乳状液稳定性分析

王晓烨，刘丽梅

（呼和浩特职业学院，内蒙古呼和浩特 010051）

1 乳状液、中性乳饮料的稳定性

乳状液是一种液体以极小的液珠形式分散在另一种与它不相混溶的液体中而形成的多相分散体系，它的相界面积大、表面自由能高，是一种热力学不稳定体系[1]。乳状液分水包油型（油分散在水中）、油包水型（水分散在油中）和多重型三类。界面膜的形成和膜强度是影响乳状液稳定性的主要因素。不同的乳状液稳定性差别较大。从应用角度看，所谓“稳定性”一般是指乳状液中被分散的液滴抗聚结的能力[2]。

中性乳饮料主要以水、牛乳或其他乳蛋白为原料，加入其他风味辅料果汁、茶、植物提取液等，调香配制而成的饮用牛乳，其蛋白质含量均不低于1.0%。中性乳饮料是客观不稳定的分散体系，同时含有由蛋白质形成的悬浮液、由脂肪形成的乳浊液和由糖类、盐类形成的真溶液[3]。在商业产品中，时常发生脂肪上浮、蛋白质沉淀、色素凝聚等问题。

2 导致乳状液失稳的原因

导致乳状液失稳的原因主要有：（1）分层或沉降(creaming or sedimentation)（2）絮凝(flocculation)（3）聚结(coalescence)（4）破乳(demulsification or breakdown)（5）变型或相转变(inversion or phase inversion)（6）熟化(Ostwald ripening)，如下图1所示[4]

图1 乳状液不稳定性的几种表现形式

3 提高乳状液稳定性的几种方法

提高乳状液稳定性的方法有：（1）降低油水表面张力：有一些亲水胶体和乳化剂能起到表面活性剂的作用，可以显著降低的液-液界面的界面张力,使系统的表面吉布斯函数降低,以达到乳化稳定的功能（2）增加水相粘度：如阿拉伯胶和明胶就可以被体系吸附后在界面上形成牢固的界面膜，以阻止或减弱分散的油粒小球发生迁移和聚合。（3）增加液珠界面的电荷：乳化剂负离子定向吸附在油-水界面上，带电的一端指向水，反离子则呈扩散状分布，形成扩散双电层，热力学电势及较厚的双电层表面电荷均匀分配给乳状液中的颗粒，使其相互排斥而形成分散的稳定体系。一般O/W型乳化液中油滴常带负电；反之，在W/O型乳化液中水滴带正电。（4）空间稳定作用：通过吸附聚合物分子，在界面上形成了聚合物的吸附层，吸附层会阻止分散粒子或液滴间的聚结。

3.1 提高界面膜的机械强度

乳化的过程其实也是分散相液滴表面形成界面膜的过程,界面膜的强度和韧性，决定了乳状液稳定性的强弱。

乳化剂的亲水端和疏水端的截面积大小通常不尽相同。它吸附在油-水界面上时，常呈现“大头”向外，“小头”向里的构型，使分散相液滴的面积减小，使界面吉布斯函数降到最低，从而使界面膜愈加牢固。

3.2 位阻稳定作用

作为稳定剂使用的聚合物分子链中要含有两种性能不同的基团，停靠基团A和稳定基团B，停靠基团A：对质点和液滴界面有很强的亲和力，稳定基团B：对溶剂和液滴界面有很强的亲和力。

最有效的聚合物稳定剂通常是具有如下结构的接枝或嵌段共聚物。

一般整个总骨架的分子量MA应大致等于附在A骨架上n个B链的总分子量，即MA=nMB。

4 乳状液稳定性的测定方法

乳状液中分散液滴的大小、分布及其随时间推移的变化决定了稳定性测定方法有：（1）（电子）显微镜如CSLM；（2）光散射法如 TurbiScan的测定；（3）电化学方法 如 ζ-电位的测定；（4）浊度法；（5）超声波速率扫描法。

5 增强乳状液稳定性的方法

尽量减小脂肪球的粒径、提高脂肪球的密度、提高连续相的粘度、构建3维空间网络/微弱凝胶化结构都可以增强乳状液的稳定性。

5.1 新型乳化剂的应用

适应于中性乳饮料的优良乳化剂，应与水相和油相均有较强的亲和力，能对油脂和蛋白质皆有乳化稳定作用。单一的乳化剂比较难达到这种理想状态。一般应将HLB值大的乳化剂和HLB值小的乳化剂进行复配使用。

表1 牛乳和乳饮料中常用的乳化剂及其HLB值

5.2 新型稳定剂/亲水胶体的应用

亲水胶体对乳状液的稳定作用主要通过改变粘度，或在含水的介质中的胶凝作用来实现。亲水胶体还能以高分子无规线团的形式附在胶粒(colloid)表面，起一定的空间稳定作用。

牛乳和乳饮料中可用的新型亲水胶体有：阿拉伯胶、黄蓍胶、刺云豆胶、海藻酸丙二醇酯、葡聚糖硫酸盐和蛋白-多糖梅拉德反应物

5.3 缓冲盐的使用

各种聚磷酸盐、偏磷酸盐和焦磷酸盐对Ca、Mg等金属离子有很强的鳌合作用，利于中性乳饮料保持稳定。

柠檬酸钠可用作pH缓冲剂、鳌合剂使用。可以利用正交试验设计筛选最佳乳化剂/稳定剂/缓冲盐配方。

6 乳状液稳定性达到的目标

乳状液稳定性要达到的长远目标是建立热力学稳定的微乳液体系，微乳液是一种水和油在大量表面活性剂及助表面活性剂（一般为中等链长的醇）存在下，自发形成的透明或半透明的体系。它的分散相质点为球形但半径非常小，通常在10-100nm范围是热力学稳定体系，也即该体系的稳定性不会随着时间推移而变化。因为微乳液具有外观透明，稳定性好，易于制备，粒径小，且均匀等优点，所以在食品和药学领域得到广泛应用。