乳化剂在食品中的作用原理

○食品添加剂○乳化剂在食品中的作用原理张佳程　周浩 摘要:本文简要介绍了乳化剂在食品中的三方面作用:降低界面张力;与淀粉和蛋白质相互作用;改进脂肪和油的结晶。

阐述了乳剂与食品中各成分的相互作用的基本原理。

关键词:乳化剂作用原理一、引言 早在1921年,在人造黄油工业中,就应用了单双甘油酯,不过直到15—20年后,食品乳化剂的生产才有较大的工业规模。

随着食品生产的工业化发展,对食品乳化剂提出了新的要求。

食品乳化剂的世界总需求量约25万吨,其中单甘油酯约占总消费量的2 3,其次是蔗糖酯。

我国单甘油酯产量约2200吨,也已开发了乳化能力强的高纯度(90%以上)的分子蒸馏单甘酯。

蔗糖酯我国从80年代开始开发,近来发展很快。

大豆磷酯是使用很普遍的乳化剂,兼有一定的营养价值。

但目前由于纯度不够,利用价值不高,有较大应用潜力。

二、食品乳化剂的概念乳化剂一词,仅仅指凭借界面作用,能够促进乳状液或泡沫的乳化作用或稳定作用。

不过,表面活性剂一词也常用在这些产品上。

在食品中,乳化剂一词有时易产生误解,因为有些产品中所谓乳化剂的实际功能,只能与淀粉蛋白质等成分相互作用,完全与乳化作用无关。

但是根据传统习惯,我们仍称它们为乳化剂。

通常食品乳化剂必须具有两种性质:表面活性和可食性。

因而,通常食品乳化剂定义为能改善乳化体中各种构成相互之间的表面张力,使之形成均匀的分散体或乳化体,从而改进食品组织结构、口感、外观,以提高食品保存性的一类可食性的具有亲水和亲油双重性的化学物质。

乳化剂一般分为油包水型和水包油型两类,以亲水亲油平衡值(H ydroph ilty and L i poph ilyty Balance,简称HLB)表示其特性。

规定100%亲油性的乳化剂HLB为0,100%亲水性的HLB为20,其间分20等分,以表示其亲水亲油性的强弱情况和不同的作用(如图1)。

在食品乳化剂中,一般亲油性占上风,但根据化学成分的不同,HLB值有相当大的变化。

按Griffin 提出的公式可以计算出HLB值。

HLB值各乳化剂的适用性 各主要单酯的适用范围图1、HLB值与乳化剂的关系HLB=20(1-S A)　S=酯的皂化值　A=脂肪酸的酸值三、食品乳化剂的作用食品乳化剂的作用主要分三方面:11乳化剂降低油—水界面的张力,促进乳化作用,在油—水、乳化剂界面上形成相平衡稳定乳状液。

油水两相之所以不相容,是由于两相间存在界面张力(或称表面张力),即油和水的接触面上有相互排斥和各自尽量缩小彼此接触面积的两种作用力。

只有当油浮于水面分为两层时,其接触面积最小,最稳定。

牛奶是奶油及水的乳化体系,一般奶油表现为细微的小滴分散于水中,但长期静置后由于界面张力关系,奶油小滴便聚集成小球,并长大成凝聚团块,浮于水面,若加入乳化剂,其亲油基与奶油结合,在奶油微滴表面形成一层物理膜,可以防止油滴相互聚集。

此时乳化剂亲水基又拉住水向奶油微滴靠近,这样,油水界面张力就降低了。

因此乳化剂、乳化油和水成均匀乳状液的过程可用三个机理来阐述:(1)界面吸附:由于乳化剂具有两性结构,加入油和水中后立即被吸附在油和水的界面上,形成吸附层(或界面膜),降低了界面张力,使乳状液稳定。

(2)定向排列:乳化剂分子在界面上的定向排列象木楔插入内相一样,十分紧密。

当乳化剂使用量不足时,就不能造成界面上的最紧密定向排列,油水液滴因接触碰撞可产生聚集收缩作用,乳浊液不稳定,出现油水分层现象。

因此,在糕点、人造奶油和冰淇淋的生产中要特别注意乳化剂的最佳使用量。

(3)胶束形成:乳化剂在油水界面吸附、定向排列,降低表面张力过程中,逐渐形成各种胶束。

当乳化剂以单个分子状态溶于水时,由于其亲水基团的亲水力大于亲油基团与水的相斥力,所以它完全被水包围;随着乳化剂浓度增加,一部分乳化剂分子吸附于界面,并定向排列成单分子膜,另一部分乳化剂分子,使亲油基相互靠拢,尽可能减少亲油基和水的接触面积最终可形成球状胶束。

这时亲油基完全被包围在球的内部,只剩下亲水基朝外,可看成亲水的球状高分子。

一般把乳化剂形成胶束的最低浓度称临界胶束浓度。

它在糕点等食品的生产中具有重要意义。

当乳化剂水溶液达到临界胶束浓度时,原先以低分子状态存在的乳化剂分子,很快形成一个整体,此时溶液的界面张力下降得最快,乳化得最好。

因此在使用乳化剂时,只有其浓度稍高于临界胶束时,才能充分起作用。

另外,乳化剂还具有泡沫稳定作用,发泡奶油是将奶油、蛋、糖及水搅拌起泡,但随着放置时间的延长,奶油等脱水收缩变硬。

如在奶油中加入少许乳化剂,则能稳定泡沫组织,使之保鲜不变形。

泡沫实质是一种气体分散在液体介质中的多相不均匀体系,是一种热力学不稳定体系,有过剩的表面自由焓。

它的稳定性受表面张力和液膜强度影响。

一般,表面张力低,排液速度减低,液膜变薄,有利于泡沫稳定。

乳化剂可被吸附在气—液界面上降低界面张力,增加了气体和液体的接触面积,有利于发泡和泡沫的稳定。

21乳化剂与淀粉和蛋白质等成分相互作用,改善食品的结构及流变性。

乳化剂可以与淀粉形成络合物,增大体积及保鲜;可与面粉中的油脂及蛋白质结合。

增进面团的强度;可稳定气泡组织,提高食品内在质构。

(1)乳化剂的抗老化作用:谷物食品(如面包、糕点、馒头和米饭)放置一段时间后会由软变硬,组织松散,失去弹性,风味和香气也随着消失,即发生了食品老化现象。

这主要是由谷物中的淀粉引起的。

将面粉加水制成面团,在成形烘焙过程中淀粉吸水膨胀,糊化并形成凝胶,由有序的晶体变为无序的非晶体结构,使面包制品变得新鲜、疏松、柔软、富有弹性。

但在贮存过程中,非晶体凝胶状态的淀粉将重新结晶为有序结构。

在淀粉重结晶过程中将排出自身吸收的水分,这部分水转移到面筋部分,开始老化。

因而,影响食品老化的最重要因素是淀粉的重结晶。

由于在结构和分子大小上的差别,老化主要是由直链淀粉引起的。

实践证明,乳化剂是谷物食品最理想的抗老化剂。

它能与直链淀粉形成不溶性复合物,不能重新结晶而发生老化。

以单酸甘油酯为例,在调制面团阶段,乳化剂被吸附在淀粉粒的表面,可以抑制淀粉粒的膨胀,阻止了淀粉粒之间的相互连接。

此时乳化剂进入不了淀粉粒内部。

在面团进入烤炉烘焙时,面团内部温度开始上升,大约到50℃时,单酸甘油酯Β—结晶状态转变为Α—结晶状态,然后与水一起形成液体结晶的层状分散相。

Α—结晶状态是乳化剂最有效的活性状态。

当达到淀粉的糊化温度时,淀粉粒开始膨胀,乳化剂这时与溶出淀粉粒的直链淀粉和留在淀粉粒内的直链淀粉相互作用。

由于乳化剂的构型是直碳氢链,而直链淀粉的构型是螺旋状,因此,乳化剂与直链淀粉相互作用,形成的复合物在水中是不可溶的,阻止了直链淀粉溶出淀粉粒,大大减少了游离直链淀粉的量。

乳化剂与直链淀粉形成络合物的能力由A CL(直链淀粉的络合指数)来表示。

测定方法为在水溶液中将5m g乳化剂加入到100m g直链直链淀粉中,于60℃搅拌1h,然后计算出A CL值。

A CL=沉淀的直链淀粉 溶于水的直链淀粉3100另外,当乳化剂在面团调制阶段吸附在淀粉粒表面及在50℃左右与直链淀粉形成复合物后,淀粉的吸水溶胀能力被降低,糊化温度被提高,从而使更多的水分向面筋转移,因而增加了面包心的柔软度,延缓了面包老化。

(2)乳化剂的面团改良作用面粉和水搅拌后,蛋白质吸水形成了面筋构成面筋的主要成分是麦胶蛋白和麦谷蛋白。

面筋互相连接形成面筋网络,其它成分如糖、淀粉等填充在网络里,形成了面团。

在发酵型产品中,由酵母的发酵作用产生的大量CO2气促使面筋网络不断延伸,面团体积增大,形成多孔状的结构。

若面筋筋力弱,面团的持气性就差,造成CO2气冲破气孔壁而大量损失,内部出现大孔,食品体积大大缩小。

因此,面粉的筋力是决定发酵食品质量的关键,但在我国目前还没有专用高筋力面粉的情况下,使用乳化剂来改善产品质量就十分必要了。

因为,乳化剂在面包等发酵食品中最重要的作用是增强面筋蛋白的筋力。

在面筋中,极性脂类分子以疏水键与麦谷蛋白分子相结合,以氢键与麦胶蛋白分子结合。

而乳化剂加入面团后,它能与面筋蛋白形成复合物,即乳化剂的亲水基结合麦胶蛋白,亲油基结合麦谷蛋白,使面筋蛋白分子变大,形成结构牢固细密的面筋网络,增强了面筋的机械强度,提高了面团的持气性,从而产品体积增大。

特别是在使用不能形成面筋的大豆蛋白时使用乳化剂可以促进脂类对大豆蛋白的束缚,增强与其它成分的联系。

31乳化剂能改进脂肪和油结晶:甘油三酸呈现多重熔化现象,一般认为是一种可变的晶形—同质多晶的出现造成的。

这种现象与两方面因素有关:一是脂肪酸分子上下不同烃链的紧密堆砌,二是烃链倾斜角度不同。

因此,正常的脂肪一般有三种或更多的结晶状态分别称为:Α、Β和Β′型。

人造奶油的耐贮性不如天然奶油,巧克力在贮藏中发生发花现象,均是由晶体的多晶态变化造成的。

人造奶油的Β′型多晶中混有一部分Β型多晶,而奶油为单纯的Β′型结晶。

由于Β晶体颗粒大融点高,所以对人造奶油的油滑柔软感觉会带来不利影响。

乳化剂改善了人造奶油的晶体结构,使水更均匀地分散于油中。

为此国外粮油食品工业大量使用添加剂的乳化油脂。

综合以上三方面的作用,乳化剂在食品体中的核心作用是与水的缔合作用,它对乳状液的稳定性,乳化剂与淀粉及蛋白质的相互作用,以及脂肪和油的晶体改善均是十分重要的。

总之,对乳化剂的物理化学性质的了解,以及对乳化剂在食品中的功能和作用的了解,都有助于正确理解和选择乳化剂,这要比通过室内试验或中试筛选乳化剂要来得经济些,同时,也避免了因乳化剂的错误使用而产生抵触态度,以推动我国食品工业的发展。

(参考文献:略)(作者单位:东北农业大学食品科学系食品学博士　150030黑龙江省水利厅多种经营处工程师 150001)(上接第36页)在,将使面块从油炸锅中出来后,产品表面附上一层油膜并夹带许多油滴。

进入冷却段后,则油会迅速降温,流性下降而滞留在面块上被慢慢吸收。

新改进的工艺是首先要求经波纹箱成型后的面块,保证适宜的波纹间距,减少油滴夹带。

其次,在油炸与冷却工序之间加一去油工序,主要作用是吹去面块表面附着的油。

该装置采用蒸汽加热过的热空气进行去油。

若直接采用蒸汽去油会使油炸面表面出现水滴而影响产品质量。

热空气的温度一般夏季控制在60～80℃,冬季可控制在80～90℃,温度过高,反而会促进面块对油的吸收。

去油过程一般以持续3～5秒,风压115～2kg c m2为好,否则达不到预期效果。

91采用合理的刀具。

前已述及24#面刀在应用中效果较好。

圆形方便面刀以挤压、切成型为圆条状,面条外表面十分光滑,与方形面刀相比,可节约用油9%以上。

(作者单位:山东省济宁市儿童食品厂　272103)○饮食健康○颜色好看的蔬菜一定营养好吗?彭惠仙蔬菜的颜色来自不同的色素,但颜色好看营养成分未必高。