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摘要：乳化劑是食品工業(yè)中使用zui廣泛、zui重要的一類食品添加劑，除具有典型的表面活性作用外，還能與食品中碳水化臺(tái)物、蛋白質(zhì)、脂類發(fā)生特殊的相互作用，起到多種功效。它具有安全可靠，使用方便的特點(diǎn)，能起到乳化、保鮮、品質(zhì)改良、起泡等多種功能 根據(jù)乳化劑的舟晶理論，乳化劑具有多晶性，即 晶型、 初級(jí)晶型和 三種晶型。乳化刺在使用前只有處于 晶型結(jié)構(gòu)，應(yīng)用到面包蛋糕等食品中才能充分發(fā)揮作用效果。

關(guān)鍵詞：乳化劑，舟晶理論，凝膠，水舍物


O 問題的提出

目前，國(guó)內(nèi)乳化劑的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用發(fā)展較快，但各地食品廠家在添加方法上存在很大差異。筆者在教學(xué)、科研和生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，即使是同一種乳化劑，相同的添加量，但添加方法不同卻得到不同的作用效果。由此可見，怎樣使乳化劑在食品中發(fā)揮*作用效果，其添加方法則成了技術(shù)關(guān)鍵，這已成為食品科技工作者研究的重要課題之一 乳化劑是一種表面活性物質(zhì)，如何保持或提高它們的活性是發(fā)揮其在食品中*作用效果的關(guān)鍵。乳化劑的活性緊緊地與其晶體結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，乳化劑的晶體結(jié)構(gòu)有a-晶型、B-初級(jí)晶型和肛晶型三種晶型。其中 晶型的乳化劑處于高度活性狀態(tài)，zui易與食品中的各種成分相互作用，能收到*的作用效果。B-初級(jí)晶型的乳化劑雖有活性，但其活性已大大降低，而口．晶型的乳化劑沒有任何活性，加到食品中不起任何作用。由此可見，發(fā)揮乳化劑在食品中*作用效果的關(guān)鍵是如何保持其a-晶型結(jié)構(gòu)。

理論分析得知，乳化劑能否在食品中發(fā)揮*作用效果取決于其能否均勻地分散在食品體系中，分散程度是乳化劑物理狀態(tài)的函數(shù)，其關(guān)鍵是乳化劑在使用前要與水一起制成凝膠，使其在凝膠中具有高度活性的 晶型的層狀介晶結(jié)構(gòu)。因此，在使用乳化劑時(shí)，了解各種乳化劑的介晶理論和介晶結(jié)構(gòu)是十分重要的


1 乳化劑的多晶現(xiàn)象及晶型理論

了解和掌握乳化劑的晶型理論，對(duì)于正確使用乳化劑，zui大限度地發(fā)揮乳化劑在食品中的作用效果是非常重要的。由于乳化劑是油脂的衍生物，必須先了解油脂的多晶現(xiàn)象 油脂的多晶現(xiàn)象與其預(yù)處理有關(guān)系。a-晶型狀態(tài)油脂的熔點(diǎn)zui低 晶型狀態(tài)到 初級(jí)晶型狀態(tài)是可逆的，a-晶型狀態(tài)到日一晶型狀態(tài)是不可逆的， 晶型狀態(tài)的油脂具有較高的熔點(diǎn) 在一般溫度下，由a-晶型過渡到晶型是相當(dāng)緩慢的 脂肪酸的種類對(duì)于不穩(wěn)的a-晶型到穩(wěn)定的B-晶型的過渡也有影響，一般來講，長(zhǎng)鏈脂肪酸起著延緩作用，即具有長(zhǎng)鏈脂肪酸結(jié)構(gòu)的油脂 晶型比較穩(wěn)定，而具有短鏈脂肪酸結(jié)構(gòu)的起著促進(jìn)由a-晶型到B-晶型過渡的作用，油脂的a-晶型不穩(wěn)定，由a-晶型向口一晶型的過渡非?？?。

在許多情況下，油脂的晶型是處在熔點(diǎn)低的、能量高的、不穩(wěn)定的、高度活性的a-晶型或B-初級(jí)晶型狀態(tài)，并能向熔點(diǎn)高、能量zui低、zui穩(wěn)定、無任何活性的B-晶型過渡。

因此，在食品加工中需要加人具有變晶性和保持晶型穩(wěn)定的物質(zhì)，以達(dá)到長(zhǎng)時(shí)問阻止、延緩油脂晶型變化，并形成有利于食品感官性和食用性能所需要的a-晶型。由于具有a-晶型結(jié)構(gòu)的乳化劑處于高度活性狀態(tài)，因此一些趨向于a-晶型的親油性乳化劑具有“變晶”性質(zhì)，即乳化劑的 晶型是不穩(wěn)定的。乳化劑通過與油脂相互作用可以調(diào)節(jié)其晶型結(jié)構(gòu)。蔗糖脂肪酸酯、失水*單硬脂酸酯(Span砷)、失水*三硬脂酸酯(Span 65)、乳酸甘油單和二酸酯、乙酸甘油單和二酸酯、聚甘油脂肪酸酯等都可做為晶型調(diào)節(jié)劑，用于食品加工中。例如，熔化的油脂中加人親油性失水*三硬脂酸酯，冷卻時(shí)就形成在食品加工中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的、有活性的B_初級(jí)晶型，并由于共結(jié)晶過程使這種晶體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。見圖1。

 

油脂的不同晶型賦予食品不同的感官性能。隨油脂晶型結(jié)構(gòu)變化，食品的食用性能也隨之發(fā)生變化。只有 晶型和B_初級(jí)晶型結(jié)構(gòu)的油脂才能在食品體系中分布均勻，賦予食品均勻的質(zhì)地，細(xì)膩的口感。

食品乳化劑的親油部分通常為脂肪酸，所以食品工業(yè)用的乳化劑是油脂衍生物。在以甘油作為親水基的乳化劑時(shí)，油脂親緣關(guān)系也特別明顯。油酯(甘油三脂肪酸酯)的多晶型性與其組成及預(yù)處理有關(guān)。對(duì)甘油三脂肪酸酯的晶型現(xiàn)象可做如下說明：

長(zhǎng)鏈、不分支的甘油三脂肪酸酯熔化液冷卻而發(fā)生結(jié)晶時(shí)，首先形成六方 一晶型體。在所有變體中， 晶型體一般具有zui低的熔點(diǎn)。碳鏈與六方晶格的主軸平行。碳鏈能夠圍繞碳軸自由旋轉(zhuǎn)。碳鏈之間的距離約為4．8×10I10m。a-晶型體冷卻到-50～ -70℃ 時(shí)，則形成具有正交一三斜晶格的次級(jí) 晶型體，次a-晶型的晶格與a-晶型的晶格很相似。但由于碳鏈不再能夠旋轉(zhuǎn)，而改變了對(duì)稱
性。 晶型向次a-晶型的過渡是可逆的。

一種油脂(甘油三酸酯)的a-晶型體加熱到接近其熔點(diǎn)時(shí)，迅速地放出少量熱而轉(zhuǎn)變成B．初級(jí)型晶體。B-初級(jí)型晶體再繼續(xù)加熱，就很快地過渡穩(wěn)定的口一晶型體。這種轉(zhuǎn)變是不可逆的。在一般溫度下，從a-晶型向 晶型過渡是一個(gè)緩慢過程。由純甘油三酸酯熔化液形成口．晶型體是很緩慢的，而由溶液結(jié)晶時(shí)則是迅速的。B-晶型結(jié)構(gòu)比 晶型結(jié)構(gòu)具有更高的熔點(diǎn)和更低的能量(內(nèi)能)。當(dāng)a-晶型結(jié)構(gòu)過渡到 晶型結(jié)構(gòu)時(shí)，晶型從六方體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成一種還沒有鑒定出來的結(jié)構(gòu)，此時(shí)密度大大增加，碳鏈之間距離減小。B-初級(jí)晶型和B-晶型之間可能存在一種所謂的中問晶型。這種晶型可能具有比B-初級(jí)晶型更高的熔點(diǎn)。由于所論述的食品乳化劑與甘油三酸酯的親緣關(guān)系很不相同，所以甘油三酸酯的上述多晶型現(xiàn)象在乳化劑時(shí)以不同的程度顯示出來。

在食品體系中，晶型和晶體大小在加工無水的乳化劑調(diào)和物時(shí)具有一般的作用和意義。因此，甘油單酸酯和直鏈淀粉的相互作用與甘油單酸酯的物理性狀有關(guān)系，主要取決于其晶型。實(shí)踐表明，乳化劑的 晶型結(jié)構(gòu)對(duì)于在食品中的許多實(shí)際應(yīng)用極為有利，如提高乳化活性，使分布更容易、更均勻，增大充氣量和發(fā)泡性等。因此，使乳化劑的a一晶型穩(wěn)定的化合物特別有意義。


2 乳化劑的介晶理論

蒸餾單甘酯、SSL等許多食品乳化劑，都具有這樣的特性：在水中能夠形成易溶于水的液體結(jié)晶中間相，即目前食品乳化劑研究領(lǐng)域十分流行的術(shù)語“介晶理論”。

2．1 介晶相(中間相)的概念

一般把具有液態(tài)和固態(tài)兩方面物理特性的相稱作介晶相或者液晶相、中間相。介晶相是指物質(zhì)顯示出液體的一些性質(zhì)和晶體的另一些性質(zhì)的狀態(tài)，一般稱為介晶態(tài)或介晶性。介晶性(介晶現(xiàn)象)有熱致變的和易溶的兩種。物質(zhì)有兩個(gè)熔點(diǎn)的性質(zhì)叫做熱致變的介晶性 在加熱 隋況下，溫度上升到下熔點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)熔化成一種混濁的液體，即形成液晶相：繼而上升到上熔點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)熔化成一種透明(各相同性)的液體。冷卻時(shí)，這些轉(zhuǎn)變是可逆的，物質(zhì)在水溶液中于一定的濃度下，轉(zhuǎn)變成液晶態(tài)的性質(zhì)稱為易溶的介晶性。乳化劑的這種易溶的中間相與乳化劑結(jié)構(gòu)、乳化劑／水的比例和溫度有直接關(guān)系。

2．2 乳化劑介晶相結(jié)構(gòu)的形成

乳化劑是一種同質(zhì)多晶物質(zhì)，在晶體中乳化劑分子以極性基團(tuán)互相對(duì)峙地定向排列，親油基團(tuán)互相平行并且緊密排列(見圖)。當(dāng)乳化劑與水混合并加熱到kraffi溫度(_rc)時(shí)，由于熱能的作用，使親油基因(烷烴鏈)由固態(tài)變?yōu)榛靵y的液態(tài)。同時(shí)，水通過滲透進(jìn)入到乳化劑的親水基團(tuán)(極性基團(tuán))之間，形成了液體結(jié)晶中間相，即介晶結(jié)構(gòu)(圖5b)，也稱為層狀中間相。根據(jù)溫度、濃度和乳化劑的化學(xué)構(gòu)型，也能形成其它中間相的介晶結(jié)構(gòu)。如進(jìn)一步升高溫度，層狀中間相的介晶結(jié)構(gòu)被破壞而形成六角柱形和立方體形介晶結(jié)構(gòu)。

當(dāng)形成均勻的層狀介晶結(jié)構(gòu)的乳化劑冷卻至室溫時(shí)，親油基團(tuán)將重新結(jié)晶，并排列成有規(guī)則的晶格，相同容積的水仍在極性基團(tuán)之間，形成了由雙分子類脂化合物層和水層交替組成的凝膠(圖5c)。

乳化劑雙分子層的外層是親水基團(tuán)，直接與水結(jié)合。雙分子層相互堆集，形成一種雙分子層狀結(jié)構(gòu)。乳化劑呈液態(tài)(在克拉夫特點(diǎn)溫度TK以上)時(shí)，碳?xì)滏溙幵谝环N能自由運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，使分子的行為類似液體。

乳化劑在水中形成各種介晶相結(jié)構(gòu)與脂肪酸的飽和程度有直接關(guān)系。

(1)含有以飽和脂肪酸合成的乳化劑，如飽和甘油單酸酯，優(yōu)先形成層狀介晶相。從應(yīng)用技術(shù)上看，雙分子層狀介晶相非常重要，因?yàn)樵谝欢l件下層狀介晶相中的乳化劑能形成良好的分散體或活性高的凝膠。

(2)含有以不飽和脂肪酸合成的乳化劑，如不飽和甘油單酸酯，優(yōu)先形成立方體狀介晶相。

(3)在低HLB值的乳化劑和混合乳化劑情況下，形成六角柱．Ⅱ．狀介晶相，而六角柱．I．狀介晶相則在高HLB值的乳化劑(強(qiáng)極性基團(tuán))時(shí)才形成。六角柱．I一狀介晶相能夠形成膠束。了解各種乳化劑的介晶性和介晶結(jié)構(gòu)對(duì)于正確使用食品乳化劑是十分重要的。例如，在食品加工中使用甘油單酸酯時(shí)，只有層狀分散相和 晶型的凝膠結(jié)構(gòu)才能真正發(fā)揮乳化劑的作用

2.3 乳化劑介晶相的結(jié)構(gòu)

對(duì)乳化劑介晶相概括說明如下：帶有長(zhǎng)鏈脂肪族碳?xì)滏湹墓虘B(tài)乳化劑，其碳?xì)滏?親水基)不能自由運(yùn)動(dòng)，只能平行定向排列 乳化劑分子是按層狀排布的，其中每一層的親油基團(tuán)(碳?xì)滏?全部朝著一個(gè)方向，而親水基團(tuán)朝著相反的方向。由兩個(gè)這種單分子層形成一個(gè)雙分子層，其中親油基團(tuán)(碳?xì)滏?相互定向排列，形成類脂雙分子層，這些碳?xì)浠鶊F(tuán)在約54℃移向?qū)用妗?

乳化劑的介晶相結(jié)構(gòu)主要有雙分子層狀介晶(在一維上長(zhǎng)距有序)、六角柱形狀介晶(在二維上長(zhǎng)距有序)、立方體形狀介晶(在三維上長(zhǎng)距有序)。實(shí)際上立方介晶不是真正的介晶，因?yàn)榱⒎较嘣谌S上都能*重復(fù)。乳化劑在水中的介晶相，于不同溫度下可以相互轉(zhuǎn)化，這是在實(shí)際應(yīng)用過程中制備不同狀態(tài)乳化劑的主要原理。層狀結(jié)構(gòu)是在一維空間里周期性地重復(fù)，它是由雙分子類脂化合物層和水層交替組成的。

 

從圖2可以看出，層狀介晶結(jié)構(gòu)是一維空間構(gòu)型，可以包含大約95％的水分，溶脹程度大，比表面積大，分子自由度大，是活性zui高的，在食品中作用效果是的。六角柱形介晶結(jié)構(gòu)是兩維空問構(gòu)型，系由乳化劑的圓柱形聚集體組成。立方體形介晶結(jié)構(gòu)是由乳化劑的對(duì)稱球形聚集體組成的三維空間構(gòu)型。這兩種介晶結(jié)構(gòu)具有很高的粘稠度，空間位阻較大，溶脹程度小，當(dāng)水超過40％時(shí)就不能溶脹，水再增多時(shí)則形成了兩相體系。因此，溶脹程度小，比表面積小，分子自由度小，活性較低，在食品中的作用效果下降。另外，立方體形介晶結(jié)構(gòu)是粘度很大的各項(xiàng)同性相，加入到食品中不利于生產(chǎn)和操作，應(yīng)盡量避免乳化劑出現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。

2．4 乳化劑的 晶型凝膠特殊結(jié)構(gòu)

凝膠結(jié)構(gòu)是由水層和類脂雙層交替組成的，但其烴鏈?zhǔn)墙Y(jié)晶狀的。當(dāng)層狀介晶冷卻到轉(zhuǎn)化點(diǎn)以下成結(jié)晶鏈時(shí)，常常得到亞穩(wěn)定的凝膠相凝膠是乳化劑極性基團(tuán)之間帶有一定量水的結(jié)晶狀態(tài)，凝膠的結(jié)構(gòu)是層狀型。不同之處是碳?xì)滏湶皇且籂顟B(tài)，而是固態(tài)，彼此以堆積的 晶型模式平行定向排列。凝膠是亞穩(wěn)狀態(tài)，極性基之間的水層將隨時(shí)間而減少。當(dāng)所有的水都排除掉后，便形成晶體+水(聚凝膠)的懸浮體。甘油單酸酯的水合物形式是一種凝聚膠。甘油單酸酯這類多晶形的乳化劑將轉(zhuǎn)化為zui穩(wěn)定的晶型，即阻晶型。因?yàn)槭覝叵虏淮嬖跓o水的 晶型。能形成穩(wěn)定的晶型的非多晶乳化劑就會(huì)與水生成很穩(wěn)定的凝膠。

2．5 乳化劑介昌結(jié)構(gòu)和 晶型凝膠結(jié)構(gòu)在食品中應(yīng)用的重要性

從應(yīng)用技術(shù)上看，了解各種乳化劑的介晶性和介晶相結(jié)構(gòu)，對(duì)于正確使用食品乳化劑是十分重要的。

2．5．1 雙分子層狀介晶相結(jié)構(gòu)zui重要

因?yàn)樵谝欢l件下，雙分子層狀介晶相中的乳化劑形成良好的分散體或凝膠 因?yàn)闆]有一種食品乳化劑是以分子形態(tài)溶于水中的，所以實(shí)際上乳化劑在水溶液體系中，介晶態(tài)是zui合適的分布。當(dāng)乳化劑和其它食品組分(如淀粉、蛋白質(zhì)等)相互作用時(shí)，在各種不同的介晶結(jié)構(gòu)中，以雙分子層狀介晶結(jié)構(gòu)的活性zui高，作用效果。例如，在焙烤食品加工中使用乳化劑甘油單酸酯時(shí)，只有處于雙分子層狀介晶結(jié)構(gòu)和 晶型的凝膠結(jié)構(gòu)，甘油單酸酯才具有高度活性狀態(tài)和使用價(jià)值，才能zui易與食品中的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪發(fā)生相互作用，獲得令人滿意的改善食品品質(zhì)、提高柔軟性、延長(zhǎng)保鮮期的作用效果。

所有的乳化劑都不溶于水，而且都是固態(tài)的結(jié)晶狀態(tài)，如果直接加入食品體系中，幾乎不起任何作用或作用甚微。乳化劑與食品中的各成分(蛋白質(zhì)、淀等)充分作用的理想條件是都處于分子溶液狀態(tài)。乳化劑雖不溶于水，但在水中能形成液體結(jié)晶中間相，在合適的條件下，它在水中溶脹度很大 這樣，單*個(gè)乳化劑分子就有了很高的分子自由度，能充分分散在食品體系中，而與蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪等充分發(fā)生作用。形成介晶結(jié)構(gòu)的乳化劑的粘度至少比水的粘度增大100倍，凝聚時(shí)問增加2000倍，這非常有利于食品乳狀液的穩(wěn)定，能使乳化劑更均勻地、穩(wěn)定地分散在食品體系中，能充分地與食品中的蛋白質(zhì)、淀粉等成分發(fā)生相互作用，得到*的作用效果。

2．5．2 乳化劑使用前進(jìn)行a-晶型化預(yù)處理的重要性。大多數(shù)乳化劑為噴霧結(jié)晶制得。因此，室溫下的乳化劑不存在無水的 晶型，而以穩(wěn)定的B-晶型狀態(tài)存在。只有制成凝膠狀態(tài)時(shí)才會(huì)出現(xiàn) 晶型因此，乳化劑在使用前必須要進(jìn)行a-晶性化處理或制成水合物。在作用效果上， 晶型凝膠*， 晶型水合物次之，zui次者為無水粉末狀乳化劑。乳化劑的介晶理論是指導(dǎo)乳化劑使用的重要依據(jù)，了解和掌握這些知識(shí)后才能正確使用乳化劑，使其充分發(fā)揮作用。

2．6 乳化劑 晶型的穩(wěn)定性及晶型穩(wěn)定劑的使用

常制成凝膠狀態(tài)的乳化劑有：蒸餾甘油單酸酯、丙二醇單甘酯、蔗糖脂肪酸酯、*單硬脂酸甘油酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、大豆卵磷酯、琥珀酰單甘酯等。典型產(chǎn)品是在焙烤食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用的商品“蛋糕油”，作為蛋糕的起泡劑非常理想。為了銷售和貯存過程中凝膠狀態(tài)乳化劑中的 晶型結(jié)構(gòu)保持不變，以活性狀態(tài)穩(wěn)定6個(gè)月至1年。因此，必須加入 晶型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑，如丙二醇、丙二醇一單硬脂酸酯、D一雙脫水山梨糖醇、硬脂酸鉀、酪蛋白酸鹽、脫脂奶粉、麥芽糊精、變性淀粉等。一般可使用乙醇、丙二醇或山梨糖醇為溶劑。也可用少量1％ 一2％脂肪酸的堿金屬皂類，來穩(wěn)定層狀凝膠中的a一晶型結(jié)構(gòu)。使用*作為防腐劑。


3 乳化劑的水合物及其功能特性

3．1 什么是乳化劑的永合物?

所謂乳化劑的水合物，是由25％的乳化劑與水混合，并加熱到約65℃所形成的。在制備乳化劑的水合物時(shí)，根據(jù)每種乳化劑的相圖進(jìn)行操作至關(guān)重要。如果溫度升高，將形成一種帶有凝膠狀結(jié)塊的粘性一各向同性相，這是我們所不希望得到的狀態(tài)。當(dāng)水和乳化劑按各種不同比例混合、加熱時(shí)，將得到各種不同的介晶相混合物。由圖3可以明顯看出，這些混合物的類型與稀釋程度和操作溫度有關(guān)。

 

結(jié)晶蒸餾甘油單酸酯分子間通過氫鍵結(jié)合，碳鍵平行排布，其中zui穩(wěn)定的晶型是口一晶型。當(dāng)結(jié)晶蒸餾甘油單酸酯和水混合加熱至大約50℃ 時(shí)，水分子插入到單甘酯的極性基團(tuán)之間，在6O℃形成一種含1O％～2O％甘油單酸酯和8O％-90％水的混合物分散體系。分散體系冷卻時(shí)又將形成一種半透明的粘稠凝膠，此時(shí)分子排列和a一晶型相似。但和失水a(chǎn)一晶型不同的是，在此凝膠相的甘油單酸酯極性基團(tuán)中間有一水層。當(dāng)除去這個(gè)水層時(shí)，又將形成 晶型的乳化劑懸浮物，稱之為凝聚膠，商業(yè)名稱為水合物。

例如，形成的甘油單酸酯一水的介晶相通常用乙酸或丙酸，調(diào)整到pH3，接著冷卻到室溫。為了使產(chǎn)品的稠度均勻，在冷卻過程中需要攪拌 因此，冷卻時(shí)常采用管式冷卻器(刮板式熱交換系統(tǒng))。zui終產(chǎn)品是甘油單酸酯以穩(wěn)定的B一晶體形態(tài)分散在水相中，口一晶體粒子非常小，可以和其他表面活性成分相結(jié)合，如將*加到甘油單酸酯濃度為0．5％ -10％的體系中，就可穩(wěn)定飽和甘油單酸酯一水分散體系中的a-晶型。甘油單棕櫚酸酯和甘油單硬脂酸酯或鏈更長(zhǎng)的甘油單酸酯，從層狀介晶相變?yōu)?nbsp;晶體凝膠形式，但這是不穩(wěn)定狀態(tài)。隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)，將變?yōu)榉€(wěn)定的 晶體和水(凝聚膠)混合物。降低pH值和加強(qiáng)機(jī)械攪拌，將促進(jìn)乳化劑的B-結(jié)晶體形成。

3．2 乳化劑水合物在食品中應(yīng)用的重要性

當(dāng)乳化劑從水溶液中結(jié)晶時(shí)，便會(huì)形成極性表面，這種極性表面結(jié)合水的能力很強(qiáng)。若按重量計(jì)，1O份甘油單酸酯可以吸附90份水，這樣的混合物具有象油膏一樣的稠度。25％的蒸餾飽和甘油酸酯的工業(yè)品，以口 晶體的形式懸浮于水中(所謂水合物)，在食品工業(yè)中應(yīng)用很廣泛，可用作面包柔軟劑或保鮮劑。

乳化劑在水合狀態(tài)下雖然仍是穩(wěn)定的B-晶型狀態(tài)，但它可以分散在水相中，增大比表面積。例如水合狀態(tài)中的單甘酯比表面積為20n12／g，而無水狀態(tài)的單甘酯比表面積則為0．03m2／g，相差700倍。當(dāng)水合狀態(tài)的乳化劑應(yīng)用于食品中時(shí)，它能較均勻地分散于食品體系中。乳化劑在水合狀態(tài)下雖然仍是穩(wěn)定的B-晶型狀態(tài)，但在食品體系加熱過程中，溫度達(dá)到55℃ 以上時(shí)，由于乳化劑 晶體比表面積增大，能很快變?yōu)橐后w介晶層狀n-晶型狀態(tài)，充分與食品中的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪等作用，從而改善各種食品的質(zhì)量。

3．3 乳化劑水合物和n一晶型凝膠的制備原理

在大多數(shù)情況下，乳化劑在食品中使用時(shí)一般都以水溶液狀態(tài)的乳化劑加入到食品中效果。因?yàn)樗芤籂顟B(tài)的乳化劑可與溶在水中或分散在水中的各種食品配料充分相互作用。在水相中，反應(yīng)的理想條件是乳化劑、各種食品配料成分為分子溶液。然而，許多乳化劑能在水中形成介晶相，與淀粉和蛋白質(zhì)反應(yīng)時(shí)，這是一個(gè)非常重要的因素。在各種可能的介晶相中，層狀型介晶相是活性zui高的狀態(tài)。因?yàn)樵诤线m的條件下，它在水中的膨脹度很大。因此，單*個(gè)分子就有很高的分子自由度。

固態(tài)乳化劑在水中分散和加熱超過克拉夫特點(diǎn)溫度時(shí)，乳化劑的親油基團(tuán)(碳?xì)滏?由固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成類似液體的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，水滲入到乳化劑的親水極性基團(tuán)之間，形成介晶(液晶)相。該介晶相結(jié)構(gòu)與乳化劑的結(jié)構(gòu)、乳化劑／水的比例、溫度、離子強(qiáng)度以及pH值有關(guān)系。

在含有以飽和脂肪酸合成的乳化劑(如飽和甘油單酸酯)的體系時(shí)，優(yōu)先形成層狀介晶相。在以下飽和脂肪酸合成的親油性乳化劑(如不飽和甘油單酸酯)的情況下，優(yōu)先形成立方體形介晶相。在低HLB值的乳化劑和混合乳化劑情況下，形成六角柱一Ⅱ一形介晶相，而六角柱一I一形介晶相則在高HLB值的乳化劑(強(qiáng)極性基團(tuán))時(shí)才形成。六角柱一I一形介晶相能夠形成膠束。

蒸餾飽和甘油單酸酯在不同的溫度和濃度下，能在水中形成各種不同結(jié)構(gòu)和粘度的介晶相。為了充分發(fā)揮這些產(chǎn)品的長(zhǎng)處，必須了解蒸餾甘油單酸酯和其它食品乳化劑在水中的相行為。
在乳化劑的晶體中，乳化劑分子以極性基互相對(duì)峙地定向排列，親油的烴鏈互相平行且緊緊互相靠在一起。如圖所示當(dāng)乳化劑蒸餾飽和甘油單酸酯(DGMS)晶體(呈B．晶型結(jié)構(gòu))加到一定比例的水里后，逐漸加熱，到溫度升高至kraft溫度(rrc)時(shí)，由于熱能使烴鏈轉(zhuǎn)變?yōu)榛靵y的液態(tài)。同時(shí)滲入到極性層之間，

 

 

如圖5b所示，這是層狀介晶相。根據(jù)溫度、濃度和乳化劑的化學(xué)構(gòu)型，也能形成其它形式的介晶相。當(dāng)混合物再冷卻至krafft點(diǎn)以下，烴鏈將結(jié)晶，并排成有規(guī)則的晶格。水仍在極性基之間，這種狀態(tài)即所謂凝膠，如圖5c所示。這種凝膠一般是亞穩(wěn)態(tài)的，而且由于水層厚度dw減小，zui終將發(fā)生變化。當(dāng)所有水被排掉后，凝膠相便會(huì)變成乳化劑在水中的微晶懸浮液<凝聚膠)。

當(dāng)溫度上升時(shí)，DGMS一水的混合物不直接轉(zhuǎn)變?yōu)榫€形相或分散體系。當(dāng)呈a-晶型結(jié)構(gòu)的DGMS晶體，從B-晶型結(jié)構(gòu)變?yōu)?nbsp;晶型結(jié)構(gòu)和水滲入到晶體的極性區(qū)域后，在產(chǎn)生層狀線形相或分散體系轉(zhuǎn)變前，就形成了a-晶型結(jié)構(gòu)的凝膠。

在制備乳化劑的水合物和a-晶型結(jié)構(gòu)凝膠時(shí)，中性pH值和較低的電解質(zhì)濃度對(duì)于形成DGMS在水中的稀分散體系及其穩(wěn)定性是很重要的。

例如，5％ 一10％DGMS的水合物稀分散體系，用pH緩沖液調(diào)節(jié)到pH值為7時(shí)，可以得到清亮、均勻的分散體系，當(dāng)冷卻時(shí)便生成穩(wěn)定的凝膠。當(dāng)oH為5—6時(shí)，水合物分散體系不是清亮的，而呈乳白色，凝膠迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槟勰z(B．晶體+水)。這主要是少量的游離脂肪酸在起重要作用。DGMS中的游離脂肪酸的中和作用，將強(qiáng)烈地改變層狀相的膨脹能力。

DGMS一水的層狀線形相，已從x一射線數(shù)據(jù)計(jì)算出了結(jié)構(gòu)參數(shù)，類脂化合物雙分子層的厚度為38A，當(dāng)水含量約30％時(shí)，水層的厚度為16A。

食品中直鏈淀粉與甘油單酸酯之間的反應(yīng)速度，與產(chǎn)品中甘油單酸酯顆粒的比表面積有關(guān) 噴霧結(jié)晶制得的zui小顆粒的直徑約為200~m。在這種甘油單酸酯粉末中，表面積為0．03rn2 。在上述方法制備的甘油單酸酯水合物的水溶液中，B．晶體為0．1t．tm厚的薄盤。從甘油單酸酯水合物的掃描電子顯微鏡照片上，可以看到上述現(xiàn)象。如將水用冷凍干燥法除去，水合物中甘油單酸酯的比表面積是20rn2／g，這比噴霧結(jié)晶的甘油單酸酯的比表面約大700倍。