冰淇淋中食品乳化剂的理化性质及其主要功能_杨湘庆

0 前 言
全乳脂 、半乳脂和植脂等油脂是冰淇淋总固形 物的重要组分 。 油脂有利于储存冰淇淋风味 ;赋予 冰淇淋第一口较温和的致冷感 , 内支撑而外保形的 坚挺实体感 , 微气孔分布均匀 、松软 、滑润 、细腻的质 构感 ;有利于控制冰淇淋口感和膨胀率 , 防止冰淇淋 硬化 , 控制冰淇淋浆料的 粘度 , 改 善冰淇淋的可塑 性 。由于 油脂不溶 于水 , 只有 在食品乳 化剂存在 下 , 把油脂首先乳化成脂肪球 , 分散于冰淇淋浆料 之中 , 形成乳状液(或称乳浊液);然后 , 经过均质机 的切割粉碎 , 使之成 为直径约 1 ～ 2 μm 的脂肪球 ,
被切破的脂肪球进一步聚集 , 有利于促进形成内支 撑而外保形的坚挺实体 、有利于促进微气孔分布均 匀 , 有利于获得松软 、滑润 、细腻的质构 。
表 2 脂肪球吸附膜的化学组成
紧密吸附 最里层
紧密吸附 里层
吸附 外层
松驰吸附 外层
高熔点三 脂肪酸甘 油酯 、蜡 、 油溶性维 生素
4)亲水亲油平衡值法 :亲水亲油平衡值法又简 称为 HL B 值法[ 2] 。
根据 H LB 法 , 部分常见的 食品乳化剂的 HL B 值 , 见表 3 。 常用的食品乳化剂 , 其 H LB 值在 0 ～ 20 之间 。在 0 ～ 10 之间 , HL B 值愈小 , 亲油性愈大 ;在 10 ～ 20 之间 , HLB 值愈大 , 亲水性愈大 。
稳定在冰淇淋浆料中 , 才能使油脂在大量水中充分 发挥上述功效 。食品乳化剂是冰淇淋生产中必不可 少的小剂量组分 , 为较全面地了解食品乳化剂的功 能 , 下文探讨食品乳化剂的特性 。
1 食品乳化剂的分子模式
食品乳化剂的分子模式见图 1 。
图 1 食品乳化剂的分子模式示意图
憎水基亲油 、亲气而不亲水(憎水基又称 亲油
摘 要 :剖析均质后脂肪球的随机分布微观状态 ;探索由其引起的冰淇淋温和的致冷感 、坚挺实体感 , 以及 松软 、 滑润 、细腻的质构感 ;简介了食品乳化剂的 分类和 部分常 见的食 品乳化 剂的亲 水亲油平 衡值(HLB 值);阐述了 冰淇淋浆料中食品乳化剂的功能及其在冰淇淋生产中的重要性 。 关键词 :食品乳化剂 ;表面活性 ;亲水亲油平衡值 中图分类号 :T S 202.3;T S 211 .43 文献标识 码 :A 文章编号 :1007 -0818(2005)04-0001-05
如果用均质机处理加有少量食品乳化剂的上述
体系 , 由于食品乳化剂的表面活性 , 能定向吸附于相 界面 , 从而降低增加单位相界面面积所需的能量 , 降 低增加界面边界单位长度所需的力 , 降低相界面的 界面张力 。使微多相体系处于化学热力学和化学动 力学相对稳定的状态 , 可获得食用油的乳浊液 。
经均质机处 理的冰淇淋浆 料 , 其 微观状态[ 1] , 见表 1 , 表 2 。
表 3 部分常见的食品乳化剂的 HLB 值
食品乳化剂的名称 油酸(H LB 值标准)
代号 HLB 值
A
1 .0
蔗糖二硬脂肪酸酯(俗称蔗糖酯)＊＊ 丙二醇单硬脂肪酸酯 ＊＊ 甘油单油酸酯 ＊＊ 甘油单硬脂肪酸酯(俗称单甘酯)＊＊ 山梨醇酐单硬脂肪酸酯 ＊＊ 甘油单月桂酸酯 ＊＊
N
3 .0
N
3 .4
N
3 .4
N
3 .8
N
4 .7
N
5 .2
三聚甘油单硬脂酸酯 ＊＊
N 5～ 8
大豆磷脂(天然食品乳化剂)＊＊＊
Am 8 .0
A
二乙酰酒石酸单甘油酯
N
8 .0
硬脂酰乳酸钠 (阴离子型食品乳化剂)＊＊
A
8 .3
山梨醇酐单月桂酸酯 ＊＊ 聚氧乙烯(20)山梨醇酐三硬脂肪酸酯 ＊＊ 聚氧乙烯(20)山梨醇酐单硬脂肪酸酯 ＊＊ 聚氧乙烯(20)山梨醇酐单月桂酸酯 ＊＊
美国许可使用的部分食品乳化剂[ 3] , 见表 4 。
表 4 美国许可使用的部分食品乳化剂 及其主要功能
NLeabharlann Baidu
8 .9
N 10 .5
N 14 .9
N 16 .9
油酸钾 (阴离子型食品乳化剂 , HLB 值标准)＊＊
A 20 .0
注 :大豆磷脂的主要成分为卵磷 脂 、脑磷脂 和肌醇磷 脂 。 其中 , 卵磷脂和脑磷脂均为两性离子型食品乳化 剂 ;肌醇磷 脂为阴离 子型 食品乳化剂 。
5)产品来源法 :可分为全天然食品乳化剂(表 2 中有 ＊＊＊者)和半合成食品乳化剂(表 2 中有 ＊＊ 者)。
第 11 卷第 4 期 2005 年 12 月
冷饮与速冻食品工业 Beverage & Fast Frozen Food Industry
V ol.11 N o .4 Dec ., 2005
【专家论坛】
冰淇淋中食品乳化剂的理化性质及其主要功能
杨湘庆1 , 沈悦玉1 , 徐仲莉2 , 樊 刚2
(1.天津商学院食品系 , 天津 300122;2.辽宁雅朝食品有限公司 , 辽宁辽阳 111000)
收稿日期 :2005 -06 -30 ;修订日期 :2005 -08 -20 . 作者简介 :杨湘庆(1928 -), 男 , 福建福州人 , 教授 , 国家有特殊贡献专家 , 主要从事冷食的研究与开发 .
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基);亲水基则憎油 、憎气而不憎水 。 图 1 表示食品乳化剂的分子由亲水基和憎水基
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(代号 A), 阳离子具有乳化性能的称为阳离子型食 品乳化剂(代号 C)。 阴离子和阳离子都具有乳化性 能的称为两性离子型食品乳化剂(代号 Am)。 水溶
性食品乳化剂在水中不能电离成阴离子和阳离子的 称为非离子型食品乳化剂(代号 N)。
3)微观相分析法 :可分为水包油(O/ W)型食品 乳化剂和油包水(W/ O)型食品乳化剂 。
以上分析有助于 理解美国跨国公司哈根 达斯 (Häagen-Dazs)高档冰淇淋对脂肪功能性的描述 , 进 一步理解食品乳化剂对稳定脂肪球的重要性 。 美国 高档 冰 淇 淋 中 脂 肪 的 质 量 分 数 为 13 .68 % ～ 21 .70 %, 其中也需要添加一定量的食品乳化剂和食 品增稠剂 。在老化罐的冰淇淋浆料之中 , 油脂微小 脂肪球处于表 1 、表 2 所述的微观状态 , 其随机分布 状态如图 2 所示 。
图 2 在老化罐的冰淇淋浆料之中 , 油脂微 小脂肪球 的随机 分布状态
由图 2 不难理解脂肪球的随机分布状态有利于 使凝冻后的冰淇淋具备第一口较温和的致冷感 ;内 支撑而外保形的坚挺实体感 ;经过凝冻机的捏塑 、充 气 , 使微气孔分布均匀 ;松软 、滑润 、细腻的质构 , 达 到所规定的膨化率 。
Abstract:T his paper analyzed the stochastic dispersion of lipid macrospheres after homo genization, and their effects on rheological and sensory proper ties of ice cream .T he classification of foo d emulsifiers and the Lipophilic Balance values (HLB v alues)of commo n food emulsifiers and their functions in ice cream production were also described . Key word :food emulsifier ;hydrophilic;lipophilic balance values
Physicochemical Property and Functionality of Food-Grade Emulsifiers in Ice Cream
YA NG Xiang-qing1 , SHEN Yue-yu1 , X U Zhong-li2 , FA N G G an2
(1.Food Dept of T ianjin U niversity of Commerce , T ianjin 300122 , China;2 .Liaoning Y achao Food Co .Ltd., Liaoyang 111000 , China)
表 1 冰淇淋浆料中油脂微小脂肪球的微观剖析
油脂微小脂 肪球的直径
油 脂微 小 脂 肪 球吸 附 膜 的厚度
冰淇淋浆料中的 主要化学组分
一般 直径 约
1 ～ 2 μm
5 ～ 10 nm
三脂肪酸甘油 酯 、蜡 、游离脂 肪 酸 、油溶 性维生素 、糖 、乳糖 、奶 蛋白 质 、微量 元 素 、宏 量 元 素 、 食品乳化剂 、食品增稠剂 。
两部分组成 。分子由亲水基和亲油基两部分组成的 化合物称为双亲化合物 。 亲水基和亲油基同时存在 于同一食品乳化剂的分子中 , 使食品乳化剂的分子 具备一定的表面活性 。
2 食品乳化剂分子的表面活性(界面活性)
经过均质机处理的食用油 、水和空气共存体系 , 相界面大量增加 , 在大量水和少量食用油的前提下 , 微小气泡和微小脂肪球分散于水中 , 成为瞬时乳浊 液的微多相体系 。 在此体系中 , 微小气泡与水之间 存在“空气/ 水”相界面 , 微小脂肪 球与水之间存在 “油/ 水”相界面 。由于增加相界面需消耗能量 , 此能 量转化为相界面的能量 , 使微多相体系处于化学热 力学和化学动力学的不稳定状态 。 只要均质机停止 工作 , 微小气泡就会自动聚集成大气泡 , 最后大气泡 自动破灭 。同时 , 微小脂肪球也会自动聚集成大脂 肪球 , 大脂肪球再进一步聚集成漂浮的油层 , 以解决 体系的不稳定性 。
3 食品乳化剂的分类
已批准使 用于食品行业 的食品乳化剂有 几十 种 。 为使用方便 , 有必要了解食品乳化剂的分类 , 其 分类方法有以下 5 种 。
1)溶解法 :可分为水溶性食品乳化剂和油溶性 食品乳化剂 ;
2)电离法 :水溶性食品乳化剂在水中能电离成 阴离子和阳离子的称为离子型食品乳化剂 。 其中 , 阴离子具有乳化性能 的称为阴离子型食品乳 化剂
磷脂、胆甾 醇 、油 溶 性 维生素 。
水化乳 蛋 白 质、 磷 脂 、 胆 甾醇 、游离 脂 肪酸 、食品 乳 化剂 。
水化乳 蛋白质 , 水化 铜 、铁 、钙 、钾 、 钠 离 子与相 应的阴 离子 , 水化磷 脂, 水化 游离 脂肪酸 , 水化食 品乳 化剂 , 水 化食品 增稠 剂及其他 。
4 食品乳化剂的功能
食品乳化剂的功能取决于食品乳化剂的表面活 性 、化学结构及其分类 。 4 .1 乳化分散作用
乳化分散作用可防止天然奶油的油水分离 ;可
防止乳化鱼肝油及乳化香精油析水 ;可防止冰淇淋 浆料的油脂聚集 、上浮 ;可防止巧克 力块(脆皮)起 霜 ;可延缓或防止蛋白质热变性引发的凝聚或沉淀 ; 可改善冰淇淋浆料及其他的食品体系的耐热性 、耐 冷性 、耐盐性甚至于耐酸性 ;可改善冰淇淋产品的耐 冷冻库存性 。 O/W 型食品乳化剂 (H LB 值 8 ～ 18) 可把 油脂 乳 化 分散 在 水 中 ;W/ O 型食 品 乳 化 剂 (HL B 值 3 .5 ～ 6)可把水乳化分散在油脂中 。 4 .2 湿润分散作用
HLB 值 7 ～ 9 的食品乳化剂可使含油脂的细微 粉末表面湿润分散于水中 , 可使含油脂的杏仁粉 、 可可粉 、咖啡粉 、全脂奶粉的表面因吸附食品乳化剂 分子而湿润分散于水中 。美国跨国公司生产冰淇淋 使用 H LB 值 7 ～ 9 的食品乳化剂可兼有乳化分散作 用和湿润分散作用 , 高档冰淇淋由于选用了恰到好 处的食品乳化剂 , 使巧克力冰淇淋 、咖啡冰淇淋和香 草冰淇淋连续多年畅销世界各地 。
油脂微小脂肪球与食品乳化剂分子的关系瞬息 万变 。但是 , 食品乳化剂分子的憎水基向心地插入 油脂微小脂肪球内部的几率最大 , 而食品乳化剂分 子的亲水基则相对而离心地分布于油脂微小脂肪球 表面 。 脂肪球 表面的诸多吸附 、水化 , 再加凝冻低 温 , 使油脂微小脂肪球难于聚集 , 微小脂肪球更难于 变成直径较大的脂肪球 。 如果凝冻机旋转的快刀一 旦切破脂肪球 , 凝冻机的旋转 、充气 、捏塑 , 就有利于