[科普中國]-乳化作用

概念

乳化作用是指乳化劑是使不相容的油、水兩相乳化形成相對(duì)穩(wěn)定的乳狀液的過程1。形成乳狀液所用的乳化劑絕大多數(shù)是表面活性劑，由親水基和疏水基2 部分構(gòu)成，能在油/水界面形成薄膜從而降低其表面張力。在上述過程中，由于表面活性劑的存在使得非極性憎水油滴變成了帶電荷的膠粒，增大了表面積和表面能。由于極性和表面能的作用，帶電荷的油滴吸附水中的反離子或極性水分子形成膠體雙電層，阻止油滴間的相互碰撞，使油滴能較長時(shí)間穩(wěn)定存在于水中2。

乳狀液的基本性質(zhì)乳狀液的基本性質(zhì)體現(xiàn)為粒徑、流變性和界面電勢(shì)等。乳狀液液滴粒徑的大小可用相對(duì)平均液滴直徑來表示，還可用不同液滴累積的體積分?jǐn)?shù)所對(duì)應(yīng)的液滴粒徑分布來評(píng)價(jià)乳狀液液滴粒徑分布。在低濃度下，乳狀液的黏度主要由分散介質(zhì)決定，并且與乳狀液液滴的大小和分布情況、乳化劑形成界面膜的流動(dòng)性及所帶電荷等有關(guān)3。乳狀液的黏度可作為其穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，乳狀液分散相液滴粒徑越大、剪切速率越大，其黏度越小，穩(wěn)定性越差4。當(dāng)乳狀液的液滴由于電離、吸附和摩擦而帶有電荷時(shí)，在電場中會(huì)定向運(yùn)動(dòng)，其表面帶有的電荷會(huì)形成雙電層結(jié)構(gòu)。

乳狀液的分類與鑒定乳狀液可分為水包油( O/W) 型、油包水( W/O) 型和多重乳狀液。內(nèi)相為水外相為油的乳狀液為W/O型乳狀液；內(nèi)向?yàn)橛屯庀酁樗娜闋钜簽镺/W 型乳狀液。多重乳液也有2 種類型，即W/O/W 型和O/W/O型。W/O/W 型是含有分散水珠的油相懸浮在水相中，O/W/O 型是含有分散油珠的水相懸浮在油相中。多重乳狀液早在1925 年被發(fā)現(xiàn)，但直到1965 年才對(duì)其開展應(yīng)用研究5。

乳狀液的類型可用外觀法、稀釋法、染色法、濾紙潤濕法和電導(dǎo)法等進(jìn)行鑒別，具體見表1。

表1 乳狀液類型的鑒別方法

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乳化劑的選擇方法作為乳化劑的表面活性劑的選擇，最常用的方法就是親水親油平衡( HLB) 值法。

HLB 值概念首先由Griffin 提出，后來Shinoda 提出了HLB 溫度概念，使HLB 理論向前發(fā)展了一大步。通過研究表面活性劑的各種物理化學(xué)性質(zhì)與HLB 值之間的關(guān)系[9]，可將表面活性劑的HLB 值與測定的物理化學(xué)性質(zhì)數(shù)值之間的相互關(guān)系用一個(gè)關(guān)系式或方程式表示，以下簡單列舉5 個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。

Griffin計(jì)算公式：HLB=20x（1-S/A）

式中S為酯的皂化值，A為酸的酸值。此公式適用于多元醇脂肪酸酯類表面活性劑HLB值的計(jì)算。

Davies 計(jì)算公式：HLB=7+?親水基的HLB貢獻(xiàn)值+?親油基的HLB貢獻(xiàn)值

Lin值確定了表面活性劑形成膠束自由能（ΔGm）與HLB值的關(guān)系公式：HLB=C1 + C2 ΔGml/RT + C2 ΔGmh/RT

式中ΔGml和ΔGmh分別為親油基和親水基相關(guān)的膠束形成自由能的份額，C1和C2分別是與化合物同系列相關(guān)的常數(shù)。

非離子表面活性劑HLB 值的對(duì)數(shù)法計(jì)算公式：HLB=7+ 11.7 lgMw/Mo

式中Mw和Mo分別為表面活性劑分子中親水基團(tuán)和親油基團(tuán)的分子量。

表面活性劑的HLB 值具有加和性，因而可利用以下公式來計(jì)算2 種和2 種以上表面活性劑混合后的HLB 值：

HLBAB = HLBA x WA + HLBB x WB / (WA+WB)

式中WA和WB分別表示表面活性劑A 和B 的量，HLBA和HLBB則分別表示A 和B 的HLB 值，HLBAB為混合后表面活性劑的HLB 值。

乳化劑的應(yīng)用在化妝品中的應(yīng)用近年來，新的化妝品原料不斷涌現(xiàn)，乳化劑仍是護(hù)膚產(chǎn)品中非常重要的組分。在每個(gè)配方中，乳化劑的選擇始終是關(guān)鍵的一步，因此開發(fā)高效、操作簡單、安全及穩(wěn)定的乳化劑是生產(chǎn)性能優(yōu)異的化妝品的關(guān)鍵。

乳化劑目前主要用于膏霜乳液類、水劑類和療效型化妝品中。膏霜乳液類美容護(hù)膚產(chǎn)品如雪花膏、護(hù)膚霜、祛斑霜、防皺霜、美白霜、防曬乳和洗面奶等，乳化劑起乳化、潤濕及滲透作用。水劑類化妝品中乳化劑起到對(duì)護(hù)膚原料的乳化和對(duì)難溶于水的香精、精油的增溶作用。療效型化妝品越來越受到消費(fèi)者的歡迎，乳化技術(shù)可以將活性物和藥物乳化增溶，很好地解決了療效型化妝品的配制工藝問題。

多重乳狀液化妝品可用作活性物的載體，延長活性物和潤濕劑的釋放時(shí)間，使產(chǎn)品留香時(shí)間延長，克服某些藥劑的特殊氣味，可用于酶的固定化，并能保護(hù)敏感的生化制品，還可使不相容的物質(zhì)不發(fā)生相互反應(yīng)。此外，其使用時(shí)無油膩感，鋪展性好6

在農(nóng)藥劑型加工中的應(yīng)用隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，以水代替有機(jī)溶劑制備懸浮劑和水乳劑等水基性制劑已成為國內(nèi)外農(nóng)藥行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)78。我國從20 世紀(jì)90 年代初開始研制水乳劑型制劑，已逐步開發(fā)出如w( 高效氯氰菊酯) = 4. 5%，w( 氯氰菊酯) = 10%，w( 氰戊菊酯) =10%，w( 二嗪磷) = 40%，w( 丙環(huán)唑) = 25%，w( 菌核凈) = 20%，w( 毒死蜱) = 30%等水乳劑劑型品種。

桂文君等9對(duì)w( 氟氯氟菊酯) = 5. 7%的水乳劑的配方、工藝流程進(jìn)行了開發(fā)研究，在常溫下用均化器乳化分散，攪拌形成粒徑為數(shù)微米的O/W 型乳狀液。篩選出了水乳劑的較佳配方: V( EO/PO 嵌段共聚物) ∶V( 嵌段聚醚) ∶ V( 壬基酚聚氧乙烯醚) ∶ V( 季銨鹽雙子表面活性劑) ∶ V( 十六醇) ∶ V( 烷基酚聚氧乙烯醚) =1∶ 2∶ 2∶ 1∶ 1∶ 8，且產(chǎn)品流動(dòng)性好，析水率低，沒有絮凝，化學(xué)穩(wěn)定性好。

在乳化瀝青中的應(yīng)用乳化瀝青商業(yè)化至今約有80 年的歷史，前40 余年主要發(fā)展陰離子乳化瀝青，近40 年陽離子乳化瀝青才迅速發(fā)展。瀝青乳化劑大體上可分為離子型和非離子型2 種，而離子型又可分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型3 種10。

王月欣等11發(fā)現(xiàn)使用N － ( 2 － 羥基－ 3 － 十八烷基氨基) 丙基三甲基氯化銨和木質(zhì)素季銨鹽或者N －( 2 － 羥基－ 3 － 十八烷基氨基) 丙基三甲基氯化銨和N － ( 2 － 羥基－ 3 － 十二烷氧基聚氧乙烯醚) 丙基三甲基氯化銨復(fù)配得到乳化劑制得的乳化瀝青比相同含

量單一乳化劑制得的穩(wěn)定性好。劉寶舉等研究外摻乳化劑對(duì)苯乙烯類熱塑性彈性體( SBS) 改性瀝青乳液儲(chǔ)存的影響，分別考察攪拌速度，乳化劑種類、摻量、摻合方式以及pH 等不同影響因素對(duì)SBS 改性瀝青乳液儲(chǔ)存穩(wěn)定性的改善作用效果，得到了SBS 改性瀝青乳液穩(wěn)定儲(chǔ)存的條件。12

在食品工業(yè)中的應(yīng)用1921 年人造黃油工業(yè)應(yīng)用了甘油單酯，但直到15 ～ 20 a 后食品乳化劑的生產(chǎn)才有較大的工業(yè)規(guī)模。隨著食品生產(chǎn)的工業(yè)化發(fā)展，對(duì)食品乳化劑提出了新的要求。乳化劑能改變脂肪的表面性質(zhì)，也可以加快或延緩脂肪的結(jié)晶速度，改變晶體的形態(tài)。 在卡諾拉油基人造奶油中加入甘油二酯，可大大延緩產(chǎn)生砂粒感的過程，其中1，2 － 甘油二酯延緩β'晶型向β 晶型轉(zhuǎn)化的能力大于1，3 － 甘油二酯，并且由飽和脂肪酸形成的甘油二酯是很有效的β' 晶型穩(wěn)定劑。此外，乳化劑可增強(qiáng)和改善人造奶油的功能特性，不僅起到潤滑劑作用，而且具有乳化面團(tuán)中的脂肪、建立質(zhì)構(gòu)、改善口感、延長貨架壽命和保濕等作用。目前，應(yīng)用于人造奶油中的乳化劑主要有乳酸單甘酯、丙酰單甘酯、卵磷脂、失水山梨醇單硬脂酸酯、硬脂酰乳酸鈉、聚山梨酸酯、聚甘油酯、蔗糖酯及硬脂酰乳酸酯等。

在乳化香精中的應(yīng)用: 乳化香精是由食用精油、比重調(diào)整劑、色素、抗氧化劑等組成的油相和增稠劑、去離子水等組成的水相，經(jīng)高壓均質(zhì)、乳化制成的。乳化香精產(chǎn)品自20 世紀(jì)60 年代面世以來，主要以傳統(tǒng)的乳化方式生產(chǎn)為主，近年發(fā)展了多種先進(jìn)的乳化方式，如: 轉(zhuǎn)相乳化法、高濃乳化法、復(fù)合乳化法等。乳化香精的穩(wěn)定性和濁度是乳化香精發(fā)展及應(yīng)用的2 個(gè)重要方面，適合的乳化穩(wěn)定劑和增重劑是乳化香精獲得高穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

乳化劑與油性香料相結(jié)合，能作為比重調(diào)節(jié)劑，增大油相密度，減少油、水相密度差; 乳化劑可降低兩相間的界面張力，使形成的乳狀液保持穩(wěn)定。飲料乳化香精中較常用的乳化劑有松香甘油酯、達(dá)馬膠和脂肪酸蔗糖酯等。不同的乳化劑和穩(wěn)定劑的乳化穩(wěn)定效果不同，制成的乳化香精溶解在飲料中的濁度也不同。