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食品乳化劑的性質及應用

一、乳化劑的簡介:
1. 乳化劑是一種雙親分子,是有一個親油端及一個親水端在體系中,分散相稱為不連續相,在食品中,親油基常是食品級油或脂的長鏈脂肪酸,親水基可以是非離子型,如甘油,親水基可以是陰離子型(帶負電如乳酸鹽),親水基可以是兩性(如卵磷脂),親水基可以是陽離子型,具有毒性,一般不用。
2.乳化液:
常有O/W與W/O型分散液,總的說來,連續相是乳化劑的溶解度較大的一相。
3、HLB
親水性與親油性平衡值,理論上,HLB=(親水性分子量/總分子量)×20=a/b×20
由此可見,HLB在0~20
較小值代表乳化劑在油相中更易溶解,較大值則相反,常見乳化劑的HLB值:
硬脂酰乳酸鈉 SSL     21.0 失水山梨醇單硬脂酸酯 5.9
聚氧烯失水山梨酸單油酸酯   15.4( 吐溫80) 琥珀酰單甘酯 5.3
聚氧乙烯失水山梨醇單硬脂酸酯14.4(吐溫60) 單硬脂酸甘油酯GMS 3.7
單硬脂酸蔗糖酯SSE       12.0 單硬脂酸丙二醇酯PGME 1.8
聚氧乙烯失山梨醇三硬脂酸酯10.5(吐溫65) 二硬脂酸蔗糖酯 8.9
二乙酰酒石酸單甘油酯DATEM     9.2 單硬脂酸三甘油酯 7.2   
兩種乳化劑混合物的HLB=A×HLBa+B×HLBb
其中A、B表示質量百分數。
經研究:
HLB在3~6范圍內有利于形成W/O型乳化液
HLB在11~15范圍內,有利于形成O/W型乳化液
HLB在6~11范圍內,無良好乳化性,只有濕潤性能
O/W型乳化液在HLB=12**穩定,
W/O型乳化液在HLB=3.5**穩定。
二、乳化劑的作用:
1、乳化劑**重要的作用是使互不相溶的水、油兩相得以乳化形成均勻、穩定的乳狀液,保持油和水的兩相穩定。
2、與淀粉作用:
淀粉在水中形成@螺旋結構,內部有疏水作用,乳化劑疏水基進入淀粉@螺旋結構,通過疏水鍵與之結合,形成復合物或絡合物,降低淀粉分子的結晶程度,乳化劑進入淀粉顆粒內部會阻止支鏈淀粉的結晶程度,防止淀粉老化,使面包、糕點等淀粉類制品柔軟,具有保鮮作用。
3、與蛋白絡合,改善食品結構及流變特性增強面團強度。蛋白質因氨基酸極性不同具有親水和疏水性,在面筋中,極性脂類分子以疏水鍵與麥谷蛋白結合,以氫鍵與麥膠蛋白結合,使面筋蛋白分子變大,乳化劑與蛋白絡合,使產品保持柔軟性,提高面團持氣性,增大產品體積。這一類乳化劑比如雙乙酰灑石酸甘油酯和硬脂酸酰酸鹽。
4、與脂類化合物的作用:
在無水脂類中,油脂呈現多晶現象,在食品加工中加入適宜的乳化劑,可延緩和阻止晶型的變化.例如蔗糖酯、乳酸單雙甘酯、SPAN-60、聚甘油酯。
5、其它作用:乳化劑食品被吸附在氣—液界面,降低界面張力,增加氣體和液接觸的面積,有利于發泡和泡沫穩定。另外,食品乳化劑還有殺菌、促進營養吸收的作用。
三、乳化劑的種類:
中文名稱 英文名稱 結構式或由來 HLB 特點 用途
硬脂酸單甘酯 GMS 在甘油的α位上與硬脂酸酸反應 3.7 親油非常好 W/O型
不飽和脂肪酸單甘酯   在甘油的α位上與不飽和脂酸酸反應   塑性好,溶解性好 W/O型
琥珀酰單甘酯 SMG 單甘酯的3位上的羥基與琥珀酸酯化反應 5.3 面團增強劑  
乳酰單甘酯 LGM 單甘酯的3位上的羥基與乳酸酯化反應   α乳化劑  
乙酰單甘酯 AMG 單甘酯的3位上的羥基與乙酸酯化反應   α乳化劑  
二乙酰酒石酸單甘酯 DATEM 單甘酯的3位上的羥基與酒石酸酯化反應,其中酒石酸上的兩個羥基與乙酸反應. 9.2 面團增強劑  
聚氧乙烯單甘酯 EMG 單甘酯的3位上的羥基與聚氧乙烯酯化反應      
丙二醇單甘酯 PGME 單甘酯的3位上的羥基被氫取代 1.8   W/O型
蔗糖酯 SE 蔗糖有八個羥基,它們都可以發生酯化作用,當一個到三個脂肪酸發生酯化時,有乳化作用,這些脂肪酸有硬脂酸,棕櫚酸,油酸,芥酸或其混合酸. 1~16 HLB范圍廣,有親水性的也有親油性的. W/O型或O/W型
聚甘油酯   甘油在堿性催化劑作用下,在1位上發生聚合,通常有3、6、8、10聚,再與脂肪酸發生酯化反應
 
3.6~14.5
HLB取決于聚甘油鏈的長度和酯化程度,
HLB范圍廣,有親水性的也有親油性的。還可以用于糖霜,有充氣作用。 W/O型或O/W型
 
失水山梨醇酯類
Span系列 山梨醇失水環化形成山梨醇五元環,剩下的1 位羥基被酸酯化.當脂肪酸為月桂酸時,叫Span20,棕櫚酸Span40,硬脂酸Span60,油酸Span80,三硬脂酸Span65,三油酸Span85 span20   8.6
span40   6.7
span60   4.7
span80   4.3
span65   2.1
span85   1.8
   
聚氧乙烯失水山梨醇酯 Tween系列 山梨醇五元環中的2位羥基與聚氧乙烯脫水, 剩下的羥基被酸酯化,相應對應以上. Tween80 14.9 Tween60 15        
Tween40 15.6       
Tween20 16.7          
親水性好,增強面團的穩定性 O/W型
硬脂酰乳酸鈉 SSL 乳酸分子中同時有羥基和羧基,會發生自身酯化反應,形成聚乳酸,其中羥基與酸酯化生成SSL 21,親水性**強 親水性**強 O/W型
十二烷基硫酸鈉   硫酸加氫氧化鈉和月桂酸發生酯化反應   親水性強,有充氣作用。 O/W型
卵磷脂   甘二酯經磷酸酯化形成磷脂酰基團,這個基團再與乙醇胺(PE)或膽堿(PC)或肌醇(PI)反應得到。 7~9
PC高HLB
PE中HLB
PI低HLB
中間的HLB可以作為濕潤劑 W/O型或O/W型
改性卵磷脂   在卵磷脂中,甘二酯上的不飽和脂肪酸在雙鍵部位發生羥基化,因此親水性加強,同時也可以通過乙醇來處理來分離。   改性的卵磷脂的親水性或親油都加強了  
四、乳化劑的復配:#p#分頁標題#e#
1、選用乳化劑的原則:
1)相似相溶原理,乳化劑的親油基部分要和被乳化的油脂結構越相似越好,越容易相溶,結合越緊密,不易分離。
2)選擇適當的HLB值,HLB越小,親油越強,親水性越弱。
3)要考慮乳化劑對產品風味的影響。
4)要考慮乳化劑的成本和衛生要求。
5)要考慮法律、法規和**大添加量。
2、乳化劑復配的原則:
1)HLB高低搭配:水、油在中間形成界面膜,當把低和高HLB值的乳劑混合時,它們在界面上吸附形成復合物,定向排列緊密,具有較高的強度,從而能很好的防止聚結,增加乳狀液的穩定性。
2)分子結構相似的搭配:分子結構相似、親油基相同的復合乳化劑在界面吸附后形成的界面膜為一混合膜,乳化劑分子的定向緊密,強度也較大。例如Span系列各Tween系列的復配。
3)離子型互補:根據親水基團在水中的性能,乳化劑可分為陰離子型、兩性離子和非離子型。一般說來非離子型乳化劑的乳化能力較強,但是與其它另外互補會更好。
4)親水基團構象互補:乳化劑的性質差異主要表現在親水基團不同上,從構象這個角度來看,可以把食品乳化劑的親水基團的結構分為線性和環狀兩大類,例如單甘酯和蔗糖酯的復配。
5)助乳化劑的使用:助乳化劑主要是極性有機物,用于食品的有乙醇、丙二醇、D-山梨糖醇。
6)應用緩沖體系,提高乳化劑的穩定性:各種聚磷酸鹽、偏磷酸鹽、焦磷酸鹽及檸檬酸、檸檬酸鈉等。
3、乳化劑在食品中的應用:
1)復合乳化劑在乳飲料中的應用:主要是單甘酯、蔗糖酯、span60的復配。
2)復合乳化劑在冰淇淋中的應用:主要是單甘酯、蔗糖酯、span60、丙二醇酯、卵磷脂的復配
3)復合乳化劑在果汁、蛋白飲料中的應用:主要是單甘酯、蔗糖酯、span60、Tween80 的復配。
4)復合乳化劑在乳酸菌飲料中的應用:主要是單甘酯、蔗糖酯、span60、Tween80 的復配。
5)復合乳化劑在肉制品中的應用:主要是單甘酯、蔗糖酯、span60的復配。
6)乳化劑在人造奶油中的應用
1、 常用于人造奶油的乳化劑有:卵磷脂、單甘酯,甘二酯聚甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、失水山梨醇酯、丙二醇脂肪酸酯等。
2、 乳化劑可單獨使用,也可復配使用,如:單甘酯+甘二酯+蔗糖酯
單甘酯+蔗糖酯
甘油單脂肪酸酯40%+蔗糖酯20%+失水山梨醇酯35%+大豆卵磷酯5%
3、 人造奶油中一般添加0.1%~1%的乳化劑,但對于特殊用途的人造奶油如烘烤食品用人造奶油,乳化劑添加量較高(6%~25%)
卵磷脂可作為人造奶油的乳化劑和抗濺劑用量為0.15%~0.5%
甘油單脂肪酸酯主要對人造奶油起穩定性作用,用量為0.5%~1%
檸檬酸甘油一、二酸酯是人造奶油穩定劑和抗濺劑
乙酸和乳酸甘油一、二酸酯是人造奶油塑性改進劑,常與單甘酯復配使用。
聚甘油脂肪酸酯是人造奶油用乳化劑和抗濺劑,乙酸甘油一酸酯可提高熱穩定性
植物油的乙酸甘油二酸酯和硬化油配合,可制得各種塑性人造奶油
失水山梨醇硬脂酸酯是人造奶油乳狀液的優良穩定劑,并可用作防濺劑,還可防止人造奶油發沙。
二乙酰酒石酸甘油一酸酯可用作人造奶油,蛋黃醬等的乳化劑,較蔗糖酯有更大的乳化容量,故可用作低脂肪人造奶油乳化劑
制造“摜奶油”可使用高HLB的蔗糖脂肪酸酯
30%聚甘油與70%硬脂酸的復配物用作人造奶油乳化劑,可制得分散度,穩定性好的人造奶油乳狀液,
在制乳脂時加入失水山梨醇脂肪酸酯,甘油單酸酯或卵磷脂,可使乳脂穩定,不易分離。
奶油中添加蔗糖單硬脂酸酯,可制得易溶的奶油粉,
大蛋糕上的奶油花用攪打奶油是以乳脂肪,植物脂肪為原料,添加乳化劑和乳蛋白等調制而成的水包油型 (O/W)乳狀液,所用的乳化劑應具有乳化穩定性和攪打時不穩定性兩種相反的效果,常用的有甘油脂肪酸酯,失水山梨醇脂肪酸酯,吐溫60,吐溫80和蔗糖脂肪酸酯等。
山梨醇脂肪酸酯:
(一)司盤系列:   HLB
  span  20  C12:0  8.6
span  40  C16:0  6.7
span  60  C18:0  4.7
span  80  C18:1  4.3
span  65  3.C18:0 2.1
span  85  3C18:1  1.8
(二)吐溫系列:聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸.
吐溫                 HLB
Tween   80           14.9
Tween   60           15
Tween   40           15.6
Tween   20           16.7
三.常見乳化劑
1、單甘酯 GB21760-86含量W≤6g/kg
2飽和脂肪酸甘油酯W≤10g/kg
3卵磷脂(抗氧化劑),日本規定:人造奶油、起酥油,占總脂肪含量的0.1~0.5%,巧克力0.3~0.5%,乳脂糖0.2~0.5%.面條、餅干、蛋糕0.2~0.5%,冰淇淋0.5%,(改善味覺,防止乳糖結晶)
4單雙甘油酯
5.常見的乳化劑:
離子性乳化劑:           非離子性乳化劑:
膽鹽(Bile Salt)          膽固醇(cholesterol)#p#分頁標題#e#
磷脂(卵磷脂)           石配醛草素(saponin)
Acy laety lates                     單甘酯(Monpglyconsde)
Soaps                            Progylene Glycol Mone elter
Dioctyl Sodium Sulfosulcinate(DSS)   Glycerol Monoesters
Sodium Lauryl Sulfate(SLS)          Sucrose Esters
Monoglyceride citrate               Polyglylerol Esters
Callium Stearoyl-2-lactylate(CSL)     Sorbitan Esters
Satium Stearoyl-2-laetylate(SSL)      Polyoxyethylene Sorbitan
Dioctyle Sodium Sulfosiecinate       Complex Esters
Sodium Stearoylo Fumovrate(SSF)    Polysorbate 65
Succinylated Monoglyceride         Roly Sorbate 80
Sorbitan Mone Stearate
Polysorbate   60
Ethoxylated Mone-and Digycerides