При определенных условиях две несмешивающиеся жидкости, одна с частицами (капельками или жидкими кристаллами), диспергированными в другой, образуют систему, называемую эмульсией. Эмульсии широко используются в промышленном и сельскохозяйственном производстве, повседневной жизни и физиологических явлениях. Эмульсия является термодинамически неустойчивой системой, для того чтобы осуществить эмульгирование и получить определенную стабильность эмульсии, добавляют третье вещество, способное снизить межфазную энергию, это вещество называется эмульгатором.

Эмульгатор - это ключ к стабильности эмульсии, в основном это различные типы поверхностно-активных веществ. Однако не все поверхностно-активные вещества подходят в качестве эмульгаторов, поэтому выбор эмульгаторов при приготовлении эмульсий становится ключевым вопросом.

В соответствии с различными свойствами масла, диспергированного в воде, или воды, диспергированной в масле, эмульгаторы условно делятся на тип "вода в масле" (W/O) и тип "масло в воде" (O/W), а стабильность эмульгирования в основном определяется балансом гидрофильных и липофильных групп в молекулах эмульгаторов. Этот баланс обычно выражается как значение HLB. Это значение обычно составляет 1~20, чем ближе к 1, тем больше липофильных групп, чем ближе к 20, тем больше гидрофильных.

Роль пищевых эмульгаторов в основном делится на три аспекта: ① снижение межфазного натяжения масло - вода, содействие эмульгированию, на границе раздела масло - вода - эмульгатор образуется фазовое равновесие, стабилизация эмульгаторов; ② взаимодействие с крахмалом, белком и другими компонентами для улучшения структуры и реологических свойств пищи; ③ улучшение кристаллизации жирного масла.

Краткое описание HLB-значения широко используемых эмульгаторов

Торговое название

Китайское имя

Тип

HLB

—

Олеиновая кислота

Анион

1

Размах 85

Сорбитан триолеат, безводный

Неионные

1.8

Арлацель 85

Триолеат сорбитана

Неионные

1.8

Atlas G-1706

Полиоксиэтилен сорбитол производное пчелиного воска

Неионные

2

Размах 65

Сорбитан тристеарат, безводный

Неионные

2.1

Арлацель 65

Сорбитан тристеарат

Неионные

2.1

Atlas G-1050

Полиоксиэтилен сорбитан гексастеарат

Неионные

2.6

Эмкол EO-50

Эстер жирных кислот этиленгликоля

Неионные

2.7

Emcol ES-50

Эфир жирных кислот этиленгликоля

Неионные

2.7

Atlas G-1704

Полиоксиэтилен сорбитол производное пчелиного воска

Неионные

3

Эмкол PO-50

Эфир жирных кислот пропиленгликоля

Неионные

3.4

Atlas G-922

Моностеарат пропиленгликоля

Неионные

3.4

"Чистый"

Моностеарат пропиленгликоля

Неионные

3.4

Atlas G-2158

Моностеарат пропиленгликоля

Неионные

3.4

Emcol PS-50

Эфир жирных кислот пропиленгликоля

Неионные

3.4

Emcol EL-50

Эфир жирных кислот этиленгликоля

Неионные

3.6

Emcol PP-50

Эфир жирных кислот пропиленгликоля

Неионные

3.7

Арласель C

Сорбитан сесквиолеат, безводный

Неионные

3.7

Арлацель 83

Сорбитан сесквиолеат, безводный

Неионные

3.7

AtlasG-2859

Полиоксиэтилен сорбитан 4,5 олеат

Неионные

3.7

Атмул 67

Моностеарат глицерина

Неионные

3.8

Атмул 84

Моностеарат глицерина

Неионные

3.8

Тегин 515

Моностеарат глицерина

Неионные

3.8

Альдо 33

Моностеарат глицерина

Неионные

3.8

"Чистый"

Моностеарат глицерина

Неионные

3.8

Олан

Гидроксилированный ланолин

Неионные

4

AriasG-1727

Полиоксиэтилен сорбитол производное пчелиного воска

Неионные

4

Emcol PM-50

Эфир жирных кислот пропиленгликоля

Неионные

4.1

Размах 80

Сорбитан моноолеат

Неионные

4.3

Арлацель 80

Сорбитан моноолеат

Неионные

4.3

Atlas G-917

Монолаурат пропиленгликоля

Неионные

4.5

AtlasG-385l

Монолаурат пропиленгликоля

Неионные

4.5

EmcolPL-50

Эфир жирных кислот пропиленгликоля

Неионные

4.5

Размах 60

Сорбитан моностеарат

Неионные

4.7

Арлацель 60

Сорбитан моностеарат

Неионные

4.7

AtlasG-2139

Моноолеат диэтиленгликоля

Неионные

4.7

Эмкол DO-50

Эфир жирных кислот диэтиленгликоля

Неионные

4.7

AtlasG-2146

Моностеарат диэтиленгликоля

Неионные

4.7

Emcol DS-50

Эфир жирных кислот диэтиленгликоля

Неионные

4.7

Амероксол ОЕ-2

Полиоксиэтилен (2EO) олеиловый эфир

Неионные

5

AtlasG-1702

Полиоксиэтилен сорбитол производное пчелиного воска

Неионные

5

Emcol DP-50

Эфир жирных кислот диэтиленгликоля

Неионные

5.1

Альдо 28

Моностеарат глицерина

Неионные

5.5

Тегин

Моностеарат глицерина

Неионные

5.5

Эмкол DM-50

Эфир жирных кислот диэтиленгликоля

Неионные

5.6

Глюкат-SS

Метил глюкозид сесквистеарат казеина

Неионные

6

AtlasG-1725

Полиоксиэтилен сорбитол производное пчелиного воска

Неионные

6

AtlasG-2124

Монолаурат диэтиленгликоля

Неионные

6.1

Emcol DL-50

Эфир жирных кислот диэтиленгликоля

Неионные

6.1

Глаурин

Монолаурат диэтиленгликоля

Неионные

6.5

Размах 40

Сорбитан монопальмитат

Неионные

6.7

Арлацель 40

Сорбитан монопальмитат

Неионные

6.7

AtlasG-2242

Полиоксиэтилендиолеат

Неионные

7.5

AtlasG-2147

Моностеарат тетраэтиленгликоля

Неионные

7.7

AtlasG-2140

Тетраэтиленгликоль моноолеат

Неионные

7.7

AtlasG-2800

Полиоксипропилен маннитол диолеат

Неионные

8

Atlas G-1493

Полиоксиэтилен сорбитан ланолин производное олеиновой кислоты

Неионные

8

Atlas G-1425

Полиоксиэтилен сорбитол ланолин производное

Неионные

8

Atlas G-3608

Полиоксипропилен стеарат

Неионные

8

Солулан 5

Полиоксиэтилен (5EO) ланолиновый эфир

Неионные

8

Размах 20

Сорбитан лаурат

Неионные

8.6

Арлацель 20

Сорбитан лаурат

Неионные

8.6

Эмульфор VN-430

Полиоксиэтилен жирной кислоты

Неионные

8.6

Atbs G-2111

Полиоксиэтилен оксипропилен олеат

Неионные

9

Атлас G-1734

Полиоксиэтилен сорбитол производное пчелиного воска

Неионные

9

Atlas G-2125

Тетраэтиленгликоль монолаурат

Неионные

9.4

Бридж 30

Полиоксиэтилен лауриловый эфир

Неионные

9.5

Твин 61

Полиоксиэтилен (4EO) сорбитан моностеарат безводный

Неионные

9.6

Atlas G-2154

Моностеарат гексаэтиленгликоля

Неионные

9.6

Splulan PB-5

Полиоксипропиленовый (5PO) ланолиновый эфир

Неионные

10

Твин 81

Полиоксиэтилен(5EO) сорбитан моноолеат

Неионные

10

Atlas G-1218

Полиоксиэтиленовые эфиры смешанных жирных кислот и смоляных кислот

Неионные

10.2

Atlas G-3806

Полиоксиэтилен цетиловый эфир

Неионные

10.3

Твин 65

Полиоксиэтилен (20EO) сорбитан тристеарат безводный

Неионные

10.5

Atlas G-3705

Полиоксиэтилен лауриловый эфир

Неионные

10.8

Твин 85

Полиоксиэтилен (20EO) Сорбитан Триолеат Безводный

Неионные

11

Atlas G-2116

Полиоксиэтилен оксипропилен олеат

Неионные

11

Atlas G-1790

Производное полиоксиэтиленланолина

Неионные

11

Atlas G-2142

Полиоксиэтилен моноолеат

Неионные

11.1

Мирдж 45

Полиоксиэтилен моностеарат

неионный

11.1

Atlas G-2141

Полиоксиэтилен моноолеат

Неионные

11.4

Моноолеат P.E.G.400

Полиоксиэтилен моноолеат

Неионные

11.4

Atlas G-2076

Полиоксиэтилен монопальмитат

Неионные

11.6

S-541

Полиоксиэтилен моностеарат

Неионные

11.6

Моностеарат P.E.G.400

Полиоксиэтилен моностеарат

Неионные

11.6

Atlas G-3300

Алкарилсульфонат

Анионный

11.7

–

Триэтаноламин олеат

анионный

12

Амероксл ОЕ-10

Полиоксиэтилен (10EO) олеиловый эфир

Неионные

12

Atlas G-2127

Полиоксиэтилен монолаурат

Неионные

12.8

Igepal CA-630

Полиоксиэтиленалкилфенол

Неионные

12.8

Солулан 98

Полиоксиэтилен (10EO) ацетилированное производное ланолина

Неионные

13

Atlas G-1431

Полиоксиэтилен сорбитол ланолин производное

Неионные

13

Atlas G-1690

Полиоксиэтилен алкил ариловый эфир

Неионные

13

S-307

Полиоксиэтилен монолаурат

Неионные

13.1

P.E.G 400 монолурат

Полиоксиэтилен монолаурат

Неионогенные

13.1

Atlas G-2133

Полиоксиэтилен лауриловый эфир

Неионные

13.1

Атлас G-1794

Полиоксиэтиленовое касторовое масло

Неионные

13.3

Эмульфор EL-719

Полиоксиэтилен Растительное масло

Неионные

13.3

Твин 21

Полиоксиэтилен (4EO) Сорбитан монолаурат безводный

Неионные

13.3

Ренекс 20

Полиоксиэтиленовый эфир с жирными кислотами и смоляными кислотами

Неионные

13.5

Atlas G-1441

Полиоксиэтилен сорбитол ланолин производное

Неионные

14

Солулан С-24

Полиоксиэтилен (24EO) холестериловый эфир

Неионные

14 Solulan PB-20

Солулан PB-20

Полиоксипропилен(20PO) ланолиновый эфир

Неионные

14

NP10

TX10

Неионогенные

14.5

Atlas G-7596j

Полиоксиэтилен сорбитан монолаурат безводный

Неионные

14.9

Твин 60

Полиоксиэтилен (20EO) сорбитан моностеарат безводный

Неионные

14.9

Амероксол ОЕ-20

Полиоксиэтилен (20EO) олеиловый эфир

Неионные

15

Глюкамат SSE-20

Полиоксиэтилен(20EO)метил глюкозид сесквиолеат

Неионные

15 Глюкамат

Солулан 16

Полиоксиэтилен(16EO) ланолиновый эфир

Неионные

15

Солулан 25

Полиоксиэтилен(25EO) ланолиновый эфир

Неионные

15

Солулан 97

Полиоксиэтилен (9EO) ацетилированное производное ланолина

Неионные

15

Твин 80

Полиоксиэтилен (20EO) Сорбитан моноолеат безводный

Неионные

15

Мирдж 49

Полиоксиэтилен моностеарат

Неионные

15

Altlas G-2144

Полиоксиэтилен моноолеат

Неионные

15.1

Atlas G-3915

Полиоксиэтилен олеиловый эфир

Неионные

15.3

Atlas G-3720

Полиоксиэтилен октадеканол

Неионные

15.3

Atlas G-3920

Полиоксиэтилен олеиловый спирт

Неионные

15.4

Эмульфор ON-870

Полиоксиэтилен жирного спирта

Неионные

15.4

Atlas G-2079

Монопальмитат полиэтиленгликоля

Неионные

15.5

Твин 40

Оксид полиэтилена (20EO) Сорбитан монопальмитат безводный

Неионные

15.6

Atlas G-3820

Полиоксиэтилен цетиловый спирт

Неионные

15.7

Atlas G-2162

Полиоксиэтилен оксипропилен стеарат

Неионные

15.7

Атлас G-1741

Полиоксиэтилен сорбитол ланолин производное

Неионные

16

Мирдж 51

Полиоксиэтилен моностеарат

Неионные

16

Atlas G-7596P

Полиоксиэтилен безводный сорбитан монолаурат

Неионные

16.3

Atlas G-2129

Полиоксиэтилен монолаурат

Неионные

16.3

Atlas G-3930

Полиоксиэтилен олеиловый эфир

Неионные

16.6

Твин 20

Полиоксиэтилен (20EO) Сорбитан монолаурат безводный

Неионные

16.7

Бридж 35

Полиоксиэтилен лауриловый эфир

Неионные

16.9

Мирдж 52

Полиоксиэтилен моностеарат

Неионные

16.9

Мирдж 53

Полиоксиэтилен моностеарат

Неионные

17.9

-Олеат натрия

Олеат натрия

Анионный

18

Atlas G-2159

Полиоксиэтилен моностеарат

Неионные

18.8

-Олеат калия

Олеат калия

Анионный

20

Атлас G-263

Натрия N-гексадецил-N-этилморфолиноэтилсульфат

Катионный

25-30

Тексапон К-12

Чистый лаурилсульфат натрия

Анионный

40

Значение HLB и выбор оптимального эмульгатора[1]

Каждый эмульгатор имеет определенное значение HLB, и зачастую одному эмульгатору трудно удовлетворить требования к эмульгированию многокомпонентных систем. Обычно различные эмульгаторы с разными значениями HLB смешивают вместе, чтобы получить гибридный эмульгатор, который может не только удовлетворить требования сложных систем, но и значительно улучшить эффект эмульгирования. Для эмульгирования системы масло-вода можно предпринять следующие шаги, чтобы выбрать лучший эмульгатор.

I. Определение оптимального значения HLB для системы масло-вода

Выберите пару эмульгаторов с большой разницей в значениях HLB, например, Span-60 (HLB = 4,3) и Tween-80 (HLB = 15), сформулируйте серию смешанных эмульгаторов с различными значениями HLB в различных пропорциях, а затем используйте эту серию смешанных эмульгаторов для создания серии эмульсий из заданной системы масло-вода. Эффективность эмульгирования каждой эмульсии (может быть представлена временем стабильности эмульсии, также может быть представлена другими стабильными свойствами), и рассчитанный HLB смешанного эмульгатора, график, колоколообразная кривая, и кривая с самым высоким пиком соответствующего значения HLB, которая эмульгирует указанную систему с требуемым значением HLB.

Очевидно, что наиболее подходящее значение HLB может быть получено при использовании смешанного эмульгатора, но этот эмульгатор может быть не самым эффективным. Эффективность эмульгатора означает, что концентрация эмульгатора, необходимая для стабилизации заданной эмульсии, является самой низкой и самой дешевой. Дорогой, но требующий гораздо меньшей концентрации эмульгатор также может быть более эффективным, чем более дешевый и более концентрированный эмульгатор.

II. Определение эмульгатора

Исходя из необходимости поддержания требуемого значения HLB выбранной системы эмульгирования, подбирают несколько пар эмульгаторов и смешивают их таким образом, чтобы значение HLB каждого смешанного эмульгатора было равно значению, определенному вышеописанным методом. Указанную систему эмульгируют этими эмульгаторами, измеряют стабильность и сравнивают эффективность эмульгирования до тех пор, пока не будет найдена наиболее эффективная пара эмульгаторов.

Стоит отметить, что концентрация эмульгаторов здесь не упоминается, но это не влияет на данный метод выбора, поскольку значение HLB, необходимое для приготовления стабильной эмульсии, имеет мало общего с концентрацией эмульгаторов. Именно в области нестабильности эмульсии, когда концентрация эмульгатора очень низкая или концентрация внутренней фазы слишком высока, этот метод оказывает влияние [2].

При выборе эмульгатора по методу HLB следует учитывать не только оптимальное значение HLB, но и сродство эмульгатора к дисперсной фазе и дисперсионной среде. Идеальный эмульгатор должен обладать не только сильным сродством к масляной фазе, но и сильным сродством к водной фазе.

При смешивании эмульгатора с малым значением HLB с эмульгатором с большим значением HLB образуется смешанная пленка, обладающая сильным сродством как к масляной, так и к водной фазе, что позволяет одновременно удовлетворить оба требования. Поэтому использование смешанных эмульгаторов более эффективно, чем использование одного эмульгатора.

Таким образом, метод определения формулы эмульгатора, необходимого для эмульгирования заданной системы, заключается в произвольном выборе пары эмульгаторов, изменении соотношения смешивания в определенном диапазоне, а затем изменении типов и соотношений составных эмульгаторов для получения наибольшего значения HLB, но при этом необходимо поддерживать требуемое значение HLB, пока не будет найдена наибольшая эффективность составного эмульгатора.

При приготовлении стабилизированных эмульсий ключевым вопросом является выбор наиболее подходящего эмульгатора для достижения наилучшего эффекта эмульгирования. Идеальной теории выбора эмульгаторов не существует.

Значение HLB поверхностно-активных веществ имеет большое значение при выборе эмульгаторов и определении дозировки сложных эмульгаторов, и его преимущество в основном отражается в его аддитивности, которая может быть просто рассчитана; проблема в том, что другие факторы не учитываются при определении значения HLB, особенно влияние температуры, которое особенно заметно в неионных эмульгаторах с большой дозировкой в последние годы.

Кроме того, значение HLB может лишь приблизительно предсказать тип образующейся эмульсии, не может указать концентрацию эмульгатора в момент оптимального эмульгирования и не может предсказать стабильность полученной эмульсии. Таким образом, применение значения HLB для выбора эмульгаторов является более эффективным методом, но он также имеет определенные ограничения и в практическом применении должен использоваться в сочетании с другими методами.