在20世纪60年代开始,人们就逐渐重视安全的表面活性剂使用研究,加强了乳化剂在食品、化妆品、医药、化工、工程、材料等工业的研究应用,并且逐渐开发出山梨酸醇脂肪酸酯类、磷脂类、糖脂类乳化剂等新型无毒乳化剂。乳化剂在饲料工业中的运用,最早可以追溯到上世纪50年代,随着动物脂肪使用的增加,乳化剂也逐渐被人们认识和使用。本文就乳化剂的分类、作用机理及在畜禽饲料中的应用研究进展进行了综述,旨在普及乳化剂应用认知,推进乳化剂在饲料工业中的应用研究及推广。
1.1乳化剂的定义
两种原本互不相溶的液体相互分散于另一方中而互相混合成为均匀状态形成乳化液的过程为乳化作用。乳浊液由流动相(continuous phase)和固定相(discontinuousphase)组成。乳化剂(emulsi⁃fier)是乳浊液的稳定剂,是一类表面活性剂,能促使流动相和固定相形成稳定乳浊液的物质,是一类具有亲水基和亲油基的表面活性剂。
1.2 乳化剂的分类
乳化剂从来源上可分为天然乳化剂和人工合成乳化剂两大类;按其乳化后在两相中形成的体系又可分为水包油(oil in water,O/W)型和油包水(waterin oil,W/O)型两类;按其存在状态可以分为液体和固体两类;按其在水中的解离状态可以分为离子型和非离子型乳化剂,离子型乳化剂依据其所带电荷不同又可分为阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂和两性离子型乳化剂。
2.1乳液形成机理
乳化剂是表面活性剂的一种,其在化学结构上一般都由极性基团和非极性基团两部分构成。其结构上极性基团具有亲水性质,易溶于水,故谓亲水基,非极性基团具有亲油性质,易溶于油,故谓亲油基。在油-水两相体系中加入乳化剂后,亲水基和亲油基分别和水、油结合,降低了两相界面的表面张力。根据吉布斯吸附定理(Gibbs-adsorption theorem),乳化剂需在相界面上形成界面膜,降低表面张力。界面膜有一定强度,可以阻止由于布朗运动、热对流或机械搅拌引起液滴的碰撞而诱发的液滴聚结,对液滴起机械保护作用。另外,由于吸附和摩擦作用使液滴带电荷,带电液滴在界面的两侧形成双电层结构,由于双电层的排斥作用降低了液滴的接近频率,从而减少了液滴接触导致的液滴聚结几率,提高了乳化液的稳定性,而且当乳化剂达到一定浓度时,会形成胶束,使乳液更加稳定。简单来讲,乳液形成可以用三个机理来描述:
①界面吸附:乳化剂在水-油两相界面发生富集的现象,可分为物理吸附和化学吸附两种类型。物理吸附主要是分子引力或静电引力,吸附过程选择性差、作用力小且易于解离;化学吸附则比较稳定。
②定向排列:乳化剂分子在水-油两相界面插入内相中,形成致密排列的现象。由此可见,乳化效果和剂量有很大关系,在当乳化剂使用量不足时,就有可能影响其形成最紧密定向排列,两相可以接触碰撞可产生聚集收缩作用,乳浊液不稳定最后出现油水分层现象。
③胶束形成:乳化剂在水-油两相界面吸附、定向排列的过程中,逐渐形成各种胶束。乳化剂以单一分子状态溶于水时,亲水基团的亲水力大于亲油基团与水的相斥力,故被水相包围。当乳化剂分子持续增加时,乳化剂分子吸附于界面并逐渐定向排列成单分子膜,亲油基团相互靠拢形成球状胶束。
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