食品乳化剂的性能和在冰淇淋中的应用

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乳化剂的定义乳化是把一种液体置于与它互不相混合的液体中，在外力作用下将此液体呈微粒分散的过程，新生成的均匀混合物称为乳浊液，使这两种液体分散，并使乳浊液保持稳定的物质称为乳化剂，乳化剂实质上是一种表面活性剂，在我国食品添加剂中乳化剂属第11类。
油和水是两种互不相溶的液体，它们在机械外力的作用下，可以互相混合，但一般难以混合成稳定的乳浊液，当施加的外力取消时，它们又会很快分离为原来的两种液体，为了使互相均匀混合的状态得以长久保持，需要添加乳化剂。从乳化剂的分子结构来讲，它具有两个功能基团，即亲水基和亲油基。亲水基能吸引水层，新油基能包围油层。因此，由于乳化剂的加入，水和油就能相互混合，形成完全分散的乳浊液。一般亲水性强的乳化剂多成油—水性乳浊液，亲油性强的乳化剂易成水—油型乳浊液。
乳化剂在食品中的作用
一、乳化剂作用食品中含有脂肪，自然条件下它们难以与水均匀、稳定地混合，而乳化剂就可使分散后的微细脂肪球呈乳浊状态，并长久保持在水中。
二、起泡作用许多食品的结构膨松多孔，如发面制品、蛋奶制品，由于行业大量可见的和微细空气泡，使其变得松脆柔润，口感良好，而乳化剂所提高产品混合原料的起泡性和膨胀率，有助于提高产品质量。
三、产品质量的稳定作用发面制品在货架期需要保鲜，防止老化，乳化剂与淀粉的组合可以起到以上作用。当添加乳化剂后，可增加蛋、奶制品（如冰淇淋）在室温下的耐热性，使产品保持预定、固有的形状。
乳化剂在冰淇淋中的应用
冰淇淋口味、硬度和质地和成本都主要取决于各种原料配方比例和工艺。合理的配方设计和添加剂的使用，有助于配料恰当，保证质量较稳定。
首先，看一下冰淇淋工艺生产过程：原料处理—混合料配制—灭菌—均质—冷却—老化—凝冻—灌装成型—硬化—贮藏
冰淇淋混合料是将配方成分中各种原料和辅料混合在一起，几种有特色的冰淇淋混合料配方（可用于家庭）如下：
1、豆乳冰淇淋豆乳62％、海藻酸钠0．25％、蔗糖15％、明胶0．25％、奶油16％、单甘酯0．3％、脱脂酸乳6％、香精适量、加水至100％2、胡萝卜冰淇淋鲜牛乳50％、鲜鸡蛋5％、蔗糖14％、精制淀粉2．5％、奶油4％、复合乳化稳定剂1％、香精适量、胡萝汁20％加水至100％3、乳、米冰淇淋酸乳20％、米蛋白粉4％、蔗糖15％、海藻酸钠0．18％、脱脂乳粉9％、奶油4％单甘酯0．12％、硫酸镁0．08％、CMC0．4％香精适量、麦芽糊精2％、加水至100％。
乳化剂的加入降低了各种原料的表面张力，水和油都能相互混合，形成完全的乳浊液，使空气泡变小（在冷冻中小气泡很容易混入并保存在冰淇淋组织内），使胶体变成完全的分散态，并使之均一化，乳化剂、脂肪球、非脂肪固体物及空气汇壁很好结合，它本身形成一个组织，组织中包含着其他各种粒子，制品水分显得不多，赋予冰淇淋圆滑的口感和干燥性。
乳化剂在各个工艺中能发生多重功效，冰淇淋工艺中的乳化剂具有三个基本作用：脂肪分散、起泡和凝结，由于这三种作用的结果，冰淇淋具有了所需的，泡沫和组织造型，具体功效如下：
从以上的配方可以看出，冰淇淋中含有较多的乳脂肪，通常，乳脂肪难以和水混合均匀，而乳化剂就可以使均质的微细乳脂肪球呈浮浊状态。一般乳化剂的使用量和脂肪含量成比例，按重量计，乳化剂的总量不超过油脂的2％（这一含量足以使冰淇淋混合料的乳状液十分稳定），过量使用会产生溶解缓性和形体及质地上的不足。使用乳化剂有助于冰淇淋性质的稳定，混合料均质后，脂肪球成为微细均匀的粒子，乳化剂和脂肪间有密切关系，可使脂肪彻底分散于冰淇淋混合物中，在冷冻混合过程中可经受用机械搅拌，改善搅打性质。
使用乳化剂除了乳化的作用外，还有起泡作用，在冷冻过程将空气搅拌入冰淇淋混合物中，而乳化剂能在凝结过程中控制充气，形成泡沫，提高冰淇淋混合料的起泡性和膨胀率，可使体积增。乳化剂对冰淇淋中的气泡膜起保护作用，有助于提高产品质量。冰淇淋的气泡具有稳定性和阻止热传导的作用，可增加在室温下的耐热性，使产品保持预定固有的形状。冰淇淋由于含有大量微细空气泡，使其变得更加柔润和松软，口感好。
在凝冻过程中，乳化剂不使微细均匀的脂肪球中的液态脂肪破乳析出，有利于脂肪的附聚和凝聚作用，这些脂肪会附聚在搅打时形成的气泡的周围，与空气混合，获得期望的超出量。乳化剂在冰淇淋凝冻中所起的功能，不仅像在许多其他食品体系中的那样，使两个不相溶的相发生乳化，而且起着控制脂肪球迁移的作用。混合料进行冷却后要老化，当进入老化阶段时，由于冰淇淋含有较多的牛乳蛋白质，乳化剂对蛋白的功能随即发挥中，当脂肪开始结晶时，乳化剂便会促使蛋白质从水—脂肪界面上移去，这种乳蛋白的解吸附作用，部分是由于乳化剂降低了界面张力所致。此时，乳化剂会迁移到脂肪粒子的表面，取代蛋白质所处的位置，产生类似网络状的结构，产生冰淇淋的起泡性和膨胀率。乳化剂还可以防止大冰晶的形成，赋予冰淇淋细腻、疏松的结构和好的干燥性。在冰淇淋中使用乳化剂，可使冰淇淋从冷却器中出来后变硬，这样可以便于进行包装。
冰淇淋中常用的乳化剂
一、卵磷脂卵磷脂是一种天然乳化剂，大量存在于油料种子和蛋黄中。
目前大量使用的市售卵磷脂是由大豆制得的，因此，市售卵磷脂一般是指大豆磷脂。精制卵磷脂是半透明的黏稠物质，稍有特异臭味；在空气中或在照射下会迅速变成黄色，渐变成不透明的褐色；卵磷脂有吸湿性，但不溶于水，在水中膨润成胶体溶液；它溶于氯仿、乙醚、石油醚、四氯化碳等溶剂。
卵磷脂中含有多量亲水基和亲油基，是一种良好的乳化剂。其亲油部分是两个脂肪酸基，而亲水部分是由甘油磷酸与氨基醇、氨基酸与醇酯化而形成的。许多冰淇淋配方中有鸡蛋，主要是利用蛋黄中的卵磷脂（是大豆磷脂价格的10～20倍）。
二、蔗糖脂肪酸酯蔗糖脂肪酸酯是一种合成乳化剂。在工业上多用酯交换法制得，常用蔗糖和脂肪酸甲酯，用碱触煤在减压条件下加热，进行酯交换而得。其化学结构是由具有高亲水性的蔗糖分子和亲油性的脂肪酸基团组成的，因而亲水性较大。
蔗糖脂肪酸酯是一种白色或黄褐色的粉末，或蜡状黏稠树脂状物质，稍有特异臭味；在120℃以下稳定，145℃以上则分解，口味是微甜带苦。它在酸、碱和酶的作用下会发生分解，酸催化水解时，生成游离脂肪酸和蔗糖，碱催化水解时形成脂肪酸碱金属盐和蔗糖，酶水解催化时，最终也生成游离脂肪酸和蔗糖。蔗糖脂肪酸酯的水解敏感性与温度关，一般温度越高，水解越快。
在冰淇淋中单独使用蔗糖脂肪酸酯，会使气泡较大，不够稳定且耐热性差。因此，它常与单甘油酯等并用，其比例为1∶1。
三、山梨糖醇酐脂肪酸酯山梨糖醇酐脂肪酸酯是一种合成乳化剂，为白色到黄褐色的液状和蜡状物，工业生产是采用山梨糖醇酐与脂肪酸的直接酯化法，即山梨糖醇脱水与脂肪酸在碱催化下高温反应而得。因其所含脂肪酸不同，其性状也不同，目前使用的有软脂酸酯、棕榈酸酯、硬脂酸酯等，都是非离子型乳化剂。
本品中脂肪酸基团的种类和数量影响其溶解度，它溶于水也易溶于油，随着脂肪酸链长的增加和脂肪酸基团数量的增大，它更易溶于亲油性物质。在酸、碱和脂肪分解酶的作用下，它会相当迅速和完全地发生水解。酸催化水解，生成脂肪酸和山梨糖醇；碱催化水解，形成脂肪酸碱金属盐和山梨糖醇；酶催化水解，最终也生成脂肪酸与山梨糖醇。加热时，它会发生焦糖化式的变化，使其色泽加深，但温度若不超过120℃，其热稳定性还是很好的。这容易形成油－水型和水－油型两种乳浊液。在冰淇淋中的用量一般为混合料的0．1％～0．2％。
四、丙二醇脂肪酸脂丙二醇脂肪酸脂简称丙二醇脂，它是一种合成乳化剂。它是由丙二醇和脂肪酸经酯化反应而得。其感官性状与油脂相似，一般为黏稠液态到蜡状固态，它的色泽、气味和口味与脂肪酸基团有关。其色泽为白色，浅米黄色到褐色，其气味是油脂气味到无味；其口味为油脂味。丙二醇酯不溶于或不分解于水和甘油，它的分子结构中疏水分部占优势，因此赋予丙二醇酯油包水型乳化剂特性。
五、聚甘油脂肪酸酯聚甘油脂肪酸酯简称聚油酯，它是一种高效乳化剂。它由聚甘油和脂肪酸反应而得的，是一种多元醇酯。它的感官性质取决于所用脂肪酸种类、脂肪酸含量和聚甘油的聚合度。以饱和脂肪酸和低聚合度聚甘油为原料的聚甘油酯具有素性蜡性形态，而以饱和脂肪酸和较高聚合度聚甘油为原料的聚甘油酯为脆性硬蜡状，不饱和脂肪酸聚甘油酯是粘滞的蜂蜜状化合的。它的色泽变化范围较大，为白色到米黄色或褐色，呈油脂味到微甜味，加热时可分散于水中，溶于甘油呈混蚀状，其亲水和疏水部大体是平衡的，是一种水包油型乳化剂。
将聚甘油酯用于冰淇淋中，可使产品的膨胀率高，口感细腻、滑润，且保形性好，其添加量为0．1％～0．2％。