食品乳化剂原理及应用

稍分散（slightly dispersing）
4 6
乳状液（milky dispersion） 稳定乳状液（stable milky dispersion） 透明分散液（transparent dispersion）
8 10 12 14
胶体溶液（colloidal solution）
16 18 20
3 方便食品 速溶饮料、方便面、方便饭：促进水的润湿和渗透， 更易于分散，提高食用性能和延长贮存期。 常用单甘酯。
4 焙烤食品和其他淀粉制品 和面工序中，乳化剂亲水基与麦胶蛋白结合，亲油 基与麦谷蛋白结合，形成络合物，改善了面团的内 部结构。（硬脂酰乳酸钠） 提高面团的气孔率，面团充气均匀，质构好，降低 蛋糕用蛋量 增加糕点的柔软性 促进糕点中水分、奶油的乳化，缩短搅拌时间 防止奶油类糕点“反油”
1.4 乳化剂的种类
1 离子型（ionic emulsifying agents） 乳化剂溶于水时，能够解离成离子。 10-20个碳原子，可能有苯环、酰胺、酯、氧原子， 其他官能团或双键，作为疏水部分； 羧酸、硫酸、磺酸、磷酸基团作为亲水部分。 阴离子型：羧酸、硫酸、磺酸、磷酸基团 阳离子型：胺盐、季胺盐、其他含氮碱
乳化剂的很多特性和功能通常是由其分子中亲水基 的亲水性和亲油基的憎水性的相对强弱决定的。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。 0-20 HLB值的计算： 差值式：亲水基的亲水性-亲油基的憎水性 比值式：亲水基的亲水性/亲油基的憎水性 亲油性高的乳化剂，HLB值小；亲水性高的乳化剂， HLB值大
StearoylCalcium Stearoyl-2-Lactate (CSL)
2 非离子型（nonionic emulsifying agents） 在水中不电离，溶于水时，疏水基和亲水基在 同一分子上，分别起到亲油和亲水的作用。 甘油脂肪酸酯、吐温、斯潘
Polyglycerol Esters of Fatty acids(PGE)
取代鸡蛋用于无胆固醇的沙拉酱 取代鸡蛋用于焙烤食品和充气甜点中 增加黏度、结合水的能力、黏着、胶凝 增加肉制品的汁液
2 巧克力与糖果类
可可脂、可可粉、糖均匀分散，防止起霜：常用卵 磷脂、山梨醇三硬脂酸甘油酯 改善巧克力的塑性和黏度：磷脂和蓖麻醇聚甘油酯 配合使用 泡泡糖：提高胶基特性，防止黏着 奶糖：防止原料之间的分离和糖浆黏着
Sucrose Esters of Fatty Acids (Sucrose ester)
There are many types of sorbitan esters with different kinds of fatty acids and various degrees of esterification.
展望
当前世界食用乳化剂消费量已超过40万t，主要品种有 单甘酯和双甘酯、卵膦酯及山梨醇酯。 我国人口占世界人口的1/4，但乳化剂消费量不足世界 的1/10。 今后首先要加快单甘酯的发展，美国一年要耗用单甘酯 12万多t，而我国目前产量仅为1.8～2t，且以混合单甘 油酯为主。 其次，卵磷脂的发展也必须加强，美国现每年的用量已 超过5万t，我国有比较丰富的卵磷脂生产原料，但卵磷 脂用量还在千吨级 今后几年要加快蒸馏单甘酯的发展，还要开发蔗糖酯系 列产品和复配型添加剂。
目的 互不相容的两相之间，异相不太相斥，同相不 易聚集，乳化液体系保持稳定状态。
作用机理：
1.静电作用：卵磷脂、蛋白质等能解离出带电亲水基 2.立体作用：非离子乳化剂，亲水基表面形成水膜 亲水基为聚合物，构型限制了集结 3.微粒吸附：含细小微粒的乳化液，微粒选择性
三、影响乳化剂两亲性的因素 乳化剂的亲水性： HLB值表示 亲水基种类 亲油基种类 分子结构与分子量
•
食品加工中的作用：乳化、分散、起酥、稳定、 发泡或消泡、改进风味、延长货架期。
分子结构：两亲性 亲水基：能被水湿润，易溶于水的基团 亲油基：与油脂中的烃类结构类似，易溶于油的基团
二、食品乳化剂的作用
降低油水两相表面张力，促进乳化和相平衡 与食品中的淀粉、蛋白质作用改变组织和流变 学特性 改变油脂结晶
5 临界胶束浓度CMC (critical micelle concertration) CMC：乳化剂开始形成胶束的最低浓度。 乳化剂浓度与表面张力的关系
当乳化剂浓度达到CMC，溶液界面性质急剧改变， 乳化剂在水相表面形成单分子覆盖膜， 在水相内部开始形成小胶束。
（胶束类型）
球状
杆形
层状
CMC的应用 CMC是油水两相之间界面被乳化剂分子完全打通的 标志 乳化剂浓度稍高于CMC时才能充分显示其作用 CMC是充分发挥乳化剂功效的一个重要的量的理论 指标 CMC是一个比较狭窄的浓度范围
冰淇淋：连续 相是部分冷冻 的乳化液，添 加乳化剂可以 使口感光滑， 减少冰晶和空 气的粒径
6 减脂产品 乳化剂通过增加脂肪秋的表面积，减少 脂肪用量，增加光滑的口感。
小结
乳化剂的两亲特性，能增加食品组分间的亲合性，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。 与淀粉形成络合物，使产品形成较好的瓤结构，增大食品 体积，防止老化和保鲜。 做油脂结晶调整剂，控制食品中油脂的结晶结构，阻止结 晶还原，改善食品口感。 与原料中的蛋白质及油脂络合，增强面团强度。 充气、稳定、改善气泡组织结构，提高食品内部结构质量， 使食品更快释出香味。 提高食品持水性，使产品更加柔软，可以使食品增重。 代替昂贵的配料，降低成本 乳化后的营养成分更易被人体吸收，某些乳化剂有杀菌防 腐效果。
Characteristic behaviors related to water 不分散（not dispersing）
HLB 0 2
ratio
hydrophilic part lipophilic part
functions
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 cleaning agent solubiliz ing agent O/W emulsifi cation wetting agent antifoaming agent W/O emulsifi cation
3两性电解质（ampholytic） 分子也是由亲水的极性部分和亲油的非极性部分组 成。亲水的极性部分既包含阴离子，也包含阳离子。
O O R1 C O H2C CH H2C O O C O P O− O CH2 CH2 R2 CH3 + N CH3 CH3
phosphatidylcholine
卵磷脂（R1，R2分别为15个碳烃链）
我国主要以脂肪酸多元醇酯及其衍生物和天然乳 化剂大豆磷脂为主。用量最大的是脂肪酸甘油酯， 其他还有司盘(Span)、吐温(Tween)、丙二醇酯、 木糖醇酯、甘露醇酯、硬酯酰乳酸钠和钙、大豆 磷脂等20多个品种，产量近3万t。
1.4 HLB值：(hydrophile- lipophile balance)
并非所有的具有两亲基团的化合物都可以成为乳化剂。
W/O
O/W
type Monoglycerides Acetylated monoglycerides Lactylated monoglycerides Citlated monoglycerides Succinylated monoglycerides DATEM Polyglycerol esters Sucrose esters Sorbitan esters CSL, SSL Lecithin
面包中： 面团调整剂：提高面团的发酵、焙烤质量 防止老化：乳化剂与直链淀粉络合 常用单甘酯、硬脂酰乳酸酯和二乙酰酒石酸单甘酯
回 生
乳化剂与淀粉的作用
乳化剂与蛋白的作用
5 乳制品和充气食品
搅打奶油、甜点中用以稳定泡沫 丙二醇酯、乳酰单甘酯、乙酰单甘酯
A. Overview (a) and fat globules (f); bar = 30 um. B. Internal structure of the air bubble; bar = 5 um. C. Details of the partially coalesced fat layer, Bar = 3 um.
4 乳化液的制备 选择合适的乳化剂：确定乳化剂的HLB值、种类 及配比、用量 调整：乳化剂比例、PH值、黏度 制备技术：乳化剂在油中法、乳化剂在水中法、 轮流加液法 设备：混合搅拌机、胶体磨、均质机
三、食品乳化剂的应用
一、乳蛋白质 酪蛋白 乳清蛋白
为什么牛奶要均质？ 降低脂肪球的粒径，增加表面积，避免结奶油， 形成重组膜，其密度更接近连续相。 脂肪球被骤然击破，表面张力增加到15 mN/m， 两亲分子迅速吸附到脂肪颗粒来降低该值。 吸附层主要由乳清蛋白和酪蛋白胶束。
可可脂是巧克力的重要固脂， 巧克力中脂肪 有六种不同晶形（polymorph）。口感最好 的是晶形 V. 外观光滑入口即溶，抗“起霜 "
Melting point I II β'2 α 17 21 Chain Packing double double double double triple triple
6 7890 1 23456 7890 HLB 3~4 1 3~4 9 5~7 8~10 1~14 1~16 2~9 7~9 3~4 1 2 3 45
一些规律： 一些规律：
HLB在很大程度上决定着乳化剂的使用性能。 亲油基种类不同，其亲油性强弱不同： 脂肪基>带脂烃链的芳香基>芳香基>带弱亲水基的亲油基 与所亲合的基团结构越相似，亲合性越好 分子结构与亲水性关系：亲水基位置在亲油基链一端的乳 化剂>亲水基靠近亲油基链中间的乳化剂 分子量：分子量大的乳化剂乳化分散能力更好；直链结构 的乳化剂8个以上C数才表现出显著乳化性，10-14个C数的 较好。
Non-globular fat, continuous phase
Moisture drop Fat globules, partially crystalline Fat crystals, semicontinuous networks
1.3 乳化剂
概念：也叫表面活性剂，添加少量即可显著降低 油水两相界面张力，产生乳化效果的食品添加剂。
乳化剂
Fra Baidu bibliotek
一、基本概念
1.1 乳化现象
乳化剂
乳汁 消化脂肪
1.2 乳化液
1.2.1 类型 水包油（O/W，the oil dispersed in water）：牛奶 特点：导电，可用水稀释，易干燥，易清洗，表现 出连续相溶液的特性。 油包水（W/O, the water dispersed in oil ）：黄油 特点：电的不良导体，可被溶剂或油稀释，抗干燥， 难清洗，表现出连续相油的特性。 多重型： O/W/O ； W/O/W 液包气（air/liquid）：蛋白酥皮筒
鉴别： 色泽 状态 水中分散性
1.2.2 性质
外观appearance 色泽color 分散性dispersibility 稳定性stability 吸湿性-扩散性wetting-spreading 制备的容易性
fat (80 - 82%), water (15.6 - 17.6%), salt (about 1.2%) as well as protein, calcium and phosphorous (about 1.2%).
III mixed 25.5 IV β'1 V β2 28 34.5 36
VI β1
空间
加乳化剂后
Adhesion to natural teeth does not occur easily because the enamel is hydrophilic and always wet, whereas the adhesion to artificial teeth, occurs easily. We can prevent adhesion by wetting the surface of chewing gum by adding emulsifier.