食品添加剂：乳化剂

熟悉食品乳化剂概念、作用原理及HLB值概念，掌握常见食品乳化剂的基本特性及应用，了解食品乳化剂的应用现状。乳化剂Emulsifieres食品添加剂一、乳化和乳化剂的基本理论•乳化现象•乳化液的类型•乳化剂的作用•HLB值•乳化剂分子结构特点与性能•HLB值与乳化剂的使用•食品乳化剂的概念1.1食品乳化剂概念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。美国FDA的定义能使某乳浊体中的组成相，改变表面张力，使成为均匀分布成乳状液的物质。内相外相（分散相）（连续相）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水油水油乳化剂乳化液1.2乳化现象这些微小的油滴较连成一片的油相具有高得多的能量。这种能量（也称为表面能或表面张力）同表面平行，并阻碍油滴的分布。反抗表面张力必须要做功，所消耗的功W与表面积增ΔF和表面张力δ成比例，即W＝ΔF·δ。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300m2100万倍面积机械能制备乳状液一种乳状液对于机械的、热的和时间的影响都应有足够的稳定性。内相分散的程度界面膜的质量外相的黏度相体积比两相的相对密度1.3乳化剂的作用表面活性剂•在分散相表面形成保护膜•降低界面张力•形成双电层1.4乳化剂分子结构特点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。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。1.5乳化剂分子性能1.6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）乳化液油包水（W/O）型奶油水包油（O/W）型乳多重型（A/O/W）型冰淇淋椰奶乳化剂的亲水性1.7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。分子量分子量大的乳化分散能力比分子量小的好直链结构的乳化剂8个碳原子10~14个碳原子1.8HLB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+mB(HLB)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%乳化剂规定其HLB为0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。油酸钾（HLB=20）HLB值所占%比在水中的性质亲油基亲水基00100HLB1~4，不分散2109042080HLB3~6，略有分散63070HLB6~8，经剧烈搅打后呈乳浊状分散84060105050HLB8~10，稳定的乳状分散126040HLB10~13，趋向透明的分散147030168020HLB13~20，呈溶解状透明胶体状液189010201000HLB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N8.01.9乳化剂的分类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两性电解质类以内盐形式非离解型指带有一个或多个官能团，在水溶液中能能形成正电荷的表面活性剂。阴离子乳化剂阳离子乳化剂指带有一个或多个官能团，在水溶液中能形成带负电荷的表面活性剂。亲水的极性部分既包含阴离子，也包含阳离子。两性乳化剂分子1.10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，他是乳化剂的另一个重要指标。•正确使用乳化剂•了解乳化剂的基本性能临界胶束浓度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。此时的乳化剂浓度称为CMC。表面张力乳化剂浓度极稀溶液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。解释现象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，界面状态再不改变，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。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。测定CMC范围的作用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、粘度、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。临界胶束浓度的测量思考题？？•什么是食品乳化剂？乳化剂是怎样达到乳化效果的？•什么是HLB值？计算HLB值的方法有哪些？研究HLB值有何意义？•简述临界胶束浓度（CMC）的概念，CMC在乳化剂使用中的作用。二、乳化剂在食品中的作用机制•乳化剂与食品成分之间的作用•乳化剂在焙烤食品中的主要作用•乳化剂在肉制品加工中的应用2.1乳化剂与食品成分之间的作用•乳化剂与类脂化合物的作用•乳化剂与蛋白质的作用•乳化剂与碳水化合物的作用2.1.1乳化剂与类脂化合物的作用与乳化剂相互作用，形成稳定的乳化液。有水时无水时阻碍或延缓晶型变化的作用，形成有利于食品感官性能和食用性能所需的晶型。α-晶型次α-晶型β-晶型β-初级晶型熔点最高能量最低油脂口感粗糙入口不滑油脂结晶调整剂乳化剂阻碍或延缓晶型变化蔗糖脂肪酸酯；Span60；甘油单、双乳酸酯；聚甘油脂酸酯2.1.2乳化剂与蛋白质的作用疏水结合氢键结合静电结合与乳化剂发生作用是固定在多肽链上的氨基酸侧链，而非蛋白质肽链中的肽键。结合程度与蛋白质结构特征、侧链的极性、乳化剂的种类以及是否带电荷和体系的pH值等有关。乳化剂与蛋白质相互作用形成的化合物属于脂肪，在食品加工中特别是在焙烤食品中大量利用蛋白质与乳化剂的相互作用和结合来改善食品的加工性能，提高食品的品质。效果（饼干等食品含油多则柔软酥脆）2.1.3乳化剂与碳水化合物的作用疏水作用氢键作用单糖双糖低聚糖多糖糖苷多糖糖苷直链淀粉在水中形成α-螺旋结构，内部有疏水作用，乳化剂随其亲水基进入α-螺旋结构内，并利用疏水键与之结合，形成复合物或络合物。这样可以避免直链淀粉链与链之间发生结晶作用。乳化剂与直链淀粉作用利用乳化剂与直链淀粉、蛋白质的相互作用和结合形成复合物来达到防老化、软化等。2.2乳化剂在焙烤食品中的主要作用•增加食品组分间的亲和性，降低界面张力，提高食品质量，改善食品原料的加工工艺性能。•使蛋白质网络连接更加紧密，增强面团强度。•与淀粉形成络合物，使产品得到较好的瓤结构，增大食品体积，防止淀粉老化。•控制食品中油质的结晶状态，阻止结晶还原，改善食品口感。•提高食品持水性，使食品更加柔软，增加保鲜性，延长货架期。乳化剂在面包类中的应用促进面筋组织的形成与面团中的脂类和各种蛋白质形成氢键或络合物，象一条条锁链一样大大强化了面团在和面及醒发时形成的网络结构。体积增大富有弹性柔软不掉渣口味得到改善防止老化面包的不新鲜往往是由于淀粉老化，面包失水引起的，乳化剂能与面团中直链淀粉络合，推迟了淀粉在面团存放时失水而重新结晶所致的发干、发硬，保持产品一定的湿度而使面包柔软保鲜，保持营养价值。2.3乳化剂在肉制品加工中的应用•能使配料充分乳化，均匀混合，防止脂肪离析•提高制品的保水性，防止制品析水•避免冷却收缩和硬化，改善制品的组织状态，使产品更具弹性•提高产品的嫩度，改善制品的风味，提高产品质量•提高包装薄膜（肠衣）易剥性三、国内外乳化剂重点品种生产与作用•甘油酯及其衍生物•丙二醇脂肪酸酯•蔗糖脂肪酸酯•山梨醇酐脂肪酸酯•磷脂3.1.1甘油酯及其衍生物甘油酯是由硬脂酸和过量的甘油在催化剂存在下加热酯化而得或甘油与食用油脂进行酯交换而得的。单酯双酯三酯是非均一结构的混合物乳化能力单酯双酯三酯1%油脂具有乳化能力采用分子蒸馏法提高单酯的含量甘油酯亲脂母体烃基动植物油脂的脂肪酸饱和脂肪酸C12~C20不饱和脂肪酸棕榈油C14∶0(0.5~5.9%）C16∶0(32-47%)C18∶0(2~8%)C18∶1(34~44%)C18∶2(7~12%)单硬脂酸甘油酯50%的硬脂酸45%的棕榈酸5%油酸混合物单酯含量也不会超过95%单、双硬脂酸和棕榈酸混合甘油酯用各种不同原料所生产的“单甘酯”产品，可以有不同的含酯量、碘值、熔点和外形，虽统称为“单甘酯”，但都有一定的适用对象。单甘酯的制备方法甘油和脂肪酸直接酯化甘油三酯(食用油脂)与甘油进行酯交换甘油酯的成分•单酯含量为35~60%•双酯含量为35~50%•三酯含量为5~20%•游离的甘油和脂肪酸和脂肪酸碱盐各占1~10%甘油酯的特性•应用范围广•HLB值小•亲油性乳化剂中使用最普遍的一种，占乳化剂总产量的70%。全球消耗量14万吨/年；中国为3500吨/年。单甘酯的用途•与其他乳化剂配制成面包改良剂改善面团结构面包瓤松软富有弹性增大体积制成的面包风味好不易变硬成碎屑•与蔗糖酯、吐温类合用制成蛋糕速发油型复配乳化剂通过“蛋白-单甘酯”复合体的形成，使蛋糕具有容积大、气泡微密均匀等作用。•在饼干中使油脂以细小的乳化状态分散防止油脂渗出，提高脆性，改进结构。易于脱模、模印清晰。•在面条中促进方便面润湿和水的渗透作用提高面条弹性，不易煮烂。•在冰淇淋中使组织细腻爽滑保持一定的干燥度和膨胀率有较好的保形性和贮存期间的稳定性保护活性干酵母细胞活力作用•在人造奶油、奶油、起酥油、花生酱等中防止分层和油水析出•在豆奶、椰奶、杏仁露等蛋