将水油放在一起时，它们不相溶，独立地分成两个相，若加以搅拌，则形成一相以微粒分散在另一相的体系，称为乳状液。所形成的新体系，由于两液体的界面积增大，在热力学上是不稳定的，为使体系稳定，需要加入降低界面能的物质，即乳化剂。
乳化剂大都为表面活性剂，是一种分子中同时具有亲水基和亲油基的物质，它可介于油和水的中间，使一相很好地分散于另一相的中间而形成稳定的乳状液。
食品中常见的乳状液，一相是水或水溶液，另一相是与水不相溶的有机相，如油或油溶性物质。两种不相混溶的液体，如水和油相混合时能形成两种类型的乳状液，即水包油型（o/w，其中o代表油，w代表水）和油包水型乳状液。在水包油型乳状液中，油以微小的油滴分散于水中，油滴为分散相，水为分散介质。在油包水型乳状液中则相反，水以微小液滴分散在油中，水为分散相，油为分散介质。牛奶、豆浆、冰淇淋混合料为o/w型乳状液，人造奶油为w/o型乳状液。
在制备乳状液时选择合适的乳化剂是关健，一般选择乳化剂的依据是HLB值（Hydrophily and Lipophilyty Balance亲水亲油平衡值），HLB值小的乳化剂（HLB=3、4、5时）为油包水乳化剂，可用来制备w/o型乳状液；HLB值大的乳化剂（HLB=9、10、11时）为水包油乳化剂，可用来制备o/w型乳状液。
冰淇淋混合料中加入乳化剂的作用可归纳为：
（1）乳化，使脂肪球呈微细乳浊状态，并使之稳定化。
（2）分散，分散脂肪球以外的粒子并使之稳定化。
（3）起泡，在凝冻过程中能提高混合料的起泡力，提高膨胀率，并细化气泡使之稳定化。
（4）保型性的改善，增加室温下冰淇淋的耐热性。
（5）贮藏性的改善，减少贮藏中制品的变化。
（6）防止或控制粗大冰晶形成，使冰淇淋的组织细腻。
乳化剂在冰淇淋中具有多种功能，在不同的生产阶段，乳化剂所起的作用也不相同。在配料、均质阶段，乳化剂起的是促进脂肪分散、稳定乳浊液的作用；在老化阶段促进脂肪附聚作用；凝冻阶段则是促进脂肪与蛋白质的相互作用，使乳状液失稳或破乳，从而控制脂肪的附聚。附聚的脂肪球排布在微小的空气泡上，形成三维网状结构，形成冰淇淋的骨架，这是一种能使气泡稳定，提高保型性和保藏稳定性，并赋予良好口感的组织结构。乳化剂在冰淇淋中所起的这些作用，单靠一种乳化剂难以满足，应根据各种乳化剂的特点配成复合乳化剂才能满足冰淇淋生产的需要。
冰淇淋中常用的乳化剂
乳化剂可分为亲油性和亲水性两类，以HLB值表示—100%亲油性的乳化剂HLB为0，100%亲水性，HLB为20，其间20等分。值高亲水性大，值低亲油性高。冰淇淋中常用的乳化剂有：
◆ 单硬脂酸甘油酯
它是由甘油与硬脂酸加热酯化而得，按其纯度分为单甘酯（单酯含量为30－55%）、分子蒸馏单甘酯（单酯含量≥90%）。目前一般冰淇淋生产中多用分子蒸馏单甘酯。它为白色至乳白色粉末或细小颗粒，HLB值约为3.8为油包水（w/o）型乳化剂，因本身的乳化性很强，也可作为水包油（o/w）型乳化剂。它是一种优质高效乳化剂，具有乳化、分散、稳定、起泡、抗淀粉老化等作用。
◆ 蔗糖脂肪酸酯
蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯，由蔗糖与脂肪上的碳链部分酯化反应而得。白色至黄褐色粉末。HLB值3－15，分别有高亲油性和高亲水性。其特点是亲水亲油平衡值范围宽，适用性广，乳化性能优良。高亲水性产品能使水包油乳状液非常稳定，用于冰淇淋可提高乳化稳定性和搅打起泡性。对淀粉有特殊作用，使淀粉的糊化温度明显上升，有显著的防老化作用。
◆ 山梨醇酐单硬脂酸酯
又称Span 60
它是由硬脂酸与山梨醇酐反应而得。浅奶白色至棕黄色硬质蜡状固体，HLB值4.7，是亲油性乳化剂。其特点是有很强的乳化能力，较好的水分散性和防止油脂结晶性能，与其它乳化剂有很好的协同增效作用。但有较重的焦糖气味，会影响产品风味。
◆ 聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯
又称Tween 80
它是由山梨糖醇及其单、双酐与油酸部分酯化的混合物，再与氧化乙烯进行缩合而成。黄色至橙色油状液体（25℃），有轻微特殊臭味，略带苦味。HLB值15.4，为水包油（O/W）型乳化剂。Span和Tween系列产品是非离子表面活性剂，具有优良的乳化、分散、发泡、润湿、软化等优良特性。在配料中加入0.05%－0.1%的Tween和混合单甘酯的复配物，可使冰淇淋质构坚挺，成型稳定。
◆ 三聚甘油单硬脂酸酯
它由三聚甘油和食用脂肪酸高温合成。乳白色至淡黄色固体，HLB值为7.2，兼有亲水与亲油的双重特性。还有很强的发泡、稳泡性能，提高食品的搅打发泡率。在冰淇淋中该乳化剂添加量比常用乳化剂少，而产品的膨胀率高，口感细腻、滑润，且保形较好，可用来复配冰淇淋乳化稳定剂。
◆ 酪蛋白酸钠
它是由牛乳中的酪蛋白加氢氧化钠反应而制得，呈白色至淡黄色粒状、粉末或片状，是优质乳化剂、稳定剂和蛋白质强化剂。有增稠、发泡、持泡等作用，在冰淇淋中添加0.2－0.3%，使产品中气泡稳定，防止返砂及收缩。
◆ 卵磷脂
它是从大豆毛油中提取精制而成。浅黄至棕色的粘稠液体或白色至浅棕色固体粉末。HLB值约为3.5，是亲油性乳化剂，其特点是纯天然优质乳化剂，也是唯一不限制用量的乳化剂，有较强的乳化、润湿、分散作用，还有良好的医疗保健效果，在冰淇淋生产中，一般需与其它乳化剂共同使用。
冰淇淋中乳化剂的添加量
冰淇淋中乳化剂的添加量与混合料中脂肪含量有关，一般随脂肪含量的增加而增加，不同乳化剂的性能及添加量。
乳化剂的协同增效作用
分子蒸馏单甘酯与蔗糖酯复配，复配后的HLB值为8－10之间，其乳化能力提高20%以上，而且能提高冰淇淋的抗融性，改善组织结构；Span 60与聚甘酯合理复配，可将其HLB值调整到8~10，可提高其分散和乳化能力，减少乳化剂用量20~40%，还能改善其发泡和稳泡性能，提高搅打起泡率，改善冰淇淋组织结构，提高冰淇淋膨胀率和抗融性；分子蒸馏单甘酯，Span 60，卵磷脂复配，能增强其水分散能力，提高乳化效果，增强发泡和稳泡功能，改善冰淇淋的组织结构。
乳化剂种类的选择，量的控制以及多种乳化剂的复配会大大影响冰淇淋的风味。因此，科学的选择是提高冰淇淋品质的关键。
