食品乳化剂1

第七章食品乳化剂第一节食品乳化剂概述一.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。Emulsifier改善水蛋白质脂肪糖类乳化剂水蛋白质脂肪糖类乳化剂乳化现象水油水油乳化剂乳化液二.乳化剂的作用机理表面活性剂在分散相表面形成保护膜降低界面张力界面张力使物体保持最小表面积的趋势10ml油分散0.1um小油滴300m2100万倍面积三.乳化剂分子结构特点乳化剂1.同时具有亲水基团(极性的、疏油的)疏水基团〔非极性的、亲油的)2.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。当在水--油体系中加入一种乳化剂时，它就在两种物质的界面发生吸附，形成界面膜。在这种界面膜中，乳化剂分子亲油部分伸向油，亲水部分朝向水，呈定向排列。结果使界面张力发生变化，使一种液体以液滴形式分散于另一种液体中。界面膜具有一定的强度，对分散相液滴起保护作用。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。乳化剂分子特征四.乳化液的类型多相体系天然乳化液人工乳化液牛奶1.油包水（W/O）型奶油2.水包油（O/W）型乳3.多重型（W/O/W）型冰淇淋椰奶五.乳化剂的分类1.离子型乳化剂2.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乳化剂的亲水性六.决定乳化剂两亲特性的因素亲水基的种类亲油基的种类分子结构与相对分子量（HLB值）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第二节HLB值一.乳化剂的亲水亲油平衡值（HydrophilicLipophilicBalance）亲水基亲油基亲水性憎水性相当的平衡HLB值表示乳化剂的亲水性二.HLB值计算（多种）1.差值式HLB=亲水基的亲水性—亲油基憎水性2.比值式HLB=亲水基的亲水性亲油基憎水性3.戴微斯法HLB=7+∑亲水基团值—∑亲油基团值4.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5.复合乳化剂HLBAB=HLBA×mA+HLBB×mBmA+mB三.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）亲油性为100%乳化剂规定其HLB为0亲水性为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3.4甘油单硬脂酸酯3.8甘油单月桂酸酯5.2二乙酰化甘油单硬脂酸酯3.8二乙酰化酒石酸单甘油酯8.0聚氧化乙烯（20）甘油单硬脂酸酯13.1山梨醇酐单油酸酯4.3山梨醇酐单硬脂酸酯4.7山梨醇酐单月桂酸酯8.9山梨醇酐三油酸酯1.8山梨醇酐三硬脂酸酯2.1聚氧化乙烯（20）山梨醇酐三硬脂酸酯10.5聚氧化乙烯（20）山梨醇酐三硬脂酸酯11.0聚氧化乙烯（4）山梨醇酐单月桂酸酯13.3聚氧化乙烯（20）山梨醇酐单硬脂酸酯14.9聚氧化乙烯（20）山梨醇酐单油酸酯15.0聚氧化乙烯（20）山梨醇酐单月桂酸酯16.3蔗糖二硬脂酸酯30蔗糖单月桂酸酯15.0乙二醇单硬脂酸酯3.6聚氧化乙烯（20）乙二醇单硬脂酸酯16.0硬脂酰乳酸钙5.1硬脂酰乳酸钠8.3大豆磷脂8.0四.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溶化剂增溶作用第三节乳化剂在食品中的作用1.起泡作用蛋糕冷饮甜食糖果2.悬浮作用泡沫是气体分散在液体里产生的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巧克力饮料3.润湿作用4.破乳作用和消泡作用采用相反类型乳化剂或投入超出所需要的乳化剂起破乳化作用冰淇淋控制破乳化作用，这有助于使脂肪形成较好颗粒，形成最好的产品。5.络合作用乳化剂可络合淀粉面包蛋卷调理生面团，促进结构形成均匀，改善性能。6.结晶控制巧克力花生奶油糖果涂层乳化剂捕捉游离的花生油而阻止分离提高结晶速度、促进细小晶体形成7.润滑作用在焦糖中加入固体甘油单酸酯和甘油二酸酯能减少对切刀、包装物和消费者牙齿的黏结力。第四节、乳化剂的主要种类国内外乳化剂重点品种生产与作用国外内乳化剂的状况不足与展望一.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。在甘油的结构上有三个0H基，当它与脂肪酸酯化时，可以有单酯、双酯和三酯三种形式出现、以及它们之间不同比例的混合体。甘油酯是非均一结构的混合物作为亲脂母体的烃基，一般均得自动植物油脂的脂肪酸，它们既含有饱和的C12—C20。(不包括乙酸、乳酸、酒石酸等低分子有机酸在内)，也含有不同比例的不饱和脂肪酸。如通常所用的棕榈油，所含的脂肪酸有C14：0(0.5—5.9%）、C16：0(32-47%)、C38：0(2—8%)、C18：1(34—44%)、C18：2(7—12%)。因此，由此所制得的各种乳化剂也必然是非均一结构的混合物。(1)单甘酯在所有乳化剂中用量最多，也是相对最简单的“单硬脂酸甘油酯”(简称单甘酯)来看，从理论上说，它是由“硬脂酸”和“甘油”酯化而成，学名单十八(烷)酸丙三醇酯（英文名Glycerinmonostearate简称：GMS），分子量358，工业产品通常为微黄色蜡样固体或片状，除含有单酯外，尚含有少量的二酯及三酯，无味、无臭、无毒。易与水起乳化作用，为油包水型乳化剂。但因其本身有很强的乳化性能，故亦可作为水包油型乳化剂。在实际生产中，即使是称作纯硬脂酸的商品，也是由50%的硬脂酸、45%的棕榈酸和5%油酸组成的混合物，而其分子蒸馏的单酯含量也不会超过95%，因此，所谓的“单硬脂酸甘油酯”，更确切的说应该是“单、双硬脂酸和棕榈酸混合甘油酯”。可见其结构的复杂性和其性能的不统一性。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，它们虽统称为“单甘酯”，但都有一定的适用对象。当然也可将油脂分馏得较纯的油酸、棕榈酸和硬脂酸等，但一定的蒸馏度也只能获得一种产品，无法涵盖其他产品的特点和用途。作为乳化剂，具有乳化能力的只有单酯，三酯是油脂，双酯的乳化能力仅为单酯的1%，因此常采用分子蒸馏法来使单酯的含量提高。普通的单甘酯一般由两种制备方法，一种是甘油和脂肪酸直接酯化，第二种方法是由甘油三酯(食用油脂)与甘油进行酯交换而得：单甘酯的制备方法在一般情况下，脂肪酸及其酯类都以含量最高的一种来命名，以使简化名称。当用天然油脂作为原料时，其酯即按原料来源命名。用上述方法制得的混合酯，其单酯含量一般在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(与催化剂反应而成)各占1—10%。单甘酯的成分单甘酯的衍生物为提高单甘酯的亲水性、控制脂肪结晶的晶型、以及提高乳化能力等要求,在单脂肪酸甘油酯的基础上开发出一系列衍生物,利用低分子有机酸与甘油基上的残余羟基进行酯化或酰化而成各种有机酸单甘酯，改善了甘油酯的性能。如聚甘油酯、二乙酰酒石酸甘油酯、乳酸甘油酯、柠檬酸甘油酯等，到目前已有13种衍生物被批准。单甘酯的用途(1)在面包中能改善面团结构，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，并有促进发酵作用，常与其他乳化剂配制成面包改良剂等。(2)当与蔗糖酯、吐温类合用时，可用作糕点的起泡剂，通过“蛋白一单甘酯”复合体的形成，使蛋糕具有容积大、气泡微密均匀等作用。国内已大量用于“蛋糕速发油型复配乳化剂”。(3)在饼干中可使油脂以细小的乳化状态分散，从而防止油脂的渗出，提高脆性，改进结构，并使易于脱模、模印清晰等作用。(4)在面条中能提高面条弹性，不易煮烂。在方便面中并有促进润湿和水的渗透作用。(5)在冰淇淋中可使组织细腻爽滑，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。(6)在糖果、巧克力中可防止油脂分离和防潮性，减少变形，防止粘牙，并提高巧克力的脆性。(7)在人造奶油、奶油、起酥油、花生酱等中，可防止分层和油水析出。(8)在豆奶、椰奶、杏仁露等蛋白饮料中，可提高溶解度、分散性和稳定性。(9)在豆制品生产中可用作消泡剂，对活性干酵母保护细胞活力作用。乙酸脂肪酸甘油酯有三种存在形式(不包括异构体在内)，即一乙酸一脂肪酸甘油酯(A)、二乙酸一脂肪酸甘油酯(B)和一乙酸二脂肪酸甘油酯(C)。其结构如下：(2)乙酸脂肪酸甘油酯1.乙酸脂肪酸甘油酯用作W／O型乳化剂2.能形成富有机械弹性的膜，以用于食品的涂层保鲜，防止变于、受潮及污染3.因可形成不同的α-晶型。故具有优良的起泡性，可保证高脂食品的充气性(如冰淇淋)，和控制起酥油的脂肪结晶。乙酸脂肪酸甘油酯的作用2.丙二醇脂肪酸酯脂肪酸丙二醇酯简称为丙二醇酯，与脂肪酸甘油酯相似，也有单脂肪酸酯、双脂肪酸酯和分离蒸馏品，所不同的是由1，2—丙二醇代替了丙三醇由于少了一个亲水的羟基，因此即使是分子蒸馏的单脂肪酸丙二醇酯，其乳化能力也比同样的单甘酯差，但它却有对热稳定、不易水解等特点。丙二醇酯的工业生产方法，由丙二醇和脂肪酸用碳酸钾、生石炭或对甲苯酰(约0.1%)为催化剂，在120-180℃下加热6-10小时后除去催化剂，再行脱色或再分子蒸馏而成。丙二醇酯的制备1.外观视所用脂肪酸饱和度的不同。从粘滞液态至蜡状固体，呈白色至黄褐色。有淡和香气和油脂味2.不溶于水和甘油，溶于乙醇、乙酸乙酯和热的油脂。属W/O型乳化剂，对油／水系界面张力的减小能力不大。因此很少单独使用而往往与其他乳化剂混合使用。3.它具有非常优秀的充气能力，形成的泡沫轻而稳定，因而在酥旦面包、干酪面包和蛋糕裱花奶油等食品中具有广阔的市场。丙二醇酯物理化学性质按下列配方可制成粉状的蛋糕乳化剂：单脂肪酸丙二醇酯60%单脂肪酸甘油酯24%乳酸甘油酯15%由于单丙酯的亲油性强，在大豆油等油脂中加人8-10%单丙酯，可制备贮存稳定的含乳化剂起酥油，以用于蛋糕等中。在奶油中加入9-12%的单丙酯与少量单甘酯，可作为起泡性奶油乳化剂。3.蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯，是由蔗糖(含有八个亲水的——0H基，其中包括能优先参与反应的三个伯羟基)和脂肪酸(主要是硬脂酸、棕榈酸和油酸、月挂酸)酯化而成，主要产品为单酯、双酯和三酯。其示性式为：三酯(n＝3)的HLB值为3-7，双酯(n＝2)HLB值为7-10，单酯则为10—16。因此蔗糖酯具有3-16广阔的HLB值可供选用。作为蔗糖酯的商品总是由多种脂肪酸和不同酯化度(某一种为主)和不同位置异构体等组成的混合体。表中为两种不同HLB值的商品的组成和主要特性值。蔗糖酯生产方法很多，除化学合成法外，还有微生物合成法。但在工业上目前仍采用酯交换法(包括丙二醇溶剂法、非丙二醇溶剂法和非溶剂法)为主。二甲基甲酰胺(DMF)溶剂法丙二醇溶剂法水溶剂法(亦称水乳化法)无溶剂两段法此外，尚有熔融法、互溶法、非均相法、蔗糖多酯法、酰氯酯化法、直接脱水法以及微生物法等，各有优缺点。蔗糖酯生产方法蔗糖酯的性状直接取决于所结合的脂肪酸的种类和数量。饱和的多酯体为蜡状，饱和的单酯为浅色的粉状，不饱和多酯为油状，而不饱和的单酯或二酯一般为膏状。由于蔗糖中的八个羟基不可能全部被酯化，因此其亲水基团往往占有优势，使蔗糖酯具有O／W型的乳化性能，它可以分散在水和甘油中，并形成凝胶，而不溶于油脂，但可使