脂分子基团结构制得。性状与性能：棕黄黏稠物；溶于脂肪烃、微溶于乙醇、不溶于丙酮，遇水水合形成乳胶并提升黏度。（1）改性大豆磷脂9.3.3非离子型乳化剂及典型品种结构特点：带有磷酸、胆碱等亲水基团与脂肪酸疏水长链，具备两亲性。安全与使用：ADI0~25mg/kg，适用于糖果、烘焙、冰淇淋、乳化香精等，按需适量添加。（2）改性大豆磷脂9.3.3非离子型乳化剂及典型品种

司盘INS491~495，由山梨糖醇脱水酯化制得，亲油性强，耐酸耐盐，可衍生吐温，各类食品使用限量明确。基本信息：学名山梨醇酐脂肪酸酯，INS491~495；山梨糖醇脱水生成山梨醇酐，再与脂肪酸酯化合成。性状与性能：浅黄至琥珀色蜡状固体/黏稠液体，不溶于水、易溶于有机溶剂，亲油性强，HLB1.8~8.6。（3）司盘类乳化剂9.3.3非离子型乳化剂及典型品种

稳定性与衍生：耐酸耐盐，高温、强碱易水解，久置易氧化；与环氧乙烷反应可制得吐温。使用限量：调制乳、冰淇淋、焙烤食品3.0g/kg；油脂制品15.0g/kg；植物蛋白饮料6.0g/kg。（3）司盘类乳化剂9.3.3非离子型乳化剂及典型品种吐温INS432~435，由司盘与环氧乙烷加成制得，亲水型乳化剂，适用于水包油体系，有浊点特性，各类食品添加限量明确。基本信息：学名聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯，INS432~435；以司盘为原料，碱性催化下与环氧乙烷加成聚合生成。性状与性能：浅黄至琥珀色液体/半固体；分子含聚氧乙烯链，可溶于水与极性溶剂，亲水性强，HLB9~16，适配O/W乳液体系。（4）吐温类乳化剂9.3.3非离子型乳化剂及典型品种稳定性：水溶液加热至60~100℃浊点会变浑浊，降温恢复澄清；耐酸耐盐，强酸强碱易水解酯键，高温、强剪切会破坏聚氧乙烯链。使用限量：调制乳1.5g/kg，稀奶油1.0g/kg；水油脂肪乳化制品5.0g/kg；面包2.5g/kg，糕点2.0g/kg；乳类、植物蛋白饮料2.0g/kg。（4）吐温类乳化剂9.3.3非离子型乳化剂及典型品种丙二醇脂肪酸酯编码CNS10.020、INS477，是一类亲油性W/O型食品乳化剂，耐高温，酸碱环境易水解，毒理安全性高，不同食品应用添加限量有明确规范。基本信息：又称脂肪酸丙二醇酯，由丙二醇羟基和脂肪酸经酯化反应制备。性状与性能：外观为无色至浅黄色液体或蜡状固体；HLB值1~6，亲油性强，不溶于水、易溶于油脂有机溶剂，适配油包水体系，耐高温优势突出。（5）丙二醇脂肪酸酯9.3.3非离子型乳化剂及典型品种

稳定性与安全性：分子酯键遇酸、碱会发生水解；毒理数据显示小鼠经口LD₅₀＞10g/kg，ADI值0~50mg/kg，食用安全性良好。代表性使用限量：乳及乳制品5.0g/kg；油脂、乳化脂肪制品10.0g/kg；冷冻饮品5.0g/kg；普通糕点3.0g/kg、西式糕点10.0g/kg；复合调味料20.0g/kg。（5）二醇脂肪酸酯9.3.3非离子型乳化剂及典型品种

乙酰化单、双甘油脂肪酸酯，编码CNS10.027、INS472a，是HLB2~3的亲油性W/O型乳化剂，安全性高，国标允许在各类食品中按需适量添加。基本信息：CNS10.027；INS472a。分子结构为甘油的一个羟基与脂肪酸酯化，另一羟基被乙酰基取代。性状与性能：外观为白色至淡黄色蜡状固体或液体；可溶于油脂、有机溶剂，仅部分溶于热水；HLB值2~3，亲油性强，是典型W/O（油包水）乳化剂。（6）乙酰化单、双甘油脂肪酸酯9.3.3非离子型乳化剂及典型品种

安全性：无限定ADI值；美国FDA将其列为GRAS公认安全物质；体内代谢分解产物为甘油、脂肪酸、乙酸。使用范围：烘焙食品、乳制品、方便食品、糖果巧克力、油脂食品等；依据GB2760—2024，可按实际生产需求适量使用。（6）乙酰化单、双甘油脂肪酸酯9.4乳化性能调控与复配应用9.4.1影响乳化效果的因素

HLB3~6适配W/O油包水体系，HLB8~18适配O/W水包油体系；复配多种HLB乳化剂能够提升界面膜紧密程度，增强稳定效果。

碳链更长的乳化剂乳化能力更优，但低温环境易结晶析出；离子乳化剂依靠静电排斥维持稳定，非离子乳化剂依靠空间位阻维持稳定。在高温加工中，DATEM在150℃下热分解率较低