乳狀液穩(wěn)定性分析

王曉燁，劉麗梅

（呼和浩特職業(yè)學院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051）

1 乳狀液、中性乳飲料的穩(wěn)定性

乳狀液是一種液體以極小的液珠形式分散在另一種與它不相混溶的液體中而形成的多相分散體系，它的相界面積大、表面自由能高，是一種熱力學不穩(wěn)定體系[1]。乳狀液分水包油型（油分散在水中）、油包水型（水分散在油中）和多重型三類。界面膜的形成和膜強度是影響乳狀液穩(wěn)定性的主要因素。不同的乳狀液穩(wěn)定性差別較大。從應用角度看，所謂“穩(wěn)定性”一般是指乳狀液中被分散的液滴抗聚結的能力[2]。

中性乳飲料主要以水、牛乳或其他乳蛋白為原料，加入其他風味輔料果汁、茶、植物提取液等，調(diào)香配制而成的飲用牛乳，其蛋白質(zhì)含量均不低于1.0%。中性乳飲料是客觀不穩(wěn)定的分散體系，同時含有由蛋白質(zhì)形成的懸浮液、由脂肪形成的乳濁液和由糖類、鹽類形成的真溶液[3]。在商業(yè)產(chǎn)品中，時常發(fā)生脂肪上浮、蛋白質(zhì)沉淀、色素凝聚等問題。

2 導致乳狀液失穩(wěn)的原因

導致乳狀液失穩(wěn)的原因主要有：（1）分層或沉降(creaming or sedimentation)（2）絮凝(flocculation)（3）聚結(coalescence)（4）破乳(demulsification or breakdown)（5）變型或相轉變(inversion or phase inversion)（6）熟化(Ostwald ripening)，如下圖1所示[4]

圖1 乳狀液不穩(wěn)定性的幾種表現(xiàn)形式

3 提高乳狀液穩(wěn)定性的幾種方法

提高乳狀液穩(wěn)定性的方法有：（1）降低油水表面張力：有一些親水膠體和乳化劑能起到表面活性劑的作用，可以顯著降低的液-液界面的界面張力,使系統(tǒng)的表面吉布斯函數(shù)降低,以達到乳化穩(wěn)定的功能（2）增加水相粘度：如阿拉伯膠和明膠就可以被體系吸附后在界面上形成牢固的界面膜，以阻止或減弱分散的油粒小球發(fā)生遷移和聚合。（3）增加液珠界面的電荷：乳化劑負離子定向吸附在油-水界面上，帶電的一端指向水，反離子則呈擴散狀分布，形成擴散雙電層，熱力學電勢及較厚的雙電層表面電荷均勻分配給乳狀液中的顆粒，使其相互排斥而形成分散的穩(wěn)定體系。一般O/W型乳化液中油滴常帶負電；反之，在W/O型乳化液中水滴帶正電。（4）空間穩(wěn)定作用：通過吸附聚合物分子，在界面上形成了聚合物的吸附層，吸附層會阻止分散粒子或液滴間的聚結。

3.1 提高界面膜的機械強度

乳化的過程其實也是分散相液滴表面形成界面膜的過程,界面膜的強度和韌性，決定了乳狀液穩(wěn)定性的強弱。

乳化劑的親水端和疏水端的截面積大小通常不盡相同。它吸附在油-水界面上時，常呈現(xiàn)“大頭”向外，“小頭”向里的構型，使分散相液滴的面積減小，使界面吉布斯函數(shù)降到最低，從而使界面膜愈加牢固。

3.2 位阻穩(wěn)定作用

作為穩(wěn)定劑使用的聚合物分子鏈中要含有兩種性能不同的基團，停靠基團A和穩(wěn)定基團B，停靠基團A：對質(zhì)點和液滴界面有很強的親和力，穩(wěn)定基團B：對溶劑和液滴界面有很強的親和力。

最有效的聚合物穩(wěn)定劑通常是具有如下結構的接枝或嵌段共聚物。

一般整個總骨架的分子量MA應大致等于附在A骨架上n個B鏈的總分子量，即MA=nMB。

4 乳狀液穩(wěn)定性的測定方法

乳狀液中分散液滴的大小、分布及其隨時間推移的變化決定了穩(wěn)定性測定方法有：（1）（電子）顯微鏡如CSLM；（2）光散射法如 TurbiScan的測定；（3）電化學方法 如 ζ-電位的測定；（4）濁度法；（5）超聲波速率掃描法。

5 增強乳狀液穩(wěn)定性的方法

盡量減小脂肪球的粒徑、提高脂肪球的密度、提高連續(xù)相的粘度、構建3維空間網(wǎng)絡/微弱凝膠化結構都可以增強乳狀液的穩(wěn)定性。

5.1 新型乳化劑的應用

適應于中性乳飲料的優(yōu)良乳化劑，應與水相和油相均有較強的親和力，能對油脂和蛋白質(zhì)皆有乳化穩(wěn)定作用。單一的乳化劑比較難達到這種理想狀態(tài)。一般應將HLB值大的乳化劑和HLB值小的乳化劑進行復配使用。

表1 牛乳和乳飲料中常用的乳化劑及其HLB值

5.2 新型穩(wěn)定劑/親水膠體的應用

親水膠體對乳狀液的穩(wěn)定作用主要通過改變粘度，或在含水的介質(zhì)中的膠凝作用來實現(xiàn)。親水膠體還能以高分子無規(guī)線團的形式附在膠粒(colloid)表面，起一定的空間穩(wěn)定作用。

牛乳和乳飲料中可用的新型親水膠體有：阿拉伯膠、黃蓍膠、刺云豆膠、海藻酸丙二醇酯、葡聚糖硫酸鹽和蛋白-多糖梅拉德反應物

5.3 緩沖鹽的使用

各種聚磷酸鹽、偏磷酸鹽和焦磷酸鹽對Ca、Mg等金屬離子有很強的鰲合作用，利于中性乳飲料保持穩(wěn)定。

檸檬酸鈉可用作pH緩沖劑、鰲合劑使用。可以利用正交試驗設計篩選最佳乳化劑/穩(wěn)定劑/緩沖鹽配方。

6 乳狀液穩(wěn)定性達到的目標

乳狀液穩(wěn)定性要達到的長遠目標是建立熱力學穩(wěn)定的微乳液體系，微乳液是一種水和油在大量表面活性劑及助表面活性劑（一般為中等鏈長的醇）存在下，自發(fā)形成的透明或半透明的體系。它的分散相質(zhì)點為球形但半徑非常小，通常在10-100nm范圍是熱力學穩(wěn)定體系，也即該體系的穩(wěn)定性不會隨著時間推移而變化。因為微乳液具有外觀透明，穩(wěn)定性好，易于制備，粒徑小，且均勻等優(yōu)點，所以在食品和藥學領域得到廣泛應用。