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    聚甘油脂肪酸酯在食品工業中的應用

    文章出處:未知 人氣:發表時間:2020-07-31 16:27
         
          民以食為天,生命的存在與延續離不開食物。隨著社會的發展,食品工業已成為現代工業中的重要組成部分。食品添加劑是“為改善食品品質和色、香、味以及為防腐、保鮮和加工工藝的需要而加入食品中的化學合成或者天然物質”。食品添加劑在食品工業中起到重要的作用,其功能可分為以下幾方面:1)改善或提高食品色、香、味及口感等指標;2)保持和提高食品的營養價值;3)防止食品腐敗變質和延長保質期;4)增加食品的品種,提高食品的質量和檔次;5)改進食品加工條件;5)滿足不同人群的需要,調整營養結構等。
         我國GB2760-2014批準使用的食品添加劑達到2000余種,按照功能分成酸度調節劑、抗結劑、食品乳化劑等22類。乳化劑是食品添加劑中重要的一類,在食品加工中起到舉足輕重的作用,不僅能夠提高食品質量,延長保質期,還能起到改善食品的感官,使得食品便于保鮮加工。

    1.食品中各種成分與乳化劑的作用

       食品乳化劑在食品中不僅起到表面活性劑的作用,還會和食品中的糖類、脂肪、蛋白質等組分發生獨特的相互作用。

    1.1乳化劑與食品中糖類成分作用

          糖類(碳水化合物),包括單糖,雙糖,低聚糖,多糖等,普遍存在于各種食品中。糖類與乳化劑發生作用主要是通過疏水作用和氫鍵作用。其中,單糖和低聚糖水溶性好,無疏水層,因此不與乳化劑發生疏水作用。
         淀粉屬多糖類,在食品工業中占有極其重要的地位。乳化劑通過以下方式與直鏈淀粉發生作用:直鏈淀粉在水中會形成內部有疏水作用的a-螺旋結構,乳化劑分子中的疏水部分進入螺旋內,并通過疏水鍵與淀粉結合起來,形成復合物或絡合物。這種不溶性復合物不能再重新結晶而發生老化,從而保持食品的松軟組織結構,達到延長貨架期的作用。

    1.2乳化劑與食品中脂肪成分作用

         油脂在食品中也極為常見。在水存在的情況下,乳化劑會使油脂和水形成乳狀液。在無水條件下,由于油脂預處理關系,會形成多晶現象。不同晶型會影響食品的感官。因此,在食品加工中加入具有變晶性的乳化劑,能夠延緩晶型變化,有利于保持食品性能所需要的晶型。

    1.3乳化劑與食品中蛋白質成分作用

         蛋白質是不同的氨基酸按照特定的連接方式組成的聚合物分子,是食品的重要成分。他的結構特征能夠影響與乳化劑的相互作用和結合程度。固定在多肽鏈上的氨基酸側鏈通過疏水相互作用、氫鍵作用、靜電作用等形式,與乳化劑發生相互作用。具體的結合方式與氨基酸側鏈的極性,乳化劑種類以及電荷和體系的pH值等因素均有關。在有水存在時,氨基酸側鏈與乳化劑的疏水基團產生疏水作用,乳化劑的疏水部分固定于蛋白質上,親水部分結合在粒子表面,形成脂肪。極性側鏈不帶電荷的蛋白質與乳化劑分子中親水部分以氫鍵形式發生作用,此時乳化劑的烴鏈結合在粒子表面。側鏈帶電荷的蛋白質與帶相反電荷的乳化劑產生靜電相互作用。
         需要指出的是,食品中同時存在油脂,蛋白質,碳水化合物及其他各種成分,各成分之間相互作用,相互影響。我們應結合實際情況,找出起主要作用的乳化作用形式,并以此為依據,選出合適的乳化劑。

    2.聚甘油脂肪酸酯的特殊功能

        聚甘油脂肪酸酯(聚甘油酯)是由脂肪酸和聚甘油反應得到,原料源自天然可再生資源,可生物降解,由于其優異的乳化、泡沫、結晶調節能作用,廣泛應用于食品、醫藥、化妝品等領域,在食品乳化劑中在占有重要地位。通過不同聚合度的聚甘油與不同的脂肪酸以不同的摩爾比進行反應可以構筑結構多樣、性質各異的聚甘油酯產品,可滿足不同需求。
    文獻中報道,二聚甘油脂肪酸酯在60℃時,8天后酸值沒有增大。90℃和120℃,酸值變化也很小。如其他脂肪酸酯一樣,聚甘油酯在酸性、堿性和分解酶作用下分解,分解成聚甘油和脂肪酸(鹽)。聚甘油酯的非催化水解與溫度和時間有關,水解很慢。聚甘油酯的水解敏感性是小的,可以在水體系中使用,也可以在較高溫度下使用。

    2.1乳化作用

        HLB值≥7的聚甘油酯可用作O/W乳化劑,在中性條件下,乳化性能優于單甘脂,丙二醇酯,與蔗糖酯相似;但是,在酸性條件下,尤其是pH 3.5-5時,乳化性和穩定性優于蔗糖酯。HLB值≤6的聚甘油酯可用作W/O乳化劑,較其他類型乳化劑,穩定性、耐熱性更好。另外,大量研究證實聚甘油蓖麻醇酸酯是一種比較特殊的聚甘油酯,可應用于W/O/W多重乳化體系中。

    2.2充氣作用

         聚甘油酯沒有多晶型現象,而形成介晶相,具有其他乳化劑少有的優良的起泡和穩泡性能,單獨或與其他乳化劑,特別是a-晶型傾向的乳化劑復合使用,能夠在食品加工中產生獨特的氣泡結構,起到充氣作用,在烘焙食品中極具應用價值。

    2.3結晶調節作用

         聚甘油酯具有促進結晶形成和抑制結晶形成的雙重作用。親油性的聚甘油酯,尤其是長鏈飽和脂肪酸系列的聚甘油酯,能夠顯著抑制結晶,如十聚甘油十硬脂酸酯(十二個羥基有十個被酯化),具有抑制結晶形成效果。親水性的聚甘油酯具有促進結晶的作用,如六聚甘油五硬脂酸酯(八個羥基有五個酯化),具有促進結晶的效果。基于上述理論,選擇不同的聚甘油酯能夠調節油脂結晶的速率,使得結晶細膩,不產生大塊結晶,從而提高外觀及油脂類產品的質量。

    2.4黏度調節作用

        聚甘油蓖麻醇酸酯可以提高巧克力制作過程中各組分的分散性,進而形成平滑的組織結構,降低產品加工過程中的黏度,其效果優于磷脂。此外,在一些含蛋白質O/W型乳液中,添加少量聚甘油酯能有效降低乳液的黏度。

    2.5抑菌保鮮作用

         日本學者做了大量的研究,發現聚甘油酯對多種菌有抑制作用,且抗菌性能受不同聚合度以及脂肪酸殘基的不同而變化,如當脂肪酸碳鏈為8-12時,聚甘油酯對枯草桿菌、霉菌具有較強的抗菌作用,如三聚甘油辛酸酯對枯草菌具有較強的殺菌效果。
    另外,十聚甘油的硬脂酸酯和十聚甘油的棕櫚酸酯對嗜熱脂肪芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、耐熱性芽孢桿菌具有抗菌作用。

    2.6品質改良作用

         淀粉類產品中,添加適量聚甘油酯,可以在面筋和淀粉之間形成光滑薄層,調整面團結構,防止老化,可改善面團的氣孔率,獲得細密的氣孔和均勻的組織結構。

    3.聚甘油脂肪酸酯在食品工業中的應用

    3.1在乳及乳制品中的應用

    3.1.1在奶油中的應用

         人造奶油為W/O型乳狀液,主要用親油性乳化劑。聚甘油酯不僅能夠使得油脂和水分散的更加均勻,防止油水分離,調整人造奶油的組織結構,改善產品性狀、口感和風味,還能夠延長產品的保鮮期。有關研究表明,在人造奶油的生產中,添加量0.2%的聚甘油酯和添加量0.4%的單甘酯效果相當,說明聚甘油酯的乳化性能更優,同時它還能改善餐用奶油的涂抹性、流動性和可塑性。
         此外,在制造低熱量人造奶油、液體人造奶油,可塑性黃油過程中,聚甘油酯還可作為結晶抑制劑使用。
         起酥用人造奶油用于制造各種酥皮點心,主要具有可塑性,延伸性,能夠使酥皮高點具有片狀結構和較大的體積。可采用如下乳化劑:1%甘油單酸酯和聚甘油脂肪酸酯加0.8%大豆卵磷脂,或1%蒸餾甘油單酸酯加0.8%大豆卵磷脂。
         發泡稀奶油,俗稱摜奶油,屬于O/W型乳狀液,主要使用親水型乳化劑。單獨使用高HLB值的聚甘油酯或與大豆磷酯、單甘酯等復配,均可改善摜奶油的乳化穩定性,起泡性和保型性。
         起酥油用在烘焙食品生產中,以改善通氣性,加強乳化,提高內部質量,增大比體積,延長貨架時間,一般選擇合適的聚甘油酯和單硬脂酸甘油酯,聚山梨醇酯復合使用。

    3.1.2在冰激凌中的應用

         冰激凌是一種泡沫體,空氣以微小氣泡的形式分布于凝凍的連續相,微小氣泡由一種膜保護,需要乳化劑參與穩定。冰淇淋屬于O/W型乳狀液,主要使用親水型乳化劑。目前,在冰淇淋中使用的聚甘油酯大都是聚甘油硬脂酸酯系列,單獨使用或與山梨糖酐酯等配合使用,通過改進脂肪在混合料中的分散性,促進脂肪與蛋白質的相互作用,控制凍結過程中脂肪的附聚與凝聚,促進空氣均勻混合,可明顯改善產品的膨脹率,從而使產品有組織細膩滑爽、體積增大、質地干燥疏松、保形性好和耐貯藏等優點。
         研究表明,聚甘油酯在用量僅為單甘酯1/3時,即可達到相同乳化效果,而在減半的情況下,外觀、口感、膨脹率、耐熱性和保形性等都優于單甘酯。司盤60與聚甘油酯合理復配,可將HLB值調整到8-10,可減少乳化劑用量20%-40%,提高分散性和乳化能力,改善其發泡性和穩泡性能,改善冰激凌組織結構,提高冰激凌的膨脹率和抗融性。
         專利US3800036中,報道了一種基本不含脂肪的冰激凌,如:三聚甘油單硬脂酸酯(Durkreme 310)8g與8g水混合過夜,然后加入184.9g脫脂乳,184.9g糖,瓜爾膠2.0g,鹿角菜膠0.5g,聚山梨醇酯(tween80)0.3g,然后加水到1000g。將該混合物在74℃下巴斯殺菌20s,加入1.9g色素和香料,然后混合物通入均質機中,然后裝入到冰激凌冰柜中,得到基本不含脂肪的冰激凌。
          專利CN1867264將聚甘油酯(PGE55,Danisco)應用于冰激凌中,配方舉例:蔗糖12,刺槐豆膠0.35,卡拉膠0.02,葡萄糖漿42DE 8,PGE55 1,葵花籽油7.5(其中油水比例約為65:35),調味劑0.1,著色劑0.05,去離子水70.98。步驟為:將干配料溶解到60-70℃水中,然后加入油體,來制備混合料。將混合料加熱到80℃,用均質機使混合料混合均勻,然后在80℃進行巴氏殺毒。然后將混合料放到冷藏室中,使其冷卻到4℃。通過攪拌機進行充氣,不到3分鐘,就能達到100%的膨脹率,然后將混合料倒入磨具中,于-18℃下凍結。

    3.2在烘焙食品中的應用

         烘焙食品,是指以谷物為主原料,采用烘烤工藝定型、熟制的一大類食品,主要包括面包、蛋糕、餅干、各種松餅、點心,餡餅等。
         在烘焙類食品制作過程中,使用聚甘油酯可以使配方中的油脂、水、糖在面團中分散得更均勻,改善食品的品質,顯著提高食品的感官指標。在制作餅干過程中,添加少量的聚甘油酯,就可以使脂肪與物料完全乳化和分散,提高油酥效果及餅干的脆性和口感;Garti等研究發現,聚甘油脂肪酸酯可以增加面包的體積,而且添加聚甘油月桂酸酯,比聚甘油硬脂酸酯和聚甘油油酸酯更多地增加了面包的體積。Miyamoto等研究了6種不同碳鏈長度的十聚甘油單脂肪酸酯對面團性質和烘焙的影響。與脂肪酸單甘酯相比,添加十聚甘油單脂肪酸酯顯著提高了發酵面團的氣體保持能力和面包的體積,但是這種效果隨著碳鏈長度增加而減弱。通過顯微鏡觀察發酵面團發現,添加十聚甘油單脂肪酸酯后面筋基質變厚,并且大部分淀粉顆粒被面筋基質充分覆蓋。結果表明,十聚甘油單脂肪酸酯可作為生面團調理劑,促進面筋的形成,并且可作為柔軟劑防止面包變得緊實。
          另外,在烘焙食品工業中廣泛使用的商品“蛋糕油”,是蛋糕的理想起泡劑。為了銷售和貯存過程中保持乳化劑a-晶型結構不變,以活性狀態存在。往蔗糖脂肪酸酯,聚甘油酯,單甘酯中加入丙二醇或山梨醇等以穩定a-晶型狀態。為了使用更加便捷,粉末蛋糕油應運而生。方萬新等以粳米淀粉為載體(占總量的70%),與自制的聚甘油脂肪酸酯1.6份、單甘脂0.8份、蔗糖酯0.4份、硬脂酰乳酸鈉0.55份、羧甲基纖維素鈉0.18份,經過螺桿擠出機,得到粉末乳化劑。研究發現,該乳化劑和傳統方法制備的蛋糕油具有相同的效果,但使用更加方便。。

    3.3在飲料中的應用

           在中性飲料中,常見的單體乳化劑如單硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、聚甘油酯等均能使用,但乳化效果存在明顯差異。在酸性體系中,聚甘油酯使用較多。
    植物蛋白飲料,由于含有較高的蛋白質及脂肪,穩定性欠佳。隨著貯存期的延長,油脂和蛋白質比較容易凝集成白色固體浮于表面,嚴重影響其外觀,以及產品的可接受性。研究發現,聚甘油酯具有降低蛋白質平衡表面濃度的作用,適度的蛋白濃度能減少蛋白質的聚集,達到改善產品穩定性的目的。在諸多蛋白飲料配方的研究中,采用聚甘油酯與其他乳化劑復配,都能達到良好的乳化效果。另外,聚甘油酯應用于酸性飲料中,在粉末沖調飲品中,可作為分散劑和潤濕劑,改進奶粉、可可粉和速溶咖啡等粉狀食品的親水性和分散性,以防止結塊、結團或者油脂滲出。
           由于聚甘油蓖麻醇酸酯(PGPR)長的親水性聚甘油鏈及其出色的水結合能力,使得PGPR是食品中最強大的油包水型乳化劑之一。文獻中報道,即使在很高的含水量(例如80%)配方中,也能形成非常穩定的乳液。

    3.4在巧克力和糖果中的應用

          在巧克力及巧克力制品生產過程中,添加少量的PGPR,不僅能降低體系黏度,減少可可脂的用量從而降低成本,還可以使結晶細致均一,改善食品的光澤度、硬脆性和光澤保持性。某些情況下,PGPR還可以延緩巧克力晶型衍變和阻抑油脂遷移,抑制巧克力起霜。例如,在含油脂為45%的牛奶巧克力中,添加0.3%的PGPR,黏度降低43%,效果幾乎為大豆磷脂的兩倍。據研究,在可可脂中加入1%聚甘油酯(Aromatics UK Ltd)還可起到防止巧克力起霜的作用。
          油脂含量較高的糖果,如奶糖、奶油糖、高級夾心糖等產品必須使用乳化劑。乳化劑主要作用是使得組成糖果的糖類、油脂、水等混合均勻乳化,形成高度穩定的均一乳化液,防止各種物料在貯存過程中發生分離或析出。在生產奶糖和含脂量較高的硬糖的過程中,添加少量的聚甘油酯可以有效抑制糖體環境水分的吸收,從而提高糖制品耐潮性及防止制品粘附和變形;聚甘油酯還可用作口香糖軟化劑,改善其混煉性能,降低混煉溫度,縮短混煉時間,使糖內部結構均勻、質地細膩,提高口感風味。
         在制糖工序中,糖汁內的表面活性物質易與氣體混合產生大量的氣泡,阻礙了生產的作業效率和效果。聚甘油酯在制糖工藝過程中可降低物料黏度并有效抑制泡沫,已被衛生部批準作為食品用加工助劑用于制糖工藝。研究表明,特定的聚甘油酯即使添加在高溫的蒸發工段(可達130℃)中,也依然可以發揮良好的消泡(抑泡)功能,如甜菜糖生產中使可縮短煮糖時間17.2%,甘蔗糖生產中使用可縮短煮糖時間21.9%。

    3.5在油脂結晶控制方面的應用

         油脂普遍存在同質多晶現象,不同的同質多晶體具有不同的性質,合適的同質多晶體對于油脂加工來說非常重要。
          聚甘油脂肪酸酯結構豐富,不同的聚甘油脂肪酸酯對于油脂結晶調節作用不盡相同。日本研究學家發現,十聚甘油十山崳酸酯(HLB值為2.3)和十聚甘油七山崳酸酯(HLB值為4.3)對棕櫚油結晶的影響,結果表明添加1%的聚甘油山崳酸酯的棕櫚油晶體較小,而晶體數量大于沒有添加聚甘油脂肪酸酯的棕櫚油晶體的數量,表明聚甘油山崳酸酯可以促進棕櫚油晶核的形成,但是抑制晶體的生長。另外的研究發現,聚甘油混合脂肪酸酯(PGEmix-8,HLB值為1.6)對棕櫚油的結晶有顯著的影響,而且效果隨著聚甘油脂肪酸酯的添加量變化而變化。當PGEmix-8 添加量為0.1%-0.5%(質量分數)時,對于棕櫚油晶核的形成沒有顯著的影響,但是對晶體的生長速率有明顯的抑制作用。當PGEmix-8 添加量為 0.7%(質量分數)時,對棕櫚油晶核的形成具有明顯的促進效果。日本學者在這方面的研究比較多。

    3.6其他應用

         聚甘油酯具有一定的抗菌性,可抑制多種微生物(如革蘭氏陽性菌、枯草芽孢桿菌等)的生長。在低溫下制造魚肉與畜肉的加工食品時,聚甘油酯可提高其糖性,使口感細膩;在午餐肉罐頭中使用可使切面光滑,富有彈性;親水性的聚甘油酯可提高鹵水豆腐的凝固質量。在酸性水果果凍類產品中,可以防止產品水離析現象的發生;也可用在調味料、著色料方面等。
         聚甘油酯還可做為食品的著色助劑,如可把水溶性色素將油進行熱穩定著色或將染料變為親油性。
         此外,聚甘油酯還可作為水果、蔬菜的被膜劑,起到保鮮的效果。
     
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