8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