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液體聚甘油脂肪酸酯産品工業化開發的探索

文章出處:未知 人氣:發表時間:2018-11-26 13:27
1.概述
    到目前為止,我國已經批準使用的食品乳化劑有司盤(SPAN)、吐溫(TWEEN)類、硬脂酰乳酸鈉-鈣、硬脂酰乳酸鈉、三聚甘油酯、丙二醇脂肪酸酯、蔗糖酯、大豆磷脂、月桂酸單甘油酯等三十多隻産品,我國乳化劑産品超過了3萬噸,世界食品乳化劑消費量已經超過了40萬噸。我國食品乳化劑産品的品種和用量還遠遠少于國外。開發多種功能的乳化劑新品種,豐富我國食品乳化劑的内在功能應該成為我們業内同行開發新産品的理念。在此我們就聚甘油脂肪酸酯的液體乳化劑産品的開發和工業化進行探讨。
    聚甘油脂肪酸酯[簡稱PGFE]是一組系列産品的總稱,系非離子表面活性劑,由于其高度安全性,早已被聯合國糧農組織和世界衛生組織(FAO/WHO),歐洲共同體、美國、日本等國家和組織審定批準用作食品添加劑,屬于實際無毒物質。我國國家食品添加劑使用衛生标準為GB2760-86。這類乳化劑适用于乳制品、豆奶、蛋白飲料和蛋黃醬等産品,并在所有含油脂食物,含澱粉食物中等都有廣泛應用。能夠很好的起到乳化、穩定、分散、消泡、品質改良、油脂結晶調整、防止蛋白質凝聚變性和抗菌保鮮的作用。可通過防止剩餘脂肪的内聚來提高膨脹率,改善制品的均一性進而改善制品的口感。聚甘油脂肪酸酯作為食品乳化劑列入了國家食品添加劑使用衛生标準(GB2760-86)這也就可以說作為聚甘油脂肪酸酯的任何脂肪酸所組成的這類産品都可以作為食品乳化劑使用。
聚甘油脂肪酸酯,是一類非離子表面活性劑。其性能可随甘油的聚合度的不同及脂肪酸的種類不同而得到HLB值由1-15的不同性能的表面活性劑,它不僅具有較強的乳化、分散滲透、溶化力,而且具有比其他多羟基類脂肪酸酯更強的耐酸、耐熱性能,加之其無毒無害且合成簡單,近年來成為迅速發展的一類表面活性劑。
    聚甘油脂肪酸酯(PGFE)可廣泛地應用于食品、醫藥、化工、紡織等行業.PGFE的合成方法有聚甘油與脂肪酸的直接酯化法、聚甘油與油脂的酯交換法及聚甘油與脂肪酸的脂肪酶合成法.聚甘油中含有很多親水性羟基,可以此為原料合成得到從親水性到親油性的一系列PGFE産品.PGFE的質量在很大程度上決定于聚甘油的質量.聚甘油可由甘油、縮水甘油、表氯醇等化合物在堿性或酸性條件下催化縮合而成. 合成聚甘油時采用堿性催化劑,反應溫度較高,反應時間短,制得的聚甘油色澤深、氣味重;以酸為催化劑,反應溫度低,反應時間短,所得聚甘油質量亦差;以鹽為催化劑,反應溫度較高,反應時間長,所得聚甘油顔色較淺.
    液體聚甘油脂肪酸脂因其組分和聚合度的不同,可為無色或淡黃色至琥珀色油狀粘稠液體。分子中含有聚甘油基和單雙脂肪酸根,具有HLB值範圍寬(8~16)的特點。易分散于水中,溶于乙醇、有機溶劑和油類。甘油的聚合度可從二聚到十聚不等,産品的性能随聚合度的提高及從高碳脂肪酸向低碳脂肪酸的轉移而親水性就随之提高。現國内的聚甘油脂肪酸酯産品主要以固體的産品為主,而液體聚甘油脂肪酸酯卻很少。作為液體聚甘油脂肪酸酯可開發的産品有:聚甘油辛癸酸酯、聚甘油月桂酸酯、聚甘油辛癸酸乳酸酯、聚甘油月桂酸乳酸酯、聚甘油乳酸酯、聚甘油醋酸酯、聚甘油單油酸酯、聚甘油丁二酸月桂酸酯、聚甘油丁二酸酯、聚甘油檸檬酸酯。這是一類極安全的性能超群的乳化劑産品,會有很好的發展前景。在本文中就液體聚甘油脂肪酸酯的開發逐一展開讨論。
    2.聚甘油脂肪酸酸液體品種
    2.1聚甘油
聚甘油,又可稱為縮水甘油,随聚合度的增加而粘度增大。聚甘油是由甘油及2,3……n個甘油分子脫水而得到的具有一定相對分子質量分布的混合物.聚甘油的聚合度是聚合度為1的甘油和聚合度為2,3 ……n的甘油縮合物與其含量乘積的加和值,即平均聚合度.聚甘油的(平均)聚合度一般可通過測定羟值确定.但測定羟值較費時,而聚甘油的羟值與折光率有一定的對應關系,因此測定聚甘油的折光率後便可按二者間的關系式計算出聚甘油的羟值。
     聚甘油的聚合度用折光儀來測定,不同的聚合度,折光率也就不同,一般随聚合度的提高,折光率指數也随之升高。
聚甘油的生産工藝有很多方法,可由甘油、縮水甘油、表氯醇等化合物在堿性或酸性條件下催化縮合而成.合成聚甘油時采用堿性催化劑,反應溫度較高,反應時間短,制得的聚甘油色澤深、氣味重;以酸為催化劑,反應溫度低,反應時間短,所得聚甘油質量亦差;以鹽為催化劑,反應溫度較高,反應時間長,所得聚甘油顔色較淺.
生産聚甘油除了考慮産品的色澤,還應考慮的是如何減少環狀結構,這是提高聚合甘油質量很重要的一關,在甘油聚合中,溫度高易産生環狀結構高的聚甘油,采用縮水甘油與甘油在特定催化劑下進行反應,雖然可得到環狀結構少的聚甘油,但高價的縮水甘油的使用,為使成本大幅提升。為此應在催化劑的選擇上及反應溫度上選擇更好的工藝和催化劑,生産出色澤淺,環狀結構少,聚合度高的聚甘油。
 
2.2聚甘油單辛酸甘油酯
單辛酸甘油酯是一種新型食品防腐劑。在食品生産、加工、儲藏過程中均可使用,該産品是國際衛生組織(WHO)和聯合國糧農組織(FAO)認定為不作限量的食品添加劑,在我國的《食品添加劑使用衛生标準》中是作為一種安全無毒的食品防腐劑使用。根據GB2760-1996《食品添加劑使用衛生标準》規定和GB12140《糕點工業術語》規定中,在面食、肉制品、飲料、調料、豆制品、奶制品、罐頭等食品中可使用單辛酸甘油酯作為防腐劑。
單辛酸甘油酯同其它常用的食品防腐劑安全性對比:
名     稱 AOI(mg/g) LD50(mg/kg)  
苯甲酸鈉 0-5 2.7 FAO/WHO
山梨酸鉀 0-25 4.2-6.17 FAO/WHO
山 梨 酸 0-25 10.5 FAO/WHO
單辛酸甘油酯 不限量 26.1 日本
 
由表可知,單辛酸甘油酯的安全性要比其它食品防腐劑高出許多。
單辛酸甘油酯由直鍊飽和辛酸和甘油經酯化制備(簡稱C8MG),常溫下呈液态,溶點低,溶于熱水,易溶于乙醇、丙二醇等有機溶劑。單辛酸甘油酯在食品中的應用範圍極廣,可用于面食、肉制品、飲料、調料、豆制品、奶制品、罐頭等食品中,一般添加量約為0.03%,防腐性能基本不受pH值的影響,在酸性、微堿性中對格蘭氏細菌、酵母、黴菌均有抑菌作用,與苯甲酸鈉、山梨酸鉀配合使用可彌補苯甲酸鈉、山梨酸鉀在PH值超過7.8時對上述三種菌類幾乎沒有抑菌效果的不足。單辛酸甘油酯為藥基,其抑菌不受ph值影響,對革蘭氏細菌、黴菌、酵母的殺滅性及好。能夠有效的阻止肉食品、奶制品、化妝品、啤酒、葡萄酒、果汁、果醬等的腐敗,有效的延長肉食品等的保質期。
單辛酸甘油酯最大的不足是有較強的辛酸氣味,這種氣味導緻使用困難,在食品中不能加得多,一般使用量為0.03%,最多不超過0.1%。而聚甘油單辛酸甘油酯就完全不同,産品在氣味上可以達到無味,不會因氣味而影響使用,可做到使用方便不受控制,而且由于具有親水性,導緻使用的溶解性好,使用量也就可增加而不必去控制,可作為食品乳化劑使用(注:在《食品添加劑使用衛生标準》中屬聚甘油脂肪酸酯類産品),而且能使其防腐功能更為突出,在乳化性能和防腐性能上也就優于單辛酸甘油酯。
 
2.3聚甘油乳酸辛癸酸酯
聚甘油乳酸辛癸酸酯系非離子表面活性劑,是最優秀的食品乳化劑品種之一。由于其高度安全性,早已被聯合國糧農組織和世界衛生組織(FAO/WHO),歐洲共同體、美國、日本等國家和組織審定批準用作食品添加劑,屬于實際無毒物質。實踐表明,它有着廣闊的市場和良好的發展前景。聚甘油乳酸單辛癸酸酯是一種新型、高效的非離子型表面活性劑,能夠很好的起到乳化、穩定、分散、消泡、品質改良、防止蛋白質凝聚變性和抗菌保鮮的作用。可用以提高産品的口感和質感。聚甘油乳酸單辛癸酸酯既可作為表面活性劑也可作為乳化劑,還是一種非烷氧基化産品。是一種非離子親水性甘油酯類乳化劑,廣泛用于焙烤食品,面制品,乳制品中,在食物,化妝品和制藥學上還有很多其他的應用。是一種水包油(o/w)型乳化劑,其乳化能力不受PH值影響,具有特殊的穩定性,其熱穩定和降粘性強,能顯著降低水的表面張力,具有去污、乳化、分散、潤濕等功能,本身安全、無毒。可單獨使用或與其他乳化劑複配使用。
聚甘油乳酸辛癸酸酯的一個特點是在水和油中都能溶解,并能形成透明的液體。這是因為在這一産品中存在能溶于水的乳酸和能溶于油的低碳脂肪酸。聚甘油單乳酸辛癸酸酯從分子結構上來看,它具有親水與親油的雙重特性,PH值為10.0~15.0。在冷水中經震蕩後能完全溶化于水中,呈透明的液體,并且無泡沫産生,這是其他水溶性乳化劑所沒有的性能,這也是他獨特的性能。這一産品隻要在工藝上控制好,在生産原料上控制得當,就可以制取無色無味的透明液體,具有口味好,在性能上遠優于吐溫産品。
聚甘油乳酸辛癸酸酯具有HLB值高(HLB=15)、比重大、耐高溫性能好、口感好、乳化性能優異、使用方便等優點。産品雖略有焦糖味,但溶于水中,就沒有氣味,而且口感好,可作為乳化劑,穩定劑,消泡劑,增重劑,分散劑和潤濕劑使用。産品質量:
 
規格
限值
外觀/ 形狀
淡黃色透明液體
酸值,mgKOH/g
≤1.0
皂化值,mgKOH/g
200~220
比重,(40℃)
1.005~1.015
碘值,g/100g
≤0.5
凝固點,℃
≤0
砷(以As計),%
<0.0003
重金屬(以Pb計),%
<0.001
 
2.4聚甘油單月桂酸酯
單月桂酸甘油酯已由衛生部公布批準使用,而美國已經在多年前也開始使用。從産品結構來看:月桂酸是屬于中碳酸的脂肪酸,因而它的性能優于硬脂酸酯(GMS), 聚甘油單月桂酸酯與月桂酸單甘油酯相比較,就更具親水性,在水包油(O/W)的乳化液中是一種性能優異的乳化劑産品,尤其在各種面制品、肉制品、乳制品的加工中,與水相和油相同時發生作用,顯著降低水/油界面張力。使水相加油相在乳化劑的作用下生成水乳交融狀态,以避免面食制品、肉制品、乳制品的油水分離析出、分層、沉澱現象,從而提高産品品質。中碳鍊不僅乳化性能好,而且在人體吸收上和食品防腐性能上也有其獨特的功效。目前聚甘油單月桂酸酯這一産品國内未見批量生産的報道。因而開發聚甘油單月桂酸酯這一新型乳化劑,在安全性、乳化性,及防腐性上更具優異性能。特别是月桂酸與其它中碳酸相比較,産品本身無異味,口感好,作為乳化劑和防腐劑使用,都具有其它中碳酸(氣味、口感上)所沒有優勢。
産品質量指标:
項   目  指    标
外   觀 常溫下為粘稠膠狀體
酸值,mgKOH/g ≤  5.0 
皂化值,mgKOH/g 120~135 
碘值,g/100g ≤ 3.0
砷(以As計),% <  0.0003
重金屬(以Pb計),%  <  0.001
pH值(0.5%的水溶液) 6.5~7.0
穩定性(0.5%的水溶液,48小時) 無上浮和下沉物,壁上無痕迹
 
 
中碳鍊不僅乳化性能好,而且在人體吸收上和食品防腐性能上也有其獨特的功效。因而開發月桂酸聚甘油酯這一新型乳化劑,在安全性、乳化性,尤其防腐性比硬脂酸單甘酯更具優異性能。月桂酸聚甘油酯和辛酸聚甘油酯不僅是性能優異,保持油水體系穩定的優良乳化劑,而且兼具安全、高效防腐抗菌特性,可廣泛用于面米食品、肉制品、乳制品、果蔬産品、醫藥保健品、日用化妝品、生物農藥、色素、調料品等各個領域,可按生産需要适量使用。月桂酸聚甘油酯和辛酸聚甘油酯與乳酸鍊球菌素均為天然、高效、安全的食品防腐劑,而月桂酸聚甘油酯和辛酸聚甘油酯更具經濟性。
 
2.5 聚甘油乳酸酯
這是一種完全親水的食品乳化劑,外觀無色或淺黃色的粘稠液體,有輕味的乳酸焦味。HLB值在15以上,在水中呈現出透明的液體,溶于水中後就無乳酸焦味,口感好。與性能相同的吐溫比較,在外觀,口感,營養功能等各種性能上,就可以體現它更優越的性能。它另一個不同于其它乳化劑的特性是在水中不産生泡沫,聚甘油乳酸酯這一性質可作為乳化劑的消泡劑使用。
聚甘油乳酸酯是一隻O/W型的功能性能極好的乳化劑,在食品工業中可廣泛的應用,可在多種食品中添加,效果甚佳。可用于裝飾奶油,糖果塗層,可可産品,早餐軟飲料,牛奶、咖啡取代物,非酒精飲料,面包,人工甜味料,凝膠,粉狀軟飲料混合物,糖膏,巧克力,乳化香精等産品。
 
2.6 聚甘油單油酸酯
Polyglycerol Monooleate
性狀:常溫下為黃色粘稠狀的透明液體,耐酸性強,能分散于水中,溶于乙醇等有機溶劑和油脂。
質量指标:
項   目  指    标
皂化值 mgKOH/g  90-100
羟基值 450-470
HLB 值 11-12
 
親水性能:親水性能好,其性能與吐溫80相似,在120℃酸性條件下,具有獨特的乳化穩定效果。
用途  乳化劑和穩定劑
用量  用于乳酸菌飲料、植物蛋白飲料、冰淇淋、雪糕、冰棍、薯片、油炸小食品及用于油炸小食品的澱粉及調味料,最大使用量10g/kg。
毒性:LD50  小鼠口服大于20g/kg。GRAS  FDA-21CFR 172.854。
ADI  0~25mg/kg(bw)(脂肪酸聚甘油酯FAO/WHO,1994)。
 
3. 聚甘油脂肪酸酯的液體乳化劑産品開發和工業化的可能性
在國内液體乳化劑的産品品種并不多,現有的産品有:液體單甘酯(即單油酸甘油酯),大豆磷脂(有脫色和羟基化的磷脂),吐溫系列産品,單辛酸(或辛癸酸)甘油酯等産品,産品品種不但少,而且在産品的色澤、氣味、口感上講都不理想,沒有好的産品出現。而從國内食品市場需求看,從香精香料、飲料、冷飲制品、油脂産品、保健品等一些食品上講,迫切需要好的液體乳化劑的出現和上市。因而聚甘油脂肪酸酯的液體乳化劑産品的開發可以順應這一需要,産品會有好的市場趨勢。
 
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