王偉兵
長江大學工程技術學院化工0602班,湖北荊州 434020
乳化劑的選擇及其對乳液聚合的作用
王偉兵
長江大學工程技術學院化工0602班,湖北荊州 434020
乳化劑屬于活性物質,目前由于食品加工技術的提升,使得乳化劑在食品加工過程中扮演著相當重要的角色,受到廣泛重視。鑒于此,本文就乳化劑的影響與作用進行了探討。
乳化劑;分類;作用
選擇乳化劑最常用的方法是HLB法和PIT法。在選擇乳化劑時,當配方中的乳化劑的HLB值能與被乳化的油相所需要的HLB值相近時,會產生較好的乳化效果。
HLB值是乳化劑的親水親油平衡值,代表分子疏水性基團和親水性基團對水溶性貢獻的相對權重。表面活性劑的HLB值及其應用列于表。
設計乳液配方的步驟如下:1)決定乳狀液的類型;2)選用何種油脂或被分散的物質值,或計算出所需的HLB值。再查出油相所需的HLB;3)根據油相需要的HLB值,可先選擇習慣的“乳化劑對”,例如制備O/W乳狀液時,可選用HLB>6的乳化劑為主,HLB<6的乳化劑為輔;在制備W/O乳狀液時,可選用HLB<6的乳化劑為主,HLB>6的乳化劑為輔;4)如果制備的乳狀液不理想,則應更換“乳化劑對”。在設計乳液配方中,往往配方中油相不是單一的化學組分,這時可利用HLB值的加和性計算出混合組分的HLB值。
HLB法沒有考慮溫度對乳化劑的親水性的影響,而溫度對非離子乳化劑的影響卻更為顯著。當溫度提高時親水基的水化程度減小,低溫時形成的O/w型乳狀液,在高溫時可能轉變?yōu)閃/O型乳狀液,反之亦然。所以,在一特定的體系中,此轉變溫度就是該體系內乳狀液,反之亦然。用3%~5%的非離子乳化劑來乳化等體積的油和水,加熱到不同的溫度并攪拌,用電導測定乳狀液的轉相發(fā)生時的溫度,即為轉相溫度。對于O/W型乳狀液,一種合適的乳化劑其PIT值應比乳狀液的保存溫度高20~60℃,對于W/O型乳狀液,其合適的乳化劑的PIT值應比保存溫度低10~40℃。實驗發(fā)現(xiàn),在PIT值附近制得的乳狀液顆粒很小,但不穩(wěn)定。要制得穩(wěn)定的O/w型乳狀液,需采用低于PIT值2~4℃的溫度制備乳狀液,然后冷卻至保存溫度,乳液的穩(wěn)定性最高。
將乳化劑直接溶于水中,在激烈攪拌下將油加入。該法可直接制備O/w型乳狀液,若欲得到W/O型乳狀液,則繼續(xù)加油至發(fā)生相變。該法適用于親水性較強的乳化劑,可直接制備O/W型乳液,該乳液顆粒不均勻,穩(wěn)定性差,需劇烈攪拌,可利用膠體磨和均質器進行處理。
將乳化劑加入油相,再加入水直接制得w/O型乳狀液,若欲得到O/w型乳液可直接繼續(xù)加水直至轉相,轉相后比直接乳化效果更好。把乳化劑加到油中,形成乳化劑與油的混合物,將混合物直接加入水中,可直接生成O/w型乳狀液。該法制得的乳液顆粒均勻,粒徑小,乳液最為穩(wěn)定。
將水和油輪流加入乳化劑,每次只加少量,對制備食品類乳狀液較為適應。
用皂作乳化劑的O/w型或W/O型乳液可采用該法。將脂肪酸溶于油中,將堿溶于水中,兩相接觸,在界面有皂生成,而得到穩(wěn)定的乳狀液。
該法適用于用非離子乳化劑制備乳液。沼落升高時.到,狀湘由O/w型轉變?yōu)閃/O型乳液.發(fā)牛轉相的溫度是親水親油達到平衡的溫度。在相轉化溫度附近進行乳化可得到良好的乳化效果。
另外,乳化設備主要有四種類型:簡單攪拌器、膠體磨、均質器和超聲波乳化器。乳化器材質對乳液的類型有一定的影響。一般情況是親水性強的器壁易得到O/w型乳液,而疏水性強的器壁易形成w/O型的乳液。如玻璃易形成O/W型乳液,而塑料器壁則易形成W/O的乳液。
合成樹脂乳液的基本組分:1)水:質量占乳液體系的60%~80%;2)單體:為乳液的油相,占20%~40%;3)引發(fā)劑:一般使用水溶性氧化還原體系引發(fā)劑,使聚合反應在低溫下進行,用量為單體的0.1%~1.0%;4)乳化劑:占單體量的2%~l0%;5)相對分子質量調節(jié)劑:如十二烷硫醇、異丙醇等,可調節(jié)聚合物的相對分子質量,并可減少聚合物鏈的文化,一般用量為單體量的0.1%~5%;6)緩沖劑:如磷酸鹽等,用以調節(jié)介質的pH值,以利于引發(fā)劑的分解和保持乳液的穩(wěn)定。
1)聚合方式
乳液聚合可采取間歇式和半連續(xù)式兩種方式進行:(1)間歇式反應:即在裝有加熱、冷卻、回流和攪拌裝置的反應中,一次性按照配方加入水、乳化劑、單體及其他物料,然后升溫到聚合溫度,在攪拌下進行反應。達到終點后出料,清洗,準備下釜操作;(2)半連續(xù)式反應:半連續(xù)式反應所用反應裝置和間歇式反應一樣,但操作有很大區(qū)別,在半連續(xù)操作中,并不是將所有的物料在一個反應周期開始前全部加入,而是將一部分物料按照預先編排好的程序,在反應過程中連續(xù)地加入反應釜中。半連續(xù)式方式可用來有效地控制反應速率、共聚物組成、乳膠粒尺寸分布、乳膠粒形態(tài)以及聚合物的相對分子質量及其分布等。生產中多用于半連續(xù)式反應來制備樹脂乳液。連續(xù)式反應(即反應物連續(xù)輸入,而產物連續(xù)地輸出)則不宜采用。
2)乳化劑選擇
工業(yè)上采用的乳化劑多為C12-C18的磺酸鹽、硫酸鹽、羧酸鹽、季銨鹽等。其親油基R=C nH2n+1,n<9時,在水中不能形成膠束;n=10,可以生成膠束,但乳化能力較差;n=12-18,乳化效果最好;n>22時,親油基過大,疏水性太強,難以分散在水中,不能形成膠束??筛鶕﨟LB值選擇表面活性劑,因聚合物不同,對表面活性劑的要求亦不同。
乳化劑的使用至關重要,操作食物輕則降低收率、產品質量,重則影響生產的正常進行,甚至發(fā)生事故。
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1674-6708(2010)24-0141-02