新型乳化剂的性能

新型乳化剂的性能 及其在豆乳饮料中应用研究

（学院：矿业学院矿 专业：物加工工程 班级：矿物081班）

（姓名：X X X 学号：X X X）

摘要 确定以乳化剂在油中法制备乳状液，研究不同乳化剂在中性和酸性水油体系中乳化

性能，结果表明：在中性水油体系中时，三聚甘油酯和1：4复合蔗糖酯与单甘油酯乳化性能较好，其使用量分别为乳状液油量6．7％和8．0％ ；而对于酸性水油体系，亲水性单甘油酯乳化效果最好，其最佳用量为乳状液油量9．3％ 。

关键词 豆乳饮料 乳化剂 乳化性能

New emulsifying agent in the performance of beans and used in research Soymilk Beverage

（ College：institute of mining technology

Speciality：mineral processing engineering

Class：mineral 081 ）

(Name：XXX Student ID:XXX)

Abstract：The emulsifier．in—oil method to prepare O|W emulsion was established．The

emulsifying properties of several emulsifiers on neutral and acidic oil-water system were investigated，and the results magnified that：in neutral system，triglycerol fatty acid ester and the combination of sucrose ester and glycerin monostearate (1：4)showed beRer emulsifying properties，and their amounts were 6．7％ and 8．0％ of the oil am ount in the emulsion，respectively．while for the acidic system，hydrophilic glyceryl Monostearate showed the best efects．and its am ount was 9．3％ ．

Key W ords：soymilk beverage；emulsifier；emulsifying properties

豆乳(soymilk或soybean milk)是一种营养丰富植物蛋白饮料，它含有特殊生物学作用物质(如大豆皂甙、大豆异黄酮、大豆多肽和大豆磷脂等)对人体具有定保健功效[1] 。豆乳可

，

分为纯豆乳、调制豆乳和豆乳饮料(包括非果汁型和果汁型)[12]，由于很多消费者不喜欢纯豆乳豆腥味，因此市场上豆乳产品多为调制豆乳和豆乳饮料，果汁或果味及纯调配型酸豆乳饮料也有一定发

展[10

。

豆乳含有一定量油脂，其乳化主要依靠大豆中具有一定乳化作用大豆蛋白和大豆磷脂：但在产品加工和贮藏过程中，豆乳饮料经常会发生分层、油脂上浮现象，严重影响其外观和可接受性。解决这个问题方法是加入适量、适当乳化剂，再辅以高压均质处理，这样，可使豆乳饮料中油脂形成粒度较小油滴，进而形成稳定乳状液，从而可减少脂肪上浮现象。聚甘油脂肪酸酯和亲水性单硬脂酸甘油酯是两种新型乳化剂。聚甘油脂肪酸酯由各种脂肪酸与不同聚合度的聚甘油反应制成，简称聚甘油脂，根据单体数目不同，有三聚、四聚、六聚和八

，，，

聚甘油酯。一些文献介绍聚甘油酯生产及应用情况[891213] ，但尚无其应用研究报告；而亲水性单硬脂酸甘油酯(简称亲水性单甘油酯)是对单甘油酯进行改性，增加其亲水性基团后产品，因而其HLB值高于一般单甘油酯，可应用于O／W 型乳状液。本研究比较上述两种新型乳化剂与目前市场上常见乳化剂对不同pH体系中大豆油脂乳化效果，借此以拓展新型乳化剂使用范围：同时为解决豆乳饮料及其它植物蛋白饮料的油脂上浮问题提供一定理论依据。

，11]

1 乳状液及乳化原理

乳状液是一种(或几种)液体以液滴的形式均匀地分散于和它互不相溶的另一种液体中所形成的多(相)分散体系。乳状液若要保持稳定性，除了加强混合搅拌作用以达到快速、均匀分散的目的外，还必须加入少量的表面活性剂，以提高乳状液的稳定性，这种表面活性剂称为乳化剂。在两种互不相溶的液体中加入适当的乳化剂，通过搅拌，使一种液体以微粒状均匀分散于另一种液体中而形成高度分散乳状液的过程叫做乳化作用，简称乳化。乳化可以提高乳状液的稳定性。影响乳状液性能的因素很多，有乳化方法、乳化剂的结构和种类、相体积、温度等。其中乳化剂的结构和种类的影响最大。选择适宜的乳化剂，不仅可以促进乳化体的形成，有利于形成细小的微粒,可以控制乳化体的类型，所以正确选择适宜的乳化剂是很重要的。

2 材料和方法 2．1实验材料

东北大豆(市售)：大豆色拉油(市售)；三聚甘油酯、亲水性单甘油酯、单甘油酯、单双甘油酯、磷脂、分子蒸馏单甘油酯和蔗糖脂肪酸酯均为食品级：十二烷基硫酸钠(SDS)、柠檬酸和柠檬酸钠均为分析纯。

2．2仪器与设备

电热恒温水浴锅：江苏金坛国华仪器厂：ZD一2型自动电位滴定计：上海第二分析仪器厂：ZD一1型滴定装置：上海雷磁仪器厂：乳化分散机：梅特勒一托利多公司；电子天平：梅特勒一托利多公司：UV一754型紫外一可见分光光度计：上海第二分析仪器厂。

2．3 实验方法

2．3．1乳化剂乳化能力测定[2，3，4] 2．3．1．1乳化剂在油中法

称取7,5 g大豆色拉油于250 mL烧杯中， 加入0．5 g乳化剂，在60℃水浴中加热使乳化剂充分溶解于油中后，边搅拌边加入125 mL加热至60~C去离子水或pH=4缓冲液中，

用乳化分散机在10，000 r／min速度下搅拌1 min，立即冷却至30C，以移液管取2mL乳状液于100 mL容量瓶中，用0．1％SDS溶液定容至刻度。以0．1％SDS溶液为参比，在500 nn波长下测定其吸光度A1 。以A1表示乳化剂乳化能力A1值愈大，表明乳化剂乳化能力愈强。

2. 3．1．2乳化剂在水中法

称取0．5 g乳化剂于250 mL烧杯中，加入125 mL水，60℃水浴中加热使乳化剂完全溶解，边搅拌边加入7．5 g大豆色拉油，在10，000 r／min速度下搅拌1 min，以后操作与

2．3．1．1相同。

2．3．2乳化剂乳化稳定性测定

将1．3．1。1中冷却至30℃乳状液继续在30℃ 保温1 h后，用移液管取2 mL下层液体于100 mL容量瓶中，用0．1％SDS溶液定容至刻度。以0．1％SDS溶液为参比，在500 nnl波长下测定其吸光度A2，求出乳化剂能对应比值R=A2／A1，以R值表示乳化剂乳化稳定性，其值愈大，表明乳化剂乳化稳定性愈好。 1．3. 3乳化剂用量选择

称取同种乳化剂0．3 g、0．4 g、0．5 g、0．6 g和0．7 g分别于5只250mL烧杯中，按1．3．1．1和1．3．2方法测定其乳化能力和乳化稳定性，综合考虑各个因素以确定其合适用量。

3 结果和讨论

3．1乳状液制备方法确定

乳化剂在水中法和乳化剂在油中法制备乳状液时对各种乳化剂的乳化效果。所用七种乳化剂均是在乳化剂在油中法制备乳状液时乳化能力高：而对于乳化剂乳化稳定性，除1号亲水性单甘油酯、4号分子蒸馏单甘油酯和5号单双甘油酯两种方法相差较小外，其余几种乳化剂均是乳化剂在油中法时其乳化稳定性高。这是因为，将乳化剂溶解到油相得到可溶化油在加水过程中先转变成层状液晶结构，再转变成表面活性剂连续相所包裹油滴O／D凝胶状乳状液结构，最后才转变成O／W 型乳状液。由于在乳化过程中表面活性剂连续相形成D相结构把油滴分散溶解使它不能聚集变大，所以得到比较细微乳状液¨ ，相应地，其稳定性能和乳化稳定性也较好。因此下述实验均采用乳化剂在油中法制备乳状液。

3．2中性豆乳饮料中乳化剂及其用量确定 3．2．1 乳化剂选用

在以去离子水为水相时，三聚甘油酯和亲水性单甘油酯乳化能力最高，分别达到0．928和0．825；而两者乳化稳定性却有较大差异，亲水性单甘油酯乳化稳定性低于三聚甘油酯，两者分别为0．485和0．661。磷脂乳化效果稍次，其乳化能力和乳化稳定性分别为0．585和0．615。另外，鉴于单甘油酯是亲油性乳化剂，而蔗糖脂肪酸酯为亲水性乳化剂，因此对它们复合使用时乳化效果进行测定。

当单甘油酯和蔗糖酯单独使用(两者比例分别为10：0和0：10)时，两者乳化能力和乳化稳定性均较低；而经复配使用，则能显著增加乳化剂的乳化能力和稳定性。当单甘油酯和蔗糖酯比例为1：4时，其乳化能力最高，达1．064，超过三聚甘油酯和亲水性单甘油酯单

独使用时0．928和0．825乳化能力，且此时乳状液稳定性也较高(达0．774)，同样高于三聚甘油酯和亲水性单甘油酯单独使用时乳化稳定性。

3．2．2乳化剂用量确定

比较乳化能力和稳定性均较高的三聚甘油酯及单甘油酯和蔗糖酯复合使用(比例为1：4)时使用量对两者乳化能力和稳定性影响。

对于三聚甘油酯来说，随着乳化剂用量增加，其乳化能力在用量为0．5 g时达到最高(0．985)，当其用量超过0．5 g时，其乳化能力呈现小幅下降；而乳化稳定性随着乳化剂用量增加呈现平稳增大趋势，但增幅较小。因此，对于三聚甘油酯，其最适用量为乳状液中油量0．5／7．5，即乳状液中油量6．7％。另外，由图5可看出，当单甘油酯和蔗糖酯复合使用量增加时，其乳化能力先上升然后下降，用量为0．6 g时，其乳化能力最高，达1．196。但随着用量增加，其乳化稳定性先增加，而后不再发生变化。因此可选择0．6 g乳化剂／7．5 g油为单甘油酯和蔗糖酯复合使用最佳使用量，即乳状液中大豆油量8．0％。乳化剂用量与其乳化性能出现上述趋势原因在于乳化剂具有一个特征参数，即胶束形成浓度(criticalmicelle concentration，简称cmc)。亲水性强乳化剂能溶于水，在低浓度时，它们形成分子分散溶液，这时溶解乳化剂分子与表面上乳化剂分子相平衡。乳化剂在溶液中浓度超过一定值时，即发生可逆聚集作用，从单体缔合成胶态聚集体，即形成胶束。胶束形成过程是由于乳化剂分子力图使分子亲油基团和水之间接触面减小而发生的。达到cmc时，溶解单体乳化剂分子浓度增加，再加入乳化剂只能形成胶束 。所以，继续增加乳化剂添加量不能使其乳化效果增加。

3．3 酸性豆乳饮料中乳化剂及其用量确定 3．3．1乳化剂选用

各种乳化剂乳化能力和乳化稳定性。除1号亲水性单甘油酯、2号三聚甘油酯和7号磷脂乳化能力稍高外，其余四种乳化剂乳化能力均较低。除1号亲水性单甘油酯和7号磷脂乳化能力与中性条件下相似外，其余五种乳化剂乳化能力均远低于中性水相时乳化能力。这是因为，乳化剂乳化效果受多种因素影响，包括温度、pH值和离子强度等。在0．01 M柠檬酸一柠檬酸钠缓冲液为水相时，有些乳化剂乳化效果会受到较大影响，其影响程度与乳化剂类型有关(如离子型、非离子型和两性离子型等) 。对于各种乳化剂乳化稳定性，除分子蒸馏单甘油酯和磷脂较低外(分别为0．424和0．499)，其余五种乳化剂均较高，超过0．614。同样对单甘油酯与蔗糖酯复合使用时乳化效果

进行研究，当复合乳化剂中单甘油酯含量较高时，其乳化能力较低，而随着蔗糖酯含 量增加，其乳化能力逐渐增加，而当两者比例为2：8时达到最高0．705，继续增加蔗糖酯含量则导致乳化能

力下降。而对于各种复合使用比例乳化稳定性，两者单独使用时稳定性远大于复合使用。因此，与中性水相时单甘油酯与蔗糖酯复合使用不同，两者在酸性水相下复合使用效果较差，这可能是因酸性条件高H 浓度及离子强度影响乳化剂乳化效果。

综合考虑乳化剂乳化能力和乳化稳定性，对于酸性豆乳，可选择亲水性单甘油酯为最佳乳化剂。

3．3．2 乳化剂用量确定

研究在酸性条件下具有良好乳化效果亲水性单甘油酯在不同加入量的乳化效果。当乳化剂用量从0-3 g增加到0．7 g时，亲水性单甘油酯乳化能力和乳化稳定性均呈上升趋势。当其用量在0．6时其乳化能力和乳化稳定性已足够高，由此，可选择效果更好0．7 g／15 g油作为其用量，即为乳状液中油量9-3％ 。

4 分析乳状液不稳定的因素

分层原因：分层与分散相分散介质的粘度及电解质有关，还与制备工艺技术、液珠的沉浮速度有关，分散相与介质相的密度差越小、乳化粒子越细小越不易发生分层， 因而可以通过改进制备工艺、通过配方中添加控制液滴沉降速度的成分来抑制分层。 变型原因：乳状液的变型(也称相的转换)是指当改变乳化条件和在一些因素的作用下，使乳状液从一种类型(O／W或W／O型)转变成另一种类型(W／O或O／W型)的现象。乳状液变型主要受相体、乳剂的种类和浓度、电解质含量的大小、温度等因素影响。 破乳原因：即乳状液被安全破坏。乳状液的破乳过程实际就是分散相的聚结粗化过程，主要影响因素：电解质的影响，在O／W型乳状液中加入电解质，可以增加液滴的聚沉速度，加速破乳。电场的影响、温度的影响等。 因此造成上述现象的因素及解决方法：看选择的乳化剂乳化能力,乳剂的用量；或者择乳化剂的种类不适合：其离子性(阴离子、非离子、阳离子型)与其所乳化的油脂及添加的活性物的离子性不同，选择适合的乳化剂类型：以及电解质含量的大小影响了体系的粘度下降，选择耐离子的乳化剂；配方所需的PH值范围不同，选择适合强酸性的、弱酸性、或碱性PH值的乳化剂；在配方中添加适当的增稠剂(固态油脂、分子量较高液态油脂、高分子类增稠悬浮剂等)来阻止乳化粒子的沉降与聚结。操作工艺根据乳化剂的要求提供足够的剪切速度、温度等来保持乳化体的稳定性

5 乳化技术

目前，太规模生产乳剂的常用设备有：强搅拌乳化设备、均质化乳化设备、超声波乳化设备、高压射流(层流)乳化设备等。生产过程中，利用这些设备，将水相、油相的太液滴破裂成更细小的液滴，以便加工形成乳剂，此外还有微孔膜的膜乳化技术等。为了加工制备台适的乳剂，各厂家首先选择台适的乳化剂和乳化设备。

5. 1 强搅拌乳化技术

最为简单的一种乳化技术，仅在反应罐内使用高速螺旋搅拌桨，可以是一系列螺旋桨，刮刀．混合叶片，固定子／转子的搅拌器，其反应 罐为带保温的夹层构造，使蒸汽或冷媒体通过，可维持生产的恒定温度。继之，可连接均质化乳化设备。其乳化方式是将已经初步乳化(初乳)的粗级加工乳剂，在很高转速下，进一步细腻，使液滴更小化在根高压力下，将初乳通过匀质器的窄缝，因而产生强力的剪切作用，使初乳的液滴变成很细小的乳剜。九十年代，为了防止乳荆产生氧化及空气混人液滴，又发展了真空乳化机，真空均质乳化设备。

5. 2 超声波乳化技术

采用不同超声波发生器而生产乳荆的技术。由于超声波发生器不同而有不同的乳化剂，较常用的是哨笛式乳化器。其乳化方式是将初乳细流在高压喷射状态下，冲击在金属簧片(共振刀)刀刃上，使刀刃激发而产生共振频率振动，液流也受激动而产生上下振动。当此超声波频率足够高时，液体受到激烈振荡，从而将液滴粗大些的初乳乳化成细小的乳剂。这种哨

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