表面活性剂简介

　　凡能显著改变体系表面(或界面)状态的物质都称为表面活性剂。表面活性剂能大幅度降低体系的表面(或界面)张力,使体系产生润湿和反润湿､乳化和破乳､分散和凝聚､起泡和消泡､增溶等一系列作用。因此,在食品工业中,表面活性剂可作为乳化剂､分散剂､润湿剂､消泡剂､粘度调节剂､杀菌剂等。

食品用表面活性剂的种类

　　表面活性剂在食品工业中的使用是有严格限制的,不能对人体产生危害。联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)批准使用的表面活性剂有:甘油脂肪酸酯､蔗糖脂肪酸酯､大豆磷脂､乙酸及酒石酸一及二甘油脂､二乙酰酒石酸一及二甘油酯､柠檬酸酯､聚甘油脂肪酸及蓖麻酸脂､硬脂酰柠檬酸及酒石酸酯､硬脂酰乳酸钙(钠)､硬脂酰富马酸钠､山梨糖醇酐脂肪酸酯､聚氧乙烯(20)及(40)硬脂酸酯等。高分子表面活性剂,如海藻酸钠､果胶酸钠､卡拉胶､壳聚糖水溶性蛋白等。它们大多数是半合成的多醇类非离子型表面活性剂,其中大豆磷脂及一些高分子表面活性剂为天然物。

表面活性剂在食品中的主要作用

     1表面活性剂作乳化剂

　　乳化剂的分子内通常具有亲水基(羟基等)和亲油基(烷基),易在水与油的界面上形成吸附层,属表面活性剂,可分为油包水型和水包油型两类。可用的乳化剂总数约65种,常用的有脂肪酸甘油酯(主要为单甘油脂)/脂肪酸蔗糖酯/脂肪酸山梨糖醇酐酯/脂肪酸丙二醇酯/大豆磷脂/阿拉伯树胶/海藻酸/酪蛋白酸钠/明胶和蛋黄等。乳化剂能改善乳化体中各种构成相互之间的表面张力,使之形成均匀的分散体或乳化体,从而改善食品组织结构/口感和外观,提高食品保存性等。

　　表面活性剂作为乳化剂,在食品工业中起到极其重要的作用,为食品工业的发展提供了良好的条件,可以说食品加工中的各行各业都离不开乳化剂。下面简单叙述各种加工食品中使用乳化剂的主要作用。

　　面包/鸡蛋类:防止小麦粉中直链淀粉的疏水作用,从而防止老化/回生,降低面团粘度,便于操作,促使面筋组织的形成,提高发泡性,并使气孔分散/致密,促使起酥油乳化/分散,从而改善组织和口感。例如,在面包中加入面粉量的0.2%～0.3%的单甘酯,可有效地防止老化,使面粉变得柔软。添加面粉量0.2%～0.5%的蔗糖酯(HLB11以上),可提高发泡效果,并且有润湿性,使面包/蛋糕口感更绵软。

    饼干类:使起酥油乳化/分散,改善组织和口感,提高面团亲水性,便于配料搅拌,提高发泡性,使气孔分散/致密。

　　面条类:减少成品水煮时淀粉的溶出,降低损失,增强弹性/吸水性和耐折断性,提高面团的亲水性,降低面团粘度,便于操作。例如[1],在面条中加入小麦粉量0.3%～0.5%的大豆磷脂,可增强产品的韧性,即使煮熟后也不会延伸变形。

　　鱼肉糜/香肠等:使所加的油脂乳化/分散,提高组织的均匀性,有利于表面被膜的形成,以提高商品性和保存性。例如,在香肠中使用0.2%～0.5%的酪朊酸钠,可使脂肪分布均匀,增强肉的粘结性,用于鱼糕可增强弹性。据报道,Ellekjaer等人在生产香肠时试过将脱脂奶粉和乳清浓缩蛋白(WPC-80)按1∶1的比例混合,发现此时香肠在蒸煮时损失最少,粘度损失最少,异味也最少,这里WPC-80发挥了乳化作用,蒸煮后它裹住了水和脂肪,保持了产品的液汁。

    糖果类:使所加油脂乳化/分散,提高口感的细腻性,可使表面起霜,防止与包装纸的粘连,防止砂糖(水相基)结晶。

　　胶姆糖:提高胶基的亲水性,防止粘牙,使各组分均质,防止与包装纸的粘连。例如,胶姆糖胶基使用HLB5～9的蔗糖酯,添加0.5%～3%作为乳化分散剂,使胶体容易捏和,防止坚硬性。添加单甘酯可防止食用时粘牙。

　　果酱/果冻类:防止水分析出。如果冻中添加适量的卡拉胶,能有效地防止水分的析出。

    冷冻食品:改善疏水组分的析水现象,从而防止粗大冰结晶的形成,如添加0.5%的食用明胶于冰淇淋中,就可保护胶体,防止冰晶增大。

    豆腐:抑制发泡,提高豆浆的亲水性,使与豆渣充分分离,并因保水性的增强而使出浆率提高,提高固化成型后的保型能力。

    巧克力:防止表面起霜,提高表面光泽度,降低粘度,提高耐热和保型能力。冰淇淋:提高发泡能力,改进组织的均匀性,提高耐热性,保持“干燥感”。

    冻果汁露/起酥油:使人造奶油中的水分乳化/分散,防止水滴形成和分离,提高起酥/易分散能力,提高被加工物料的使用效果。

    奶粉/可可粉等粉状制品:防止结块/结团,提高湿润时的分散性,提高脂肪的稳定性。

    蛋黄酱/调味料:促使油脂乳化/分散,提高组织的均匀度和成品的保存期。

2 表面活性剂作增稠剂

增稠剂是能提高食品粘度或形成凝胶的一类添加剂,具有稳定乳化或悬浊状态的作用,属亲水性高分子化合物,一般称高分子表面活性剂,亦称粘度调节剂,胶凝剂和乳化稳定剂等。总数近40种,分天然和化学合成两类。天然增稠剂多数从含多糖类的粘质物的植物和海藻类制取,如淀粉,阿拉伯树胶/瓜尔豆胶/角叉菜胶/果胶/琼脂和海藻酸等。亦有从含蛋白质的动植物制取,如明胶/酪蛋白和酷蛋白酸钠等。亦有从微生物中制取的,如汉生胶(黄原胶)等。合成增稠剂,如羧甲基纤维素钠CMC/丙二醇酸藻蛋白酸酯/纤维素乙醇酸和聚丙烯酸钠/淀粉乙醇酸钠/淀粉磷酸钠/甲基纤维素和聚丙烯酸钠等。高分子表面活性剂一般具有以下特点:降低界面张力的能力小,多数不形成股束,渗透力弱,起泡力差,但形成的泡沫稳定,乳化力好,分散力和凝聚力优良。它们多被用于调味酱/果酱类/冰淇淋/罐头食品/糖果和速煮面等。例如,羧甲基纤维素钠,具有粘性/稳定性/薄膜形成性等特性,因而用于冰淇淋可改善保水性及组织结构,可作啤酒的泡沫稳定剂,用于果酱/奶油/花生白脱等可改善涂抹性。它的吸水后膨胀性强,不消化,用于饼干等可作减肥食品。

3表面活性剂在食品制作中的特殊应用

表面活性剂在食品制作中除作乳化剂/增稠剂外,还可以作分散剂、润湿剂、起泡剂、消泡剂、结晶控制剂、杀菌剂等,还有延长食品保鲜期的作用。

    表面活性剂作分散剂和润湿剂,可改进奶粉/可可粉等粉状食品的亲水性和分散性。全脂奶粉造粒时添加0.2%～0.3%的大豆磷脂,冲调时能迅速溶解而不结团。据报道,按重量计算,磷脂含量约为0.35%～0.5%的制成品,可在不到10min内湿润和分散在6℃水中,在室温下,其润湿性可保持稳定一年以上。湿润剂对复水后的饮料不会带来不良的味道或气味。可可粉粒子微细,表面覆盖一层油状薄膜,很难分散,用蔗糖酯可以改进其分散能力。在糕点/冰淇淋等的制作中,添加甘油一酸脂可提高脂肪的分散程度,产生细密的气孔形结构,提高食用质量。

    在制作糕点和冰淇淋时,添加甘油脂肪酸/蔗糖脂可起发泡作用,有利于大量气泡的产生,而在炼乳和豆制品制作中,添加甘油脂肪酸脂有消泡作用。例如美国专利4168323号和4253834号文件中所述的由糖醇/糖/食品的表面活性剂和食油或脂肪配制而成的胶质固体,作为起泡剂所制得的蛋糕的密度为0.24g/cm3,当不使用起泡剂时蛋糕的密度为0.47g/cm3。

　　蔗糖酯/聚甘油脂肪酸等可降低巧克力等制作中物料的粘度,赋予良好的流动性,方便操作和物料输送。

蔗糖酯

　　蔗糖酯是一种新型的多元醇型非离子表面活性剂,它可以作为食品添加剂,能改善口感;用做洗涤剂的活性剂能除去水果、蔬菜上的残存的农药,而本身却很少残留。蔗糖酯是目前引人注目的一种表面活性剂,无色,无味,无毒,广泛应用于食品、医药、化妆品等行业中。蔗糖酯水解后成为蔗糖和可食用的脂肪酸,具有营养价值。与一般合成的表面活性剂不同,蔗糖酯在好氧和厌氧的条件下都能生物降解,是一种绿色表面活性剂。

单硬脂酸甘油酯（单甘酯）

1. 食品糖果的添加剂，作乳化剂添加巧克力、人造奶油、冰淇淋等或作表面活性剂用。
2. 米面制品上的应用 , 能增加生面团的紧密性和明显提高面条的弹性，面条制品在沸煮时不易糊烂，减少煮水混浊，食用时口感良好。
3. 冰淇淋上的应用 , 可使冰淇淋各组分混合均匀，组织细腻嫩滑，膨化适度，品尝时口溶性好，避免冰晶形成，提高保形性和贮存稳定性。
4. 糕点上的应用 , 可作蛋糕的起泡剂。能促进蛋白起泡性，在制作蛋糕时能形成 " 蛋白－单甘酯 " 的复合体，有效地帮助蛋糕打搅起泡，产生稳定的气泡膜，从而制出稳定细小气泡、容积明显增大的糕点。
5. 食用油脂、乳制品上的应用 , 人造奶油、起酥油、花生酱、蛋黄酱、沙拉酱、蚝油等产品，都需要加入单甘酯作为乳化剂和稳定剂，以调整油脂结晶作用，防止油水分离、分层现象发生，提高所制产品质量。炼奶、麦乳精、乳酪、速溶全脂奶粉等乳制品，单甘酯是其良好的乳化剂，可提高速溶性，防止沉淀、结块结粒、改善产品质量。粉末油脂制品如咖啡伴侣，单甘酯是其主要的乳化剂。
6. 饮料上的应用，如豆奶、花生奶、乳酸奶、可可奶、杏仁奶等，可显著提高溶解度和稳定性，防止沉淀、分离现象，延长货架寿命。

食品工业中应用表面活性剂的实例

对消费者来说，牛肉的软化程度是重要的感官指标之一，为此，日本科学人员对引起牛肉发硬的肌肉中结缔组织进行了研究。通过试验研究认为：SGMS可以通过同肌肉周围膜的骨胶原形成复合体，从而使肌肉周围膜弱化，可作为新的牛肉软化剂使用。
试验采用单肠衣作为牛肉中结缔组织的模拟物，用20种不同的表面活性剂（已批准允许作为食品添加剂使用）研究其软化效果。试验时，将羊肠衣放在添加2％表面活性剂的水中，于80℃加热30分钟后，测定其物理性状的变化。结果发现，阴离子型表面活性剂的软化效果比非离子型表面活性剂好，尤其是琥珀酰单硬脂酸甘油酯（SGMS）的效果最好。
将颗粒状的SGMS涂覆于牛肉片的两个表面，于200℃烧灼约1分钟后，测定其物理性状。测定的结果为：在2％以内的SGMS浓度范围内，浓度越高，软化效果越好，高于此浓度范围的效果相同。但浓度低于1％时，未显现出软化效果，与对照试样无明显差异。牛肉表面涂覆2％SGMS者，可通过加热使SGMS熔融，大约有20％渗透到肉的内部，其余残留于表面，或者与肉汁一起流失。渗入肉内的SGMS大约有67％停留在距表面约0．5mm的肌肉层，1％深入到约1mm深的肌肉组织层中。此外，另有少许SGMS局部存在于肌肉周围的膜部，在肌肉纤维和纤维内鞘中不存在SGMS。
试验发现，未用SGMS处理试样肌肉周围膜中的骨胶原在提高加热温度时，可溶性比例增大，但用SGMS处理者增加不多，这说明SGMS与加热变性的骨胶原已经形成了复合体。同时实验还发现，用SGMS处理的牛肉试样中的骨胶原已形成为薄片状结构。

总结

表面活性剂的广泛应用,大大地推动了食品添加剂行业的发展。目前,世界食用乳化剂的年总需求量约为25万吨,其中需求量最大的是单甘酯,其次是蔗糖酯。增稠剂的世界年产量约240万吨(1985年)。水溶性蛋白乳清制品的生产,美国有200多家厂家,它广泛地被应用在肉类加工和焙烤制品上。目前全世界乳清蛋白产量达70万吨。

可见，随着人们生活是平的不断提高，人们对食品的营养、质量和品种多样化的需求不断提高，表面活性剂在食品工业的应用将会得到更大的发展。