淀粉基食品乳化劑及其應(yīng)用

方 芳 顧正彪 洪 雁 李兆豐 程 力

(江南大學(xué)食品學(xué)院 食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，無(wú)錫 214122)

食品乳化劑是食品中最重要的添加劑之一，不僅具有典型的表面活性，還能與淀粉結(jié)合防止老化，與蛋白質(zhì)作用增進(jìn)面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高制品的防潮性，增加淀粉與蛋白質(zhì)的潤(rùn)滑作用，促進(jìn)液體的分散，降低液體和固體的表面張力，穩(wěn)定氣泡并且能夠改良脂肪晶體[1]。由于食品成分較為復(fù)雜，參與形成乳狀液的食品乳化劑常被要求具有安全可食用以及與其他食品成分有良好的配伍性等特點(diǎn)。淀粉分子是一種由脫水葡萄糖單位構(gòu)成的天然有機(jī)高分子化合物，通過(guò)酶法改性(如葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶)和化學(xué)改性(如酯化和醚化)可改變淀粉的親水性和疏水性，使其具有作為乳化劑應(yīng)用的潛力，如葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶法改性生成的β-環(huán)糊精具有內(nèi)疏水外親水結(jié)構(gòu)，醚化生成的羥丙基淀粉和羧甲基淀粉以及酯化生成的醋酸酯淀粉(也稱乙?；矸?、淀粉磷酸酯和辛烯基琥珀酸淀粉酯均具有一定的表面活性，并且較大的分子質(zhì)量使其易在油水界面形成強(qiáng)度較大的薄膜以增強(qiáng)乳狀液的乳化穩(wěn)定性[2]。由于具有成本低廉和配伍性好等優(yōu)點(diǎn)[3]，淀粉基乳化劑的開(kāi)發(fā)在一定程度上迎合了人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)和多功能食品的需求，已廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)中作為乳化劑、穩(wěn)定劑和增稠劑。

1 淀粉基食品乳化劑的分類及性質(zhì)

1.1 醚化淀粉

1.1.1 羧甲基淀粉鈉

羧甲基淀粉鈉是淀粉在堿性條件下與一氯醋酸或其鈉鹽進(jìn)行醚化反應(yīng)生成的一種陰離子淀粉醚[4]。羧甲基淀粉中含有親水性的羧基，并且?guī)в胸?fù)電荷，淀粉分子與水分子的結(jié)合力增強(qiáng)，具有較好的水溶性能[5]。高黏度羧甲基淀粉鈉是一種冷水可溶性的陰離子型淀粉衍生物，具有增稠、乳化、分散、粘合等優(yōu)良性能，與許多親水性高分子化合物有很好的混溶性[6]。由于高黏度羧甲基淀粉鈉可被用來(lái)作為原料生產(chǎn)辛烯基琥珀酸淀粉酯，以期引入的羧甲基增強(qiáng)辛烯基琥珀酸淀粉酯的親水性。

1.1.2 羥丙基淀粉

羥丙基淀粉是淀粉在強(qiáng)堿性條件下與環(huán)氧丙烷進(jìn)行醚化反應(yīng)生成的一種非離子變性淀粉[7-8]。親水性羥丙基的引入破壞了淀粉顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，弱化了分子間的氫鍵作用力，增強(qiáng)了淀粉親水保水能力，使淀粉更易糊化且糊透明度和穩(wěn)定性增加[9-10]。由于具有較好的pH耐受性，羥丙基淀粉的加入可使酸性食品具有較好的穩(wěn)定性，并在低溫保藏過(guò)程中具有良好的持水性[7-8]。

1.2 酯化淀粉

1.2.1 辛烯基琥珀酸淀粉酯

辛烯基琥珀酸淀粉酯是淀粉與辛烯基琥珀酸酐經(jīng)過(guò)酯化反應(yīng)生成的一種淀粉酯[11-12]，通常以淀粉酯或淀粉鈉的形式出現(xiàn)，是一種性能優(yōu)良的乳化增稠劑。辛烯基琥珀酸淀粉酯為白色粉末，無(wú)毒無(wú)臭無(wú)異味，冷水可溶，在酸、堿性的溶液中都有好的穩(wěn)定性，分子質(zhì)量大，具有優(yōu)良的自由流動(dòng)疏水性，與其它的表面活性劑有很好的協(xié)同增效作用[13]。由于具有良好的乳化穩(wěn)定性，辛烯基琥珀酸淀粉酯即使在較少添加量的情況下也不會(huì)對(duì)油滴大小、懸浮效力有負(fù)面影響，并抑制沉淀、油分離或者分層現(xiàn)象的產(chǎn)生[14]，并且具有較好的起泡性和泡沫穩(wěn)定性[15]。邱立忠等[16]，鄧林偉等[17]分別用氧化和酶解的方法對(duì)淀粉進(jìn)行預(yù)處理后制備辛烯基琥珀酸淀粉酯，以期增加淀粉的親水性和表面活性。

1.2.2 醋酸酯淀粉

醋酸酯淀粉是淀粉與醋酐經(jīng)過(guò)酯化反應(yīng)生成的一種非離子淀粉酯[5]。以淀粉為原料經(jīng)過(guò)乙酰化反應(yīng)在淀粉分子鏈上引入了親水性的乙?；鶊F(tuán)，增加了淀粉分子的空間位阻作用，可維持淀粉體系的穩(wěn)定，擴(kuò)大淀粉體系的流體學(xué)體積，并且降低了分子鏈之間的氫鍵作用力[18]，從而增加了淀粉糊的黏度、溶解度、透明度和凍融穩(wěn)定性，得到的產(chǎn)品水溶性、穩(wěn)定性和安全性較好[19-20]，在食品中主要用作穩(wěn)定劑、成膜劑、增稠劑和保型劑[21-22]。研究表明醋酸酯淀粉可降低十六烷烴-水的界面張力，可作為一些乳化劑和高分子涂層更為經(jīng)濟(jì)的可降解替代物[23]。

1.2.3 淀粉磷酸酯鈉

淀粉磷酸酯鈉是淀粉與磷酸鈉經(jīng)過(guò)酯化反應(yīng)生成的一種陰離子淀粉酯[24]，具有分散液透明、黏度高、強(qiáng)抗回生性等特點(diǎn)，并且具有較好的保水性能、凍融穩(wěn)定性、冷水溶解性和抗老化穩(wěn)定性，特別適合于冷凍食品，是植物油分散于水中的良好乳化劑，能代替明膠用作穩(wěn)定劑，代替阿拉伯樹(shù)膠作增稠劑[25]。

1.3 β-環(huán)糊精

β-CD是由7個(gè)吡喃葡萄糖單元分子構(gòu)成的具有外親水、內(nèi)疏水結(jié)構(gòu)的環(huán)狀低聚糖[26, 27]，由環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶對(duì)淀粉分子進(jìn)行改性制得。β-環(huán)狀糊精作為食品乳化劑不同于常用的食品表面活性劑，它內(nèi)部空腔疏水，外部空腔親水，可根據(jù)其空腔大小，利用范德華力、氫鍵和疏水作用力進(jìn)行分子識(shí)別，與食品中的多種有機(jī)物相結(jié)合，形成環(huán)糊精包合物，從而改善被包埋物的特性。在食品工業(yè)中，環(huán)糊精主要作用為：作為風(fēng)味物質(zhì)載體；作為食品組分的保護(hù)劑；掩飾或減少異味；改進(jìn)食品的物理性質(zhì)；作為防腐劑的載體以延長(zhǎng)防腐效果；乳化劑和起泡劑：β-CD能使乳濁液保持穩(wěn)定[28]。

2 淀粉基乳化劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用

淀粉基乳化劑可用在米面制品、冷凍食品、飲料、乳制品、果醬、可可制品、巧克力和巧克力制品、肉罐頭、調(diào)味品和果凍等食品中，起到乳化、增稠、穩(wěn)定等作用，其中米面制品、冷凍食品和飲料中淀粉基乳化劑的應(yīng)用最為廣泛。

2.1 淀粉基乳化劑在米面制品中的應(yīng)用

米面制品主要由淀粉、蛋白質(zhì)構(gòu)成，容易因天然淀粉的老化而喪失其商品屬性，乳化劑的加入不僅可與直鏈淀粉作用形成疏水性螺旋形絡(luò)合物以延緩淀粉的老化[29]，而且可增大發(fā)酵面制品的體積并改善其凍融穩(wěn)定性和機(jī)械耐受性[30]。辛烯基琥珀酸淀粉酯用于焙烤食品中可起到乳化、保鮮和保濕的作用[13]。羧甲基淀粉鈉用于面包和糕點(diǎn)中可通過(guò)改善面制品的增稠性、穩(wěn)定性和保水性，提高面粉的彈性和粉力[31]，改善制成品的形狀、味道和色澤[32]。淀粉磷酸酯鈉用于面制品中可提高其烘烤性質(zhì)、增加保鮮期和改善口感[25]。醋酸酯淀粉能提高方便面的面筋強(qiáng)度、成品率和復(fù)水性而不糊湯，可增強(qiáng)掛面的爽口性和延展性并改善口感，用在不干燥的方便濕面中能降低淀粉回生程度并保持良好的口感[33]。

2.2 淀粉基乳化劑在冷凍食品中的應(yīng)用

在冰淇淋中加入乳化劑能使油水界面形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的界面膜，改善脂肪分散性和空氣泡的穩(wěn)定性，使冰晶粒度細(xì)小，質(zhì)地光滑[34]。在速凍發(fā)酵面制品中加入乳化劑能使面團(tuán)形成良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善面團(tuán)的持氣性、機(jī)械忍耐性彈性凍融穩(wěn)定性，并可賦予面團(tuán)柔軟的質(zhì)地，防治面團(tuán)的老化[30]。

羧甲基淀粉鈉應(yīng)用于冰淇淋中能提高其膨脹率并改善其口感和外觀，能替代食品膠類以降低生產(chǎn)成本[31]，應(yīng)用于面制品中能提高其凍融穩(wěn)定性。淀粉磷酸酯鈉能與微量的金屬離子形成復(fù)合體而保護(hù)油脂不被氧化，可應(yīng)用于冷凍食品中以縮短陳化時(shí)間并可取代部分油脂以及明膠和阿拉伯膠以降低生產(chǎn)成本[25]。羥丙基淀粉糊黏度穩(wěn)定，低溫保藏時(shí)具有良好的保水性，適用于冷凍食品和方便食品[7]。

2.3 淀粉基乳化劑在飲料中的應(yīng)用

乳化劑在無(wú)酒精飲料中可起到降低界面張力的效果，并且能形成界面膜以防止分散相粒子因相互碰撞而發(fā)生的聚集，以達(dá)到穩(wěn)定體系的效果[35]。低黏度的辛烯基琥珀酸淀粉酯對(duì)無(wú)酒精飲料中的調(diào)味劑具有穩(wěn)定作用，并能替代阿拉伯膠以降低成本。

用乳化劑將具有一定香氣強(qiáng)度的風(fēng)味油乳化分散在水相中而形成的乳化香精主要應(yīng)用于渾濁飲料[36]，其中乳化劑的作用主要是減少浮油和沉淀，并且能使產(chǎn)品獲得均一穩(wěn)定的濁度[37]。辛烯基琥珀酸淀粉酯可用于桔子乳化香精中制得較為穩(wěn)定的乳化體系[38]，在無(wú)醇飲料中可穩(wěn)定香料香味，在碳酸飲料中可代替阿拉伯膠起穩(wěn)定作用[13]，并可作為微膠囊的壁材封裝風(fēng)味調(diào)料、芳香劑和維生素[39]。β-CD以其內(nèi)疏水外親水的特殊結(jié)構(gòu)可在食品工業(yè)中作為風(fēng)味物質(zhì)和防腐劑的載體、食品組分的保護(hù)劑、乳化劑和起泡劑，并可改進(jìn)食品物理性質(zhì)和掩飾或減少異味[28]，應(yīng)用在茶飲料中可起到提高澄清度、遮蔽異味和防止產(chǎn)品色澤褐變等作用[40]，也可用于保護(hù)薄荷油和肉桂油組分中的光和熱不穩(wěn)定性物質(zhì)及易揮發(fā)物質(zhì)[41]。羥丙基淀粉受電解質(zhì)和pH變化的影響較小，可使酸性飲料(如橙汁)具有較好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性[7]。磷酸酯淀粉可在橙汁飲料色素的生產(chǎn)中用作乳化劑以代替阿拉伯膠[25]。

3 淀粉基食品乳化劑存在的問(wèn)題及展望

盡管淀粉基食品乳化劑已經(jīng)取得了較為廣泛的應(yīng)用，但是現(xiàn)有的淀粉基乳化劑在生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中所產(chǎn)生的問(wèn)題限制了其在食品工業(yè)中的進(jìn)一步發(fā)展。羧甲基淀粉具有合成條件苛刻、穩(wěn)定性較差(不耐酸和高溫、抗剪切差)[42-43]以及缺乏親脂性等缺點(diǎn)，常被用來(lái)作為原料通過(guò)進(jìn)一步的醚化、酯化的疏水化改性而提高其表面活性[44-45]。羥丙基淀粉在生產(chǎn)過(guò)程中易有可毒性致癌的氯丙醇?xì)埩?，?duì)人體的血液、肝臟、腎臟和神經(jīng)系統(tǒng)都具有一定的毒害效應(yīng)。淀粉磷酸酯鈉在制備過(guò)程中會(huì)有磷酸鹽殘留，醫(yī)學(xué)研究表明人體內(nèi)最佳的鈣磷比值是1:1[46]，長(zhǎng)期攝入過(guò)量的磷可能改變骨質(zhì)結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[47-48]。辛烯基琥珀酸淀粉酯的原料(辛烯基琥珀酸酐)主要依賴進(jìn)口，并且生產(chǎn)工藝路線復(fù)雜、反應(yīng)效率較低且副反應(yīng)較多[49-50]，因而具有較高的生產(chǎn)成本。由于原材料差異對(duì)醋酸酯淀粉糊的特性影響較大，食品安全許可的制備方法產(chǎn)生的乙?；邢抟约叭榛阅芟嚓P(guān)研究的缺乏限制了醋酸酯淀粉作為食品乳化劑的應(yīng)用。水溶性較差導(dǎo)致了β-CD在應(yīng)用過(guò)程中具有較差的量效關(guān)系[51]，高昂的價(jià)格和過(guò)量食用對(duì)人體造成的危害限制了其在食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

綜上所述，較為低廉的生產(chǎn)成本和良好的配伍性增強(qiáng)了淀粉基乳化劑在食品領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，而解決現(xiàn)存淀粉基食品乳化劑在生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成本低廉、制備容易且具有良好水溶性、安全性和儲(chǔ)藏穩(wěn)定性的淀粉基食品乳化劑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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