乳化剂

学科 | 自然科学 | 化学 | 表面活性物质

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物质。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。

发展简史

20世纪60年代以来,人们开始重视表面活性剂使用的安全性,加强了对无毒、生物降解性好的非离子乳化剂的研究。在食品、化妆品、医药等行业限制某些乳化剂的使用,开发出山梨酸醇脂肪酸 酯 类、磷脂类、糖脂类乳化剂等新型乳化剂。 乳化剂

20世纪80年代以来,人们对乳化剂提出多功能、高纯度、低刺激、高效率的更高要求,开发出更多的新型乳化剂。

乳浊液 的种类已从传统的水包油型和油包水型扩大到多重乳浊液、非水乳浊液、液晶乳浊液、发色乳浊液、凝胶乳浊液、磷脂乳浊液和 脂质体 乳浊液等多种形式。

简介

乳化剂是指能改善乳化体中各种构成相之间的表面张力,形成均匀分散体或乳化体的物质, 食品乳化剂 是GB2760—2014《食品添加剂使用标准》规定的22类食品添加剂之一。食品乳化剂的用量约占食品添加剂总量的1/2,是食品工业中用量最多的添加剂,在食品生产和食品加工过程中占有重要地位,几乎所有食品的生产和加工均涉及乳化剂或 乳化作用 。食品乳化剂是一类多功能的高效食品添加剂,除了具有典型的表面活性之外,在食品中还具有消泡、增稠、稳定、润滑、保护等作用。

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。

乳化剂是食品加工中常用的食品添加剂之一。类似表面活性剂,借裹住分散相小滴防止其聚结,使之成为存在于另一不溶混或部分溶混液体中的稳定的胶态分散体。

概述

乳化机理

乳化机理

乳化剂是促进乳液稳定不可缺少的组成部分,对乳状液的稳定性起重要作用。为了形成稳定的乳状液,使分散相分散成极小的 液滴 ,乳化剂的使用和选择也很重要。乳化剂主要是通过降低界面自由能,形成牢固的乳化膜,以形成稳定的乳状液。降低界面自由能,液滴粒子形成球状,以保持最小表面积。两种不同的液体形成乳液的过程是两相液体之间形成大量新界面的过程。液滴越小,新增界面越大,液滴粒子表面的自由能就越大。乳化剂吸附于液滴表面,可有效降低表面张力或表面自由能。乳化剂吸附于液滴周围,在液滴周围定向排列成膜,从而降低油水界面张力,有效阻止液滴聚集。乳化剂在液滴表面排列越整齐,乳化膜越牢固,乳状液越稳定。

乳化的目的是减少乳液制备消耗的能量。为了保持乳液的稳定性,所以乳化剂应具备较强的乳化能力,能形成牢固的乳化膜,以及具有安全、无局部刺激性、稳定性好且受外界因素较小的性质。

乳化剂的表面作用及其稳定性

界面的形成以及稳定性的机理:

1.在界面上乳化剂的密度最大,乳化剂分子在小液滴的外面形成保护膜,从几何空间结构观点来看这是合理的,从能量角度来说是符合能量最低原则的,因而形成的乳状液相对稳定;

2.因为乳状液的形成使体系界面面积大大增加,也就是对体系要做功,从而增加了体系的界面能,就导致了体系不稳定。因此,减少其界面张力,使总的界面能下降,可以增加体系的稳定性;表面活性剂作为良好的乳化剂就是能够降低界面张力。根据“ 相似相溶原理 ”可知,乳化剂中的亲油基、亲水基会插入同性质的一侧,使其自身处于水-油界面处。在乳化的过程中,乳化剂的量与乳化温度成反比。提高乳化温度时液体分子之间的距离增加,表面层分子所受液体内部的吸引力减少,因而表面张力降低;

3.在体系中加入乳化剂后,在降低界面张力的同时,形成一层界面膜,界面膜对分散相液滴具有保护作用,使其在 布朗运动 中的相互碰撞的液滴不易聚结,而液滴的聚结(破坏稳定性)是以界面膜的破裂为前提,因此,界面膜的机械强度是决定乳状液稳定的主要因素之一。

当乳化剂浓度较低时,界面上吸附的分子较少,界面膜的强度较差,形成的乳状液不稳定。乳化剂浓度增高至一定程度后,界面膜则由比较紧密排列的 定向吸附 的分子组成,这样形成的界面膜强度高,大大提高了乳状液的稳定性。

降低体系的界面张力,是使乳状液体系稳定的必要条件:而形成较牢固的界面膜是乳状液稳定的充分条件。乳状液的形成是大自然自发运动的结果,它符合自发运动的基本规则即增 熵 和降能。

食品乳化剂的作用

食品乳化剂是通过物理方法使两种或两种以上互不相溶的相(如:油和水)均匀地形成分散的活性物质。其在食品工业中占有相当重要的地位,能提高食品质量,防止食品变质,以延长食品储藏有效期,改善食品的口感与外观,刺激消费需求。其乳化特性取决于乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB值),HLB值越大,则其亲水性越强,反之,其亲油性越强。

乳化剂分子内一般都含有亲水基和亲油基,决定了乳化剂的亲水性和亲油性。在油相与水相互不相溶的液体中,适量加入乳化剂,并经过一定的加工处理,可以使其形成均质的分散体系。

乳化作用

在体系中加入小分子乳化剂,能够降低体系的表面张力,从而降低其界面能,提高乳浊液的稳定性,如果汁、蛋白饮料等。此外,当表面活性剂吸附在乳滴界面时,可起到屏障的作用,能防止液滴之间相互聚集。当添加带电荷的离子型表面活性剂时,乳液液滴会因为同种电荷的作用而相互排斥,使乳化性提高。

助溶作用

当体系中小分子乳化剂的含量大于 临界胶束浓度 时,表面活性剂分子聚集,从而形成胶束,将溶剂体系划分为疏水区域和亲水区域。此时溶液的表面张力下降的最快,使溶解的物质逐渐吸附于胶束的亲水区,以达到助溶的目的。

抗老化作用

食品乳化剂在 谷物食品 中一般作为抗老化剂使用,其能与面包、馒头等食品中的 直链淀粉 发生反应,形成不溶性物质,从而降低淀粉的吸水溶胀能力,阻止淀粉重新结晶,以防老化,提高面包、馒头等面粉制品的软度。

发泡及消泡作用

含有饱和脂肪酸链的乳化剂可做 发泡剂 ,通过在食品内部产生气泡,使外观具有蓬松感,可用于糕点、面包等。而含有不饱和脂肪酸链的乳化剂可做 消泡剂 ,抑制或消除气泡,且不影响产品口感,广泛用于乳制品、饮料等方面。

定义

乳化剂是指能够使乳浊液稳定的表面活性剂。因此,在油水体系中加入乳化剂后,水和油就能相互混合,形成完全分散的乳浊液。乳化剂不仅仅能够提高乳浊液的稳定性,还能够决定乳浊液的类型。

乳化剂的亲水性和亲油性一般是不平衡的,它们适用的场合也有所差异,如果乳化剂分子的亲水基比亲油基大而强,属于亲水性的乳化剂,易形成水包油(O/W)型乳浊液;相反,如果乳化剂分子的 亲油基团 比亲水基大而强,它则属于亲油性的乳化剂,易形成油包水(W/O)型乳浊液。一般的,亲水性强的乳化剂适用于O/W型乳浊液,亲油性强的乳化剂适用于W/O型乳浊液。

一般可用“亲水亲油平衡值”(即HLB)来表示其乳化能力的差别。若HLB愈大,则亲水作用愈大,即可稳定水包油型乳化体;反之,HLB愈小,则亲油作用愈大,即可稳定油包水型乳化体。

乳化剂根据其结构和性质都不相同,乳化剂可分为阴离子型、阳离子型和非离子型;根据其来源可分为天然乳化剂和合成乳化剂;按照作用类型可以分为表面活性剂、黏度增强剂和固体吸附剂;按其亲油亲水性可分为亲油型和亲水型。

性质

双亲性:所有乳化剂的分子中均含有亲水基和亲油基两个功能基团,亲水基能吸引水层,亲油基能包围油层。

润湿性: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

与淀粉结合防止老化,改善产品质构;与蛋白质相互作用增进面团的网络结构,强化面筋网,增强韧性和抗力,使蛋白质具有弹性,增加体积;对结晶物质结构的改善;稳定气泡和充气作用;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;破乳消泡作用;提高乳浊液的稳定性。乳化剂能稳定食品的物理状态,改进食品组织结构,简化和控制食品加工过程,改善风味、口感,提高食品质量,延长货架寿命,广泛应用于焙烤、冷饮、 糖果 等食品行业。

食品乳化剂的分类

中国常用的食品乳化剂多达几十种,根据不同的目的,可选择不同的乳化剂。根据乳化剂中是否含有亲水基可将其分为 离子型表面活性剂 (阴离子表面活性有剂 羧酸硫酸酯 等, 阳离子表面活性剂聚丙烯酰胺 、脂肪胺盐等)和非离子型表面活性剂(吐温、司班等)。此外,还有例如 氨基酸 型的 两性表面活性剂 以及复合型表面活性剂等等。根据其来源又可以分为天然型表面活性剂(如卵磷脂、某些蛋白质等)以及合成型表面活性剂(如聚丙烯 酰 胺、 聚甘油酯 等)。根据乳化剂HLB值的大小可分为亲油型表面活性剂(HLB值小于10,如司班)和亲水型表面活性剂(HLB值大于10,如吐温)。乳化剂的性能各不相同,在当今食品加工业中,为了改善食品乳化剂的功能,常常也会将不同的乳化剂复配使用,常见的方法就是调节乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB),改变亲水亲油性,决定乳化剂的类型,使其具有更广的实用适应性。

司班20 和吐温80的混合比不同,乳液的类型不同。司班20与吐温80的比例为1∶3时形成O/W型乳液,1∶6时形成W/O型乳液。

Span80

失水山梨醇单油酸酯(Span80)是2017年在食品加工中应用的较多的一种乳化剂,为低分子多元醇 非离子型表面活性剂 ,属于亲油性乳化剂,被广泛应用于食品工业。一般来说,Span80是经过山梨醇失水后,与油酸发生 酯化反应 后所制得的,这种生产方式应用较广,且是一种比较成熟的生产方式。因为Span80具有较好的乳化、分散等特性,并且没有异味、易挥发、没有刺激性,在医药、食品、化妆品等加工行业中得到非常广泛的应用。

Tween80

Tween80是山梨醇酐单油酸酯的简写。吐温80属于亲水且亲油型非离子表面活性剂,作为食品、医药等工业中常用的添加剂,可溶于水、 乙醇 等溶液。可用作乳化剂、 稳定剂分散剂 等,广泛应用于医药、食品、化妆品、纺织印染及石油等工业的生产与加工。

乳清蛋白

除去原料乳中等电点为4.6的 酪蛋白 ,剩下的 可溶性蛋白质 统称为乳清蛋白,约占乳蛋白质的18%~20%。乳清是干酪和 干酪素 生产过程中的副产品,经过特殊工艺浓缩后可以制作成其他产品。乳清浓缩蛋白(WPC)和乳清分离蛋白(WPI)是2017年比较常见的乳清蛋白乳化剂。

近20年来,乳清蛋白的改性已成为国内外学者的研究热点,如高压均质处理能有效提高蛋白的乳化稳定性,使乳清蛋白分子部分展开,暴露 疏水基团 ,使蛋白质分子之间相互作用,从而达到目的。但是在这些改性方法中,酶解法相对来说成本较高、化学法中的大部分方法需要添加化学试剂,使得改性乳清蛋白的发展受到了限制。且普通技术对乳清蛋白的改性效果并不显著。因此,深入开展乳清蛋白复合改性技术的研究,如微波、超声波等技术对乳清蛋白理化特性、功能特性的影响,是为了加大乳清蛋白在食品加工中的应用所做出的努力,为乳清蛋白的利用提供坚实的理论依据。

卵磷脂

卵磷脂是一种常用的带电的两性表面活性剂,食品产业中所用到的卵磷脂往往提取自大豆、蛋黄、牛奶、 向日葵 仁和 油菜籽 中。

大豆卵磷脂 一般应用于巧克力和冰淇淋中,在乳液中的应用较少。卵磷脂可与其他天然乳化剂(如蛋白质等)复配制备成混合乳化剂,以稳定乳状液。

到2017年为止,与其他乳化剂合成混合乳化剂的使用研究比较多,单独使用卵磷脂作为乳化剂及其乳化性能研究较少。

单甘油脂肪酸甘油酯

单甘油脂肪酸酯属于 脂肪酸甘油酯 。是2017年在食品加工中使用最多的一种非离子型乳化剂。HLB值约为3.8,为亲油型乳化剂,具有乳化、起泡、抗 淀粉老化 等作用。单甘油酯发展迅速,除了价格低廉,使用、储藏方便也是一部分,作为食品乳化剂的主力军,主要应用于面包、冰淇淋、糕点以及豆腐制造中的消泡。

蔗糖脂肪酸酯

蔗糖脂肪酸酯是由亲水性 蔗糖 和亲油性 脂肪酸 组成。蔗糖酯一般无特殊气味,易溶于乙醇。由于其HLB值为7~15,可作为亲水、亲油乳化剂,其应用范围比较广,一般与其他亲油性乳化剂混用。在淀粉、冰淇淋、亲水性产品中发挥抗老化、乳化及起泡、乳化作用。我国对蔗糖酯的研究还不是很完善。

应用领域

焙烤类

面筋

乳化剂可与 面筋蛋白 相互作用,并强化面筋网络结构,使得面团保气性得以改善,同时也可增加面团对机械碰撞及发酵温度变化的耐受性。

面粉在成团过程中,面筋形成网络状结构,如果该结构较为脆弱时,则由 酵母 产生的CO2将会消失。而当面团中添加了乳化剂如PANODAN、DATEM、SSL、ARTODAN等时,面筋结构则得以加强,从而将产生的CO2气体良好的保持。此结构给予面筋一个良好的束缚,并使得面团黏度下降,从而增加面筋蛋白质网的延展性,使产品更加柔软而易于整形。

面包

乳化剂可以将会使面包组织柔软并保持较长时间。因为它能减少水分从蛋白质结构中流失,延缓硬质蛋白质的形成。而且防止在烘焙冷却后,随温度的降低、时间延长,小麦面团直链淀粉会回凝成不溶状态,进而变硬、变脆,从而使面包的柔软度大大降低。

饱和蒸馏的单甘油酸酯则使最具代表性的、有效的面团 软化剂 。加入单甘油酸酯等乳化剂面团中,经过搅拌而被淀粉分子吸收,在面团温度达到约55℃时,乳化剂会与直链淀粉作用形成螺旋状复合体。这种反应将会提高 淀粉粒 糊化温度,减少了低温时面心中糊化淀粉的总量,从而降低淀粉分子的结晶程度,并从 淀粉颗粒 内部阻止 支链淀粉 凝聚,防止淀粉的老化、回生。

蛋糕

在制作蛋糕,例如 海绵蛋糕磅蛋糕 、夹层蛋糕时,拌打入空气形成乳沫,乳化剂中饱和脂肪酸链可使面糊和气室的分界区域形成光滑的薄膜状结构,这将会稳定气室,同时增加气室数量。添加乳化剂,可使面糊比重下降、蛋糕体积增大,并获得良好的品质及外观。

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%)

饮料类

植物蛋白饮料

乳化剂可以使得 植物蛋白 油脂不分层,制备稳定的乳液。

粉末饮料

冲剂的粉末饮料中加乳化剂可提高其在水溶液中的润湿性、分散性。巧克力饮料中加乳化剂可提高分散性,可可饮料中加乳化剂也使分散性好

饮料香精

稳定天然香料油的乳化,防止制品中香料的损失。起乳化作用的有乳化香料,赋予饮料以香气和浊度,用高HLB值的 聚甘油脂肪酸酯 及皂树皂 苷 ,可调制成乳化香料。添加乳化香料的饮料多属酸性,而聚甘油脂肪酸酯和皂树苷耐酸性优,因而十分合适。亲水性好与耐酸性高的卵磷脂也可使用。酒精饮料、咖啡饮料、人造炼乳可使用甘油酸酯、 山梨糖醇酐脂肪酸酯丙二醇脂肪酸酯 等。

气泡饮料

一般在水中乳化剂的起泡力以脂肪酸碳数12附近的最大,皂树皂苷的起泡力也很强。欧美各国的起泡性饮料,都添加皂树皂苷作 起泡剂 ,使具有存在大量微细空气泡口感良好,产品质量提高。

乳制品

加入反乳化作用的乳化剂可做消泡剂,用于乳制品加工,以破坏乳液的平衡,含有不饱和脂肪酸的乳化剂,具有抑制泡沫的作用。

甜品类

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%。

巧克力

增加巧克力颗粒间的摩擦力和流动性,降低粘度,增进脂肪分散,防止起霜。提高热稳定性,提高产品表面光滑度。

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,降低粘度,改善口感。

口香糖

提高基料混溶性、均匀性、改善可塑性、脆性、防止生产时的粘着,从而提高生产效率,改香料的乳化和分散,增进风味,一般油包水型乳化剂效果更佳。用量为0.5%~1%。

炼乳

HLB值的亲油性乳化剂和其他亲水性乳化剂配合,可提高饮料及炼乳的乳化稳定性。

人造奶油

改善油水相容,将水分充分乳化分散,提高乳液的稳定性,用量为0.1%~0.5%。

日用品类

卸妆油

卸妆油里面添加了乳化剂,乳化作用可以使得脸上的油性彩妆以及污垢溶解。冲洗后若仍然双手满脸油腻腻粘乎乎,就是乳化作用比较差。寒冷的温度下会影响这个过程,所以,冬季最好用温水来清洗。

护肤品

化妆品中还有很多乳状液产品,你平时使用的 面霜 、乳液、 卸妆乳 、基本洁面大多数皆为乳状液,这些产品为了要实现包装盒上标识的至少三年的保质期,都需要使用乳化剂来提高稳定性。

化工类

沥青

a)起泡性: 乳化沥青 在运输和施工过程中常常会有发泡现象,这与乳化剂的特性有直接关系。过多的泡沫影响乳化沥青的储存和运输。除了采用机械方法如输送乳化沥青时从罐的下部引入,减少由于冲击产生的泡沫。还可以采用化学方法,加入消泡剂,如HLB在1-4范围内的表面活性剂OP等,或者加入 酒精 、异丙醇等。

b)乳化剂对蒸发残留物的影响:乳化沥青只是使用过程中的暂存形式,最终表现的能仍是沥青性能,残留的乳化剂会对沥青性能产生影响。这与乳化剂的种类、加量、质量优劣有关系,在实际应用中要考虑。

c)储存稳定性:乳化剂的种类、乳化剂的浓度以及影响乳化剂乳化作用的各种因素都会影响乳化沥青的稳定性。乳化剂本身就有快裂、中裂、慢裂三种类型。制备的乳化沥青也相应的分为快裂、中裂、慢裂三种。它们的稳定性逐次增强。用相同的乳化剂制备乳化沥青,由于所用乳化剂用量的不同,在一定程度上也影响乳化沥青的稳定性。随着乳化剂用量的增加,沥青微粒变小,沉降速度减慢,沥青微粒间的电位值增加,乳液的粘度升高,贮存的沉降值降低,进而乳液的质量和稳定性提高。但是,当乳化剂增加到一定量后,其稳定性不再发生明显的变化。因而,正确选择乳化剂适宜的用量范围,既保证了乳化液的质量和稳定性,又不造成经济上的浪费。

清洁剂

强力去污乳化剂是一种由高浓缩表面活性剂合成的低泡沫 油污乳化剂 ,与主洗粉配合使用可有效去除工装、台布、餐巾上的重油污垢,可防止毛巾、床单等织物的污垢再沉淀,提高所洗织物的洗涤质量。

乳化剂一般是表面活性剂与矿物油和油脂的混合物,但也可以溶于水。它可以通过把油和油脂分解成非常细小的颗粒而将其形成的污垢从面料驱逐下来。一旦乳化在水中,油和油脂即可通过稀释作用被移除。

乳化剂有助于在洗涤过程中去除衣物上粘着的矿物质油或油脂。如果和适量的碱和洗涤剂混合则可以用来去除汽油。碱和喜油的表面活性剂相结合可以将油和油脂形成的小珠分解成非常细小的颗粒。之后,乳化剂就会将其包围并在其表面形成—层奶状物质。这样在乳化和溶入水之后,油和油脂就会通过稀释作用而被去除了。

农药

农业生产商使用的农药绝大多数都是不溶于水的有机物,不能直接配成水溶液,通常是将原药溶于 有机溶剂 如二甲苯中,并加入亲水性的乳化剂,制成乳油,使用时再将乳油加入水中形成O/W型的乳浊液后才使用,乳化剂的加入大大降低了溶液的表面能,使乳浊液的液滴表面形成一层保护膜,增强了药剂在植物体表面或害虫表面的润湿、展布以及附着能力,从而提高药效。目前应用于农药的乳化剂有脂肪聚氧乙烯类、烷基 苯酚 聚氧乙烯醚类、磺酸盐类、 磺酸 脂类、酰胺类、 有机硅 类等。

食品中的应用

植物性人造 稀奶油

稀奶油一般指天然动物稀奶油,但如今植物性稀奶油也被广泛应用于食品加工。植物稀奶油以植物油脂为主要原料,再加上其他配料制作而成,乳化剂可以乳化植物油脂,使之形成稳定的结构。一般会使用饱和度较高的 氢化植物油 ,如椰子、 棕榈油 、棕榈仁油、 玉米胚芽油葵花籽油 等,将油脂精炼后进行氧化,得到植物氢化油。氢化植物油在常温下呈固态,口感佳且可塑性好,有着与 乳脂 相似的质构特性。植物性人造稀奶油是一种多用途的产品,广泛应用于蛋糕的装饰、面包的夹心、 慕斯蛋糕 和烘焙产品的制作。

糖果、巧克力

一些常见糖果,如奶油糖、 太妃糖 以及巧克力中都含有大量油脂,在加工过程中添加乳化剂(如分子蒸馏单甘酯),可以将糖果中的油脂乳化,使油脂与其他物质形成乳化体系,防止糖果油脂分离,稳定糖果的外形,抑制巧克力中的油脂结晶,改善巧克力及糖果的口感。

冰淇淋

乳化剂可以使冰淇淋中的油脂分子大小一致且均匀分布,有效防止冰淇淋中由于冰晶的形成,而影响产品的细腻口感,提高乳状液的稳定性。某些乳化剂(如乳清蛋白、甘油单酸酯)还可取代传统冰淇淋中的部分脂肪,且不会明显改变冰淇淋产品特有的口感,以降低冰淇淋的热量,促进低脂冰淇淋的发展。

饮料

一些饮料(如豆奶、 花生牛奶 、可可乳等)中也含有大量油脂,乳化剂(如乳清蛋白、 分子蒸馏单甘酯酪酸 钠等)能使饮料中的油脂乳化,形成稳定的乳化体系,避免饮料分层,保证饮料良好的感官性状以及口感。饮料中所使用的乳化剂应具备以下基本条件:安全、耐酸、水解性好、耐乙醇以及HLB值高。

肉制品中

在许多肉制品中,食品乳化剂的应用也非常普遍,常见的乳化剂有大豆蛋白、血清蛋白等。主要作用为使肉制品原料中的 油脂类 物质乳化分散,抑制原料水分的析出以及原料的收缩和变硬,具有乳化保水的效果。以改善肉制品的色、香、味及形,使肉制品性状更加稳定,口感更佳,并推动肉制品的高速发展。

发酵食品

面包、糕点的制作一般都需要发酵且食品的储藏期不长。乳化剂可以作用于面团本身,抑制淀粉的老化,以起到保鲜作用。乳化剂还可以提高糊化温度、提高最大黏度、降低最小黏度。利用乳化剂的起泡性,维持面包及糕点膨胀的外观,作用于面团,以提高 发酵能力 ,改善食品口感。

食品

食品乳化剂需求量最大的为脂肪酸单甘油脂,其次是蔗糖酯、山梨糖醇脂、大豆磷脂、 月桂酸单甘油酯 、丙二醇脂肪酸酯等。

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型乳化剂,为当前世界上颇为引人注目的乳化剂。

大豆磷脂是天然产物,它不仅具有极强的乳化作用,且兼有一定的营养价值和医药功能,是值得重视和发展的乳化剂,但在磷脂的提纯、以及化学改性方面尚需加强研究。我国所用即为改性大豆磷脂。

山梨醇酯类开发较早,用于食品工业历年耗量约占食品乳化剂总量的10%。

月桂酸单甘油酯(GML)天然存在于 母乳 中,在婴儿自身的免疫系统发育完全之前,GML对婴儿的健康起着保护作用。研究发现,GML不仅可用作食品乳化剂,广泛添加于焙烤食品中,起改善米面制品品质的作用,而且GML也是一种安全、高效、广谱抗菌剂,其抗菌效果不受pH影响,优于山梨酸、苯甲酸、 对羟基苯甲酸酯脱氢醋酸 等常用防腐剂。

以甘油酯为主体的系列产品开发应用正在发展阶段,欧美各国甘油酯衍生物的消费量约占总消费量的20%,其中聚甘油酯由于其HLB值范围宽,乳化能力强,用量不断增加。食品乳化剂的应用开发现已由单一品种的需求结构趋向于复配型,即生产几种基本乳化剂将其复合搭配出许多的品种,发挥其 协同效应 。我国广泛应用的乳化剂复配产品有 面包改良剂 、蛋糕发泡剂等。

食用乳化剂是消耗量较大的一类食品添加剂,各国许可使用的品种很多,现就我国许可使用的品种介绍如下:

月桂酸单甘油酯(GML), 乙酰化单甘油脂肪酸酯 ,硬脂酰乳酸钙,双乙酰酒石酸,单(双)甘油酯,氢化松香甘油酯, 松香甘油酯 ,单硬脂酸甘油酯,六聚甘油单油酸酯,六聚甘油单硬脂酸酯,改性大豆磷脂, 辛癸酸甘油酯 ,聚氧乙烯山梨醇酐,单月桂酸酯,聚氧乙烯山梨醇酐,单油酸酯聚氧乙烯山梨醇酐,单棕榈酸酯,聚氧乙烯山梨醇酐,单硬脂酸酯,聚氧乙烯木糖醇酐,单硬脂酸酯,丙二醇脂肪酸酯,硬脂酸钾酷蛋白酸钠,硬脂酰乳酸钠,山梨醇酐单月桂酸酯,山梨醇酐单油酸酯,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 ,乙酸异丁酸蔗糖糖酯,脂肪酸蔗糖酯,蔗糖酯三聚甘油单硬脂酸酯,木糖醇酐单硬脂酸酯。

材料合成行业的应用

乳化剂在材料合成行业的应用主要是利用它进行乳液聚合合成涂料、粘合剂等产品。寻找性能稳定、价格低廉的高效乳液聚合剂是该行业乳化剂的研究发展方向。例如在粘合剂的合成中,聚丙烯酸酯粘合剂的广泛应用就是由于 丙烯酸酯 类乳液粘合剂的聚合必须在低分子量表面活性剂的条件下使聚合物分散在水中,从而造成了一部分游离乳化剂残留在聚合物中,降低了乳液粘合剂在基材表面的附着力。为了解决此问题并有效防止成膜后乳化剂的迁移,能够提高涂膜的耐水性和附着力的可聚合乳化剂得到了进一步研究。此外,在材料合成中,环保型反应性乳化剂作为传统乳化剂的替代品得到进一步应用,例如乳化剂SR-10不仅乳化能力强、环保性能优良、符合各种物性要求并具有较低的起泡性等优点。

养殖行业的应用

乳化剂在养殖行业主要用于养殖饲料的改性。在畜禽水产养殖中,为了加快动物的生长速度、提高动物的生产性能、降低 料肉比 ,在饲料中普遍使用 乳化油脂 。这样一来,消化高比例的油脂所需要的胆汁酸盐量超过了畜禽体内的分泌量,造成饲料不消化及脂肪在肝脏的积累。为此,选择适合的 饲料乳化剂 成为乳化剂在养殖行业应用中的关键。2017年,在畜禽水产养殖中使用较多的是离子型的胆汁酸盐类和卵磷脂类乳化剂,这类乳化剂主要功能是保肝利胆、调节肉质,但其乳化效果并不理想。而非离子型饲料乳化剂能取得更高的乳化性,如单硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯等。同时,能够加速油脂裂解的脂肪酸酶作为添加剂加入到饲料乳化剂中的应用也逐渐增多。

日化行业的应用

在日化行业中乳化剂被广泛应用在洗护产品及化妆品中。使用到的乳化剂包括 天然表面活性剂 和人工合成表面活性剂两种。前者来自动植物体,为较复杂的高分子有机物,通常具有较高的黏度,易于乳化稳定且无刺激、无毒副作用,如卵脂酸、胆甾醇、羊毛脂、 茶皂素 等。后者通常为固体颗粒乳化剂,在分散相液滴表面形成一层薄膜阻止液滴之间的聚集而制得稳定的油/水分散相,主要用作无化学乳化剂的抗过敏配方及防晒产品配方化妆品的添加剂。

由于固体颗粒具有超细的粒径(小于200nm),因此具有很好的皮肤耐受性,相对于传统的表面活性剂而言刺激性大大降低。此外,由于固体颗粒乳化体系的稳定性不受油脂性质的影响,护肤产品可以更宽范围地选择油脂以制备出性能更佳、更稳定的产品。

其他行业的应用

在军事工业中乳化剂常被添加到炸药中制作乳化炸弹。通常由不溶于水的碳氢燃料作为连续相,以过饱和 硝酸铵 盐水溶液作为分散相,通过乳化剂的乳化作用,硝酸铵盐水溶液以极小的液滴分散在碳 氢燃料 中形成一种油包水特殊乳胶体系。由于乳化炸药是热力学高度不稳定体系和不可逆体系,乳化剂的作用在于大幅度降低油水界面张力,在界面形成界面膜使内相的硝酸铵液滴难以聚结,从而提高乳化炸药的稳定性。

在矿石浮选中乳化剂用于 煤泥 、金属矿、非金属矿的浮选中对浮选剂进行改进。由于在浮选过程中,浮选剂的乳化分散程度对其使用效率及浮选效果有着重要的影响,因此乳化剂的加入有助于提高 浮选机 的捕集性能,大大降低浮选剂的消耗量。

将乳化剂添加到水、 甲醇柴油 的混合体系中制得的 微乳化柴油 和普通柴油相比,具有更好的燃烧性能、更低的能耗、更少的污染。将具有一定乳化能力的生物柴油添加到石化柴油中不仅可以促进可再生能源行业的发展、降低排放、提高燃油的环保性能,还有利于燃油的乳化,提高燃烧率,降低能耗。

天然

橄榄来源的乳化剂是一种安全,不含PEG,温和的,100%来自于 可再生原料 的天然O/W乳化剂。它非常容易制备稳定的液晶乳液,高温和低温下都有显著稳定性。它有轻薄和丝般光滑的触感,涂抹铺展性好。拥有长时间保湿和滋润效果,保护皮肤屏障层,能够快速渗透入皮肤,增加活性物的活性。橄榄来源的乳化剂适用在婴儿润肤产品上。

面包用品质改良剂使用最多的乳化剂有硬脂酰乳酸钠(ssl)、硬脂酰乳酸钙(csl)、 双乙酰 酒石酸 单甘油酯( datem )、蔗糖脂肪酯(se)、蒸馏 单甘酯 (dmg)等。各种乳化剂通过面粉中的淀粉和蛋白质相互作用,形成复杂的复合体,起到增强面筋,提高加工性能,改善面包组织,延长保鲜期等作用,添加量一般为0.2%~0.5%(对面粉计)。

硬脂酰乳酸钠/钙(ssl/csl):

具有强筋的保鲜的作用。一方面与蛋白质发生强烈的相互作用,形成面筋蛋白复合物,使面筋网络更加细致而有弹性,改善酵母 发酵面团 持气性,使烘烤出来的面包体积增大;另一方面,与直链淀粉相互作用,形成不溶性复合物,从而抑直链淀粉的老化,保持烘烤面包的新鲜度。ssl/csl在增大面包体积的同时,能提高面包的柔软度,但与其他乳化剂复配使用,其优良作用效果会减弱。

双乙酰酒石酸单甘油酯(datem):

能与蛋白质发生强烈的相互作用,改进发酵面团的持气性,从而增大面包的体积和弹性,这种作用在调制软质面粉时更为明显。如果单从增大面包体积的角度考虑,datem在众多的乳化剂当中的效果是最好的,也是 溴酸钾 替代物一种理想途径。

蔗糖脂肪酸酯(se):

在面包品质改良剂中使用最多的是蔗糖单脂肪酸酯,它能提高面包的酥脆性,改善淀粉糊黏度以及面包体积和 蜂窝结构 ,并有防止老化的作用。采用冷藏面团制作面包时,添加蔗糖酯可以有效防止面团冷藏变性。

蒸馏单甘酯(dmg):

主要功能是作为面包组织软化剂,对面包起抗老化保鲜的作用,并且常与其他乳化剂复配使用,起协同增效的作用。

类别

聚丙烯酰胺

一般我们认为是在一定条件下,两种或多种互不相溶的聚合物形成的新型乳液,也有业界的专家认为其实质应是一种“双水相”体系,是两种聚合物混合形成的乳液。有研究人员给出了具体的定议:PAM“水包水”乳液是指AM与其它水溶性单体在一种低分子量 水溶性聚合物 稳定剂的 无机盐 溶液中进行分散聚合反应所得到外类似乳液的水分散体系。聚合过程中,反应生成的PAM聚合物在达到临界链长时,由于 盐析效应 而不断沉淀到位低分子量水溶性聚合物液中且互不相溶,其中聚合物稳定剂及其所携带的水化水作为连续相(外相)包裹着作为分散相(内相)的PAM聚合物及其水化水,由于内相和外相都是水相且两相不互溶,因此称之为“水包水”聚丙烯酰胺乳化剂。

非离子助剂

1. 烷基酚聚氧乙烯醚

1) 壬基酚聚氧乙烯醚NP 系列、农乳100号等

2) 辛基酚聚氧乙烯醚 :乳化剂OP系列、磷辛10号(仲辛基酚聚氧乙烯醚)

3)双、三丁基酚聚氧乙烯醚:(C4H9)--O(EO)nH

4)烷基酚聚氧乙烯醚:乳化剂11号(旅顺化工厂) 乳化剂

5)苯乙基酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚:乳化剂12号(旅顺化工厂)

2. 苄 基酚聚氧乙烯醚

1)二、三苄基酚聚氧乙烯醚:乳化剂BP、梧乳BP等

3)苄基二甲基酚聚氧乙烯醚:农乳400号

4)二苄基异丙苯基酚(又称二苄基复酚)聚氧乙烯醚:乳化剂BC

5)二苄基联苯酚聚氧丙烯聚氧乙烯醚:宁乳31号

3.苯乙基酚聚氧乙烯醚

1)苯乙基酚聚氧乙烯醚:农乳600号与500号等

2)苯乙基异丙苯基酚聚氧乙烯醚:农乳600-2号等

3)二苯乙基复酚聚氧乙烯醚:乳化剂BS,与500号复配对有机磷农药乳化性很好

4)二苯 乙基 联苯酚 聚氧乙烯醚

5)苯乙基 萘 酚聚氧乙烯醚

4.脂肪醇聚氧乙烯醚及其类似产品

1) 月桂醇聚氧乙烯醚

2)异辛基聚氧乙烯醚IgepalCA

3) 十八烷醇 基聚氧乙烯醚

4) 异十三醇 聚氧乙烯醚 乳化剂

5)脂肪醇聚氧乙烯醚

5.苯乙基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚及其类似产品

1)苯乙基酚聚氧乙烯醚

2)苯乙基苯丙基酚聚氧乙烯醚

3)苯乙基联苯酚聚氧乙烯醚

6. 脂肪胺聚氧乙烯醚

1) 脂肪胺 (又称烷基胺)聚氧乙烯醚

2)脂肪酰胺聚氧乙烯醚

3)烷基胺氧化物

4)季胺烷氧化物及其类似产品

离子助剂

1、脂肪酸环氧乙烷加成物

1)油酸聚氧乙烯酯

2)硬脂酸聚氧乙烯酯

3)松香酸聚氧乙烯酯

2.蓖麻油环氧乙烷加成物及其衍生物

3.多元醇脂肪酸酯及其环氧乙烷加成物

失水山梨醇脂肪酸酯:斯潘系列20,40,60,80,85,亲油性较强

失水山梨醇脂肪酸酯 环氧乙烷加成物: Tween 系列,水溶性比斯潘大

4.甘油为基本原料的非离子助剂

1)二 聚甘油 和脂肪酸酯

2)双甘油 聚丙二醇醚

3) 甘油聚氧乙烯醚 聚氧丙烯醚脂肪酸酯

助剂

1、对称结构的端 羟 基封闭的非离子助剂

2.不对称结构的端羟基封闭的非离子助剂

高分子型助剂

一、非离子型

1.烷基酚聚氧乙烯醚 甲醛 缩合物: 农乳700号

2.芳烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物

1)苯乙基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物:宁乳36号、农乳700-1号等

2) 异丙苯 基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物:农乳700-2号、宁乳37号等

3)苄基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物:日本SorpolPPB150、200

3.联苯酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物

4.聚乙烯醇完全水解的聚乙烯醇98-99%、部分水解的水解度为88-89%

5.聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物, 聚醚 类分子量2000-3000有良好的去污力,分子量更高的分散力较好,如环氧乙烷- 环氧丁烷 共聚物、环氧乙烷-环氧丙烷-环氧丁烷共聚物

二、阴离子型

1.聚合羧酸盐: 聚丙烯酸聚丙烯酸钠 、聚丙烯酰胺

2.烷基酚聚氧乙烯醚甲醛缩合物硫酸盐:SOPA-Ⅱ(270),SOPA-Ⅴ(570)

3.烷基萘磺酸甲醛缩合物及其类似品种:MF,MSF

4.酚甲醛缩合物磺酸盐及其类似品种

1)酚磺酸萘磺酸甲醛缩合物钠盐

2)酚甲醛缩合物 磺酸钠 盐:分散剂HN(又称分散剂S),分散剂C

3)酚- 脲 -甲醛缩合物磺酸盐

5.缩甲基纤维素及其衍生物

6. 黄原酸 胶XG

7. 木质素磺酸盐 :脱糖 木质素磺酸钠 M-9等

注意事项

1.不同HLB值的乳化剂可制备不同类型的乳液,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HLB高值与低值相差不要大于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,乳状液的制备方式有三种:

(1)乳化剂直接溶于水中,在激烈搅拌下,将油加入。

(2)乳化剂溶于油相(加热),将水直接加入。(或上述混合物直接加入水中)

发现影响

由于食品加工技术的提升,使得乳化剂在食品加工过程中扮演着相当重要的角色,受到烘焙业者广泛重视,并在烘焙产品中广为利用,进而改变产品的内部结构,提高了产品品质。乳化剂的需求在世界市场上有逐步上升之趋势,美国一年乳化剂的消耗可达五百万美金。而乳化剂最大的市场即面包工业,其中近50%为单甘油脂。大豆磷脂每年的世界产量业在不断上升,在 西点 及休闲食品中具有惊人的潜力。

安全性评价

联合国粮农组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会(theJointFAO/WHOExpertCommit-teeonFoodAdditives,JECFA)是1956年建立的国际食品添加剂安全评价的权威机构,其制定的 每日允许摄入量 (ADI值)以及食品添加剂的相关产品规范在国际上均被广泛使用和参考。

JECFA由各国该领域的学术专家组成,根据“食品添加剂和污染物安全评估原则”,进行广泛深入的文献调研,对食品添加剂和污染物法典委员会(CCFAC)提交的物质进行毒理学评价,并根据各种物质的毒理学资料制定出相应的ADI值。对于没有规定具体 ADI 数值的情况,给出其他安全性评价意见。

2017年,JECFA评价的食品乳化剂及具有乳化功能的食品添加剂一共有114种,有INS号的104种。其中种类最多的是多元醇脂肪酸酯类(33种),包括丙二醇脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯、糖酯、聚甘油脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯及聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯等。另外改性淀粉16种,磷酸盐、有机酸及其盐类31种,植物胶类12种,纤维素及其衍生物8种,其他如磷脂类、酪蛋白酸钠、皂树皮提取物等14种。

114种食品乳化剂中,有45种JECFA给出了确定的ADI值、MTDI(每日最大耐受摄入量)值或PM-TI(每周耐受摄入量)值,这类物质可以在规定食品种类及用量范围内使用;49种食品乳化剂没有规定ADI值(notlimited或notspecified),说明这类物质的毒性很小,以现有的化学、生化、毒理或其他方面的资料和总膳食摄入水平,不会对人体造成健康危害,因此用一个数值表示ADI不一定是必须的,符合这一标准的添加剂必须按照 GMP 原则使用;17种食品乳化剂由于毒理学资料不够完善,没有制定出ADI值(noADIallocated)及其他安全性评价意见;另外还有3种食品乳化剂因为没有提供完善的毒理学资料,JECFA委员会撤回了之前暂定的ADI值或其他安全性评价意见,以及产品规范等。

JECFA没有对GB2760-2014中允许使用的可溶性大豆多糖、 氢化松香甘油酯 、辛、 癸酸 甘油酯、 木糖醇酐单硬脂酸酯聚氧乙烯木糖醇酐单硬脂酸酯改性大豆磷脂 、酶解大豆磷脂等7种食品乳化剂品种进行安全性评价,而对其中的乳酸钙、丙二醇、 D-甘露糖醇麦芽糖醇 、麦芽糖醇液、山梨糖醇、山梨糖醇液和 乳糖醇 等8个品种没有作为食品乳化剂功能分类。

认识偏差

我国乳化剂发展已经有30多年,但是还是存在许多问题,比如“什么是乳化剂”这个最基本的问题许多人都没有搞清楚。2015年,世界顶级刊物《自然》发表的“膳食乳化剂影响小鼠肠道微生物群促进 结肠炎 和代谢综合征”的质疑乳化剂安全性的文章中,就把甲基(代)纤维素误认为食品乳化剂,这是不正确的,因此文章也是没有意义的。作为乳化剂,以下两点缺一不可:1.分子由亲水和疏水基团构成;2.作用于表面。

从分子结构和作用对象认识,没有这2种特性的物质,即使可以制备乳化液,也不是乳化剂。该类物质有一定的乳化稳定性,例如羧甲基纤维素钠(简称CMC或CMC-Na,为天然纤维的羟基被羧甲基醚化制成),它是 天然高分子化合物 ,由多个2个 葡萄糖 分子组成的 纤维二糖 构成,具有食品增稠剂的分散作用,但是, 羟甲基纤维素 没有亲水和亲油疏水的基团,并不是一种两亲性物质,因此羟甲基纤维素不是乳化剂。

允许使用的食品乳化剂

我国对于食品乳化剂的研究和生产起步较晚,在品种和质量上与国外有较大的差距,1981年批准使用的食品乳化剂只有单甘酯和大豆磷脂2个品种,但是发展速度较快,到2002年允许使用的食品乳化剂为29种。2017年,GB 2760-2014《食品添加剂使用标准》允许使用的食品乳化剂及具有乳化功能的食品添加剂共49种,其中丙二醇脂肪酸酯2种、甘油脂肪酸酯及其衍生物9种、聚甘油脂肪酸酯2种、多元醇脂肪酸酯及其衍生物12种、磷脂及其衍生物3种、有机酸盐(乳酸盐、硬脂酸盐、 硬脂酰 乳酸盐)6种、多元醇类8种及其他( 改性淀粉 类、植物胶、可溶性大豆多糖、酪蛋白酸钠)6种,另外还新增1种(皂树皮提取物)。49种食品乳化剂需在GB 2760-2014规定的食品分类及最大使用量范围内使用,其中可在各类食品中按生产需要适量使用的有12种,包括单、双甘油脂肪酸酯、 柠檬酸脂肪酸甘油酯 、乳酸脂肪酸甘油酯、乙酰化单,双甘油脂肪酸酯、磷脂、改性大豆磷脂、酶解大豆磷脂、 羟丙基淀粉辛烯基琥珀酸淀粉钠 、甘油、酪蛋白酸钠。另外,可在各类食品加工过程中使用,且残留量不需限定的有3种,即单,双甘油脂肪酸酯、磷脂和甘油。GB 2760-2014新增了10种食品添加剂新品种,其中新增1种食品乳化剂:皂树皮提取物(quil-laia extract),INS 999( INS 指international numbersystem国际编码系统),每日允许摄入量(acceptabledaily intake,ADI)(每天每kg体重允许摄入量,mg):0~1mg(以每kg松香皂苷计)。GB 2760-2014规定可用于果蔬汁(浆)类饮料、蛋白饮料、 碳酸饮料 、特殊用途饮料及风味饮料等食品中,最大使用量为0.05g/kg。

国内食品乳化剂的研究进展

我国允许使用的食品乳化剂主要分为四大类,分别是多元醇脂肪酸酯类、磷脂及其衍生物、盐类和其他种类,其中品种和消费量最多的是多元醇脂肪酸酯类。2017年,食品工业需求量较大的品种,如单脂肪酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯系列产品( 司盘 和吐温)、丙二醇脂肪酸酯等均属于多元醇脂肪酸酯类。天然食品乳化剂磷脂从结构上来说也属于甘油脂肪酸酯的衍生物。

多元醇脂肪酸酯主要是通过脂肪酸及脂肪酸酯与多元醇(如丙二醇、甘油、山梨醇、蔗糖等)进行酯化或 酯交换反应 制备,该方法的最大问题在于反应的选择性较差,产物通常为脂肪酸单酯、双酯甚至多酯的混合物,想要获得纯度较高的单酯难度较大,通常需要复杂的 分离提纯 过程。比如,2017年工业上生产单脂肪酸甘油酯主要采用甘油解法,即在高温(220~260℃)及 碱催化剂 存在条件下,由甘油与动植物油脂进行甘油解反应制得。该方法反应温度高、能耗大且副反应多,所得产物为单脂肪酸甘油酯、双甘油酯和三甘油酯的混合物,单酯的含量一般为50%左右。如果要得到高纯度的单脂肪酸甘油酯,需要采用 分子蒸馏 进行分离纯化,得到纯度较高的分子蒸馏单甘酯。对于有8个游离羟基的蔗糖,反应更为复杂,理论上可以与多个脂肪酸发生反应生成从单酯到八酯的酯化产物,一般多为单酯、双酯和三酯的混合物。因此,该类食品乳化剂的制备研究关键在于提高反应的选择性。近年来,酶作为一种高效、专一性强的 生物催化剂 ,采用酶催化法合成多元醇脂肪酸酯类食品乳化剂,具有反应条件温和、 反应选择性 高、安全无毒等优点,因此获得了科学家们的广泛关注。

多元醇脂肪酸酯类乳化剂具有优良的乳化性能,在食品行业中应用广泛,部分品种还兼具其他功能。中长碳链脂肪酸单甘油酯还兼具良好的抑菌、抗病毒等特性,在食品中也有其独特的用途,具有广阔的应用前景。月桂酸单甘油酯对 芽孢杆菌金黄色葡萄球菌 、单核增生李斯特菌、 幽门螺杆菌空肠弯曲杆菌 等细菌的生长繁殖有极强的抑制作用,同时可抑制 肠毒素 、毒性休克综合征毒素-1、链球菌致热外毒素和炭 疽 毒素等的合成并减少 上皮细胞 促炎性因子的分泌。蔗糖酯对 蜡样芽孢杆菌凝结芽孢杆菌 、嗜热芽孢杆菌、 枯草芽孢杆菌大肠杆菌 、金黄色葡萄球菌、 酿酒酵母 和镰刀菌等具有较广泛的抑制作用,对革兰氏阳性芽孢杆菌的抑制作用尤为显著,是一种兼具防腐和乳化作用的多功能食品添加剂。磷脂类乳化剂还具有抗氧化、调节血脂、降低血清胆固醇、提高大脑记忆力、增强机体免疫力等功能。

食品乳化剂在食品工业中应用非常广泛。在面包、蛋糕类食品中作为品质改良剂,防止面粉中直链淀粉产生 疏水作用 ,从而防止面团老化、回生;促使面筋组织的形成,增强韧性;提高发泡性,并使气孔分散、致密;促进 起酥油 乳化、分散,改善组织和口感。在人造奶油中可使水分散到油中,制成稳定、均匀的乳液,从而改善人造奶油的组织结构。在鱼肉糜、香肠等食品中使添加的油脂乳化、分散,提高组织的均质性,并有利于该类食品表面被膜的形成,提高商品性和储存性。在糖果类食品中使所添加的油脂乳化、分散,提高口感的细腻性,同时使制品表面起霜,防止与包装纸的粘连,并防止砂糖结晶。在饮料中可起到增香、助溶、乳化分散、抗氧化等作用。在冰淇淋、巧克力等食品中可以控制脂肪晶体的大小和生长速度,改善产品组织结构等等。近年来,对于食品乳化剂的应用研究多集中在微乳液、纳米乳液、微胶囊化技术等方面。如将食用油、植物精油、 鱼油 等水溶性差、易发生氧化变质的动植物油脂在食品乳化剂存在条件下制备成微乳液,改善水溶性、提高其在外界环境中的稳定性,从而扩大其应用范围。与常规乳液相比,纳米乳液具有高稳定性、高表面活性、高光学透明度等物理化学性质,对亲脂性功能组分具有高生物利用度,受到科学家们的青睐。另外,微胶囊化技术可最大限度保持油脂原有的色香味,是防止其氧化及营养成分破坏的有效方法。

引用来源

中文名
乳化剂
外文名
emulsifier
应用
乳浊液的稳定剂
属性
表面活性剂(SAA)
分类
水包油O/W型、油包水W/O型
应用学科
化学
性质
多功能、高纯度、低刺激、高效率
常见乳化剂
肥皂、阿拉伯胶、烷基苯磺酸钠等