12.5.3.1 乳化的基本方法与操作原则
(1) 乳化的基本方法 乳化液形成的方法基本上可以分为凝聚法和分散法两种。
① 凝聚法：凝聚法是将成分子状态分散的液体凝聚成适当大小的液滴的方法。例 如，把油酸在酒精中溶解成分子状态，然后加到大量的水中并不断搅拌。则油酸分子将凝 聚析出而成乳化分散物。此外，将液体A先在另一液体B中溶解成过饱和溶液，然后此 过饱和溶液在一定条件下被破坏，就可获得乳化分散物。例如，A在B中的溶液，当温度 低时，A在B中的溶解度将随之降低，A分子将凝集而成白色浑浊物析出。当然除冷却法 外，也可采用浓缩方法。
② 分散法： 分散法是将一种液体加到另一种液体中同时进行强烈搅拌而生成乳化 分散物的方法。这是以机械力强制作用使之分散的方法。工业上主要应用此法。
分散过程是大液滴群不断分裂为微粒群的过程。当球形液滴进一步微粒化时，圆球形将 首先变成椭圆形，再变成圆柱形。到一定圆柱长度就成为不稳定状态，进而断裂一分为二。
乳化所采用的机械力，通常除搅拌外，还有采用如均质机和胶体磨等强力机械。然 而，即使采用强力机械进行微粒化，因本身形成的分散液滴能很快并合，所以也不可能分 散为大量的极细微粒。
食品工业所要求的乳化液，其乳化微粒有一定的细度，并用均质法改善其稳定性，而 且要求分散相浓度很高。所以微粒化时不仅要使用强烈的机械力，一般还要用乳化剂和 稳定剂。
制造乳化液所采用的分散法，主要有如下几种：
① 机械强制分散法： 简单地将两种不相溶液体混合起来，一般不会自动形成乳化 液，但借助于机械作用，如搅拌等，可以形成分散的乳化液。但一般的搅拌作用得到的乳 化液的稳定性往往不会很好，尤其在食品生产中，更是如此。原因是，乳化剂的量相对较 少，普通机械搅拌的微粒化程度有限。因此，通常只有通过更进一步的均质化作用，才可 以使原来稳定性不高的乳化液在稳定性方面得到改善。这种方法的基本原理，是通过机 械力使一相分散于另一相，同时利用乳化剂的作用，在生成的内、外相界面上形成起稳定 作用的膜，最后形成比较稳定的乳化液系统。
机械强制分散法是食品工业中制取乳化液制品的主要方法之一。均质机、胶体磨都 有很大的剪切力，很适合于用来制取流动性较好的乳化体系。流动性不良的乳化体系的 形成，也可以通过机械强制分散法制取。在这种情况下，所使用的机械往往不一定有很 高的转速或压力，但同样会产生很大的剪切力。例如，斩拌机可以将肥肉切碎分散到瘦 肉浆中，形成以肉糜形式出现的乳化体系。
② 同时乳化法： 是由混合两相而产生乳化力的方法。例如，先将脂肪酸和碱分别溶 解于油相和水相，然后将其混合并搅拌从而在界面上形成乳化剂而进行乳化。由于组成 乳化剂的成分事先完全溶解，故所得的是较均匀的乳化液。
③ 转相法： 如前所述，要制取O/W型乳化液时，应先将乳化剂溶解于油相。然后每 次加少量水，最初成为均匀的W/O型乳化液。加水到接近转相点时，进行充分搅拌。及 至完全转变成转相物之后，加入余下的水稀释到所要求的乳化液。如果制取的是W/O 型，则过程相反。人造奶油的制造也有采用此法。
④ 浆体法： 例如，制造O/W型乳化物时，在少量的水中加入全部乳化剂，然后每次 加少量油，制成非常黏稠的浆体。经充分搅拌，使油相成微滴分散后，将其加入全部的水 相中进行稀释，此法操作要点与转相法相似。
⑤ 自然乳化法： 以乳化时不要求强烈搅拌为特点的方法。将乳化剂全部溶解于欲 乳化的油相中，将其加入水中，不经搅拌而发生乳化作用。此法必须在所选择的乳化剂极 易溶于油相，而水相和油相之间的界面张力非常小的场合方为有效。
上述方法为乳化的基本方法，在实际应用上可根据不同要求将几种方法加以组合或 做一定的改变。
(2) 乳化操作的基本原则 要成功地制备乳化液，需要从两方面考虑，一是要有合 理、正确的乳化液类型，二是所需类型的乳化液的制取是否容易实现，即所制备到的乳化 液是否稳定。
① 乳化液类型方面考虑： 正确乳化液形式的形成主要与乳化剂种类和两相的体积 分数有关。乳化剂的HLB值对选择适当的乳化剂制备所需形式的乳化液有一定程度的 参考作用。一般而言，相体积分数对形成乳化液的形式有影响，体积大的相易形成外相， 体积分数超过50%的相，很难产生以此相为内相的乳化液。但也有例外，如前面提到的 蛋黄酱就是一个例子。
在制备乳化液时，要注意防止空气的混入。例如，采用机械的分散力时，空气混入对 乳化液有特别严重的影响。使用乳化剂，不仅油相和水相的界面张力降低，空气和水相的 界面张力(即表面张力)也同时降低，这样，乳化液就会出现不希望有的气泡。因此，必要 时，应该在真空条件下进料或操作。
② 乳化液稳定性方面考虑： 一般说来，提高温度往往有利于乳化实现，因为温度升 高可使界面张力降低。但提高温度也同时意味着黏度降低，黏度的降低有时可以导致出 现转相行为，得到不希望的乳化液类型。因此，必须根据具体的产品规定乳化的温度。温 度上限要根据原料的热敏性而定。通常乳制品的乳化温度可高达70℃，而许多蛋黄制品 在较低的温度下乳化。
乳化剂的用量和处理方式也对乳化液的类型和稳定性有很大的影响。乳化剂的用量 不能少，否则不足以将新生成的分散相液滴完全包起来，或者不能形成稳定乳化液所需的 由乳化剂构成的完整的界面结构，从而使乳化液在稳定性方面受到影响。乳化剂的处理 也是同一个道理。一般乳化剂，自身就存在一个分散与溶解的问题。同样量的乳化剂，如 果得不到充分的分散化或溶解，等于降低加入的乳化剂的有效量。
在以搅拌分散方式制备乳化液的场合，机械力给于液体以流速而使之分散，但它也使 已形成的分散液滴得到碰撞和并合的机会。乳化液每每在搅拌时，液滴并合超过分散而 显现分离的倾向。乳化只有在分散速度超过并合速度时才有效。因此，必须对搅拌的速 度与形式加以注意。
12.5.3.2 乳化设备及系统
上面已经提到，工业生产中，乳化液的制备多用分散法，即以机械力为主进行乳化分 散的方法。能使两种不相溶液体发生一相分散成为内相，另一相成为外相，或者使一种粗 分散的乳化液的内相进一步微粒化的设备，都可以称为乳化设备。乳化设备可以分为基 本的和多功能的，就基本的乳化设备而言，都是一些在其他单元操作也可使用的设备，而 多功能的乳化设备，则主要用于乳化操作。
(1) 基本的乳化设备 常见的用于制备流动性较好的乳化液的乳化器械有高速搅拌 器、均质机、胶体磨、超声波乳化器等;用于高黏度或半固体性物料乳化操作的设备可有各 种类型的捏和机、斩拌机、刮板式热交换器。这些设备的工作原理，可参见本节相关内容。 不管这些设备在结构或作用方式上有多大的差别，但用于乳化时的功能都是一样的：即将 分散相破碎或剪切成更小的分散体，并使乳化剂在新形成的分散相液滴表面形成乳化膜， 从而得到稳定的乳化液。
图12-75 多功能乳化设备
1、11-液体、固体进料口 2-风味剂加入口 3、4-液体进料口 5-管式胶体磨 6-锚式刮板搅拌器 7-溶解搅拌器 8-真空管口 9-刮板 10-夹层 12-出料口
(2) 多功能乳化设备 上述基本乳 化设备只起一个单一的分散乳化作用。 但从上面的乳化操作原理的讨论可知， 要成功地制备乳化产品，还与诸多因素 有关。因此，一些专用于生产乳化液制 品的设备，可具备多种功能。
图12-75所示为一种典型的多功能 乳化设备。这种设备考虑到多种因素设 计而成，总体上看是一种夹层式搅拌缸。 夹层可以通蒸汽或冷水对缸内物料进行 加热或冷却，以适应不同产品乳化温度 的需要。
缸内有两个搅拌器，大的是锚式的， 锚桨上带有交叉排列的刮板，因此又可 以说是一种刮板式热交换器，可以用于 某些乳化产品的冷却处理。因为冷却往往会使产品流动性降低，如果没有这种刮板，产 品会黏附在壁面，就不能进行冷却条件下的乳化操作。此外，从缸底进入的粉体物料，也 可以在刮板的作用下，马上分散到液体中，不会出现从上面加入仍浮在上面得不到充分浸 润而自抱成团、分散不匀的现象。另一个小的搅拌器是溶解搅拌器。
此设备的独特之处是配了一只管式的胶体磨，胶体磨的转子与定子是锥形的，转、定 子的研磨面上有齿沟槽。料液是通过胶体磨下面装在套管中的螺旋自下而上输送上来 的。此外，这种螺旋体与胶体磨一起构成了第三个搅拌动力。
为了防止原料由缸外带入空气，破坏乳化产品的性状，此设备可以在真空条件下进料 和进行乳化操作。设备上方设有一个真空管口，液料和粉体可以在缸内的真空状态下，通 过缸底进口，利用真空吸入缸内。当然，如果不抽真空，液态的两相也可以通过缸上的进 口进入。在缸的左下侧，有一个锥形的小斗，可以供加入香料或微量成分用。成品可以通 过下部的出口流出。如果黏度太大，靠重力流动效果不好的话，还可以通过压缩空气将物 料从缸内压出。另外，如果在后期经过冷却处理(如人造奶油)后，原为流动性的乳化液变 成了塑性体，这时，还可以将缸的法兰上的螺栓松开，使整个缸体与缸盖分开，并使缸体倾 斜，成品可以从缸口倒出。
(3) 乳化系统 乳化系统是由乳化设备、辅助设备、管路及控制器件构成的专门用于 制造乳化产品的系统。乳化系统有间歇式的和连续式的。一般产量低的产品多用间歇式 的系统生产，而产品成品流动性好的、产量大的可以用连续式的乳化系统生产。
图12-76所示为一典型的间歇式乳化液生产系统。这种系统，主要由一台多功能的 乳化缸和其他预混合缸，以及一只装粉料的容器及管路和控制系统组成。两只预混合缸， 一只用于油相物料的预混合，另一只用于水相物料的预混合。一次备料将分别预混合好 的油、水相物料，按一定比例，从多功能乳化缸的下部进入，在此得到混合和均质化处理， 形成合乎要求的稳定性乳化液。此外，还有一只是装粉料的容器。系统运行时，各机构动 作、加热和冷却及抽真空等都得到控制。图12-77为该间歇乳化系统一个工作周期内温 度与真空度的变化情况以及系统各设备的运行情况。其中，含亲油乳化剂的油相物料已 经预先溶化好并已经抽入多功能缸，此周期反映的是从加入水相物到最后均质化结束为 止的工作情况。
图12-76 间歇乳化系统
图12-77 间歇乳化系统多功能乳化设备的工作周期
1-开始加入(热稳定性的)水相物料 2-水相物料加入完毕 3-加入热敏性物料 4-加入香气成分
A-胶体磨运行时间 B-溶解搅拌器运行时间 C-刮板搅拌器运行时间 D-真空泵运行时间 E-冷却时间 F-过程周期
连续化生产是一种在线的乳化系统，系统将两种以上的物流结合成一股物流，进行 乳化和均质的连续作业，如果有必要，再进行冷却处理。连续化生产是有吸引力的生产方 式，尤其对产量大的产品的生产更有吸引力。连续化生产的主要优点是，可以得到稳定、 可重复的最终产品质量，如黏度、内相液滴的大小、相对密度和外观等。可以同时进行生 产和包装，可以依据时间和体积精确调节灌装量和包装单位。连续化生产操作方便、省 时、一次性投资少。此外，连续生产与间歇生产比较起来，容易实现自动化，也容易对过程 中物料的温度、pH和黏度等通过在线过程控制手段进行调节。连续生产方式的不足之处 是，只适用于产量较大的场合。
图12-78所示为一连续乳化生产线的流程图。与前述的间歇乳化系统相比，连续乳 化也需要对油相物、水相物及其他物料进行预混合，而后再经比例泵送入后面预混合-均 质-冷却-均质连续流水线。此外，还可多装一个回流循环缸，这种循环圈可以起双重作 用：一是不合格的物料可以返回进行处理，成为合格品;二是如果后面的包装暂时不协调， 可以起到缓冲暂存的作用。
图12-78 连续乳化系统流程
1-油相预混合器 2-水相预混合器 3-中间容器 4-其他液料贮罐 5-活性成分贮罐 6-可变速的计量泵 7-预混合器 8-均质机Ⅰ 9-刮板式热交换器 10-均质机Ⅱ 11-回流缸 12-成品