食品乳化劑的介晶理論及實(shí)際應(yīng)用

    關(guān)鍵詞：乳化劑，舟晶理論，凝膠，水舍物

    一、問題的提出

    目前，國內(nèi)乳化劑的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展較快，但各地食品廠家在添加方法上存在很大差異。筆者在教學(xué)、科研和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，即使是同一種乳化劑，相同的添加量，但添加方法不同卻得到不同的作用效果。由此可見，怎樣使乳化劑在食品中發(fā)揮最佳作用效果，其添加方法則成了技術(shù)關(guān)鍵，這已成為食品科技工作者研究的重要課題之一乳化劑是一種表面活性物質(zhì)，如何保持或提高它們的活性是發(fā)揮其在食品中最佳作用效果的關(guān)鍵。乳化劑的活性緊緊地與其晶體結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，乳化劑的晶體結(jié)構(gòu)有a-晶型、B-初級(jí)晶型和肛晶型三種晶型。其中晶型的乳化劑處于高度活性狀態(tài)，最易與食品中的各種成分相互作用，能收到最佳的作用效果。B-初級(jí)晶型的乳化劑雖有活性，但其活性已大大降低，而口．晶型的乳化劑沒有任何活性，加到食品中不起任何作用。由此可見，發(fā)揮乳化劑在食品中最佳作用效果的關(guān)鍵是如何保持其a-晶型結(jié)構(gòu)。

    理論分析得知，乳化劑能否在食品中發(fā)揮最佳作用效果取決于其能否均勻地分散在食品體系中，分散程度是乳化劑物理狀態(tài)的函數(shù)，其關(guān)鍵是乳化劑在使用前要與水一起制成凝膠，使其在凝膠中具有高度活性的晶型的層狀介晶結(jié)構(gòu)。因此，在使用乳化劑時(shí)，了解各種乳化劑的介晶理論和介晶結(jié)構(gòu)是十分重要的

    二、乳化劑的多晶現(xiàn)象及晶型理論

    了解和掌握乳化劑的晶型理論，對(duì)于正確使用乳化劑，最大限度地發(fā)揮乳化劑在食品中的作用效果是非常重要的。由于乳化劑是油脂的衍生物，必須先了解油脂的多晶現(xiàn)象油脂的多晶現(xiàn)象與其預(yù)處理有關(guān)系。a-晶型狀態(tài)油脂的熔點(diǎn)最低晶型狀態(tài)到初級(jí)晶型狀態(tài)是可逆的，a-晶型狀態(tài)到日一晶型狀態(tài)是不可逆的，晶型狀態(tài)的油脂具有較高的熔點(diǎn)在一般溫度下，由a-晶型過渡到晶型是相當(dāng)緩慢的脂肪酸的種類對(duì)于不穩(wěn)的a-晶型到穩(wěn)定的B-晶型的過渡也有影響，一般來講，長鏈脂肪酸起著延緩作用，即具有長鏈脂肪酸結(jié)構(gòu)的油脂晶型比較穩(wěn)定，而具有短鏈脂肪酸結(jié)構(gòu)的起著促進(jìn)由a-晶型到B-晶型過渡的作用，油脂的a-晶型不穩(wěn)定，由a-晶型向口一晶型的過渡非?？臁?

    在許多情況下，油脂的晶型是處在熔點(diǎn)低的、能量高的、不穩(wěn)定的、高度活性的a-晶型或B-初級(jí)晶型狀態(tài)，并能向熔點(diǎn)高、能量最低、最穩(wěn)定、無任何活性的B-晶型過渡。

    因此，在食品加工中需要加人具有變晶性和保持晶型穩(wěn)定的物質(zhì)，以達(dá)到長時(shí)問阻止、延緩油脂晶型變化，并形成有利于食品感官性和食用性能所需要的a-晶型。由于具有a-晶型結(jié)構(gòu)的乳化劑處于高度活性狀態(tài)，因此一些趨向于a-晶型的親油性乳化劑具有“變晶”性質(zhì)，即乳化劑的晶型是不穩(wěn)定的。乳化劑通過與油脂相互作用可以調(diào)節(jié)其晶型結(jié)構(gòu)。蔗糖脂肪酸酯、失水山梨醇單硬脂酸酯(Span砷)、失水山梨醇三硬脂酸酯(Span65)、乳酸甘油單和二酸酯、乙酸甘油單和二酸酯、聚甘油脂肪酸酯等都可做為晶型調(diào)節(jié)劑，用于食品加工中。例如，熔化的油脂中加人親油性失水山梨醇三硬脂酸酯，冷卻時(shí)就形成在食品加工中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的、有活性的B_初級(jí)晶型，并由于共結(jié)晶過程使這種晶體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。見圖1。

    油脂的不同晶型賦予食品不同的感官性能。隨油脂晶型結(jié)構(gòu)變化，食品的食用性能也隨之發(fā)生變化。只有晶型和B_初級(jí)晶型結(jié)構(gòu)的油脂才能在食品體系中分布均勻，賦予食品均勻的質(zhì)地，細(xì)膩的口感。

    食品乳化劑的親油部分通常為脂肪酸，所以食品工業(yè)用的乳化劑是油脂衍生物。在以甘油作為親水基的乳化劑時(shí)，油脂親緣關(guān)系也特別明顯。油酯(甘油三脂肪酸酯)的多晶型性與其組成及預(yù)處理有關(guān)。對(duì)甘油三脂肪酸酯的晶型現(xiàn)象可做如下說明：

    長鏈、不分支的甘油三脂肪酸酯熔化液冷卻而發(fā)生結(jié)晶時(shí)，首先形成六方一晶型體。在所有變體中，晶型體一般具有最低的熔點(diǎn)。碳鏈與六方晶格的主軸平行。碳鏈能夠圍繞碳軸自由旋轉(zhuǎn)。碳鏈之間的距離約為4．8×10I10m。a-晶型體冷卻到-50～-70℃時(shí)，則形成具有正交一三斜晶格的次級(jí)晶型體，次a-晶型的晶格與a-晶型的晶格很相似。但由于碳鏈不再能夠旋轉(zhuǎn)，而改變了對(duì)稱性。晶型向次a-晶型的過渡是可逆的。

    一種油脂(甘油三酸酯)的a-晶型體加熱到接近其熔點(diǎn)時(shí)，迅速地放出少量熱而轉(zhuǎn)變成B．初級(jí)型晶體。B-初級(jí)型晶體再繼續(xù)加熱，就很快地過渡穩(wěn)定的口一晶型體。這種轉(zhuǎn)變是不可逆的。在一般溫度下，從a-晶型向晶型過渡是一個(gè)緩慢過程。由純甘油三酸酯熔化液形成口．晶型體是很緩慢的，而由溶液結(jié)晶時(shí)則是迅速的。B-晶型結(jié)構(gòu)比晶型結(jié)構(gòu)具有更高的熔點(diǎn)和更低的能量(內(nèi)能)。當(dāng)a-晶型結(jié)構(gòu)過渡到晶型結(jié)構(gòu)時(shí)，晶型從六方體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成一種還沒有鑒定出來的結(jié)構(gòu)，此時(shí)密度大大增加，碳鏈之間距離減小。B-初級(jí)晶型和B-晶型之間可能存在一種所謂的中問晶型。這種晶型可能具有比B-初級(jí)晶型更高的熔點(diǎn)。由于所論述的食品乳化劑與甘油三酸酯的親緣關(guān)系很不相同，所以甘油三酸酯的上述多晶型現(xiàn)象在乳化劑時(shí)以不同的程度顯示出來。

    在食品體系中，晶型和晶體大小在加工無水的乳化劑調(diào)和物時(shí)具有一般的作用和意義。因此，甘油單酸酯和直鏈淀粉的相互作用與甘油單酸酯的物理性狀有關(guān)系，主要取決于其晶型。實(shí)踐表明，乳化劑的晶型結(jié)構(gòu)對(duì)于在食品中的許多實(shí)際應(yīng)用極為有利，如提高乳化活性，使分布更容易、更均勻，增大充氣量和發(fā)泡性等。因此，使乳化劑的a一晶型穩(wěn)定的化合物特別有意義。