1 表面活性剂在食品中的应用 摘要： 本文介绍了食品工业中表面活性剂的主要作用及发展,对表面活性剂在食品制作中的应用作了简要论述,简要说明了表面活性剂在食品中的安全事项，并对表面活性剂的应用前景及发展进行了展望。 关键词：表面活性剂；食品；安全；应用；前景

表面活性剂是由两种截然不同的粒子形成的分子，一种粒子具有极强的亲油性，另一种则具有极强的亲水性。溶解于水中以后，表面活性剂能降低水的表面张力，并提高有机化合物的可溶性。它能大幅降低体系的表面张力，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、增容等一系列作用。因此,表面活性剂可作为乳化剂、润湿剂、分散剂、粘度调节剂、消泡剂、杀菌剂等广泛应用于食品工业。一些食品制作中添加表面活性剂,可以大大地改善加工条件,提高产品质量,延长食品保鲜期等。高质量的食品加工,是离不开表面活性剂的应用的。

1. 食品中的表面活性剂种类及特点 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。许多生物大分子表现出相当高的表面活性和乳化能力,还具有以下优点：(1)化学结构更为复杂和庞大,单个分子占据更大的空间,表面活性高,乳化能力强；(2)无毒或低毒,环境友好,能被生物完全降解,不对环境造成污染和破坏；(3)生物相容性好,一般不会导致过敏、可消化,可应用于药品、功能性食品添加剂；(4)分子结构多样,具有特殊的官能团,专一性强,可用微生物方法引进化学方法难以合成的新化学基团,有可能适用于特殊领域；(5)生产工艺简便,常温、常压下即可发生反应,生成设备要求不高；(6)生产原料来源广阔、价廉,可以从工业废料和农副产品中生产,应用于环境的生物治理，生产过程不会对环境造成污染。

2. 表面活性剂在食品中的作用

2.1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 2

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。

2.2 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,可分为水包油(0/W)型的水溶性乳化剂和油包水(WO)型的油溶性乳化剂两大类。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。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、食用明胶和蛋黄等。

食品乳化剂的基本类型

类 别 举 例

天然产品 磷脂 大豆磷脂 蛋黄(主要含卵磷脂) 蛋白 酪蛋白、酪蛋白酸钠 植物分离蛋白 胶质 藻类 植物胶、动物胶、微生物胶 海藻酸盐

合成产品 酯类 甘油脂肪酸类 蔗糖脂肪酸类 山梨糖醇酐脂肪酸醇类 单硬脂酸丙二醇醇 柠檬酸硬脂酰单甘油醇 单乳酸甘油二酸荫 环糊精 a-环糊精 β-环糊精 r-环糊精 甾类 卤代油 胆酸、脱氧胆酸 溴化植物油类 3

2.3 表面活性剂作消泡剂 在各类食品加工工艺中及用发酵方法制造食品时,起泡作用往往会造成危害,因此,为了消 除这些有害泡沫的影响,就需加入表面活性剂作为消泡抑制剂。食品工业中常用的消泡剂有二脂肪酸及脂肪酸酯,某些天然油脂,有机硅化合物等。例如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。

2. 4表面活性剂的其他作用

表面活性剂在食品制作中还可以作分散剂、润湿剂、起泡剂、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10 min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。表面活性剂和淀粉可以形成络全体,能改善食品结构,提高食品质量,延长保鲜期等。例如, 2. 5%的蔗糖酯可使脂油面包的保鲜期延长5~6 d;在蒸制米饭时,添加2%的蔗糖酯,可使米饭成饭体积增大20%,保鲜期由4 h延长至48 h。在焙烤食品中,乳清蛋白的功能包括了持水性、黏附性、塑性、起泡性、乳化性、扩展性,当然还有营养和风味,最近Flowers工业有限公司的CharlieMoon研究认为乳清蛋白它的pH值低,可以作为未加防腐剂的面包类产品的防腐剂,它能满足所有的自然要求。 3. 表面活性剂在食品中的应用与发展 3.1 大豆磷脂在食品中的应用及发展 磷脂广泛分布于生物界,是人类及动植物组织细胞膜的组成成分;它作为一种天然的表面活性剂,既有亲水性又有疏水性,具有乳化作用,因此在一定程度上可促进油脂的消化吸收,同时也可补充一定量的胆碱。20世纪30年代,人类在大豆油脂加工的副产物中也发现了这种分子中含有磷脂酰胆碱的复合酯。大豆中一般含有0. 3%～0. 6%的磷脂,提取的方法简单,生产成本低,逐渐成为商业用磷脂的主要来源。经过化学和生物技术处理过的大豆改性磷脂拥有亲水性强、HLB值高、稳定性好等特点,它改变了以前大豆磷脂遇水难溶的特点,加强了大豆磷脂在速溶食品中的应用。溶血磷脂是改性磷脂中的一种,它具有耐高温和很好的抗酸碱能力,适宜做乳化剂应用于现代食品工业中。 LeTT等研究表明改性大豆磷脂可以防止牛奶中蛋白质因加热而凝聚。在80℃的条件下,融合乳清蛋白中的酪蛋白会因为加热变性产生凝聚现象。为了克服这个难题他们便采用了天然大豆磷脂和改性大豆磷脂进行试验,实验表明,改性大豆磷脂,即亲水性好的大豆磷脂的作用效果要远远超过天然磷脂,它的热稳定性与磷脂亲水性成正比。 ChenTaowang发明了一种将饱和脂肪酸磷脂用灌注法加入到乳液中的方法,该发明是用 4

饱和脂肪酸磷脂代替卵黄磷蛋白,增加了乳液的稳定性,还有抑制毒性和减少其他副作用的功效。 曹广明研制的一种抗衰老保健品,它的重要组成成分有红参、大豆磷脂、维生素C、维生素E等,具有调节肾脏功能和增强组织免疫能力的作用。一些保健饮料中添加大豆磷脂,其主要功能是预防和治疗心脑血管疾病,降低血液中血脂和胆固醇的含量,并且只需添加很少的量即可达到很好的效果。还有人在保健饮料中添加大豆脑磷脂,其主要功能是滋补大脑、促进儿童生长和增强记忆力,还对治疗神经衰弱、头晕眼花和偏头痛有一定的作用。刘洋等研制了一种磷脂药酒,它是通过在药酒中添加1. 3%～11%的大豆磷脂,经过预处理混合、搅拌、溶解磷脂、提纯、沉淀、调整、检测、过滤、装瓶、后熟等工艺制成,该药酒具有预防和治疗心脑血管疾病的作用。刘闫莉研究制作了一种口服液,它是以精制大豆卵磷脂、刺五加为原料, 辅以其它成分研制的大豆卵磷脂口服液,有较高的营养价值和药用价值,该产品为深褐色半透明液体, 允许有微量沉淀, 无其它悬浮杂质; 有其应有的气味, 无杂味;微甜, 略带苦味, 无其它异味。细菌总数<100cell/mL, 大肠杆菌总数<3cell/mL,它不仅具有保健的功效还有药疗的双重作用, 特别适于老年人长期饮用。

3.2 淀粉基表面活性剂在食品中的应用及发展 以淀粉为原料制备的淀粉基表面活性剂具有无毒、无污染、生物降解性好、性能温和、刺激性低等特点,淀粉基表面活性剂不仅可在一定条件下显示出良好的增稠、分散、乳化、增溶、成膜、保护胶体等性能,还具有可生物降解、使用安全等传统表面活性剂所不具备的优良性能,因而具有较高的工业应用价值和良好的经济、社会效益。根据其合成方式和反应机理,淀粉基表面活性剂可分为酯化和缩合苷化反应。 烯基琥珀酸淀粉酯是原淀粉或淀粉衍生物与不同长度碳链的烯基琥珀酸酐(Alkenyl SuccinicAn-hydride)经酯化反应而得到的产物,一般在水介质中进行,低取代度(DS≤0102)的产物就能达到很好的使用性能。烯基琥珀酸淀粉是一大类变性淀粉,目前WHO、FAO、FDA和我国都已批准可在食品中应用辛烯基琥珀酸淀粉酯(starch sodium octenylsuc-cinate),且用量不受限制。 Jeon等研究了淀粉与十二烯基琥珀酸酐在水浆体系中的酯化反应。实验发现,当酸酐浓度为10%时,改变淀粉浓度对反应效率几乎不产生任何影响,原因是在该反应中存在酯化与水解两种反应的竞争,浓度增加也同样会导致水解反应加速,淀粉与酸酐的比例对取代度和反应效率的影响也非常显著。pH=8.5～9.0为反应的最佳pH范围。因为pH>9.0会促使酸酐加速水解反应,而pH<8.5就不可能有效地激活淀粉的羟基对酸酐部分的亲核进攻;反应温度25℃～27℃为最佳。随着链长度的增加,酯化反应的效率会明显下降,如C8 时酯化反应效率为78%,而C18时降为仅30%左右,这主要是由于随着链长度及憎水性的增加,将会导致一个很高的油相黏度,致使烯基琥珀酸酐分散到水相中及淀粉颗粒中的能力减弱。 胡飞对不同取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯进行的研究发现,取代度越高,淀粉样品溶液的表面张力越低,其中取代度为0.0157的淀粉酯其临界胶束浓度对应的表面张力为20mN/m。因此,取代度高的辛烯基琥珀酸淀粉酯可作为高品质的表面活性剂使用。 3.3 蔗糖酯在食品中的应用与发展 蔗糖脂肪酸脂简称蔗糖酯(SucroseEsters，SE)，是一种新型的多元醇型非离子表面活性剂，为白色或黄褐色的粉末状、块状或微黄色的黏稠树脂状物质。由于蔗糖脂肪酸脂的亲水亲油平衡值(HLB)不随温度而变化，其HLB值范围比较宽（1—16）。既能作W／O型乳化荆，又可以作O／W型乳化剂，蔗糖酯具有良好的乳化、分散、增溶、渗透、起泡、黏度调爷、防止老化、抗菌等性能，同时它无毒，尤其对人体安全、无刺激性、可降解，不会造成环境污染，由于其优良的特性而被广泛应用于食品、化工、化妆品、石油开采、水