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1、第十章表面活性剂在食品工业中的应用 第一节概 述表面活性剂作为食品添加剂或加工助剂，广泛用于各类食品生产，对提髙食品质量、开发食品新品种、改进生产工艺、延长食品储藏保鲜期,提髙生产效率等有显著效果。表面活性剂在食品工业中主要用作乳化剂、增稠剂、稳定剂、消泡剂.、起泡剂、糖助剂、润滑抗粘剂、清洗剂、水果剥皮剂、涂膜保鲜剂等，应用最广泛的是食品乳化剂。联合国粮农组织（FAO）、世界卫生组织（WHO)以及世界各国对食品添加剂和加工助剂的使用都制定了相应的法规或标准，规定了允许使用的食品添加剂品种、使用范围和最大用量。一些常用的表面活性剂类食品添加剂和加工助剂列于表 10-1 中。 第二节 在食品中的
2、作用一、乳化剂及其与食品成分的相互作用食品乳化剂种类繁多，按亲水亲油平衡值(BHL 值)可分为水包油型和油包水型两类;根据亲水基在水中所带的电荷可分为阴离子型、非离子型、阳离子型和两性离子型四类。口前，允许使用的食品乳化剂约 65 种，常用的有甘油脂肪酸酯( 主要为甘油单脂肪酸酯)、蔗糖脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯,聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸指、大豆磷脂、硬脂酰乳酸钙(钠)、酪蛋白酸钠等( 见表 10-2),食品乳化剂的世界总需求量约为 2.5109,其中需求量最大的是甘油单脂肪酸酯，约占总需求量的 2/3，其次是蔗糖脂肪酸酯。目前，食品乳化剂正向系列化、复配化、多功能、高效率、
3、便于使用等方面发展。乳化剂除具有乳化、增溶、分散、润湿、悬浮、消泡、起泡等表面活性外，还能与碳水化合物、类脂化合物和蛋白质等食品成分发生特殊的相互作用，这在食品加工中对改进和提高食品质量起着重要的作用。(一)乳化剂与类脂化合物的作用类脂化合物中的油脂在食品中占有很大比例。在有水情况卜，油脂与乳化列相互作用形成稳定的乳状液，这是食品加工中所常利用的乳化作用。无水时油脂会产生多晶现象，这与其预处理有关(见图 10-1）。晶形的熔点最低，品形到次 品形是可逆的，晶形到晶形是不可逆的，晶形具有较高的熔点。一般温度下，。晶形到晶形的过渡是缓慢的。油脂的不同晶形赋予食品不同的感官特性。许多情况中，油脂的晶
4、形处于不稳定的 晶形或 初级晶形，并趋于过渡到熔点最高、能量最低的晶形，因此，在食品加工中需加入具有变晶性的物质，以长时间内阻碍或延缓晶形变化，形成有利于食品感官性能和食用性能所需的晶形。某些趋向晶形的亲油性乳化剂与油脂相互作用和结合，就有调节结晶形成的作用。例如，蔗糖脂肪酸酯、斯潘 60、潘 65、甘油单(双)乳酸酯、聚甘油脂肪酸酯都可作为结晶调整剂，用于食品加工过程。熔化的油脂中加入斯潘 60 或斯潘65，冷却时形成介初级晶形，由于共结晶作用使这种晶形结构保持稳定。(二)乳化剂与蛋白质的作用蛋白质是具有一定结构特征的络合、聚合物分子，也是食品的基本成分。它的结构特征影响与乳化剂的相互作用和
5、结合程度。蛋白质肽链中的肽键不能与乳化剂发生作用，而固定在多肽链上的氨基酸侧链能与乳化剂作用。结合方式与侧链的极性、乳化剂种类以及是否带有电荷和体系 pH 值等因素有关，主要有疏水结合、氢键结合及静电结合三种。非极性蛋白质侧链基团与乳化剂的烃链相互作用产生疏水结合，条件是有水存在。溶剂水经非极性氨基酸扣互排斥，这是产生疏水结合的基础。疏水结合中乳化剂烃链固定于蛋白质上，而乳化剂的极性基结合在粒子表面，形成脂肪。极性侧链不带电荷的蛋白质与乳化剂的亲水分子部分以氢键发生作用，此时乳化剂的烃链结合在粒子表面。侧链带电荷的蛋白质与带相反电荷的乳化剂产生静电相互作用。带正电荷的氨基酸侧链与带负电荷的乳化
6、剂相互作用的方式在生物体系较为常见。乳化剂与蛋白质相互作用形成的化合物属于脂肪，不同的脂肪及作用条件对结合程度影响很大。各种乳化剂与蛋白质的作用程度列于表 10-3。在食品加工中，特别是在烘烤食品中大量利用蛋白质与乳化剂的相互作用和结合来改善食品的加工性能，提高食品的品质。（三)乳化剂与碳水化合物的作用碳水化合物包括单糖、双糖、低聚糖、多糖和糖苷。碳水化合物与乳化剂作用的方式主要为疏水作用和氢键作用。单糖和低聚糖水溶性好，无疏水层，因此不与乳化剂发生疏水作用。高分子多糖类则不然，淀粉属多糖类，在食品工业中占有特殊重要的地位。乳化剂主要与直链淀粉发生作用。直链淀粉在水中形成 螺旋结构，内部起疏水
7、作用。乳化剂随共亲水基进入 螺旋结构内，并利用疏水键与之结合，形成复合物或络合物。乳化剂的性能和结构决定着复合物的形成过程和结合能力(见表10-4 )。在面包、糕点等烘烤食品中，就是利用乳化剂与直链淀粉、蛋白质的相互作用和结合形成复合物来达到防老化、软化等效果的。在食品加工中，应根据乳化剂在食品中所要起的作用要求达到的功效，选择适宜的乳化剂。如 O-W 型或 W-O 型乳状液体系所用乳化剂 BHL 值要与被乳化物的 BHL 值相同，这样才能获得稳定的乳状液。由于食品是由油脂、蛋白质、碳水化合物及其他各种成分构成的复杂混合物体系，各种物质同时存在，互相影响，这就给乳化剂的选择带来很大困难。在实际
8、工作中应当善于找出起主要作用的乳化作用模式，从而获得适当的乳化剂。二、增稠稳定剂及其在食品中的作用增稠稳定剂是能增加液态食品混合性和食品溶液的粘度、保持食品体系的相对稳定性的亲水性物质，它主要为多糖类的植物、微生物胶质和多肽类的动物胶质，按来源可分为天然胶和合成胶。增稠稳定剂在食品加工中主要起稳定食品（型）的作用，如乳化稳定、悬浮稳定、泡沫稳定、凝胶赋型等。此外，对改善食品的质构及对加工食品色、香、味的保持和水相对的稳定性亦起相当重要的作用。增稠稳定剂在食品中的应用十分广泛(见表 1O-5)，这是因为它具有多方面的功能特性，如胶凝作用、增稠作用、稳定作用、保水作用等。(一)胶凝作用食品胶是果酱
9、、果冻、奶冻、啫喱、蜜饯、软糖、人造营养食品和仿生食品等的胶凝剂和赋型剂。低甲果胶和海藻酸钠与多价金属离子可形成不溶于水的化合物，因此是汞、铅和铜等重金属离子中毒的良好解毒预防剂。用作食品凝胶的增稠剂各具特长，彼此难以取代。琼脂是已知最有效常用的胶凝形成剂，其凝胶坚实，硬度较高，但弹性较小。明胶凝胶坚韧而富有弹性，能承受较大的压力，井具有营养价值。卡拉胶则以透明度见长，容易溶解，最适用于奶类凝胶食品。果胶凝胶则能释放出非常诱人的香味，尤其适于果品加工。海藻酸钠胶凝条件低，具有热不可逆性，特别适合于制作人造营养食品。因此，必须根据不同的食品和工艺要求，选用不同品种或不同规格的胶凝剂。(二)增稠作
10、用食品胶可提高静置状态下食品的粘稠度，使原料容易从容器中挤出，或更好地粘着在食品上，使食品有柔滑、稠厚的口感，在鱼、肉糜等压模食品中可起到胶粘作用。(三)稳定作用食品胶可使加下食品的组织趋于更稳定的状态，使食品内部组织不易变动，因而不易改变品质。它在淀粉食品中有防老化、回生等作用；在冰淇淋等食品中有防止冰晶生长的作用；在糖果制品中可抑制结晶析出；在饮料、调味品和乳化香精中能够起到稳定乳化体系的作用；在啤酒、汽酒中能稳定泡沫，延长挂杯时间。由于食品的组分各异、酸碱度不同，使各种增稠稳定剂各均有用武之地。(四)保水作用亲水胶的强烈水化作用在食品加工中也被广泛应用。在肉制品、面包、糕点中，食品胶不但
11、能起到组织改良作用，而且使水分不易挥发，既提高了产品产量，又改进了口感。食品胶的成膜性亦使之具有保水防透气作用，从而被应用十食品的保鲜。(五)其他作用食品胶具有絮凝作用，可作为果汁、酒类和某些调味品生产的澄清剂，改进产品的透明度。减少沉淀提高保存性能。此外，一些食品胶在食品加工中还可作为起泡剂、保香剂和脱模剂等。国外增稠稳定剂的品种有 40 余种，产量约 2.5109 kg/a,我国目前能够生产的品种还不多，产量也不能满足食品工业的需求。食品增稠稳定剂属食品添加剂，应严格按照有关食品卫生法规和标准，并根据食品加工的目的和所需要的功能特性选择使用。在食品中单独使用一种增稠稳定剂，往往不能收到理想
12、的效果，必须同乳化剂及其他增稠定剂配合使用，发挥协同效应，才能产生良好的功能特性。三、消泡剂、起泡剂和食品中的泡沫(一)食品的泡沫与起泡剂食品中的泡沫是气体分散在液态或半固态物料中的分散体系。在稳定的泡沫中，气泡是由有弹性的液体膜或半固体膜分隔开来，气泡的直径从 l 微米到数厘米不等。典型的食品泡沫如搅打的奶油(掼奶油)、充气糖果(海绵糖、牛轧糖、泡泡糖、明胶软糖等)、泡沫点心、夹心泡沫巧克力、泡沫蛋自白食品、冰淇淋、蛋糕、面包、馒头、发酵乳饮料及啤酒、软饮料、香槟酒等产生的泡沫等。为使食品中的泡沫稳定柔顺，必须加入表面活性剂作为起泡稳泡剂，常用的有如下几类：（1)合成表面活性剂，如蔗糖脂肪酸
13、酯可作为起泡剂用于糕点、蛋糕、饼干和冰淇淋中。(2)蛋白质类，如明胶、卵蛋白鸡蛋清等、大豆蛋白、乳清蛋白、棉籽蛋白、小麦蛋白等。由干天然蛋白质在液-气界面变性，并以一定方式排列，虽然降低表面张力的能力有限，但变性蛋白质可以凝结成一层皮，形成十分牢固的薄膜，起到起泡、稳泡作用。但这种性能易受 pH 值影响，且有老化作用。（3)纤维素衍生物，如甲基纤维素、羟甲基纤维素(CMC) 、甲乙基纤维素等，其起泡作用与蛋白质类似，但无老化现象。(4)植物胶类，如阿拉伯胶可作为啤酒稳泡荆。(5)固体粉末，如香料粉、可可粉等细微粉末具有憎水性，能聚集于气泡表面增加表面粘度和泡沫稳定性。(二)消泡剂在各类食品加工
14、工艺中及用发酵方法制造食品时，起泡往往会影响生产，造成损失或危害。例如，在甜菜洗涤、制糖过程、豆制品生产、罐头饮料加工、调味品生产、食品煎炸或烹煮以及味精、葡萄酒、啤酒等发酵生产过程中都会产生有害的泡沫。为了消除上述这些有害泡沫的影响，应添加表面活性剂、脂肪酸、聚硅氧烷等作为消泡抑泡剂。食品工业用的消泡剂需经有关专门机构批准，其安全性必须符台食品卫生法的要求，而且不能影响食品的风味。食品工业中常用的消泡剂有以下几类:（1）油脂类:蓖麻油、大豆油、玉米油、米糠油、棉籽油、菜籽油、可可油、亚麻油、亚麻仁油等，常用于食品发酵工艺、豆制品生产中消泡，用量为0.05%2%，( 质量分数) 。(2)脂肪酸
15、类：硬脂酸、油酸、棕桐酸等，常用于食品发酵过程的消泡。(3)脂肪酸酯类：失水山梨醇单硬脂酸酯或三硬脂酸酯、失水山梨醇单月桂酸酯、失水山梨醇三油酸酯、丙二醇单油酸酯、聚乙二醇400，600)二油酸酯、甘油单硬脂酸酯、乙二醇硬脂酸酯、二廿醇月桂酸酯、二聚甘油单硬脂酸酯、聚丙二醇藻蛋白酸酯、聚乙二醇(400)蓖麻醇酸酯、聚氧乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯等，用于制糖及各种食品加工工艺中消泡，用量为 0.05%2%(质量分数)。(4)聚硅氧烷类:二甲基聚硅氧烷乳液，用于发酵过程、食品加工工艺的消泡，用量为 0.0002%0.01%(质量分数)。(5)有机极性化合物类:聚丙二醇 12002500，聚乙二
16、醇 4002000，丁氧基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、丙二醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚、甘油聚氧丙烯聚氧乙烯醚、三异丙醇胺聚氧丙烯聚氧丙烯醚、季戊四醇聚氧丙烯聚氧乙烯醚等，常用于制糖、发酵工艺中消泡。（6)醇类 :戊醇、辛醇、十二醇、十四醇、十六醇、十八醇、山梨醇等，常用于发酵、酿造工艺中消泡，用量为 0 . 001 0.011%质量分数)。（7)磺酸酯类:月桂基磺酸酯，用于煎炸油的消泡。（8)其他 :微细二氧化硅粉末，用量小于 2%;聚硅氧烷(硅酮树脂)乳液是优良的食品消泡剂，具有稳定性好、用量少、消泡效率高、适用范围广等优点;水溶件聚硅氧烷乳液一般用非离子表面活性剂作为乳化剂配制而成，为使乳液更加稳定，还可加入少量稳定剂如羧甲基纤维素钠。下面为几种用作食品消泡剂的聚砖氧烷乳液配方。第三节 在冰淇淋中的应用表面活性剂主要作为乳化剂和增稠稳定剂应用于冰淇淋生产。添加表面活性剂能提高冰淇淋的发泡性(膨胀率)，形成光滑的结构，在凝冻
