乳化剂的水合物及其功能特性 食品乳化剂公司

    什么是乳化剂的永合物?
    所谓乳化剂的水合物，是由25％的乳化剂与水混合，并加热到约65℃所形成的。在制备乳化剂的水合物时，根据每种乳化剂的相图进行操作至关重要。如果温度升高，将形成一种带有凝胶状结块的粘性一各向同性相，这是我们所不希望得到的状态。当水和乳化剂按各种不同比例混合、加热时，将得到各种不同的介晶相混合物。由图3可以明显看出，这些混合物的类型与稀释程度和操作温度有关。
    结晶蒸馏甘油单酸酯分子间通过氢键结合，碳键平行排布，其中最稳定的晶型是口一晶型。当结晶蒸馏甘油单酸酯和水混合加热至大约50℃时，水分子插入到单甘酯的极性基团之间，在6O℃形成一种含1O％～2O％甘油单酸酯和8O％-90％水的混合物分散体系。分散体系冷却时又将形成一种半透明的粘稠凝胶，此时分子排列和a一晶型相似。但和失水a一晶型不同的是，在此凝胶相的甘油单酸酯极性基团中间有一水层。当除去这个水层时，又将形成晶型的乳化剂悬浮物，称之为凝聚胶，商业名称为水合物。
    例如，形成的甘油单酸酯一水的介晶相通常用乙酸或丙酸，调整到pH3，接着冷却到室温。为了使产品的稠度均匀，在冷却过程中需要搅拌因此，冷却时常采用管式冷却器(刮板式热交换系统)。最终产品是甘油单酸酯以稳定的B一晶体形态分散在水相中，口一晶体粒子非常小，可以和其他表面活性成分相结合，如将卵磷脂加到甘油单酸酯浓度为0．5％-10％的体系中，就可稳定饱和甘油单酸酯一水分散体系中的a-晶型。甘油单棕榈酸酯和甘油单硬脂酸酯或链更长的甘油单酸酯，从层状介晶相变为晶体凝胶形式，但这是不稳定状态。随着贮存时间的延长，将变为稳定的晶体和水(凝聚胶)混合物。降低pH值和加强机械搅拌，将促进乳化剂的B-结晶体形成。
    3．2乳化剂水合物在食品中应用的重要性
    当乳化剂从水溶液中结晶时，便会形成极性表面，这种极性表面结合水的能力很强。若按重量计，1O份甘油单酸酯可以吸附90份水，这样的混合物具有象油膏一样的稠度。25％的蒸馏饱和甘油酸酯的工业品，以口晶体的形式悬浮于水中(所谓水合物)，在食品工业中应用很广泛，可用作面包柔软剂或保鲜剂。
    乳化剂在水合状态下虽然仍是稳定的B-晶型状态，但它可以分散在水相中，增大比表面积。例如水合状态中的单甘酯比表面积为20n12／g，而无水状态的单甘酯比表面积则为0．03m2／g，相差700倍。当水合状态的乳化剂应用于食品中时，它能较均匀地分散于食品体系中。乳化剂在水合状态下虽然仍是稳定的B-晶型状态，但在食品体系加热过程中，温度达到55℃以上时，由于乳化剂晶体比表面积增大，能很快变为液体介晶层状n-晶型状态，充分与食品中的蛋白质、淀粉、脂肪等作用，从而改善各种食品的质量。
    3．3乳化剂水合物和n一晶型凝胶的制备原理
    在大多数情况下，乳化剂在食品中使用时一般都以水溶液状态的乳化剂加入到食品中效果最好。因为水溶液状态的乳化剂可与溶在水中或分散在水中的各种食品配料充分相互作用。在水相中，反应的理想条件是乳化剂、各种食品配料成分为分子溶液。然而，许多乳化剂能在水中形成介晶相，与淀粉和蛋白质反应时，这是一个非常重要的因素。在各种可能的介晶相中，层状型介晶相是活性最高的状态。因为在合适的条件下，它在水中的膨胀度很大。因此，单独一个分子就有很高的分子自由度。
    固态乳化剂在水中分散和加热超过克拉夫特点温度时，乳化剂的亲油基团(碳氢链)由固体状态转变成类似液体的状态。在这种状态下，水渗入到乳化剂的亲水极性基团之间，形成介晶(液晶)相。该介晶相结构与乳化剂的结构、乳化剂／水的比例、温度、离子强度以及pH值有关系。
    在含有以饱和脂肪酸合成的乳化剂(如饱和甘油单酸酯)的体系时，优先形成层状介晶相。在以下饱和脂肪酸合成的亲油性乳化剂(如不饱和甘油单酸酯)的情况下，优先形成立方体形介晶相。在低HLB值的乳化剂和混合乳化剂情况下，形成六角柱一Ⅱ一形介晶相，而六角柱一I一形介晶相则在高HLB值的乳化剂(强极性基团)时才形成。六角柱一I一形介晶相能够形成胶束。
    蒸馏饱和甘油单酸酯在不同的温度和浓度下，能在水中形成各种不同结构和粘度的介晶相。为了充分发挥这些产品的长处，必须了解蒸馏甘油单酸酯和其它食品乳化剂在水中的相行为。
    在乳化剂的晶体中，乳化剂分子以极性基互相对峙地定向排列，亲油的烃链互相平行且紧紧互相靠在一起。如图5a所示当乳化剂蒸馏饱和甘油单酸酯(DGMS)晶体(呈B．晶型结构)加到一定比例的水里后，逐渐加热，到温度升高至kraft温度(rrc)时，由于热能使烃链转变为混乱的液态。同时渗入到极性层之间，
    所示，这是层状介晶相。根据温度、浓度和乳化剂的化学构型，也能形成其它形式的介晶相。当混合物再冷却至krafft点以下，烃链将结晶，并排成有规则的晶格。水仍在极性基之间，这种状态即所谓凝胶，如图5c所示。这种凝胶一般是亚稳态的，而且由于水层厚度dw减小，最终将发生变化。当所有水被排掉后，凝胶相便会变成乳化剂在水中的微晶悬浮液<凝聚胶)。
    当温度上升时，DGMS一水的混合物不直接转变为线形相或分散体系。当呈a-晶型结构的DGMS晶体，从B-晶型结构变为晶型结构和水渗入到晶体的极性区域后，在产生层状线形相或分散体系转变前，就形成了a-晶型结构的凝胶。
    在制备乳化剂的水合物和a-晶型结构凝胶时，中性pH值和较低的电解质浓度对于形成DGMS在水中的稀分散体系及其稳定性是很重要的。
    例如，5％一10％DGMS的水合物稀分散体系，用pH缓冲液调节到pH值为7时，可以得到清亮、均匀的分散体系，当冷却时便生成稳定的凝胶。当oH为5—6时，水合物分散体系不是清亮的，而呈乳白色，凝胶迅速转变为凝聚胶(B．晶体+水)。这主要是少量的游离脂肪酸在起重要作用。DGMS中的游离脂肪酸的中和作用，将强烈地改变层状相的膨胀能力。
    DGMS一水的层状线形相，已从x一射线数据计算出了结构参数，类脂化合物双分子层的厚度为38A，当水含量约30％时，水层的厚度为16A。
    食品中直链淀粉与甘油单酸酯之间的反应速度，与产品中甘油单酸酯颗粒的比表面积有关喷雾结晶制得的最小颗粒的直径约为200~m。在这种甘油单酸酯粉末中，表面积为0．03rn2。在上述方法制备的甘油单酸酯水合物的水溶液中，B．晶体为0．1t．tm厚的薄盘。从甘油单酸酯水合物的扫描电子显微镜照片上，可以看到上述现象。如将水用冷冻干燥法除去，水合物中甘油单酸酯的比表面积是20rn2／g，这比喷雾结晶的甘油单酸酯的比表面约大700倍。