123-94-4 / 單甘酯的功能

背景及概述^[1]

小麥是我國大面積種植的一種農作物，長期以來，小麥粉制成的各種面食就是我國北方人民所喜好的主食。隨著食品工業的發展，面粉作為一種主要的基料不斷得到廣泛的應用，各種花色品種的面制品以其營養豐富、風味獨特、方便快捷的特點被越來越多的人們接受。然而，面制品的質量受小麥的產地和品種的影響，我國小麥粉的質量存在諸多問題，生產面制品時常常需要添加一些改良劑來改善產品的品質。

單甘酯是目前世界上使用量最大的一種乳化劑，也是我國食品工業中常用的乳化劑。將其用于面包、餅干、糕點、面食等面制品的生產加工當中，可以起到乳化作用并和小麥粉中的主要成分發生相互作用，賦予面制品良好的外觀和口感。

分類及性質^[1]

單甘酯的全稱為單脂肪酸甘油酯(或甘油單脂肪酸酯)，英文名為Monoglycerides(MG)，按照主要組成脂肪酸的名稱可以將單甘酯進一步分為單硬脂酸甘油酯(Glycerolmonostearate)、單月硅酸甘油酯(Glycerolmonolaurate)、單油酸甘油酯(Glycerolmonooleate)等，其中產量最大應用最多的是單硬脂酸甘油酯。

單甘酯一般可為油狀、脂狀或蠟狀，色澤為淡黃或象牙色，油脂味或無味，這與脂肪基團的大小及飽和程度有關，具有優良的感官特性，單甘酯不溶于水和甘油，但能在水中形成穩定的水合分散體，其HLB值為2～3。通過改變組成單甘酯的脂肪酸碳鏈的長度和飽和性，可以調整其HLB值。與油脂相似，單甘酯以多種晶型或變晶型存在。

功能特性^[1]

單甘酯除具有典型的表面活性作用外，在食品中還具有許多其它功能。這些表面活性作用和在食品中的特殊作用相結合，是單甘酯應用于面制品加工的基礎。在此基礎上，單甘酯不僅能提高食品質量，延長食品貯藏期，改善食品的感官性狀，而且還可以防止食品變質，便于食品加工和保鮮，有助于新型食品的開發。

1.單甘酯的表面活性

單甘酯是非離子表面活性劑，具有兩親分子結構。其親油基團由脂肪酸組成，親水基團由甘油基組成。這種兩親分子結構是產生表面活性作用的前提，并使甘酯能夠容易富集于溶液表面發生吸附，而且在表面和界面上定向排列，產生表面活性和界面活性，降低了表面或界面張力。此外，單甘酯定向排列在氣-液或氣-脂的界面上，使氣泡的機械強度和彈性提高，從而使空氣泡能更大地擴張而不破裂。

最常用的單硬脂酸甘油酯，有兩個親水的羥基，一個親油的十八碳烷基，因此能分別吸附在油和水兩種相互排斥的相面上，形成薄分子層，降低兩相的界面張力，從而使原來互不相溶的物質得以均勻混合，形成均勻狀態的分散體系，改變了原料的物理狀態，進而改善食品的內部結構，提高質量。

2.單甘酯和面粉成分的相互作用

在生產面制品的復雜過程中，碳水化合物、蛋白質和脂質起著決定性的作用。各種面粉成分的作用決定于它們的組成或相互作用的產物。單甘酯與面粉成分可能發生很多方面的相互作用，并能夠相應地影響產品的質量。

1）單甘酯與淀粉的相互作用

當淀粉受熱糊化并膨脹，單甘酯與水一起形成液體結晶的層狀分散相向淀粉粒中浸透，與溶出淀粉粒外的直鏈淀粉和淀粉粒外的直鏈淀粉相互作用。單甘酯被緊緊地包在直鏈淀粉螺旋結構里形成強復合物，即直鏈淀粉在淀粉粒中被固定下來，向淀粉粒周圍自由水中溶出的直鏈淀粉減少，單甘酯的親油基進入直鏈淀粉螺旋結構形成不溶性復合物，防止了淀粉粒之間的再結晶而發生老化。

2）單甘酯與蛋白質的相互作用

面粉中存在兩種非水溶性蛋白質，即麥谷蛋白和麥膠蛋白。在面粉加水形成面團的操作工程中，這兩種蛋白質吸水脹潤。麥膠蛋白形成一種具有很強粘性而無彈性的單鏈小分子物質；麥谷蛋白形成一種具有很好彈性而無粘性的大分子多鏈物質。

面團加工過程中，小分子麥膠蛋白分散到大分子麥谷蛋白中，形成一種既有彈性，又有粘性的特殊網絡結構，即面筋。而加入單甘酯后，單甘酯能與面筋蛋白質相互作用，形成復合物，即單甘酯的親水基與麥膠蛋白結合，親油基與麥谷蛋白結合，使加工過程中因機械攪拌散落的面筋蛋白質分子相互連接起來，小分子變成大分子，進而形成牢固、緊密的面筋網絡。正是由于這種很好的“架橋作用”，使面團中游離蛋白質明顯減少，而結合蛋白質明顯增加。

3）單甘酯與脂質的相互作用

油脂的α-晶型是最不穩定的，并且熔點很低，而β-晶型和β′-晶型都很穩定，并具有較高的熔點，β′-晶型狀態的油脂還具有良好的加工性能。要使油脂保持β′-晶型狀態，就必須加入晶體改良劑。當單甘酯與油脂共晶時就能得到的穩定的β′-晶型狀態。β′-晶型狀態的油脂，具有高的熔點，良好的可塑性和涂抹性。單甘酯能提高油脂之間的凝聚作用和與脂肪互相結合成晶體網絡結構的能力，從而改善了油脂的晶體結晶，提高了油脂的穩定性，這對于重油類糕點和餅干的生產十分有利，可防止面團或制品因放置時間過久而出現油水分離的現象，即“走油”現象的發生，提高了貯藏期，保證了質量。

制備^[1]

1.化學法

化學法生產單甘酯主要有酯交換、酯化法兩種，其原料主要是甘油、脂肪酸(酯)，其中酯交換又稱為油脂甘油解法、醇解。除了脂肪醇解、甘油脂肪酸酯化外，單甘酯化學法生產還有縮水甘油法、環氧氯丙烷法、化學基團保護法等等，目前這些方法還未能產業化。目前單甘酯的工業化生產主要是酯交換法，甘油與甘三酯在200～260℃溫度下，以堿為催化劑發生酯交換反應，反應示意圖見圖1：

2.酶法

同化學法一樣，酶解法也分為甘三酯的水解、醇解及甘油解，和脂肪酸與甘油的酯化法。單甘酯的酶法合成直到目前還處于實驗室階段，其優勢是能耗低，產品質量能得到保證，其劣勢是成本較高。由于脂肪酶催化合成單甘酯的底物-脂肪酸(或其酯)與甘油-互不溶解，造成接觸困難，使反應難于進行，所以研究者們研究了多種反應體系，綜述前人的研究，總結了現在的反應體系有：反膠束體系、無溶劑體系、選擇性吸附體系、表面活性劑包埋體系等，反應器類型主要包括間歇攪拌反應器、固定床攪拌器、隔膜反應器、連續微孔反應器等。

主要參考資料

[1] 單甘酯的功能特性及其在面制品中的應用

[2] 張守文編著.面包科學與加工工藝.北京：中國輕工業出版社，1996.

[3] 單甘酯、甘二酯高純品的生產、理化性質及特殊用途