乳化剂原理.docx
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1、乳化剂的作用机理乳化剂的作用机理牛乳饮品一般是由蛋白质、脂肪、糖类、食用纤维水溶性或水不溶性、淀粉类、维生素类水溶性或油溶性、矿物质类等物质组成的养分性饮料,是一种客观不稳定分散体系,既有蛋白质及果汁微粒形成 的悬浮液、脂肪的乳浊液,又有以糖类、盐类形成的真溶液。这一简洁体系即使承受最先进的加工机械和加工工艺,也很难到达饮料的质量要求,会发生油 层上浮、蛋白质沉淀、色素分散等产品质量问题。要解决这一问题,需要参与 适量的乳化剂、增稠剂、品质改进剂等食品添加剂,以使饮料保持稳定。1 乳化剂的作用机理食品乳化剂的根本物理化学性质是外表活性和乳化增溶性。由于 乳化剂的分子内具有亲水基和亲油基,易在水
2、和油的界面形成吸附层,属于外表活性剂的一种。其余油基如烷基碳氢化合物长链与油脂中的烷炷构造相像,因此与油脂能互溶。其亲水基一般是溶于水或能被水所润湿的原子团,如羟基。牛乳饮品中主 要的不稳定物质是油脂易上浮和蛋白质易沉淀,我们主要从这两方面来探讨乳化剂在牛乳饮品中的作用机理。1.1 乳化剂对牛乳饮品中油脂的作用机 理牛的油脂和其它局部经机械搅拌混合均匀后,放置一段时间,油脂又会 重析出,在牛牛乳饮品外表形成一层乳白色油层。在该体系中参与一种乳化 剂后,它就在两种物质间的界面发生吸附,形成界面膜。在这种界面膜中,乳 化剂分子按其分子内极性发生定向排列。即亲油局部伸向油,而亲水局部朝水 定向排列。
3、其结果是油分子和乳化剂的亲油局部为一方,与水分子和乳化剂的 亲水局部为另一方的相互作用。这种相互作用使界面张力发生变化。界面张力 的变化可以使一种液体以液滴形式分散于另一种液体中,即形成乳状液。界面 膜具有确定的强度,对分散相液滴起保护作用,使液滴在相互碰撞中不易聚 结。1. 2 乳化剂对牛乳饮品中蛋白质的作用机理蛋白质是一种外表具有极性结 构基团的亲水粒子,经水分子的加成后形成水合物层,从而防止这些悬浮粒子 聚结。在这种体系中参与乳化剂时,亲水的固体外表与乳化剂的亲水局部相互 作用,而乳化剂的疏水局部朝着水定向排队列。从热力学的观点来看,这种状态是不稳定的因此会发生絮凝作用。乳化剂分子连续嵌
4、入,形成具有外亲水构造的固体 -乳化剂双层,生成可再 溶剂化的粒子,从而使悬浮液稳定性增加。但由于蛋白质的颗粒较大,同时牛 所1 / 9含的蛋白质较高,因此牛乳饮品中的蛋白质单*乳化剂的乳化作用还缺乏以完全稳定,一般还需与具悬浮作用的物质(主要是各种食用胶体)协作使 用,方能到达完全稳定的效果。2 影响牛乳饮品乳状液稳定的因素(1) 乳化剂的构造溶剂化形成的势垒对乳状液的稳定性有很大影响。例如,w-o 型乳状液体系,当水粒子相接触时,水通过界面层中乳化剂的亲油基而 结合起来。因此,乳化剂碳氢链为水润湿所需的能量成为聚合势垒。而在o-w 型乳状液体系中,乳化剂为非离子外表活性剂,油润湿水和聚氧乙
5、烯链的能量 构成聚合势垒。因此,以承受长链的乳化剂为宜。一般地说,为使 w-o 型乳状 液稳定, 应承受亲油基和亲水基均大的乳化剂。为得到低温下稳定的w-o 型乳状液,应承受易溶于油的乳化剂。为此,最好选用含支链炷基和双链的乳化剂。对于o-w 型乳状液来说,宜选用分子大的乳化剂。当以甘油脂肪酸酯做乳化剂制备 w-o 型乳状液时,添加降低相转变温度的物质,如山梨醇、氨基酸及盐等,可提周稳定性。(2) 乳化剂的添加量为使乳化剂在界面上饱和吸附,需要的乳化剂量应大 于临界胶束浓度。在w-o 型乳状液的状况下,油相中形成胶束时临界胶束浓度 圈较大,并且随温度上升,其增大的幅度也大。因此,为使w-o 乳
6、液稳定,必 须参与较多的乳化剂。当油为极性的时,其参与量还要更大些。由于非离子乳化剂在水相中的临界胶束浓度格外小,所以不必担忧乳化剂的链长和温度的变 化是否会影响掩盖 o-w 型乳状液粒子外表所需的乳化剂的充分性。(3) 乳化剂的分散状况为使乳化剂能充分发挥其乳化作用,乳化剂的分散确定要充分,否则非但 难以起作用,而且乳化剂本身可能浮于牛牛乳饮品的外表,大大影响牛牛乳饮 品的稳定性。一般来说,w-o 型的乳化剂(如单甘酯等),其分散温度不宜过 高,以 70-85C 为宜, 假设超过 90C,则很难分散,即使再降温,由于其本身的 构造已发生变化,因此也难以分散了。在乳化剂分散时,需加以适度的搅拌
7、, 同时还可以参与助分散剂,来促进其分散。(4) 牛乳饮品用水的质量硬度太大的水,会严峻影响乳化剂的乳化效果。 因此,用来生产牛牛乳饮品的用水都应经软化处理,让其硬度降到8 个德国度以下。同时,还可以在牛乳饮品中适量的络合剂如三聚磷酸盐来络合水中的阳 离子,2 / 9避开其对牛乳饮品的稳定性产生影响。(5) 油脂液滴或蛋白质颗粒的直径大小要得到稳定的乳状液,分散相的粒 子必需具有适度的直径大小。因此,在生产牛牛乳饮品时一般都需高压均质, 一方面适度细化粒子大小;同时,也可以促进乳化剂的乳化作用。对于中性牛 乳饮品来说一般较适宜的均质条件为:75-80C, 25-30mpa。而对于酸性牛乳饮 品
8、,其较适宜的均质条件为:60C, 20-25mpa。(6) 液滴的电荷乳状液的液滴电荷对乳状液的稳定性有明显的影响。大部 分稳定的乳状液的液滴都带有电荷,当使用离子型乳化剂时,吸附在界面上的 乳化剂离子的非极性基团插入油相,极性基团处于水相,从而使液滴带上电 荷。由于乳状液的液滴带有同种电荷,当它们接近时就会相互排斥而制止液滴 聚合,使乳状液的稳定性增高。可见,液滴上吸附的离子乳化剂分子越多,其 带电量越大,制止液滴聚合的力气也越大,乳状液体系就越稳定。(7) 分散介质的粘度乳状液分散介质的粘度对乳状液的稳定性有确定的影响。一般地说,分散介质的粘度越大,乳状液的稳定性越高。通常能溶于乳状 液的
9、高分子物质均能增高体系的粘度,使乳状液的稳定性增高。此外,高分子 还能形成结实的界面膜,使乳状液体系更加稳定。因此,在生产牛乳饮品时,乳化剂还需与食用胶体复配使用,以提高乳状液的稳定性。 3 牛乳饮品中常用的 乳化剂及其 hlb 值食品生产中使用的乳化剂品种繁多,总数在 65 种以上,按其 亲水亲油性可分为:亲水型、亲油型和中间型;按其存在状态可分为:液体状、粘稠状和固体状;按其来源可分为自然乳化剂和人工合成乳化剂;按其在水中是否解离成离子可分为:离子型和非离子型。离子型的乳化剂按其在水中电离形成离子所带的电性 又可分为:阴离子型乳化剂、阳离子型乳剂和两性离子型乳化剂。在乳化作用中,对乳化剂的
10、最关键的要求是:1. 乳化剂必需吸附或富集在两相之间的界面上,使界面张力降低;2. 乳化剂必需赋于粒子以电荷,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、粘度特别高的甚至是固体的保护层。因此,作为乳化剂的物质必需具有两亲基团,才能起乳化作用。在制备乳状液时选择适当的浮化剂是一个关键问题,而选择乳化剂的根本依据是hlb 值。hlb 值的意义是表示乳化剂分子是亲油的还是亲水的,及亲和程度。乳化剂的hlb 值可表示如下:hlb=亲水基重量/ (憎水基重亲水基重量)因此,在选择乳化剂,应对各种 常用乳化剂的 hlb 值及其根本性质有确定的了解。下面是一些常用乳化剂的值。表1.常用乳化剂的 h
11、lb 值乳化剂名称 hlb 值甘油单油酸酯 3.4 单甘酯hlb3.0-5.0 亲水性单甘酯 9.0-11.0 甘油单月桂酸酯 5.2 聚甘油脂肪酸酯 6.0-15.0 蔗糖脂肪酸酯 2.0-16.0 蔗糖甘油脂肪酸酯 3.0-18.0 大豆磷脂 3.0-11.0 乙酰化甘油 单硬脂酸酯 3.8 二乙酰化酒石酸甘油酯 8.0 聚氧乙烯(20)甘油单硬脂酸酯 13.1 山梨醇单油酸酯 (span80)4.3 山梨醇酊单硬脂酸酯(span60)4.7 山梨醇酊单月桂酸酯(span20)8.9 聚氧乙烯山梨醇单油酸酯(20)(tween80)14.9 聚氧乙烯(20) 山梨醇酊单硬脂酸酯( twee
12、n60)15.0 聚氧乙烯(20)xx 酊单月桂酸酯(tween20)16.9 丙二醇酯 2.0-3.0 下面介绍几种最常用的牛乳饮品乳化剂及其 基本性质。(1) 甘油酯(glycerin monostearate)及其衍生物同硬脂酸和过量的甘油在催 化剂存在下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,完全没有乳化力气。双酯的乳化性质也较差,外表张力下降能仅为 单酯的 1%以下。目前工业产品分为单酯含量40%50%勺单双混合酯(mdg), 以及经分子蒸馆的单酯含量 60%70%( 一次蒸馆)和单酯含量大于 90% (二次 蒸馆)的分子蒸馆单甘酯。单甘酯是乳化剂中应
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