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1、新型食品乳化剂一聚甘油脂肪酸酯沈金玉（清华大学化工系北京100084）摘 要 本文介绍了聚甘油脂肪酸酯的组成、功能特性以及应用领域，报道评价了聚甘油和聚 甘油脂肪酸酯的合成方法。关键词 聚甘油酯，聚甘油，功能特性，食品乳化剂New Food Amusition-Polyglycerol Esters of Fatty AcidsShen Jinyu（Department of Chemical Engineering Tsinghua University Beijing 100084）Abstract This artcle introduces composition,function p
2、roperties and its application field of polyglycerol esters of fatty acids. It also makes comment on compounding ways of polyglycerol and polyglycerol esters of fatty acidsKey words polyglycerol esters，polyglycerol, function properties, food emusition聚甘油脂肪酸酯（polyglycerol esters of fatty acids,简称聚甘油酯或
3、PGFE）是由聚甘油和脂肪 酸直接酯化制造的一类优良非离子型表面活性剂。早在二十世纪40年代，欧美等国就开始生产 聚甘油酯，但由于当时产品的质量（如颜色、味道、气味）不佳，在食品方面的应用受到限制。 聚甘油酯作为食品添加剂出现在欧美市场大概是I960年。在日本，1965年开始研究开发聚甘油 酯。到80年代，日本许多公司相继对这种新型乳化剂应用进行开发，并获得许多专利。近些年 来，聚甘油酯以食品工业为主要应用对象正逐步扩大到日化、医药、纺织等工业部门。联合国粮 食及农业组织（FAO）与世界卫生组织（WHO）确认聚甘油酯为高安全性的食品添加剂。目前， FAO/WHO食品添加剂专家委员会公布使用的3
4、0多种食品乳化剂中就有聚甘油酯，美国、日本、 欧洲已批准聚甘油酯作为食品乳化剂。我国聚甘油酯的开发和应用起步比较晚，直到上个世纪 80年代中期才偶尔见到关于聚甘油酯简单的报道。近些年来我国在这方面的研究开发和应用取 得了可喜成果，并开始步入工业化生产。作为甘油脂肪酸酯系列产品中的聚甘油酯，其乳化性能 比脂肪酸单甘酯优越得多，原因就在于聚甘油酯中有更多的亲水性羟基。通过适当选择聚甘油的 聚合度、脂肪酸的种类以及酯化度，可以得到从亲油性到亲水性的各种聚甘油酯产品。食品级聚 甘油酯的HLB值范围大约216。聚甘油酯按照国际食品规格分为聚甘油脂肪酸酯（PGFE）和 聚甘油缩合蓖麻醇酸酯（PGPR）。一
5、、聚甘油酯的特性聚甘油酯是由聚甘油和脂肪酸直接进行酯化反应或与动植物油脂进行酯交换反应而制成的一 类非离子型表面活性剂，其结构式如下：式中：n=0、1、2、3 R=H或脂肪酸残基所用的脂肪酸可以是硬脂酸、软脂酸、油酸、月桂酸等高级脂肪酸，也可以是低级脂肪酸。 如果聚甘油的聚合度越高、脂肪酸碳链越短、酯化度越低，聚甘油酯的亲水性就越强。据此，我 们可以设计不同的甘油聚合度，有意识地控制聚甘油酯分子中亲水性羟基和亲油性脂肪酸残基之 比，就可以得到不同HLB值的产品。作为乳化剂而言，其中含有亲水基和亲油基两部分，这两 种性能完全对立的基团共存于统一体中，它们之间相互作用、相互制约，其关系可用Grif
6、fin提 出的HLB值（亲水亲油平衡值）来表示，HLB值确定了它们的功能和作用。一般来说，当HLB 值与6时，适用于作油包水型（W/O）乳化剂；当HLB 7时，适用于作水包油型（O/W）乳 化剂。聚甘油酯一般为固体、半固体、或粘稠油状液体。聚甘油酯的耐热性、粘度比其它多元醇 系脂肪酸酯高。其水溶液不会因存在酸或盐而发生凝聚作用，且耐水解性能好。另外，有关它们 的界面活性（包括界面张力、起泡力、渗透性、乳化性、增溶性、分散性、溶解性等）均有文献 报道。表1列出了日本太阳化学公司聚甘油酯（包括PGPR）产品的几个典型品种及其特性。表1聚甘油酯典型品种和特性商品名称品种 聚甘油酯HLB值熔点（C）皂
7、化值碘值性状Q-18D二甘油单硬脂酸酯7.555固体Q-18E四聚甘油单硬脂酸酯8.5521202固体Q-14F六聚甘油单肉豆蔻酸酯13.031半固体Q-17F六聚甘油单油酸酯10.58738半固体Q-18F六聚甘油单硬脂酸酯10.546872固体Q-12S十聚甘油单月桂酸酯15.5732粘液Q-14S十聚甘油单肉豆蔻酸酯14.5粘液Q-17S十聚甘油单油酸酯14.57332半固体Q-18S十聚甘油单硬脂酸酯12.048682半固体Q-185S十聚甘油五硬脂酸酯4.551固体PGPRNO.818A一甘油+蓖麻酸缩合物3粘液NO.818DG四甘油+蓖麻酸缩合物382粘液NO.818H六甘油+蓖麻
8、酸缩合物384粘液二、聚甘油酯的应用聚甘油酯是近三十年来发展起来的新型乳化剂。它的用途极为广泛，而且不断有新的用途在 研究和开发中。其功能主要有：乳化作用、粘度调节作用、控制调整结晶作用、品质改良作用、 抗菌作用等。日本生产的聚甘油酯大约80%用作食品添加剂，并在日化、医药、纺织等领域也 逐步得到推广应用，聚甘油酯的主要用途简单介绍如下。1. 食品工业（1）食品乳化剂：聚甘油酯作为食品乳化剂用量最大，应用也最广。它可用作水包油型（O/W）、 油包水型（可/。）或双重乳化型（W/O/W或O/W/O）乳液的乳化剂。O/W型乳化剂：亲水型 聚甘油酯在中性范围内的乳化性能与高HLB值的蔗糖脂肪酸酯（s
9、ucrose ester of fatty acids,简称 蔗糖酯或SE）大约相同或略差，但随着酸性的增加，聚甘油酯的乳化性能则越来越好。当PH 值在3.55左右时，其乳化性和稳定性特别好。蔗糖酯水溶液因随酸或盐的作用会发生凝聚作 用或出现沉淀现象，而聚甘油酯即使在PH值很低时也不会产生这些现象。具有耐酸性的脂肪酸 单甘酯存在耐盐性差的缺点，而聚甘油酯适用于含酸或盐的食品中作乳化剂。如国外流行的一种 橘橙或酸奶型的具有酸味且产生清凉感的泡沫奶油，其HLB值为3.55，使蛋白质变性，乳化 不稳定难于起泡，一般的乳化剂对酸不稳定，而使用十聚甘油单硬脂酸酯或与有机酸单甘酯并用， 可以生产这种泡沫酸
10、味奶油。亲水型聚甘油酯单独使用或与卵磷脂、单甘酯、蔗糖酯等一起使用 时，可以改善O/W型乳液的稳定性、起泡性和保形性等。W/O型乳化剂：亲油型甘油酯与 W/O型乳化剂一样，对油相较多的体系具有很好的乳化能力。特别需要指出的一类聚甘油酯（PGPR），它是由蓖麻油脂肪酸经热缩合后再与聚甘油反应生成的亲油性乳化剂（HLB值3）。 聚甘油酯和PGPR可以用于流动性黄油、可塑性黄油、冻凝用黄油。双重乳液：有W/O/W型 乳液和O/W/O型乳液两种。W/O/W型乳液是将W/O型分散在水中而形成的，在调整过程中， 可利用高W/O性能的聚甘油酯。一般有两种制备方法，一种方法是将聚甘油酯制成的W/O型乳 液滴到
11、亲水性乳化剂水溶液中进行乳化的两段乳化法；另一种方法是将水滴到溶有聚甘油酯的油 脂中进行调整的一段乳化法（或称转相法）。与通常的乳化剂相比，用少量的聚甘油酯就可以制 成稳定性好的乳化液。当今在低热量、低脂肪类食品的研发中，双重乳化技术的应用引起人们的 重视，特别是W/O/W乳化技术在食品领域中的商品化。由于聚甘油酯的开发成功，特别是PGPR 的强有力的W/O乳化作用，使得双重乳化技术推广应用成为可能。使用PGPR比用其它乳化剂 更少的添加量就可制成稳定的W/O/W型乳液。另外，PGPR还可以用作O/W/O型乳液的乳化剂。 目前，利用这种双重乳化作用开发的食品有咖啡奶油、人造奶油、冰淇淋、饮料、
12、蛋黄酱、调味 汁等。（2）结晶调整剂：聚甘油酯具有结晶化抑制作用或具有促进结晶化的效果。如高酯化度的十 聚甘油十硬脂酸酯（12个羟基中有10个酯化）的聚甘油酯具有抑制结晶的作用。相反，低酯化 度的六聚甘油五硬脂酸酯（8个羟基中有5个酯化）的聚甘油酯具有促进结晶的效果。通过调整 聚甘油酯的酯化度，不必改变油脂的特性就可调节结晶速度，并可改善油脂的质量，使其晶粒细 微、具有光泽。如在巧克力的储存过程中，由于温度变化在其表面浮现出油脂或砂糖的结晶，产 生白斑或白色混浊状并失去光泽，此现象称之为“巧克力起霜”。如果在可可脂中加入1%聚甘油 酯，可可脂迅速形成微细结晶，防止结晶生长，抑制可可脂结晶从V型
13、向W型转移（可可脂有六 种晶型，其中W型是造成可可脂起霜的主要原因），从而防止巧克力起霜。亲水性聚甘油酯具有 促进结晶化的效果，如四甘油单硬脂酸酯是a型结晶乳化剂。另外，亲水性聚甘油酯还具有抗冻 效果，可改善O/W型乳液的耐冻融性的作用。如用亲水性聚甘油酯可以制造不使用蛋黄，但却 有蛋黄味道的调味酱，而且制成的调味酱具有耐冻融性。（3）粘度调节剂：众所周知，巧克力是由可可脂、可可粉、奶粉、蔗糖等制成的，即在可可 脂中分散可可、奶粉和蔗糖。粘度调节剂可改善这些成分的分散性，形成平滑的组织结构，可使 油脂与蔗糖间的摩擦力减小，从而使粘度降低、结晶稳定、防止起霜。增加可可脂配比可使粘度 降低，但生产
14、成本增高。为了降低成本，可添加卵磷脂或蔗糖酯，但效果欠佳。使用亲油性PGPR， 其降低粘度的能力优于卵磷脂和蔗糖酯。巧克力的粘度由塑性粘度和塑变值来表征，亲油性 PGPR降低塑变值的效果特别明显。如果PGPR与卵磷脂合用，发挥协同作用，则降低粘度的效 果更佳。另外，聚甘油酯还具有降低含蛋白质的O/W型乳液粘度的作用。（4）淀粉改良剂：聚甘油酯不但有改善淀粉粘度等性质，最主要的是具有防止淀粉老化的作 用，因而可用于淀粉类食品的品质改良方面。尽管聚甘油酯对淀粉防老化作用机理目前食品专家 尚无一致的看法，但其良好的加工性能和品质优良的食品已经在广泛的生产实践中得到证实。如 十聚甘油单月桂酸酯对淀粉有
15、防老化作用，可改善面包、点心类食品的加工质量。能降低淀粉的 粘性，提高耐冲击性，增加烘烤容积，使面包变得松软，并改善食品风味和咀嚼口感。关于聚甘 油酯与淀粉的作用机制及应用在研究中。（5）其他方面：聚甘油酯具有良好的抗菌作用。日本学者大量的实验结果表明：中等链长（C8 12）脂肪酸系聚甘油酯对细菌、霉菌、酵母菌等有较强的抗菌作用，但低碳链中碳链的脂肪酸 系聚甘油酯其抗菌作用比甘油酯弱。聚甘油酯对肉毒杆菌和耐热性细菌有很强的抗菌作用，但随 聚甘油酯中脂肪酸残基种类的不同而有所差异。如十聚甘油单月桂酸酯和十聚甘油单肉豆蔻酸酯 对厌气性细菌中耐热性最强的热嗜酸梭菌抗菌作用最强，而对好气性耐热细菌嗜热脂肪杆菌仅能 抑制细菌生长。因此，聚甘油酯的抗菌作用应按照食品的不同组成来选择聚甘油酯和确定最适添 加量。聚甘油酯亦可作为食品着色助剂，如用水溶性染料将油进行热稳定着色或将染料变成亲油 性时，可使用聚甘油酯。此外聚甘油酯还可用作口香糖和奶油糖果的软化剂，防止咀嚼时粘牙， 并赋予塑性和柔软感。聚甘油酯还可作鱼类、肉类加工制品的品质改良剂，如鱼肉、畜肉加工时 使用聚甘油酯可提高其弹性，使肉质细腻。还可作水果、蔬菜剥皮处理剂以及蔗糖
