第八章食品乳化剂

1、 第八章 食品乳化剂 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。乳化剂分子具有亲水和亲油二种基因，易在水和油的界面形成吸附层而将二者联结起来。 1.乳化剂的分类 乳化剂从来源上可分为天然物和人工合成品两大类。按其形成的乳化体系的性质又可分为水包油（O/W）型和油包水（W/O）型两类。前者亲水性强，后者亲油性强。根据它们的亲水部分的特性，可分以下几类：负离子型乳化剂。是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，这类乳化剂最常用。负离子型乳化剂要求在碱性或中性条件下使用。在使用多种乳化剂配制乳液时，负离子型乳化剂可

2、以互相混合使用，也可与非离子型乳化剂混配使用。负离子型和正离子型乳化剂不能同时使用在一个乳状液中，如果混合使用会破坏乳状液的稳定性。正离子型乳化剂。是在水中电离生成带有烷基或芳基的正离子亲水基团。这类乳化剂品种较少，都是胺的衍生物非离子型乳化剂。其特点是在水中不电离。它的亲水部分是各种极性基团，常见的有聚氧乙烯醚类和聚氧丙烯醚类。它的亲油部分(烷基或芳基)直接与氧乙烯醚键结合。典型产品有对辛基苯酚聚氧乙烯醚2.乳化和乳化剂的基本理论2.1乳化现象 油和水是两种互不相溶的液体，它们在机械外力的作用下，可以互相混合，但一般难以混合成稳定的乳浊液，当施加的外力取消时，它们又会很快分离为原来的两种液体

3、，为了使互相均匀混合的状态得以长久保持，需要添加乳化剂。2.2乳浊液的性质2.2.1乳浊液的定义 是一个非均相体系，其中至少有一种液体以液珠的形式分散在另一种液体中，其中，被分散的物质称为分散相（dispersed phase），另一种物质称为分散介质（dispersing medium)。组成：分散相（内相） 连续相（外相） 乳化剂2.2.2乳化液的类型来源： 天然乳化液 牛奶 人工乳化液 椰奶内相和外相的不同：油包水（W/O）型 “水在油中” 奶油“水在油中” 奶油 “油在水中” 乳多重型（W/O/W）型 相当于简单乳液的分散相（内相）中又包含了尺寸更小的分 散质点冰淇淋2.2.3乳浊液性

4、质1）外观分散相和分散介质的折射率不同，外观不同 外观随内相液珠大小（分散度）而变化 液珠大小 乳状液外观 大颗粒小球 两相可区别 1 m 乳白色 10.1 m 蓝白色 0.10.03 m 灰色半透明 0.05 m和更小 透明2）分散性 乳浊液的分散性与乳浊液类型有关，外相是水，可分散到水或水溶性溶剂；外相是油，可以用油分散或稀释。3）粘度 乳状液的粘度与内、外相粘度，内相的体积浓度，液珠的大小及乳化剂的性质均有关系 。 当内相浓度很小时，乳液粘度主要由外相的粘度所决定 4）颗粒大小 颗粒大小通常用内相颗粒直径表示。含有较小颗粒的乳浊液是均匀细腻的。含有较大颗粒的乳浊液是粗糙的。颗粒大小与乳化

5、剂的类型、质量、制备乳浊液的技术和组分的加入顺序有关。大多数商业上乳浊液的颗粒在0.52.5um之间，颗粒细小且相似的乳浊液，稳定性好。乳浊液颗粒大小差异大，稳定性差。5）微粒电荷 颗粒小的微粒电荷能提高乳浊液的稳定性，高粘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 乳状液的电导性取决于外相的电导性，水包油型乳浊液的导电性好，而油包水型乳浊液导电性差。7）pH 非离子乳化产品适用的pH在310范围。8）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、乳浊液的粘度、组成相、分散颗粒大小、微粒电荷以及贮藏条件。 2.3乳化剂的HLB与相关性质2.3.1乳化剂的H

6、LB值1）概述 乳化剂的乳化能力与其亲水、亲油的能力有关，亦即与其分子中的亲水、亲油基的多少有关。 良好的乳化剂在它的亲水和疏水基之间必须有相当的平衡，1949年格尔芬（Griffin）首先提出了乳化剂的亲水亲油平衡（Hydrophilic Lipophlic Balance）的概念，并用HLB值表示乳化剂的亲水性。 HLB值是分子中亲油和亲水的这两个相反基团力量大小的平衡，人们对这种亲合力平衡后的结果用一个数值表示，这个值就被称作亲水亲油平衡值，简写为HLB值。 规定亲油性为100%的乳化剂，其HLB为0（以石蜡为代表），亲水性100%者为20（以油酸钾为代表），其间分成20等分，以此表示其

7、亲水、亲油性的强弱，乳化剂HLB值从140，其中非离子乳化剂HLB值大约120，阴离子及阳离子乳化剂从140均有。 亲水亲油转折点约为HLB10，即HLB10为亲油性，HLB值10为亲水性，亲油性强的表面活性剂易制得W/O乳液，亲水性强的表面活性剂易制得O/W乳液。 按HLB值大小进行分类可将表面活性剂分为不同用途的乳化剂、润湿剂、洗涤剂、增溶剂等。 HLB值与乳化剂的使用 ：HLB值 适用性 作用1.53 消泡性 消泡作用3.56 水/油型乳化剂 乳化作用（W/O）79 润滑剂 润湿作用818 油/水型乳化剂 乳化作用（O/W）1315 洗涤剂（渗透剂） 去污作用1518 溶化剂 增溶作用2

8、）HLB值的计算公式差值式：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=（HLBAmA+HLBBmB）/(mA + mB)在常温下，把少量表面活性剂加入水中，使其浓度约为0.025摩尔/升，静置后按表估计HLB值范围。2.3.2乳化剂的分子结构特点及作用机理乳化剂分子结构特点影响乳化剂两亲性质的因素亲水基的种类亲油基的种类分子结构与相对分子量乳化剂的亲水性 （HLB值）亲油基的种类：脂肪基带脂烃链的芳香基芳

9、香基带弱水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，则他们的亲合性越好。 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。 直链结构的乳化剂碳原子数大于8才显现乳化作用，在1014之间，乳化和分散特性较好。 分子量：分子量大的乳化分散能力比分子量小的好乳化剂的作用机理1.形成界面膜乳化剂在乳剂形成中的重要作用之一就是在分散液滴表面形成界面膜，界面膜强度的紧密程度与乳化剂用量及结构有关。乳化剂浓度过低时，液滴界面不能达饱和吸附，不足以形成紧密界面膜，强度低。因此，要使乳剂稳定，必须加入足量的乳化剂。 使用混合乳化剂能进一步降低界面张力，增加吸附

10、量，形成更紧密的混合膜，界面膜强度增大。 2 降低界面张力 乳化剂的另一作用是降低相界面的界面张力，降低界面张力是形成乳剂并保持稳定的有利因素，但不是决定因素。有的体系有很低的界面张力，但若没有界面膜形成则不能形成乳剂或不能得到稳定乳剂。相反，一些含有高分子乳化剂的体系，尽管界面张力较高，但仍能形成稳定的乳剂。3 形成扩散双电层 大部分稳定的乳剂的油水界面都存在有电荷和扩散双电层。OW型乳剂的油滴一般带负电，而WO型乳剂的水滴一般带正电。当带有同种电荷的液滴接近时，电排斥作用将克服液滴间的范德华吸引力，使液滴分开。液滴吸附的乳化剂越多以及乳化剂的解离度越大，带电量则越大，阻止聚集的能力越强。

11、2.4 临界胶束浓度 ( CMC )(Critical Micelle Concentration)表面活性剂在溶液中开始形成胶束的最低浓度为临界胶束浓度。 两亲分子溶解在水中达一定浓度时，其非极性部分会互相吸引，从而使得分子自发形成有序的聚集体，使憎水基向里、亲水基向外，减小了憎水基与水分子的接触，使体系能量下降，这种多分子有序聚集体称为胶束。C CMC溶液中的分子的憎水基相互吸引，分子自发聚集，形成球状、层状胶束，将憎水基埋在胶束内部2.5乳化剂在食品中的作用（1） 与淀粉结合，防止老化，改善产品质构和口感，延长货架期。（2） 与蛋白质相互作用，增进面团的网络结构，强化面筋网，增强韧性和抗

12、力，使蛋白质具有弹性，增加体积。 （3） 防粘及防溶化。在糖的晶体外形成一层保护膜，防止空气及水分浸入，提高制品的防潮性，防止制品变形，同时降低体系的黏度，防止糖果溶化。（4） 增加淀粉与蛋白质的润滑作用，增加挤压淀粉产品的流动性而方便操作。（5） 促进液体在液体中的分散，制备O/W或W/O乳化体系，改善产品稳定性。（6） 降低液体和固体表面张力，使液体迅速扩散到全部表面，是有效的润滑剂。（7） 改良脂肪晶体。脂肪晶体有多种晶形，其中以-晶形较为常见。由于其它晶体粒子大，熔点高，不适于焙烤产品，容易产生“砂粒”，乳化剂可控制其晶体形状、大小和生长速度，稳定-晶形，使之转变为-晶形，改善以固体脂

13、肪为基质的产品组织结构，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，使产品形成坚固的气溶胶体，从而提高产品的多孔性，改良品质。（9） 反乳化-消泡作用。在某些加工过程中需要破乳化和消泡，而加入相反作用的乳化剂，可破坏乳液的平衡。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。乳化剂可有一定的抑菌作用，常以表面涂层的方法用于水果保鲜。 2.6乳化剂在食品加工过程中的应用如下： （1） 焙烤食品及淀粉制品： 调整面团、增加面筋网、促进充气、提高发泡

14、性，使焙烤食品的结构细密；增大体积，使产品膨松柔软；保持湿度，防止老化，便于加工，延长货架寿命。 在糕点中使脂肪均匀分散，防止油脂渗出，改善口感，提高脆性，并能减少蛋的用量。用量一般为0.3%1%。（2） 冰淇淋： 增强乳化、缩短搅拌时间。有利于充气和稳定泡沫，使制品产生微小冰晶和分布均匀的微小气泡，提高比体积，改善热稳定性，从而得到质地干燥、疏松、保形性好、表面光滑的冰淇淋产品。用量为0.2%0.5%。（3） 人造奶油： 改善油水相溶，将水分充分乳化分散，提高乳液的稳定性。用量为0.1%0.5%。 （4） 巧克力： 增加巧克力颗粒间的摩擦力和流动性，降低黏度，增进脂肪分散，防止起霜。提高热稳

15、定性，提高产品表面光滑度。 （5） 糖果： 使脂肪均匀分散，增加糖膏的流动性，易于切开和分离，提高生产效率，增进产品质地，降低黏度，改善口感。（6） 口香糖：提高基料混溶性、均匀性；改善可塑性、脆性；防止生产时的黏着，从而提高生产效率；改善香料的乳化和分散，增进风味。一般油包水型乳化剂效果更佳。用量为0.5%1%。（7） 植物蛋白饮料：稳定油脂不分层，制备稳定的乳液。（8） 乳化香精：稳定天然香料油的乳化，防止制品中香料的损失。（9） 其他：在调味品中作为水不溶物的增溶与分散剂。用于方便食品能提高其速溶性，延长保存期等。 2.7乳化剂的使用注意事项 （1） 不同HLB值的乳化剂可制备不同类型的

16、乳液，选择合适的乳化剂是取得最佳效果的基本保证。 （2） 由于复合乳化剂有协同效应，通常多采用复配型乳化剂，但在选择乳化剂“对”时，要考虑高HLB值与低HLB值相差不要大于5，否则得不到最佳稳定效果。（3） 乳化剂加入食品体系之前，应在水或油中充分分散或溶解，制成浆状或乳状液。 3.乳浊液的制备3.1乳状液的制备 混合方式 机械搅拌 ： 以40008000r/min速度，设备简单、操作方便；但分散度低、不均匀，易溶入空气。 胶体磨：国产设备可制取10um左右的液滴。 超声波乳化器 均化器（homogenizer）：是机械加超声波的复合装置。喷射压力可达60MPa，具有操作简便，分散度高、均匀、

17、空气不易混入等优点。可使液滴的细度达0.5um左右，所制备的乳液可长达2年不分层。 3.2乳状液的制备 乳化剂加入方式乳化剂在油中法： 乳化剂溶于油中，在剧烈搅拌下加水，先成W/O型乳状液。再加水转相成O/W乳液。此法制得的乳液液滴大小不均，且偏大，若配合胶体磨或均化器，可得均匀稳定液。此法适用于HLB值较小的乳化剂。 轮流加液法：将水和油轮流加入乳化剂中，每次少量加入，形成O/W型或W/O型乳状液。食品工业常用此法。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型乳浊液，继续加油至发生相转变可得W/O型乳浊液。3.3乳浊液制备工艺3.3.1确定乳化剂的使用1）确定乳化剂

18、HLB值 一个具体的油-水体系究竟选用哪种乳化剂才可以得到性能最佳的乳状液，这是制备乳状液的关键。最可靠的方法是通过实验筛选，HLB值有助于筛选工作。 作为/型(水包油型)乳状液的乳化剂其HLB值常在818之间；作为/型(油包水型)乳状液的乳化剂其HLB值常在36之间。 实验检测： 用标准乳化剂Span系列和Tween系列配成不同的HLB得复配乳化剂系列。以乳化剂：油：水5：47.5：47.5的质量比混合，搅拌乳化，静置24h或经快速离心后，观察乳浊液的分散情况来决定哪一个乳化效果好。2）根据HLB值确定乳化剂“对”筛选最佳乳化剂”对“时可参考下列经验：亲油基和被乳化物结构相近的乳化剂，乳化效

19、果好。乳化剂在被乳化物中易于溶解，乳化效果好。若乳化剂能使内相液粒带有同种电荷，互相排斥，乳化效果好。乳化剂对的HLB值不能相差太大一般在5以内。3）确定最佳的单一乳化剂 要根据实际需要选出效果最佳；还要考虑到使用方便，来源广泛，成本低廉。4）确定最佳乳化剂的用量 根据试验确定乳化剂的用量。3.3.2配比 在复配乳化剂时,采用多少量合适可通过各自的HLB值和指定体系所需的HLB值求得。配比要符合乳浊液类型的要求调整乳化剂配比，使其大体符合最佳HLB，而避开相转变点。3.3.3调整调整乳化剂的比例，使用量适合全液相。根据原料的情况，在乳液中加入香料、色素、和防腐剂并根据产品的要求在指定的水硬度范

20、围进行。加入HLB调理剂，使其在乳液中起到缓冲效果，在一定范围内自动调整乳液的亲水亲油平衡值。调整pH：有些乳化剂在溶解时具有酸碱性，要根据实际要求调整乳液的pH，调整时注意不要影响乳液的性质。调粘度 可以根据需要进行。4. 常用食品乳化剂4.1蔗糖脂肪酸酯 蔗糖脂肪酸酯亦称蔗糖酯，简称SE，可细分为单脂肪酸酯、双脂肪酸酯和三脂肪酸酯。 蔗糖酯属于非离子型表面活性剂，由于分子中含有亲水性的蔗糖基团和亲油性的硬脂酸基团，因而是一种优良的食品乳化剂。 蔗糖酯系列产品具有广泛的HLB值（116），食品企业可以根据需要选择HLB值适当的蔗糖酯。1）性质 蔗糖酯外观为白色至淡黄色粉末，在水中分散或溶解，

21、溶于氯仿，易溶于热的乙醇等有机溶剂。单酯可溶于热水，但二酯或三酯难溶于水。单酯含量高，亲水性强；二酯和三酯含量越多，亲油性越强。在弱酸或弱碱条件下稳定。 在120以下稳定，145以上则分解；它在酸、碱和酶的作用下会发生分解。蔗糖脂肪酸酯的水解敏感性与温度关，一般温度越高，水解越快。 2）在食品加工中的作用乳化作用： 当制备OW（水包油）型乳剂（食品）时，如甜牛奶、纯牛奶、乳化饮料、混浊果汁饮料等，通常选用HLB值较高的蔗糖酯，所制得的乳剂可用水任意稀释，可防止蛋白质凝聚和油脂上浮现象的产生，不会产生沉淀、分层、油圈等问题。 当制备WO（油包水）型乳剂（食品）时，通常选用HLB值较低的蔗糖酯，可

22、获得稳定的乳化混合物。分散作用： 蔗糖酯可吸附在分散相的固体小粒子上，使分散相固体微粒分散均匀，且不易沉淀。在固体饮料、液体饮料和易生出糖结晶的食品的生产过程中，蔗糖酯可以发挥十分重要的作用。可改善食品口感： 在饮料的生产过程中，蔗糖酯呈现出良好的乳化和分散功能，且蔗糖酯本身没有异味，不会对饮料的风味产生负面影响。在饮料中使用蔗糖酯，使饮料在吞咽时具有滑爽感且无腻味。可改善淀粉的性能： 蔗糖酯可以进入淀粉的螺旋体结构，蔗糖酯中的脂肪基团能够与淀粉形成络合物，使米、面制品具有良好的组织结构，起到防止淀粉老化的目的。 蔗糖酯也可作为冷冻面团的防冻剂，在冷冻面团中加入蔗糖酯，可以控制面制品中的水分含

23、量，增强面团的抗老化性能，延长面制品的货架期.抑菌作用： 在饮料生产的过程中，使用蔗糖酯，既可起到乳化作用，又可达到抑菌的目的。3）在食品加工中的应用 面包、蛋糕 可防止老化，应使用HLB大于11的蔗糖酯，用量为小麦面粉的0.20.5，还可提高发泡效果。 人造奶油、起酥油、冰淇淋： 可提高乳化稳定性，应使用低HLB值蔗糖酯，用量为人造奶油、油脂量的25；冰淇淋，0.10.3；起酥油、油脂量的0.0081.72。巧克力 可抑制结晶，降低黏度，应使用HLB值为39的蔗糖酯，用量为0.21.0。 饼干 可提高起酥性、保水性和防老化性能，还能减小饼干在贮藏、运输过程中的破损并可以改善操作性，应使用HL

24、B值为7的蔗糖酯，用量为0.10.5。胶姆糖基 可使胶体易于捏和，能防止坚硬性随温度变化，可改善保香性，应使用HLB值为59的蔗糖酯，用量为0.53。口香糖、奶糖 可降低黏度，防止油析出或结晶，防止粘牙齿，应使用HLB值为24的蔗糖酯，用量为510。 速溶食品、固体饮料、速溶可可、奶粉等中 可起助溶作用，减少沉淀，应使用HLB值为15的蔗糖酯，用量为0.52。 面条、通心粉 可提高黏度、张拉力和得率，减小面汤的浑浊度（可与磷酸盐合用），应使用HLB值为1115的蔗糖酯，用量为0.21.0。饮料 可起着香、起浊、赋色、助溶和乳化分散等作用。在含乳饮料中使用可起抗氧化作用，还能使各组分在水中分散得

25、更均匀，更稳定。此外，还能简化饮料生产工艺，改进饮料组织结构，提高产品稳定性和保鲜性。 饮料 可起着香、起浊、赋色、助溶和乳化分散等作用。在含乳饮料中使用可起抗氧化作用，还能使各组分在水中分散得更均匀，更稳定。此外，还能简化饮料生产工艺，改进饮料组织结构，提高产品稳定性和保鲜性。 4）使用方法a.将蔗糖酯先与适量的水（或丙二醇、乙醇、食用油等）混合、润湿；再加入所需的水（或丙二醇、乙醇、油等），加热到5080，使蔗糖酯分散或溶解。b.如果将蔗糖酯与可溶性粉末（如蔗糖粉、麦芽糊精粉等）合用，则可先将蔗糖酯与其混合后，再加溶剂分散或溶解，不宜直接将蔗糖酯加到热水中，以免因固形物结块而延长溶解或分散

26、的时间。4.2山梨醇酐脂肪酸酯（失水山梨醇脂肪酸酯、司盘、斯盘） 是合成的一类非离子乳化剂，这一类乳化剂是由美国ICI公司首先开发的 。 商品化的山梨醇酐脂肪酸酯有山梨醇酐单月桂酸酯、山梨醇酐单棕榈酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、山梨醇酐三硬脂酸酯、山梨醇酐单油酸酸酯五种，通常也称为司盘20、司盘40、司盘60、司盘65、司盘80。 1）性质 由白色至黄褐色的粘稠液体或蜡状固体，有轻微的焦糖甜味和油脂味。 司盘具有良好的耐热性和抗水解稳定性，适于在含水体系和经较长时间高温处理的食品中使用。其乳化力强于单甘酯，一般与其他乳化剂合用。 随脂肪酸基团的种类和数量不同，其溶解性和乳化性能有较大差异，其HLB

27、值1.88.6。司盘20和司盘40是亲水性乳化剂，适合制备O/W型乳状液；司盘60、司盘80尤其是司盘65，属于亲油性乳化剂，适用于制备W/O型乳化剂。2）用途： 司盘在食品工业中的应用十分广泛，在烘焙食品中可以作为乳化剂、稳定剂和浑浊剂、消泡剂等而用于面包、蛋糕、巧克力和起酥油等。 乳化能力优于其他乳化剂，但有特殊气味，风味差，一般不单独使用。4.3聚氧乙烯山梨醇酐脂肪酸酯（聚山梨醇酸酯；吐温） 是合成的一类非离子乳化剂，这一类乳化剂是由美国ICI公司首先开发的。 商品化的聚山梨醇酸酯有聚山梨醇酸酯20、聚山梨醇酸酯40、聚山梨醇酸酯60、聚山梨醇酸酯65、聚山梨醇酸酯80五种，通常也称为吐

28、温20、吐温40、吐温60、吐温65、吐温80。 1）性状 在常温下呈浅米色至浅黄色膏体状或粘稠油状液体。 吐温具有良好的热稳定性。吐温具有很高的亲水性能和HLB值（1116.7），属于O/W型乳化剂。其表面活性作用不受环境PH值影响，在很低的使用浓度下（0.05），可以大幅降低大豆油/水体系的界面张力。 吐温自身是水溶性的，同时对难溶于水的亲油性物质有良好的助溶作用，可以用于配制乳化香精。在食品中也有良好的充气和搅拌起泡作用。对一定的油脂晶体有很好的稳定作用。2）用途： 吐温在食品工业中的应用十分广泛，在烘焙食品中可以作为乳化剂、稳定剂和分散剂等而用于面包、蛋糕、冰淇淋和起酥油等。4.4硬脂酰乳酸钠（SSL）1）性质 白色至浅黄色粉末或蜡状固体，有轻微焦糖甜味和油脂气味，略有苦味。不溶于水，但可分散于热水中，溶于乙醇和热的丙二醇、大豆油、猪油。耐热稳定性较差，在酸、碱和脂肪分解酶的作用下，易发生水解。 属于O/W型乳化剂，HLB值1821。 2）作用 硬脂酰乳酸钠与小麦蛋白发生强烈的相互作用，形成面筋蛋白复合物，使面筋网络更为细致而有弹性，从而提高发酵面团的持气性和烘焙成品的体积。 与其他蛋白质，尤其是与乳蛋白相互作用，可以提高乳蛋白的搅打起泡性和充气能力。 与直链淀粉相互作用，形成稳定的不溶性复合物，这种结构使面