食品乳化劑原理及其科學(xué)應(yīng)用

1、食品乳化劑原理及其科學(xué)應(yīng)用摘要：乳化劑是食品工業(yè)中使用最廣泛、最重要的一類食品添加劑，除具有典型的外表活性作用外，還能與食品中碳水化臺(tái)物、蛋白質(zhì)、脂類發(fā)生特殊的相互作用，起到多種成效。它具有平安可靠，使用方便的特點(diǎn)，能起到乳化、保鮮、品質(zhì)改進(jìn)、起泡等多種功能 根據(jù)乳化劑的舟晶理論，乳化劑具有多晶性，即 晶型、 初級(jí)晶型和 三種晶型。乳化刺在使用前只有處于 晶型結(jié)構(gòu)，應(yīng)用到面包蛋糕等食品中才能充分發(fā)揮作用效果。一、根本概念1.1 乳化現(xiàn)象乳汁消化脂肪乳化劑1.2.1 類型水包油O/W，the oil dispersed in water：牛奶 特點(diǎn)：導(dǎo)電，可用水稀釋，易枯燥，易清洗，表現(xiàn)出連續(xù)相

2、溶液的特性。油包水W/O, the water dispersed in oil ：黃油 特點(diǎn)：電的不良導(dǎo)體，可被溶劑或油稀釋，抗枯燥，難清洗，表現(xiàn)出連續(xù)相油的特性。多重型： O/W/O ； W/O/W液包氣air/liquid：蛋白酥皮筒1.2 乳化液鑒別：色澤狀態(tài)水中分散性1.2.2 性質(zhì)外觀appearance色澤color分散性dispersibility穩(wěn)定性stability吸濕性-擴(kuò)散性wetting-spreading制備的容易性fat (80 - 82%), water (15.6 - 17.6%), salt (about 1.2%) as well as protein,

3、 calcium and phosphorous (about 1.2%). Fat globules, partially crystallineMoisture dropNon-globular fat, continuous phaseFat crystals, semi-continuous networks1.3 乳化劑 概念：也叫外表活性劑，添加少量即可顯著降低油水兩相界面張力，產(chǎn)生乳化效果的食品添加劑。食品加工中的作用：乳化、分散、起酥、穩(wěn)定、發(fā)泡或消泡、改進(jìn)風(fēng)味、延長(zhǎng)貨架期。分子結(jié)構(gòu)：兩親性親水基：能被水濕潤(rùn)，易溶于水的基團(tuán)親油基：與油脂中的烴類結(jié)構(gòu)類似，易溶于油的基團(tuán)降低油水

4、兩相外表張力，促進(jìn)乳化和相平衡與食品中的淀粉、蛋白質(zhì)作用改變組織和流變學(xué)特性改變油脂結(jié)晶 目的互不相容的兩相之間，異相不太相斥，同相不易聚集，乳化液體系保持穩(wěn)定狀態(tài)。 二、食品乳化劑的作用作用機(jī)理：1.靜電作用：卵磷脂、蛋白質(zhì)等能解離出帶電親水基2.立體作用：非離子乳化劑，親水基外表形成水膜 親水基為聚合物，構(gòu)型限制了集結(jié)3.微粒吸附：含細(xì)小微粒的乳化液，微粒選擇性三、影響乳化劑兩親性的因素乳化劑的親水性： HLB值表示親水基種類親油基種類分子結(jié)構(gòu)與分子量1 離子型ionic emulsifying agents乳化劑溶于水時(shí)，能夠解離成離子。10-20個(gè)碳原子，可能有苯環(huán)、酰胺、酯、氧原子，

5、其他官能團(tuán)或雙鍵，作為疏水局部；羧酸、硫酸、磺酸、磷酸基團(tuán)作為親水局部。陰離子型：羧酸、硫酸、磺酸、磷酸基團(tuán)陽(yáng)離子型：胺鹽、季胺鹽、其他含氮堿1.4 乳化劑的種類Calcium Stearoyl-2-Lactate (CSL) 在水中不電離，溶于水時(shí)，疏水基和親水基在同一分子上，分別起到親油和親水的作用。甘油脂肪酸酯、吐溫、斯潘Polyglycerol Esters of Fatty acids(PGE)2 非離子型nonionic emulsifying agents3兩性電解質(zhì)ampholytic分子也是由親水的極性局部和親油的非極性局部組成。親水的極性局部既包含陰離子，也包含陽(yáng)離子。卵磷

6、脂R1，R2分別為15個(gè)碳烴鏈我國(guó)主要以脂肪酸多元醇酯及其衍生物和天然乳化劑大豆磷脂為主。用量最大的是脂肪酸甘油酯，其他還有司盤(Span)、吐溫(Tween)、丙二醇酯、木糖醇酯、甘露醇酯、硬酯酰乳酸鈉和鈣、大豆磷脂等20多個(gè)品種，產(chǎn)量近3萬(wàn)t。乳化劑的很多特性和功能通常是由其分子中親水基的親水性和親油基的憎水性的相對(duì)強(qiáng)弱決定的。良好的乳化劑在它的親水和疏水基之間必須有相當(dāng)?shù)钠胶狻?-20HLB值的計(jì)算：差值式：親水基的親水性-親油基的憎水性比值式：親水基的親水性/親油基的憎水性親油性高的乳化劑，HLB值小；親水性高的乳化劑，HLB值大1.4 HLB值：(hydrophile- lipoph

7、ile balance)Characteristic behaviors related to water 不分散（not dispersing） 稍分散（slightly dispersing） 乳狀液（milky dispersion） 穩(wěn)定乳狀液（stable milky dispersion） 透明分散液（transparent dispersion） 膠體溶液（colloidal solution） functions anti-foaming agent W/O emulsification wetting agent O/W emulsification cleaning age

8、nt solubilizing agent HLB 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 ratio hydrophilic part lipophilic part 0 100 10 90 20 80 30 70 40 60 50 50 60 40 70 30 80 20 90 10 100 0 并非所有的具有兩親基團(tuán)的化合物都可以成為乳化劑。一些規(guī)律：HLB在很大程度上決定著乳化劑的使用性能。親油基種類不同，其親油性強(qiáng)弱不同： 脂肪基帶脂烴鏈的芳香基芳香基帶弱親水基的親油基與所親合的基團(tuán)結(jié)構(gòu)越相似，親合性越好分子結(jié)構(gòu)與親水性關(guān)系：親水基位置在親油基鏈一端的乳化劑親水基靠近

9、親油基鏈中間的乳化劑分子量：分子量大的乳化劑乳化分散能力更好；直鏈結(jié)構(gòu)的乳化劑8個(gè)以上C數(shù)才表現(xiàn)出顯著乳化性，10-14個(gè)C數(shù)的較好。 5 臨界膠束濃度CMC (critical micelle concertration)CMC：乳化劑開始形成膠束的最低濃度。乳化劑濃度與外表張力的關(guān)系當(dāng)乳化劑濃度到達(dá)CMC，溶液界面性質(zhì)急劇改變，乳化劑在水相外表形成單分子覆蓋膜，在水相內(nèi)部開始形成小膠束。 球狀 桿形 層狀膠束類型 CMC的應(yīng)用CMC是油水兩相之間界面被乳化劑分子完全打通的標(biāo)志乳化劑濃度稍高于CMC時(shí)才能充分顯示其作用CMC是充分發(fā)揮乳化劑成效的一個(gè)重要的量的理論指標(biāo)CMC是一個(gè)比較狹窄的濃

10、度范圍4 乳化液的制備選擇適宜的乳化劑：確定乳化劑的HLB值、種類及配比、用量調(diào)整：乳化劑比例、PH值、黏度制備技術(shù)：乳化劑在油中法、乳化劑在水中法、輪流加液法設(shè)備：混合攪拌機(jī)、膠體磨、均質(zhì)機(jī)三、食品乳化劑的應(yīng)用一、乳蛋白質(zhì)酪蛋白乳清蛋白為什么牛奶要均質(zhì)？降低脂肪球的粒徑，增加外表積，防止結(jié)奶油，形成重組膜，其密度更接近連續(xù)相。脂肪球被驟然擊破，外表張力增加到15 mN/m，兩親分子迅速吸附到脂肪顆粒來(lái)降低該值。吸附層主要由乳清蛋白和酪蛋白膠束。取代雞蛋用于無(wú)膽固醇的沙拉醬取代雞蛋用于焙烤食品和充氣甜點(diǎn)中增加黏度、結(jié)合水的能力、黏著、膠凝增加肉制品的汁液可可脂、可可粉、糖均勻分散，防止起霜：常

11、用卵磷脂、山梨醇三硬脂酸甘油酯改善巧克力的塑性和黏度：磷脂和蓖麻醇聚甘油酯配合使用泡泡糖：提高膠基特性，防止黏著奶糖：防止原料之間的別離和糖漿黏著2 巧克力與糖果類Melting pointChain PackingIb217doubleIIa21doubleIIImixed25.5doubleIVb128doubleVb234.5tripleVIb136triple可可脂是巧克力的重要固脂， 巧克力中脂肪有六種不同晶形polymorph?？诟凶詈玫氖蔷?V. 外觀光滑入口即溶，抗“起霜 空間加乳化劑后Adhesion to natural teeth does not occur easi

12、ly because the enamel is hydrophilic and always wet, whereas the adhesion to artificial teeth, occurs easily. We can prevent adhesion by wetting the surface of chewing gum by adding emulsifier. 3 方便食品速溶飲料、方便面、方便飯：促進(jìn)水的潤(rùn)濕和滲透，更易于分散，提高食用性能和延長(zhǎng)貯存期。常用單甘酯。4 焙烤食品和其他淀粉制品和面工序中，乳化劑親水基與麥膠蛋白結(jié)合，親油基與麥谷蛋白結(jié)合，形成絡(luò)合物，改善

13、了面團(tuán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。硬脂酰乳酸鈉提高面團(tuán)的氣孔率，面團(tuán)充氣均勻，質(zhì)構(gòu)好，降低蛋糕用蛋量增加糕點(diǎn)的柔軟性促進(jìn)糕點(diǎn)中水分、奶油的乳化，縮短攪拌時(shí)間防止奶油類糕點(diǎn)“反油面包中：面團(tuán)調(diào)整劑：提高面團(tuán)的發(fā)酵、焙烤質(zhì)量防止老化：乳化劑與直鏈淀粉絡(luò)合常用單甘酯、硬脂酰乳酸酯和二乙酰酒石酸單甘酯乳化劑與淀粉的作用回生乳化劑與蛋白的作用5 乳制品攪打奶油、甜點(diǎn)中用以穩(wěn)定泡沫丙二醇酯、乳酰單甘酯、乙酰單甘酯A. Overview (a) and fat globules (f); bar = 30 um. B. Internal structure of the air bubble; bar = 5 um. C.

14、 Details of the partially coalesced fat layer, Bar = 3 um.冰淇淋：連續(xù)相是局部冷凍的乳化液，添加乳化劑可以使口感光滑，減少冰晶和空氣的粒徑6 減脂產(chǎn)品乳化劑通過(guò)增加脂肪秋的外表積，減少脂肪用量，增加光滑的口感。食品乳化劑在冰淇淋中的應(yīng)用乳化劑的定義乳化足把一種液體置丁與它互不混合的液體中在外力作用下將此液體呈微粒分散的過(guò)程，新生成的均勻混合物稱為乳濁液。使這兩種液體分散，并使乳濁液保持穩(wěn)定的物質(zhì)稱為乳化劑。乳化劑實(shí)質(zhì)上是一種外表活性劑，在我國(guó)食品添加劑中乳化劑屬第ll類。油和水足兩種互不相溶的液體，它們?cè)跈C(jī)械外的作用下，可以互相混合，但

15、一般難以混合成穩(wěn)定的乳濁液，當(dāng)施加的外力取消時(shí)，它們又會(huì)很快別離為原來(lái)的兩種液體，為了使互相均勻混合的狀態(tài)得以長(zhǎng)久保持，需要添加乳化劑。從乳化劑的分子結(jié)構(gòu)來(lái)講，它具有兩個(gè)功能基團(tuán)，即親水基和親油基。親水基能吸引水層，親油基能包括油層。因此， 由于乳化劑的參加，水和油就能相互混合，形成完全分散的乳濁液。一般親水性強(qiáng)的乳化劑多成油一水性乳濁液，親油性強(qiáng)的乳化劑易成水一油犁乳濁液。乳化劑在食品中的作用 (1)乳化劑作用食品中含有脂肪，自然條件下它們難以與水均勻、穩(wěn)定地混合，而乳化劑就可使分散后的微細(xì)脂肪球處于乳濁狀態(tài)， 并長(zhǎng)久保持在水中。(2)起泡作用使許多食品的結(jié)構(gòu)膨松多孔，如發(fā)面制品、蛋奶制品，

16、由于行業(yè)大景可見的和微細(xì)空氣泡，使其變得松脆柔潤(rùn)，口感良好，而乳化劑所提高產(chǎn)品混合原料的起泡性和膨脹率，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量。(3)產(chǎn)品質(zhì)最的穩(wěn)定作用。發(fā)酵制品在貨架期需要保鮮，防止老化，乳化劑與淀粉的組合可以起到以上作用。當(dāng)添加乳化劑后，可增加蛋、奶制品(如冰激淋)在室溫下的耐熱性，使產(chǎn)品保持預(yù)定、同有的形狀。小結(jié)乳化劑的兩親特性，能增加食品組分間的親合性，降低界面張力，提高食品質(zhì)量，改善食品原料的加工工藝性能。與淀粉形成絡(luò)合物，使產(chǎn)品形成較好的結(jié)構(gòu)，增大食品體積，防止老化和保鮮。做油脂結(jié)晶調(diào)整劑，控制食品中油脂的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，阻止結(jié)晶復(fù)原，改善食品口感。與原料中的蛋白質(zhì)及油脂絡(luò)合，增強(qiáng)面團(tuán)強(qiáng)度。充氣、穩(wěn)定、改善氣泡組織結(jié)構(gòu)，提高食品內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量，使食品更快釋出香味。提高食品持水性，使產(chǎn)品更加柔軟，可以使食品增重。代替昂貴的配料，降低本錢