Under visse betingelser kan to ikke-blandbare væsker, den ene med partikler (dråber eller flydende krystaller) spredt i den anden, danne et system, der kaldes emulsion. Emulsioner anvendes i vid udstrækning i industri- og landbrugsproduktion, i dagligdagen og i fysiologiske fænomener. Emulsion er et termodynamisk ustabilt system, og for at udføre emulgering og få en vis stabilitet i emulsionen skal der tilsættes et tredje stof, der kan reducere grænsefladeenergien, dette stof kaldes emulgator.

Emulgatoren er nøglen til emulsionens stabilitet, for det meste forskellige typer af overfladeaktive stoffer. Det er dog ikke alle overfladeaktive stoffer, der er egnede som emulgatorer, så hvordan man vælger emulgatorer til fremstilling af emulsioner bliver et centralt spørgsmål.

I henhold til de forskellige egenskaber ved olie dispergeret i vand eller vand dispergeret i olie inddeles emulgatorer groft sagt i vand-i-olie (W/O)-type og olie-i-vand (O/W)-type, og emulgeringens stabilitet bestemmes hovedsageligt af balancen mellem hydrofile og lipofile grupper i emulgatorernes molekyler. Denne balance udtrykkes normalt som HLB-værdi. Denne værdi er normalt 1~20, jo tættere på 1 jo mere lipofil, jo tættere på 20 jo mere hydrofil.

Fødevareemulgatorers rolle er hovedsageligt opdelt i tre aspekter: ① reducere grænsefladespændingen mellem olie og vand, fremme emulgering i grænsefladen mellem olie, vand og emulgator for at danne en fasebalance, stabilisering af emulgatorer; ② interaktion med stivelse og protein og andre komponenter for at forbedre fødevarens struktur og reologiske egenskaber; ③ forbedre krystalliseringen af den fede olie.

Oversigt over HLB-værdi for almindeligt anvendte emulgatorer

Handelsnavn

Kinesisk navn

Type

HLB

—

Oliesyre

Anion

1

Span 85

Sorbitantrioleat, vandfri

Ikke-ionisk

1.8

Arlacel 85

Sorbitan trioleat

Ikke-ionisk

1.8

Atlas G-1706

Polyoxyethylen-sorbitol-bivoksderivat

Ikke-ionisk

2

Span 65

Sorbitantristearat, vandfri

Ikke-ionisk

2.1

Arlacel 65

Sorbitan-tristearat

Ikke-ionisk

2.1

Atlas G-1050

Polyoxyethylensorbitanhexastearat

Ikke-ionisk

2.6

Emcol EO-50

Ethylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

2.7

Emcol ES-50

Ethylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

2.7

Atlas G-1704

Polyoxyethylen-sorbitol-bivoksderivat

Ikke-ionisk

3

Emcol PO-50

Propylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

3.4

Atlas G-922

Propylenglykolmonostearat

Ikke-ionisk

3.4

"Ren"

Propylenglykolmonostearat

Ikke-ionisk

3.4

Atlas G-2158

Propylenglykolmonostearat

Ikke-ionisk

3.4

Emcol PS-50

Propylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

3.4

Emcol EL-50

Ethylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

3.6

Emcol PP-50

Propylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

3.7

Arlacel C

Sorbitan sesquioleate, vandfri

Ikke-ionisk

3.7

Arlacel 83

Sorbitan sesquioleate, vandfri

Ikke-ionisk

3.7

AtlasG-2859

Polyoxyethylensorbitan 4,5 oleat

Ikke-ionisk

3.7

Atmul 67

Glycerolmonostearat

Ikke-ionisk

3.8

Atmul 84

Glycerolmonostearat

Ikke-ionisk

3.8

Tegin 515

Glycerolmonostearat

Ikke-ionisk

3.8

Aldo 33

Glycerolmonostearat

Ikke-ionisk

3.8

"Ren"

Glycerolmonostearat

Ikke-ionisk

3.8

Ohlan

Hydroxyleret lanolin

Ikke-ionisk

4

AriasG-1727

Polyoxyethylen-sorbitol-bivoksderivat

Ikke-ionisk

4

Emcol PM-50

Propylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

4.1

Span 80

Sorbitanmonooleat

Ikke-ionisk

4.3

Arlacel 80

Sorbitanmonooleat

Ikke-ionisk

4.3

Atlas G-917

Propylenglykolmonolaurat

Ikke-ionisk

4.5

AtlasG-385l

Propylenglykolmonolaurat

Ikke-ionisk

4.5

EmcolPL-50

Propylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

4.5

Span 60

Sorbitanmonostearat

Ikke-ionisk

4.7

Arlacel 60

Sorbitanmonostearat

Ikke-ionisk

4.7

AtlasG-2139

Diethylenglykolmonooleat

Ikke-ionisk

4.7

Emcol DO-50

Diethylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

4.7

AtlasG-2146

Diethylenglykolmonostearat

Ikke-ionisk

4.7

Emcol DS-50

Diethylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

4.7

Ameroxol OE-2

Polyoxyethylen (2EO) oleylether

Ikke-ionisk

5

AtlasG-1702

Polyoxyethylen-sorbitol-bivoksderivat

Ikke-ionisk

5

Emcol DP-50

Diethylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

5.1

Aldo 28

Glycerolmonostearat

Ikke-ionisk

5.5

Tegin

Glycerolmonostearat

Ikke-ionisk

5.5

Emcol DM-50

Diethylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

5.6

Glukat-SS

Methylglukosid sesquistearat kasein

Ikke-ionisk

6

AtlasG-1725

Polyoxyethylen-sorbitol-bivoksderivat

Ikke-ionisk

6

AtlasG-2124

Diethylenglykolmonolaurat

Ikke-ionisk

6.1

Emcol DL-50

Diethylenglykol-fedtsyreester

Ikke-ionisk

6.1

Glaurin

Diethylenglykolmonolaurat

Ikke-ionisk

6.5

Span 40

Sorbitan monopalmitat

Ikke-ionisk

6.7

Arlacel 40

Sorbitan monopalmitat

Ikke-ionisk

6.7

AtlasG-2242

Polyoxyethylendioleat

Ikke-ionisk

7.5

AtlasG-2147

Tetraethylenglykolmonostearat

Ikke-ionisk

7.7

AtlasG-2140

Tetraethylenglykolmonooleat

Ikke-ionisk

7.7

AtlasG-2800

Polyoxypropylen mannitol dioleat

Ikke-ionisk

8

Atlas G-1493

Polyoxyethylen sorbitan lanolin oliesyre-derivat

Ikke-ionisk

8

Atlas G-1425

Polyoxyethylen sorbitol lanolin-derivat

Ikke-ionisk

8

Atlas G-3608

Polyoxypropylen-stearat

Ikke-ionisk

8

Solulan 5

Polyoxyethylen (5EO) lanolin ether

Ikke-ionisk

8

Span 20

Sorbitan Laurate

Ikke-ionisk

8.6

Arlacel 20

Sorbitan Laurate

Ikke-ionisk

8.6

Emulphor VN-430

Polyoxyethylen-fedtsyre

Ikke-ionisk

8.6

Atbs G-2111

Polyoxyethylen-oxypropylen-oleat

Ikke-ionisk

9

Atlas G-1734

Polyoxyethylen-sorbitol-bivoksderivat

Ikke-ionisk

9

Atlas G-2125

Tetraethylenglykolmonolaurat

Ikke-ionisk

9.4

Brij 30

Polyoxyethylen Lauryl Ether

Ikke-ionisk

9.5

Tween 61

Vandfrit polyoxyethylen (4EO) sorbitanmonostearat

Ikke-ionisk

9.6

Atlas G-2154

Hexaethylenglykolmonostearat

Ikke-ionisk

9.6

Splulan PB-5

Polyoxypropylen (5PO) lanolinether

Ikke-ionisk

10

Tween 81

Polyoxyethylen(5EO)-sorbitanmonooleat

Ikke-ionisk

10

Atlas G-1218

Polyoxyethylenestere af blandede fedtsyrer og harpikssyrer

Ikke-ionisk

10.2

Atlas G-3806

Polyoxyethylene cetyl ether

Ikke-ionisk

10.3

Tween 65

Vandfrit polyoxyethylen (20EO) sorbitantristearat

Ikke-ionisk

10.5

Atlas G-3705

Polyoxyethylen Lauryl Ether

Ikke-ionisk

10.8

Tween 85

Vandfrit polyoxyethylen (20EO) sorbitantrioleat

Ikke-ionisk

11

Atlas G-2116

Polyoxyethylen-oxypropylen-oleat

Ikke-ionisk

11

Atlas G-1790

Polyoxyethylen lanolin-derivat

Ikke-ionisk

11

Atlas G-2142

Polyoxyethylenmonooleat

Ikke-ionisk

11.1

Myrj 45

Polyoxyethylenmonostearat

ikke-ionisk

11.1

Atlas G-2141

Polyoxyethylenmonooleat

Ikke-ionisk

11.4

P.E.G.400 monooleat

Polyoxyethylenmonooleat

Ikke-ionisk

11.4

Atlas G-2076

Polyoxyethylenmonopalmitat

Ikke-ionisk

11.6

S-541

Polyoxyethylenmonostearat

Ikke-ionisk

11.6

P.E.G.400 monostearat

Polyoxyethylenmonostearat

Ikke-ionisk

11.6

Atlas G-3300

Alkarylsulfonat

Anionisk

11.7

–

Triethanolamin oleat

anionisk

12

Ameroxl OE-10

Polyoxyethylen (10EO) oleylether

Ikke-ionisk

12

Atlas G-2127

Polyoxyethylenmonolaurat

Ikke-ionisk

12.8

Igepal CA-630

Polyoxyethylenalkylfenol

Ikke-ionisk

12.8

Solulan 98

Polyoxyethylen (10EO) acetyleret lanolin-derivat

Ikke-ionisk

13

Atlas G-1431

Polyoxyethylen sorbitol lanolin-derivat

Ikke-ionisk

13

Atlas G-1690

Polyoxyethylen alkyl aryl ether

Ikke-ionisk

13

S-307

Polyoxyethylenmonolaurat

Ikke-ionisk

13.1

P.E.G 400 monolurat

Polyoxyethylenmonolaurat

Ikke-ionisk

13.1

Atlas G-2133

Polyoxyethylen Lauryl Ether

Ikke-ionisk

13.1

Atlas G-1794

Polyoxyethylen ricinusolie

Ikke-ionisk

13.3

Emulphor EL-719

Polyoxyethylen Vegetabilsk olie

Ikke-ionisk

13.3

Tween 21

Vandfrit polyoxyethylen (4EO) sorbitanmonolaurat

Ikke-ionisk

13.3

Renex 20

Polyoxyethylenester med fedtsyrer og harpikssyrer

Ikke-ionisk

13.5

Atlas G-1441

Polyoxyethylen sorbitol lanolin-derivat

Ikke-ionisk

14

Solulan C-24

Polyoxyethylen (24EO)-kolesterylether

Ikke-ionisk

14 Solulan PB-20

Solulan PB-20

Polyoxypropylen(20PO) lanolinether

Ikke-ionisk

14

NP10

TX10

Ikke-ionisk

14.5

Atlas G-7596j

Vandfrit polyoxyethylensorbitanmonolaurat

Ikke-ionisk

14.9

Tween 60

Vandfrit polyoxyethylen (20EO) sorbitanmonostearat

Ikke-ionisk

14.9

Ameroxol OE-20

Polyoxyethylen (20EO) oleylether

Ikke-ionisk

15

Glukamat SSE-20

Polyoxyethylen(20EO)methylglucosid sesquioleat

Ikke-ionisk

15 Glucamat

Solulan 16

Polyoxyethylen(16EO)-lanolinether

Ikke-ionisk

15

Solulan 25

Polyoxyethylen(25EO)-lanolinether

Ikke-ionisk

15

Solulan 97

Polyoxyethylen (9EO) acetyleret lanolin-derivat

Ikke-ionisk

15

Tween 80

Vandfrit polyoxyethylen (20EO) sorbitanmonooleat

Ikke-ionisk

15

Myrj 49

Polyoxyethylenmonostearat

Ikke-ionisk

15

Altlas G-2144

Polyoxyethylenmonooleat

Ikke-ionisk

15.1

Atlas G-3915

Polyoxyethylenoleylether

Ikke-ionisk

15.3

Atlas G-3720

Polyoxyethylen-octadecanol

Ikke-ionisk

15.3

Atlas G-3920

Polyoxyethylenoleylalkohol

Ikke-ionisk

15.4

Emulphor ON-870

Polyoxyethylen-fedtalkohol

Ikke-ionisk

15.4

Atlas G-2079

Polyethylenglykolmonopalmitat

Ikke-ionisk

15.5

Tween 40

Polyethylenoxid (20EO) Sorbitanmonopalmitat vandfri

Ikke-ionisk

15.6

Atlas G-3820

Polyoxyethylen Cetyl Alkohol

Ikke-ionisk

15.7

Atlas G-2162

Polyoxyethylen-oxypropylen-stearat

Ikke-ionisk

15.7

Atlas G-1741

Polyoxyethylen sorbitol lanolin-derivat

Ikke-ionisk

16

Myrj 51

Polyoxyethylenmonostearat

Ikke-ionisk

16

Atlas G-7596P

Vandfri sorbitanmonolaurat af polyoxyethylen

Ikke-ionisk

16.3

Atlas G-2129

Polyoxyethylenmonolaurat

Ikke-ionisk

16.3

Atlas G-3930

Polyoxyethylenoleylether

Ikke-ionisk

16.6

Tween 20

Vandfrit polyoxyethylen (20EO) sorbitanmonolaurat

Ikke-ionisk

16.7

Brij 35

Polyoxyethylen Lauryl Ether

Ikke-ionisk

16.9

Myrj 52

Polyoxyethylenmonostearat

Ikke-ionisk

16.9

Myrj 53

Polyoxyethylenmonostearat

Ikke-ionisk

17.9

-Natriumoleat

Natriumoleat

Anionisk

18

Atlas G-2159

Polyoxyethylenmonostearat

Ikke-ionisk

18.8

-Kaliumoleat

Kaliumoleat

Anionisk

20

Atlas G-263

Natrium N-hexadecyl-N-ethylmorpholinoethylsulfat

Kationisk

25-30

Texapon K-12

Rent natriumlaurylsulfat

Anionisk

40

HLB-værdi og valg af den optimale emulgator[1].

Hver emulgator har en specifik HLB-værdi, og det er ofte vanskeligt for en enkelt emulgator at opfylde kravene til emulgering i et flerkomponentsystem. Normalt blandes en række emulgatorer med forskellige HLB-værdier sammen for at danne en hybridemulgator, som ikke kun kan opfylde kravene til komplekse systemer, men også i høj grad forbedre emulgeringseffekten. For at emulgere et olie-vand-system kan følgende trin tages for at vælge den bedste emulgator.

I. Bestemmelse af optimal HLB-værdi for olie-vand-system

Vælg et par emulgatorer med store forskelle i HLB-værdier, for eksempel Span-60 (HLB = 4,3) og Tween-80 (HLB = 15), formuleret til en række blandede emulgatorer med forskellige HLB-værdier i forskellige proportioner, og brug derefter denne serie af blandede emulgatorer til at lave en række emulsioner fra et specificeret olie-vand-system. Emulgeringseffektiviteten for hver emulsion (kan repræsenteres af emulsionens stabilitetstid, kan også repræsenteres af andre stabile egenskaber) og den beregnede HLB for den blandede emulgator, graf, en klokkeformet kurve og kurven med den højeste top af den tilsvarende HLB-værdi, der emulgerer det specificerede system med den krævede HLB-værdi.

Det er klart, at den mest passende HLB-værdi kan opnås ved at bruge en blandet emulgator, men denne emulgator er muligvis ikke den bedste effektivitet. En emulgators effektivitet betyder, at den koncentration af emulgator, der kræves for at stabilisere den specificerede emulsion, er den laveste og billigste. Den emulgator, der er dyr, men kræver meget lavere koncentration, kan også være mere effektiv end den emulgator, der er billigere og mere koncentreret.

II. Bestemmelse af emulgator

Under forudsætning af, at den krævede HLB-værdi for det valgte emulgeringssystem opretholdes, udvælges og blandes flere par emulgatorer, så HLB-værdien for hver blandet emulgator er den værdi, der er bestemt ved ovenstående metode. Det specificerede system emulgeres med disse emulgatorer, stabiliteten måles, og emulgeringseffektiviteten sammenlignes, indtil det mest effektive emulgatorpar er fundet.

Det er værd at bemærke, at emulgatorernes koncentration ikke er nævnt her, men det påvirker ikke denne udvælgelsesmetode, da HLB-værdien, der kræves for at fremstille en stabil emulsion, ikke har meget at gøre med emulgatorernes koncentration. Det er i området med ustabil emulsion, når emulgatorkoncentrationen er meget lav, eller koncentrationen af den indre fase er for høj, at denne metode påvirkes [2].

Når man vælger en emulgator ved hjælp af HLB-metoden, skal man ikke kun tage hensyn til den optimale HLB-værdi, men også til emulgatorens affinitet til den dispergerede fase og dispergeringsmediet. En ideel emulgator bør ikke kun have en stærk affinitet med oliefasen, men også have en stærk affinitet med vandfasen.

Ved at blande en emulgator med en lille HLB-værdi med en emulgator med en stor HLB-værdi, dannes der en blandet film med en stærk affinitet til både oliefasen og vandfasen, som kan tage sig af begge krav på samme tid. Derfor er brugen af blandede emulgatorer mere effektiv end brugen af en enkelt emulgator.

For at opsummere er metoden til at bestemme emulgatorformlen, der kræves til emulgering af et specificeret system, at vælge et par emulgatorer vilkårligt, ændre blandingsforholdet inden for et bestemt område og derefter ændre typerne og forholdene for de sammensatte emulgatorer for at få den højeste HLB-værdi, men stadig nødt til at opretholde den krævede HLB-værdi, indtil den højeste effektivitet af den sammensatte emulgator er fundet.

Ved fremstilling af stabiliserede emulsioner er valget af den bedst egnede emulgator til at opnå den bedste emulgeringseffekt det centrale spørgsmål. Der findes ingen perfekt teori for valg af emulgatorer.

Overfladeaktive stoffers HLB-værdi har stor værdi ved valg af emulgatorer og bestemmelse af doseringen af sammensatte emulgatorer, og dens fordel afspejles hovedsageligt i dens additivitet, som kan beregnes enkelt; problemet er, at der ikke tages højde for andre faktorer i HLB-værdien, især temperaturens indflydelse, som er særlig fremtrædende i de nonioniske emulgatorer med stor dosering i de senere år.

Derudover kan HLB-værdien kun nogenlunde forudsige den type emulsion, der skal dannes, og kan ikke give koncentrationen af emulgator på tidspunktet for optimal emulgering, og den kan heller ikke forudsige stabiliteten af den resulterende emulsion. Derfor er det en mere effektiv metode at anvende HLB-værdien til at vælge emulgatorer, men den har også visse begrænsninger og skal anvendes i kombination med andre metoder i praktiske anvendelser.