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乳化剂

乳化剂是指能使两种互不相溶的液体混合时形成稳定的乳状液所需加入的第三种物质。它的作用有:
(1)能使分散相液滴带上电荷,分散相液滴间相同电荷互相排斥。
(2)能降低分散相与分散介质间的界面张力。
(3)能在界面上形成具有一定机械强度的保护膜。从而防止了分散相液滴的相互聚结,保证了乳状液的稳定存在。它分为离子乳化剂、表面活性剂和固体粉末乳化剂。

选矿和冶金方面的应用介绍
乳化剂能促使两种互不相溶的液体形成稳定乳浊液的表面活性剂。乳化剂能降低分散相的表面张力,在微滴表面形成薄膜或双电层,不使微滴相互凝聚,而充分分散于介质中形成乳浊液。乳化剂的性能通常用亲水性和亲油性的平衡(HLB)值表示。乳化剂分为亲油型(即油包水型W/O)和亲水型(即水包油型O/W)两大类,前者(如单硬脂酸甘油脂等)可使水分散到油中,后者(如大豆磷脂、蔗糖酯等)可使油分散到水中。

用于选矿和冶金方面的乳化剂有高级脂肪酸皂、多元醇硫酸酯、石油磺酸及磺酸盐、多元醇磷酸酯、季铵盐等。
在浮选工艺中,对于难溶于水的药剂,或者为了减少用药量,通常先添加乳化剂将药剂(如捕收剂)充分乳化,使其分散于水,形成微粒油珠状的乳浊液,增大药剂的表面积,使药剂与矿物颗粒的接触机会增加,从而大大降低浮选药剂的用量,缩短浮选时间,提高浮选效率。一般情况下,用脂肪酸类和脂肪胺类捕收剂时,添加乳化剂可提高它们的捕收性能和选择性能。例如可降低矿浆中的粘土或矿泥对脂肪酸皂类及胺盐等捕收剂的吸附作用,提高药剂对有用矿物的捕收能力及选择性。在稀有矿物的浮选工艺中,用油酸乳浊液作捕收剂,浮选重晶石和萤石时,用脂肪酸乳浊液作捕收剂,都可以降低捕收剂的用量。乳化剂种类繁多,除用于浮选和一些药剂本身的制造外,也广泛用于医药、合成橡胶、合成树脂、制革、化妆品、农药、食品等行业。

性能
乳化剂
具有界面活性,能在两种不相溶的液体的界面上形成单分子层,降低其界面张力。其极性基团趋向水相、非极性基团趋向油相,形成定向排列。乳状液具有良好稳定性的条件是:①乳化剂在界面上达到一定浓度;②使用混合乳化剂,使之在界面形成复合分子膜;③分散相(油珠)的直径不超过3微米。

乳化剂是能使两种或两种以上互不相溶的组分的混合液体形成稳定的乳状液的一类化合物。其作用原理是在乳化过程中,分散相以微滴(微米级)的形式分散在连续相中,乳化剂降低了混合体系中各组分的界面张力,并在微滴表面形成较坚固的薄膜或由于乳化剂给出的电荷而在微滴表面形成双电层,阻止微滴彼此聚集,而保持均匀的乳状液。从相的观点来说,乳状液仍是非均相体系。乳状液中的分散相可以是水相,也可以是油相,大多数为油相;连续相可以是油相,也可以是水相,大多数为水相。乳化剂是一种表面活性剂,分子中有亲水基和亲油基。为了表示乳化剂的亲水性或亲油性,通常采用“亲水亲油平衡值(HLB值)”,HLB值愈低,其亲油性愈强;反之,HLB值愈高,其亲水性愈强。各种乳化剂的 HLB值不同,为了获得稳定的乳状液,必须选择合适的乳化剂。根据HLB值,将乳化剂分为油包水型(W/O型,即亲油型)及水包油型(O/W 型,即亲水型)两大类。前者使水分散到油中,如单硬脂酸甘油酯;后者使油分散到水中,如蔗糖酯、大豆磷脂等。根据乳化剂亲水基的特性,可以分为:
(1) 阴离子型乳化剂。这类乳化剂在水中电离生成带阴离子的亲水基团,如脂肪酸皂、烷基硫酸盐(十二烷基硫酸钠)、烷基苯磺酸盐(十二烷基苯磺酸钠)、磷酸盐等。阴离子乳化剂要求在碱性或中性条件下使用,不能在酸性条件下使用。也可与其他阴离子乳化剂或非离子乳化剂配合使用,但不得与阳离子乳化剂一起使用。
(2) 阳离子型乳化剂。这类乳化剂在水中电离生成带阳离子亲水基团,如N-十二烷基二甲胺及其他胺衍生物、季铵盐等。阳离子乳化剂应在酸性条件下使用,不得与阴离子乳化剂一起使用。
(3) 非离子型乳化剂。这种乳化剂在水中不电离。其亲水基是各种极性基,如聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物、多元醇脂肪酸酯、聚乙烯醇等。

根据乳化剂的来源,可分为合成的与天然的。上述诸乳化剂均为合成的;天然乳化剂有卵磷脂、羊毛脂、阿拉伯胶等。
乳化剂广泛用于食品、化妆品、洗涤剂、合成橡胶、合成树脂、农药、医药、制革、涂料、纺织、印染、石油化工等方面。乳化剂除乳化作用外,还具有增溶、渗透、润湿、去垢等作用。

乳化剂Vultamol Emulsifier Vultamol 又名乳化剂Tamol NNO。一种萘磺酸浓缩物的钠盐。黄色粉末。易溶于水。耐酸、碱及盐。浓度为10%的水溶液pH=6.5~7.5。用作乳胶乳化剂。也具有树脂乳液稳定剂及保护胶体的作用。

(一) 概述

乳化剂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的物质。乳化剂大都为表面活性剂,其典型功能是起乳化作用。乳状液中以液滴形式存在的那一相称为分散相,或称为内相、不连续相; 而连成一片的另一相称为分散介质,或称为外相、连续相。

两种不相混溶的液体,如水和油相混合时,能够形成两种类型的乳状液,即水包油型 (O/W) 和油包水型 (W/O) 乳状液。外相是水、内相为油的乳状液称为水包油型乳状液,其基本特性由水决定,牛乳、豆浆等即为这种O/W型乳状液;反之,外相为油、内相为水的乳状液称为油包水型乳状液,其基本特性由油决定,人造奶油、奶油等即为这种 W/O型乳状液,如图1-4-1所示。

 

 

 

图1-4-1 O/W型及W/O型乳状液示意图

 

在乳化作用中,对乳化剂最关键的要求是:①乳化剂必须吸附或富集在两相之间的界面上,即界面张力降低;②乳化剂必须赋予粒子以电荷,使粒子间产生静电排斥力,或者在粒子周围形成一种稳定的、黏度很高的或甚至是固体的保护层。因此,作为乳化剂的物质必须具有两亲基团,才能起到乳化作用。

在制备乳状液时如何选择乳化剂是一个重要问题,而选择乳化剂的根据是亲水亲油平衡值,简写为HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) 值。

1940年Griffin第一次提出了HLB的概念,用试验数据方式表示了表面活性剂的亲水基和亲油基的均衡度。当亲水基的量为0%时表示0,100%时表示20,以此求得等分值。例如,亲水基为10%,亲油基为90%时,HLB值为2; 相反,亲水基为90%,亲油基为 10%时,HLB值为18; 当亲水基和亲油基的量相等时,HLB值为10。因此,表面活性剂的HLB值越接近20,其亲水倾向越强,相反越接近0,亲油倾向越强。

HLB值还具有一定的加和性:

 

式中 w——混合乳化剂中各种乳化剂(如a、b等)所占的质量分数,%;

Ba——乳化剂a的HLB值;

Bb——乳化剂b的HLB值。

(二) 乳化剂在食品中的作用原理

乳化剂根据亲水基在水中所带的电荷可分为阴离子型、非离子型、阳离子型和两性离子型四类。目前,允许使用的食品乳化剂约65种,常用的有甘油脂肪酸酯(主要为甘油单脂肪酸酯)、蔗糖脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、大豆磷脂、硬脂酰乳酸钙、酪蛋白酸钠等。食品乳化剂正在向系列化、复配化、多功能、高效率、便于使用等方面发展。常用乳化剂的基本参数见表 1-4-1。

 

表1-4-1 常用乳化剂的基本参数

 

乳化剂名称 HLB值 离子型 亲油部分 溶解性 ADI值 最高用量/(g/kg)
油中 水中 FAO/WHO GB
单硬脂酸甘油酯(单

 

甘酯)

2.0~3.5 脂肪酸基 可溶 不溶 不限 GMP GMP
单双甘油酯

 

聚甘油脂肪酸酯

蔗糖脂肪酸酯

蔗糖甘油脂肪酸酯

5~6

 

2~18

3~16

3~18

 

脂肪酸基

 

脂肪酸基

脂肪酸基

脂肪酸基

可溶

 

可溶

可分散

可分散

可分散

 

可分散

可分散

可分散

不限

 

0~25

0~20

0~20

10

 

10

10

10

GMP

 

10

10

卵磷脂(大豆磷脂)

 

二乙酰化酒石酸甘

油酯

3~4

 

8~10

两性

 

脂肪酸基

 

脂肪酸基

可溶

 

可溶

可分散

 

可分散

不限

 

0~50

5~10

 

10

GMP

 

10

丙二醇酯 2~3 脂肪酸基 可溶 不溶 0~25 GMP 2.0
山梨醇酐酯类(司盘)
司盘80

 

司盘60

司盘20

4.3

 

4.7

8~9

 

脂肪酸基

 

脂肪酸基

脂肪酸基

可溶

 

可溶

不溶

不溶

 

可分散

可分散

0~25

 

0~25

0~25

10

 

10

10

1.5

 

10

2.2

聚氧乙烯山梨醇酐酯类(吐温)
吐温80

 

吐温60

吐温20

15.4

 

14.9

16.9

 

脂肪酸基

 

脂肪酸基

脂肪酸基

可溶

 

可溶

不溶

可溶

 

可溶

可溶

0~25

 

0~25

0~25

10

 

10

10

10

 

2.5

2.0

 

 

乳化剂除具有乳化、增溶、分散、润湿、悬浮、消泡、起泡等表面活性外,还能与碳水化合物、类脂化合物和蛋白质等食品成分发生特殊的相互作用,这在食品加工中对改进和提高食品质量起着重要的作用。

1.乳化剂与类脂化合物的作用

类脂化合物中的油脂在食品中占有很大比例。在有水情况下,油脂与乳化剂相互作用形成稳定的乳状液,这是食品加工中常利用的乳化作用。无水时油脂会产生多晶现象,这与其预处理有关(见图1 -4 -2)。α-晶形的熔点最低,α-晶形到次α-晶形是可逆的, α-晶形到β-晶形是不可逆的,β-晶形具有较高的熔点。一般情况下,α-晶形到β- 晶形过渡是缓慢的。

 

 

图1-4-2 乳化剂在溶液中形成的晶形示意图

 

油脂的不同晶形赋予食品不同的感官特性。许多情况下,油脂的晶形处于具有不同稳定性的α-晶形或β-初级晶形,并趋于过渡到熔点最高、能量最低的β-晶形。因此,在食品加工中需加入具有变晶性的物质,以长时间阻碍或延缓晶形变化,形成有利于食品感官性能和食用性能所需的晶形。某些趋向于α-晶形的亲油性乳化剂与油脂相互作用和结合,就有调节结晶形成的作用。例如,蔗糖脂肪酸酯、司盘60、甘油单(双) 乳酸酯、聚甘油脂肪酸酯都可作为结晶调整体,用于食品加工过程。

2.乳化剂与蛋白质的作用

蛋白质是具有一定结构特征的络合、聚合物分子,也是乳品的基本成分。它的结构特征影响与乳化剂的相互作用和结合程度。蛋白质肽链中的肽键不能与乳化剂发生作用,而固定在多肽键链上的氨基酸侧链能与乳化剂作用。结合方式与侧链的极性、乳化剂种类以及是否带有电荷和体系pH等因素有关,主要有疏水结合、氢链结合及静电结合三种。

非极性蛋白质侧链基团与乳化剂的烃链相互作用产生疏水结合,条件是有水存在。溶剂水经非极性氨基酸相互排斥,这是产生疏水结合的基础。疏水结合中乳化剂烃链固定于蛋白质上,而乳化剂的极性基结合在粒子表面,形成脂肪。

极性侧链不带电荷的蛋白质与乳化剂的亲水分子部分以氢链发生作用,此时乳化剂的烃链结合在粒子表面。侧链带电荷的蛋白质与带相反电荷的乳化剂产生静电相互作用。带正电荷的氨基酸侧链与带负电荷的乳化剂相互作用的方式在生物体系较为常见。

蛋白质是各种氨基酸以肽链联结起来的长链大分子,其中一些氨基酸可能还未形成肽键。蛋白质在等电点时,稳定性最低,黏度最小,电泳速度为0。

3. 乳化剂与碳水化合物的作用

碳水化合物包括单糖、双糖、低聚糖、多糖和糖苷。碳水化合物与乳化剂作用的方式主要为疏水作用和氢键作用。单糖和低聚糖水溶性好、无疏水层,因此不与乳化剂发生疏水作用。高分子多糖类则不然,淀粉属多糖类,在食品工业中占有特殊重要的地位。乳化剂主要与直链淀粉发生作用。直链淀粉在水中形成α-螺旋结构,内部起疏水作用。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。乳化剂的性能和结构决定着复合物的形成过程和结合能力 (见表1-4-2)。

 

表1-4-2 乳化剂与直链淀粉的复合能力

 

乳化剂 ACI值
大豆磷脂

 

甘油单硬化大豆油

脂肪酸酯(90%)

16

 

87

乳酰甘油单硬脂酸酯

 

丙二醇脂肪酸酯

22

 

15

 

 

乳化剂 ACI值
聚甘油脂肪酸酯

 

蔗糖单硬脂酸酯

失水山梨醇单硬脂酸酯

硬脂酰乳酸钠

34

 

26

18

72

在乳品加工中,应根据乳化剂在乳品中所要起的作用要求达到的功效,选择适宜的乳化剂。如O/W型或W/O型乳状液体系所用乳化剂HLB值要与被乳化物的HLB值相同,这样才能获得稳定的乳状液。

由于乳品是由油脂、蛋白质、碳水化合物及其他各种成分组成的复杂混合物体系,各种物质同时存在,互相影响,这就给乳化剂的选择带来很大困难。在实际加工中应当善于找出起主要作用的乳化作用模式,从而获得适当的乳化剂。

(三) 乳品中常用的乳化剂

在乳品中常用的食品乳化剂有甘油酯及其衍生物、蔗糖脂肪酸酯、山梨醇酐脂肪酸酯、聚山梨酸酯、大豆磷脂、酪蛋白酸钠、聚甘油脂肪酸酯等,需求最大的为脂肪酸单甘油酯,其次是蔗糖酯、单双甘油酯、大豆磷脂、聚甘油脂肪酸酯等。

1. 甘油酯及其衍生物

(1) 组成和性质 由脂肪酸 (可以是硬脂酸、棕榈酸等高级脂肪酸或醋酸、乳酸等低级脂肪酸,但一般系硬脂酸) 和过量的甘油加热酯化而制得甘油酯。酯化生成物有单酯、双酯和三酯三种。三酯就是油脂,完全没有乳化能力。双酯的乳化性质也较差,表面张力下降能力仅为单酯的1%以下。目前工业产品分为单酯含量40%~50%的单双混合酯 (MDG),以及经分子蒸馏的单酯含量60%~70% (一次蒸馏) 和单酯含量大于90% (二次蒸馏) 的分子蒸馏单甘酯。

分子蒸馏单甘酯的分子式为C21 H42O4,相对分子质量368。白色蜡状层形或珠形固体。不溶于水,但与热水强烈振荡混合时可分散在水中,为油包水 (W/O) 型乳化剂。因其本身的乳化性很强,也可作为水包油 (O/W) 型乳化剂。它属非离子型乳化剂,具有良好的乳化、稳定、分散、消泡作用。其HLB值在3.6~4.2,属油溶性,如图1-4-3所示。

 

 

图1-4-3 蒸馏单甘酯在水中形成的相图

 

单双甘油酯是由甘油的单酯和双酯所组成,含少量三酯,所用脂肪酸系食用脂肪或构成油脂的脂肪酸。无臭、无味或几无味,单甘油酯略有苦味,不溶于水。

脂肪酸甘油酯的HLB值可按下式计算:

 

式中 A——脂肪酸的酸值

S——酯的皂化值

(2) 在乳制品中的应用

①冰淇淋中的应用: 甘油酯是制作优质冰淇淋最理想的乳化剂和稳定剂,使脂肪粒子微细均匀分布,促进脂肪和蛋白质的互相作用,防止和控制粗大冰晶形成,改善稳定性和保形性,改善口融性。分子蒸馏单甘酯在冰淇淋中的参考用量为0.3%~0.5%。

②饮料和速溶食品中的应用: 甘油酯可以显著提高溶解性和稳定性,防止析油沉淀,提高产品质量。

③油脂类产品中的应用: 甘油酯可以调整油脂结晶作用,防止析油分层现象发生,提高产品质量。

④在饮料中应用:甘油酯用于油脂或蛋白质饮料中 (如豆乳、椰子汁、椰子乳、花生乳、核桃乳、可可乳、杏仁乳等) 可显著提高溶解度和稳定性,可防止饮料出现沉淀、分离现象,制品贮存稳定性显著提高,从而有效地延长制品的货架寿命。

分子蒸馏单甘酯与单、双甘油酯、蔗糖酯等乳化剂合用,是乳饮料中较好的乳化剂,从而使产品较长时间保持稳定。一般与蔗糖酯的配比为2∶1较合适,从口感和稳定性来说都是最佳的。

2.蔗糖脂肪酸酯

蔗糖酯由于酯化度可调,HLB值宽广,既可成为W/O型,又可成为O/W型,为当前世界上颇为引人注目的乳化剂。

(1) 组成和性质 蔗糖脂肪酸酯是蔗糖与正羧酸反应生成的一大类有机化合物的总称,属多元醇酯型非离子表面活性剂,简称为蔗糖酯,英文缩写为SE。按构成蔗糖酯的脂肪酸种类不同,一般可分为硬脂酸蔗糖酯、软脂酸蔗糖酯、棕榈酸蔗糖酯、月桂酸蔗糖酯等; 按蔗糖羟基与脂肪酸生成酯的取代数不同,可分为单酯、二酯、三酯及多酯。控制蔗糖酯中脂肪酸残基的碳数和酯化度或对不同酯化度的蔗糖酯进行混配,可获得任意HLB值的产品。商品蔗糖酯一般是单酯、二酯、三酯及多酯各种异构体的混合物。

蔗糖酯是以蔗糖为亲水基团、脂肪酸为疏水基团的非离子乳化剂,属于水包油 (O/W) 型乳化剂。蔗糖酯对油和水有良好的乳化作用,软化点50 ~70℃,与甘油酯及山梨糖醇酯乳化剂相比,其亲水性最大,HLB值3~15。单酯含量越多,则HLB值越高。一般单酯的HLB为10 ~16,二酯为7~10,三酯为3~7。蔗糖酯的分子结构如图 1-4-4。

 

 

图1-4-4 蔗糖酯分子结构示意图

 

(2) 在乳制品中的应用 蔗糖酯在食品生产中具有多种功能,可应用于各种食品、饮料的乳化稳定、抑制乳饮料的酸败、改善油脂和巧克力的物性。

①冰淇淋中的应用: 用于冰淇淋可提高乳化稳定性和搅打起泡性; 同时有助于保形性的改善,增加室温下冰淇淋的耐热性。由于蔗糖酯的耐高温性能较弱,价格偏高,一般与其他亲油性乳化剂复配使用,蔗糖酯通常与单甘酯(1∶1) 配合用于冰淇淋的生产,单独使用蔗糖酯会使气泡较大、不够稳定且耐热性差。

②饮料中的应用: 与甘油酯及山梨糖醇酯乳化剂相比,蔗糖酯亲水性最大,适于 O/W型乳化液的乳化稳定,因此在蛋白饮料中应用较多。通过添加蔗糖酯,可防止乳脂肪球聚集、上浮,维持乳脂肪的分散稳定状态。另外,高亲水性的蔗糖酯对乳蛋白质有保护效果,可减轻在杀菌过程中乳蛋白质的变性,防止蛋白质的凝聚,减少沉淀的产生。对于牛乳含量高的产品,特高HLB值和中HLB值的蔗糖酯组合使用,能得到更稳定的乳化效果。同时由于蔗糖酯良好的乳化和分散功能,且本身无异味,在乳饮料中使用蔗糖酯会使饮料在吞咽时具有爽滑感且无腻味。

蔗糖酯在蛋白饮料中的添加量一般控制在0.003%~0.5%,如果太少,不能阻止蛋白质凝聚物产生,太多则易使蔗糖酯本身产生沉淀。

③防腐作用: 对于咖啡乳、可可乳等营养丰富的弱酸性饮料,耐热性芽孢引起的平酸型变败时有发生。为了防止平酸型变败,必须提高杀菌强度,彻底杀灭耐热性芽孢。但要达到彻底杀灭耐热芽孢的加热杀菌强度,不免破坏产品的风味和香味。蔗糖酯中棕榈酸单酯含量多的类型对耐热性芽孢的发芽、发育有很强的抑制作用,在产品中有选择地添加适量高HLB值蔗糖酯,无须过度提高杀菌强度,即可防止平酸型变败的发生。蔗糖酯在日本、韩国、中国台湾生产的罐装或PET瓶装的咖啡乳等各种弱酸性饮料中被广泛应用。

3. 卵磷脂和羟基化卵磷脂

(1) 组成和性质 卵磷脂的有效成分是甘油磷脂。羟基化卵磷脂 (HLC) 是由过氧化氢和卵磷脂在弱酸 (如乳酸或乙酸) 的存在下制得的,其中甘油磷脂的脂肪酸基被羟基化到一定程度,这种改性磷脂在水相体系中具有高度分散性。

目前商品卵磷脂一般是指大豆磷脂。羟基化卵磷脂也是由天然大豆磷脂经脂肪酸基改性获得的。大豆磷脂是一种复杂的混合物,主要有效成分是磷脂,包括有卵磷脂、脑磷脂和肌醇磷脂。

(2) 在乳制品中的应用

①应用于速溶乳粉: 卵磷脂应用于速溶乳粉的生产,可改良乳粉颗粒的湿润性与分散性,同时还可增强蛋白质的稳定性能。卵磷脂用量为乳粉干基质量的1%~2%。

②冰淇淋生产中的应用: 卵磷脂具有良好的乳化能力,冰淇淋生产中使用约0.2%的卵磷脂,可改善冰淇淋的质量,增强脂肪颗粒的分散性能,使脂肪与其他成分更均匀地混合。卵磷脂还可与其他稳定剂产生协同作用,改进产品组织的柔软性。

③干酪生产中的应用: 卵磷脂可用于干酪品质的改善,使干酪配料中的所有组分得到有效地均质处理与均匀分布,这对于低脂干酪的生产更为重要,同时磷脂能提高产品的持水性,改进低脂干酪制品的组织特性。用量为干酪质量的0.1%~3.0%。

④其他乳制品中的应用: 卵磷脂与蛋白质的相互作用对于提高食品质量也特别有意义。大豆磷脂和蛋白质的结合以疏水基的结合为主,亲水基为辅。用卵磷脂和蛋白质调制的凝胶状的O/W型乳剂 (乳油液),在口中感觉非常滑润,可在乳制品中应用,此乳剂的稳定性比一般磷脂更好,但会受溶血磷脂含量的影响。

大豆磷脂乳化能力较强,适用于豆乳等植物蛋白饮料或乳饮料。在乳粉、豆乳粉、麦乳精等固体饮料中添加适量大豆磷脂具有生化功能。例如,可增加磷酸胆碱、胆胺、肌醇及有机磷。食用磷脂还可降低人体的胆固醇,因此,它具有乳化剂和营养剂的双重功效。

4. 聚甘油脂肪酸酯

(1) 组成和性质 聚甘油脂肪酸酯 (PGE) 是由脂肪酸与聚甘油反应制成的,简称聚甘油酯,是一类优良的非离子型表面活性剂。聚甘油脂肪酸酯有更多的羟基,乳化性能比脂肪酸单甘酯优越得多。通过适当选择聚甘油酯的聚合度、酯化度,可以得到从亲油性到亲水性的各种聚甘油酯产品。

聚甘油酯的物理化学性质取决于所用的脂肪酸种类、脂肪酸含量和聚甘油的聚合度。以饱和脂肪酸和低聚合度聚甘油为原料的聚甘油酯具有塑性蜡状形态,而以饱和脂肪酸和较高聚合度聚甘油为原料的聚甘油酯为脆性硬蜡状。不饱和脂肪酸聚甘油酯是黏滞的蜂蜜状化合物。聚甘油酯的色泽变化范围大,为白色到米色、黄色或褐色; 无气味,呈油脂味到微甜味; 在加热时可分散于水中,溶于甘油等物质; 水解敏感性小,具有较强的热稳定性,抗酸。食品级聚甘油酯的HLB值范围为2~16,其分子结构如图1-4-5和图1-4-6所示。

 

 

图1-4-5 聚甘油酯饱和脂肪酸的分子结构

 

 

图1-4-6 聚甘油酯不饱和脂肪酸的分子结构

 

除一般的性质外,聚甘油酯还具有一些特殊功能:

①乳化作用: 与其他乳化剂相比,聚甘油酯具有特殊的乳化特性。O/W型乳化: 亲水性的聚甘油酯在中性区域的乳化性与高HLB的蔗糖脂肪酸酯(SE) 性能相似。W/O型乳化: 亲油性的聚甘油酯与其他W/O型乳化剂具有同样的乳化性,而且稳定性、耐热性优,黏性低。双重乳化: W/O/W型乳液是将W/O型乳液分散在水中而形成的,在调整过程中,可利用聚甘油缩合蓖麻醇酸酯所具有的高W/O 型乳化性。与通常的乳化剂相比,用少量的聚甘油酯就可以制成稳定性良好的乳化液。

②充气作用: 聚甘油酯单独使用或与其他乳化剂,特别是与α-晶型倾向的乳化剂复配使用,都具有良好的充气作用。因此,聚甘油酯可作为充气型乳化剂。

③结晶调整作用:聚甘油酯具有促进结晶形成和抑制结晶形成的双重作用。亲水性的聚甘油酯,如六聚甘油五硬脂酸酯(八个羟基有五个被酯化),具有促进晶体形成的作用。亲油性的聚甘油酯,如十聚甘油十硬脂酸酯(十二个羟基有十个被酯化),具有抑制结晶形成的作用。采用适当酯化度的聚甘油酯能调节油脂结晶的速度,使其结晶细腻,无大块结晶,提高外观及油脂食品的质量。

④黏度调节作用:聚甘油酯具有降低含蛋白质的O/W型乳液黏度的作用。

⑤保鲜防腐作用: 日本学者做了大量研究,发现聚甘油酯对多种菌有抑制作用,且抗菌性能随聚合度及脂肪酸残基的不同而变化。中链脂肪酸系聚甘油酯对细菌、霉菌、酵母以及孢子具有较强的抗菌作用,而短链的脂肪酸系要弱一些。聚甘油酯对肉毒杆菌和耐热性细菌有很强的抗菌作用。

(2) 在乳制品中的应用

①在乳饮料中的应用: 植物蛋白乳饮料中适量添加聚甘油酯可稳定脂肪、阻止油脂及粒子的悬浮,促使香味释放,口感及黏度俱佳,与其他乳化剂配合使用,效果更好。

②在冰淇淋中的应用: 用聚甘油酯作的乳化剂,可明显改善产品的膨胀率,增大产品体积,提高产品的耐热性。例如,在冰淇淋配料中加入0.05%~0.1%的吐温80和混合单甘酯的复配物,可使冰淇淋质构坚挺,成形稳定。

③在其他乳制品中的应用: 在制作泡沫乳油、咖啡乳油时,使用聚甘油酯可以改善 O/W型乳液的稳定性、起泡性、保形性。聚甘油酯在酸性条件下有O/W乳化性,可作为酸性泡沫乳油的乳化剂。

5. 山梨醇酐脂肪酸酯

(1) 组成和性质 山梨醇酐脂肪酸酯商品名为司盘 (Span),一般由山梨醇加热失水成酐后再与脂肪酸酯化而得。这类乳化剂的产品分类是以脂肪酸构成划分的,如司盘20 (月桂酸12C)、司盘40 (棕榈酸14C)、司盘60 (硬脂酸18C)、司盘80 (油酸18烯酸) 等。

司盘呈白色至黄棕色的液体、粉末、薄片、颗粒或蜡块状,性质因构成的脂肪酸种类而异,HLB值1.8~8.6。

(2) 在乳制品中的应用 山梨醇酐脂肪酸酯常用于植物蛋白饮料中。植物蛋白饮料是以水为分散介质、以植物蛋白及油脂为主要分散相的宏观体系,呈乳状液,具热力学不稳定性,需添加乳化稳定剂以提高蛋白乳的乳化稳定性。常用于乳制品的司盘类HLB值为4~8,最常用的是司盘60 (HLB4.7) 和司盘80 (HLB4.3)。司盘不溶于冷水,能分散于热水。其特点是乳化能力较强,优于其他乳化剂,具有较好的水分散性和防止油脂结晶的性能。但司盘60有特殊味道,风味较差,故一般不单独使用,而是与其他乳化剂复配使用,有很好的协同增效作用。

6. 聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯

(1) 组成和性质 聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯由聚氧乙烯和失水山梨醇脂肪酸酯组成,简称聚山梨醇酸酯,商品名吐温 (Tween)。最著名的商品有吐温20、吐温40、吐温60和吐温80,是一类非溶型食品乳化剂。

①吐温20: 柠檬色至琥珀色液体,25℃时具有轻微特殊臭味,略带苦味,溶于水、乙醇、乙酸乙酯、甲醇及二氧杂环己烷,不溶于矿物油及矿物油精,HLB值 16.9。

②吐温40: 柠檬色至柑橘色油状液体或半凝胶物质 (于25℃时),有轻微异臭,味略苦,溶于水、乙醇、乙酸乙酯、甲醇及丙酮,不溶于矿物油,HLB值15.6。

吐温60:柠檬色至橙色油状液体或半凝胶体,轻微特殊臭味,味略苦,溶于水、苯胺、乙酸乙酯、甲苯,不溶于矿物油及植物油,HLB值14.9。

④吐温80: 黄色至橙色油状液体(25℃),有轻微特殊臭味,味略苦,极易溶于水,形成无臭、几乎无色的溶液,溶于乙醇、非挥发油、乙酸乙酯及甲苯,不溶于矿物油和石油醚,HLB值15.0。

(2) 在乳制品中的应用 蛋白饮料中常使用的有吐温60 (HLB值14.9) 和吐温 80 (HLB值15.0)。由于其HLB值较高,价格又远低于等HLB值的蔗糖酯等乳化剂,通常与低HLB值的单甘酯、司盘、蔗糖酯等合用,以适应各类蛋白饮料的需要。

在植物蛋白乳饮料中常用的乳化剂以蔗糖酯和单甘酯、司盘、吐温、卵磷脂为主。通常以两种以上的乳化剂配合使用,这样效果比单一使用时更好。乳化剂的添加量一般为油脂量的12%左右。

注:①ACI值为直链淀粉复合指数,表示乳化剂与直链淀粉形成复合物的能力,是由乳化剂作用前后淀粉溶出物的碘亲和力求出的。

乳化剂应对人体无毒,并且根据应用部位要求各不相同。制备静脉乳剂的乳化剂要求最高,局部应用的要求可较低。

乳化剂可分天然乳化剂与合成乳化剂两类。前者如胶质、蛋白质、多糖等,在分散相液滴外常形成多分子层保护膜,后者为合成表面活性剂中适宜用作药用乳化剂者,化硅、氢氧化镁、氢氧化铝等,其形成的乳剂类型取决于固体粉末在两相中的接触θ,θ<90°形成O/W型乳剂,θ>90°形成W/O型乳剂。常用的乳化剂见下表:

 

常用乳化剂表

 

乳化剂 HLB值
天然乳化剂  
阿拉伯胶
西黄蓍胶
卵磷酯(纯化到注射规格供制备静脉乳)
8.0
13.2
明胶
阴离子型乳化剂
9.8
油酸钠
钾皂
钙皂
18.0
20.0
油酸三乙醇胺皂
月桂醇硫酸钠
二辛基琥珀酸酯磺酸钠(Aerosol OT)
非离子型乳化剂
12.0
40
乙二醇二硬脂酸酯
丙二醇单硬脂酸酯
甘油单硬脂酸酯
脱水山梨醇单月桂酸酯(Span 20)
脱水山梨醇单棕榈酸酯(Span 40)
脱水山梨醇单硬脂酸酯(Span 60)
脱水山梨醇单油酸脂(Span 80)
脱水山梨醇三硬脂酸酯(Span 65)
脱水山梨醇三油酸酯(Span 85)
聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯(Tween 20)
聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯(Tween 40)
聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯(Tween 60)
聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(Tween 80)
聚氧乙烯脱水山梨醇三硬脂酸酯(Tween 65)
聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯(Tween 85)
聚氧乙烯硬脂酸酯 Myrj 49
Myrj 45
聚氧乙烯(40)硬脂酸酯(Myrj 52)
聚氧乙烯(400)月桂酸酯
聚氧乙烯(400)硬脂酸酯
聚氧乙烯月桂醇醚(Brij 30)
聚氧乙烯棕榈醇醚(Brij 35)
聚氧乙烯油醇醚
1.5
3.4
3.8
8.6
6.7
4.7
4.3
2.1
1.8
16.7
15.6
14.9
15.0
10.5
11.0
15.0
11.0
16.9
13.1
11.6
9.5
16.9
聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯醚(Pluronic68)
静脉乳剂用
16
聚氧乙烯壬烷基酚醚(OP)
聚氧乙烯辛基苯基醚
15
14.2

乳化剂是乳浊液的稳定剂,是一类表面活性剂。乳化剂的作用是:当它分散在分散质的表面时,形成薄膜或双电层,可使分散相带有电荷,这样就能阻止分散相的小液滴互相凝结,使形成的乳浊液比较稳定。例如,在农药的原药(固态)或原油(液态)中加入一定量的乳化剂,再把它们溶解在有机溶剂里,混合均匀后可制成透明液体,叫乳油。常用的乳化剂有肥皂、阿拉伯胶、烷基苯磺酸钠等。

以上信息参考资料:

谷鸣 主编.乳品工程师实用技术手册.北京:中国轻工业出版社.2009.第256-265页.

安家驹 主编;包文滁,王伯英,李顺平 合编.实用精细化工辞典.北京:中国轻工业出版社.2000.第704-705页.

中国医学百科全书编辑委员会 编;黄量 主编.中国医学百科全书·十八 药物学与药理学.上海:上海科学技术出版社.1988.第48-49页.

http://baike.baidu.com/view/140297.htm

http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB7943265.htm

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乳化剂2012/9/15 8:45:19
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