（一）亲水亲油平衡值（HLB）
乳化剂分子中同时有亲油、亲水两类基团。乳化剂宏观所表现的倾向，取决于两类基团的作用强弱差异，由两种亲和力平衡所决定的。乳化剂的两亲特性都由哪些因素来决定呢？对于乳化剂亲油、亲水性质有影响的因素很多，互相的关系也很复杂，用什么概念来表示乳化剂的关键特性呢？1949年格尔芬（Griffin）首先提出了用HLB值（即亲水亲油平衡值，Value of hydrophile and lipophile balance）来表示。它是乳化剂分子中亲水性和亲油性的相对强度之“中和” 后宏观表现出的特性，并以石蜡（HLB值为0）、十二烷基硫酸钠（HLB值为40）为标准。在食品体系中食品乳化剂的HLB值一般在1～20，HLB值越高表明乳化剂亲水性越强，反之亲油性越强。因此，食品体系中HLB值为1表示乳化剂的亲油性最大，HLB值为20表示乳化剂的亲水性最大。根据HLB值可知乳化剂可能形成乳化液的类型。HLB值低，易形成油包水（W/O）型乳化液；HLB值高，易形成水包油（O/W）乳化液。例如，HLB值在3～5能形成W/O乳化液；HLB值在10以上能形成O/W乳化液；HLB值为10左右则可以形成各种形态的乳化液。HLB值具有加和性，利用这一特性可制备出不同HLB值的复合乳化剂，提高了乳化剂的应用效果，拓展了乳化剂的品种和应用范围。
（二）HLB值与乳化剂应用的关系
1.乳化剂的HLB值
HLB值是关于乳化剂性能的一个最重要的特性指标，对于了解乳化剂的功效，正确使用乳化剂都有指导作用。下面介绍理论计算HLB值的方法，主要是下列两种形式：
①差值式：
②比值式：
对于不同类型的乳化剂，式（6-1）、式（6-2）可以变化成不同的具体形式。
①差值式的戴维斯法：
亲水基团值和亲油基团值可通过化学《化工手册》查到，再根据分子结构进行计算。
②比值式的川上法：
③质量分数法：
例如，乳化剂硬脂酰乳酸钠相对分子质量中的42%是由亲水基团构成，则硬脂酰乳酸钠的HLB值=42/5=8.4。
有些类型的乳化剂的HLB值无法用上述公式获得，可以采用实验的方法，如测定乳化剂的皂化值和原料脂肪酸的酸值，根据实验测定结果，用式（6-6）计算乳化剂的HLB值。
式中 S——乳化剂的皂化值；
A——原料脂肪酸的酸值。
例如，实验测定乳化剂山梨醇酐月桂酸酯皂化值为164，酸值为290，根据式（6-6）计算山梨醇酐月桂酸酯的HLB值：
HLB=20（1-S/A）
=20（1-164/290）
=20（1-0.57）
=8.7
如果乳化剂的HLB值用上述方法无法获得，还可用已知HLB值的乳化剂（常用司盘系列或吐温系列乳化剂）进行乳化效果的比较来获得，常用食品乳化剂的HLB值如表6-2所示。
表6-2 常用食品乳化剂的HLB值(www.xing528.com)
续表
2.复合乳化剂HLB值的计算
利用乳化剂HLB值的加和特性，选择两种或两种以上乳化物质进行复配，可依此获得不同应用范围和不同类型的复合乳化制剂。这种复合乳化剂HLB值的计算可根据各组分乳化剂的HLB值以及质量平均值推算出，具体的计算可按式（6-7）进行。
式中 mA——A种乳化剂质量
mB——B种乳化剂质量
HLBA——A的HLB值
HLBB——B的HLB值
HLBAB——A、B混合后复合乳化剂的HLB值
例如，HLB值为4.7的司盘和HLB值为14.9的吐温配成复合乳化剂，其中司盘60占45%，吐温60占55%，则复合乳化剂的HLB值为：HLB=4.7×0.45+14.9×0.55=10.3。
3.HLB值与乳化剂的应用
乳化剂的应用与HLB值关系很大，如表6-3所示。
表6-3 食品乳化剂的HLB值与其用途的关系
HLB值在很大程度上决定着乳化剂的使用性能。若知乳化剂的HLB值，就可判断其亲油、亲水性能，并可根据其乳化特点在应用上选择适宜的使用范围和体系。或者根据食品的组分、工艺要求，来选择所需要的乳化剂。例如，要乳化一种食用油，在众多的乳化剂中使用哪种呢？首先就是根据这种油被乳化所需要的HLB值，来选择具有相同和相近HLB值的乳化剂；乳化剂一般成对使用，也要根据HLB值来选择乳化剂对；选择了乳化剂之后，是先将其溶于水中还是先将其溶于油中，也要根据HLB值确定。目前，食品乳化剂的应用和开发已由单一品种趋向于复配型产品，用几种基本乳化剂复合搭配出许多品种，发挥其协同效应。如何复配出理想的复合乳化剂，HLB值是首要研究的一个重要指标。例如，在选择乳化剂对时要注意，高HLB值与低HLB值相差不要大于5，否则就得不到最佳效果，乳化剂厂家能生产出的乳化剂品种有限，但可根据市场的需要出售多种复配型乳化剂，这对于提高厂家的经济效益有十分重要的意义。因此，在食品加工中只要涉及到乳化剂的使用，首先考虑的参数就是HLB值。
应该指出，由于HLB值没有考虑分子结构的特异性，而乳化剂的性质、功效还与亲水、亲油基的种类、分子的结构和相对分子质量有关。实践经验证明，不同种类的亲油基的亲油性强弱具有如下的顺序排列：脂肪基≥带脂烃链的芳香基＞芳香基＞带弱亲水基的亲油基。另外，亲油基和亲水基与所亲和的物质结构越相似，则它们的亲和性越好；亲水基位置在亲油基链一端的乳化剂比亲水基靠近亲油基链中间的乳化剂亲水性要好；相对分子质量大的乳化分散能力比相对分子质量小的好；乳化特性一般在8个碳原子以上、呈直链结构的乳化剂才显著表现出来的，10～14个碳原子的乳化剂的乳化与分散性较好。因此，在需要认真选择最合适的乳化剂时，单靠HLB值也是不够的，需要实验确定。
（三）乳化剂临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration，CMC）
1.乳化剂临界胶束浓度概念
临界胶束浓度是乳化剂形成胶束的最低浓度，它是乳化剂的另一个重要指标，对于确定乳化剂的最低有效作用量有指导作用。当乳化剂溶于水后，水的表面张力下降。不断地增大乳化剂的浓度，并同时测定其表面张力，会发现表面张力随乳化剂浓度的增加而急剧下降之后，则大体保持不变。解释这个问题对掌握临界胶束浓度的概念、乳化剂的基本性能和正确使用都极其重要。为了简化问题，我们以理想状态阐述。图6-4所示为按图6-4（1）、图6-4（2）、图6-4（3）、图6-4（4）顺序逐渐增加乳化剂浓度时，水中乳化剂分子的活动情况。
图6-4 乳化剂达到临界胶束浓度过程示意图
图6-4（1）是极稀溶液，水的界面上还没有很多乳化剂，界面的状态基本没变，水的表面特性与纯水差不多。图6-4（2）比图6-4（1）的浓度稍有上升，相当于表面张力曲线急剧下降部分，此时加入的乳化剂会很快地聚集到界面，使界面状态大大改变，界面性质与原来的差别就很大了。表现之一是界面张力急剧下降，同时水中的乳化剂分子也聚集在一起，亲油基靠拢，开始形成小胶束以求自身稳定。图6-4（3）表示乳化剂浓度升高到一定范围后，水的表面聚集了足量的乳化剂，形成了一个单分子覆盖膜。此时，水与空气间的界面被乳化剂最大限度地改变，完全不同于原来的情况，这时乳化剂的浓度就称临界胶束浓度。因为再提高浓度，乳化剂的分子就会在溶液内部进行聚集，构成亲油基向内、亲水基向外的球状胶束（产生稳定乳化液的基本单元）。根据以上的理想实验模型分析，首先了解到为什么提高乳化剂的浓度，开始时界面张力急剧下降，而当达到一定浓度时，就保持基本恒定的道理；在处于临界胶束浓度时，界面状态不再改变，界面张力曲线基本上停止下降。进一步分析上述变化也可使我们了解到不互溶的两相之间的界面被乳化剂分子完全打通的过程，CMC值是这个过程完成的标志。换句话说，乳化剂的浓度在稍高于临界胶束浓度时，才能充分显示其作用。在使用时，如果乳化剂的浓度低于CMC值，那么在分散相表面所形成的界面膜密度达不到所需的程度，稳定效果往往不好。所以CMC值是充分发挥乳化剂功效的一个重要的量的理论指标。应该指出，CMC值并非单一的浓度值，而是溶液中胶束开始形成的比较狭窄的一个浓度范围。因此，在概念上应称临界胶束浓度范围。
2.乳化剂临界胶束浓度的测量
以临界胶束浓度为界限，乳化剂水溶液的界面张力以及许多其他物理性质都与纯水有很大差异。乳化剂溶液的一些物理性质，除了界面张力外，其电阻率、渗透压、冰点、蒸气压、黏度、密度、增溶性、光学散射性及颜色变化等，在达到CMC值时都有显著变化。通过测定发生这些显著变化时的突变点，就可以得知临界胶束浓度。Murerjee等总结出71种测定CMC的方法。用不同方法测得的CMC值，数值有一些差异，但大体一致，原因之一也是因为CMC值是一个范围。CMC值也可以从乳化剂的HLB值算出。
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