乳化剂对面粉品质的稳定研究

 

河南三鼎食品有限公司        王长勇

摘要：本文通过对乳化剂作用机理的分析，阐述乳化剂通过与蛋白质、淀粉、脂类物质的连接来稳定面粉品质，以及乳化剂在面制食品的制作过程中，通过提高对工艺的适应性和对辅料变化的耐受力，在客观上起到稳定面粉品质的作用，同时对乳化剂和酶制剂在稳定面粉品质方面的协同增效作用进行了简要的讨论。

关键词：乳化剂  面粉品质  稳定性  酶制剂  协同增效

 

面粉是含有蛋白质、淀粉、脂类物质、半纤维素类物质、矿物质、水份等复杂组分的多相体系，一般情况下，它只是一个中间产品，还要经过运输、贮藏、加工等过程才能成为最终产品。但面粉中许多成分是互不相溶的，加上在制作面制食品的过程中还要加入许多辅料，更易出现各组分混合不匀，造成最终产品出现这样或那样的问题。乳化剂正是能使食品的多相体系各组分相互融合的一类添加剂，可以帮助食品形成稳定、均匀的形态，简化和控制食品的加工过程，改善食品内部结构，稳定和提高食品质量。其代表产品硬脂酰乳酸钙钠（CSL-SSL）,早在70多年前已被西方面制食品厂广泛使用。1970年左右欧美国家的面粉厂也开始使用乳化剂，目前仅北美一年CSL—SSL的用量就达到10万吨。近10年以CSL-SSL为主的乳化剂在我国的面粉厂和面制食品厂也得到了广泛的应用，其主要功能表现在以下几个方面：

1、          由于乳化剂本身亲水、亲油的特性，能增加食品组分间的亲合性，降低界面张力，提高食品质量，改善食品原料的加工工艺性能。

2、          使蛋白质网络连接更加紧密，增强面团强度。

3、          与淀粉形成络合物，使产品得到较好的瓤结构，增大食品体积，防止淀粉老化。

4、          控制食品中油脂的结晶状态，阻止结晶还原 ，改善食品口感。

5、          提高食品持水性，使食品更加柔软，增加保鲜性，延长货架期。

6、          乳化后面制品的营养成分更易被人体吸收。

但值得注意的是我们在实验室往往只看到了乳化剂对面粉的品质改良作用，却忽略了其另一个更重要的作用——品质稳定作用。我国小麦品种繁多，品质差异较大，加上目前小麦供需相对紧张，原粮质量极易发生波动，因此如何在配麦，配粉的基础上充分利用乳化剂的性能，提高面粉的工艺适应性和品质稳定性更具有现实的意义。

一般来说，面粉企业对改良剂的评价往往以实验室的指标或成品对比效果来判断优劣，实际上面粉厂的实验条件很难模拟食品厂的工艺条件，这样判断很容易忽略改良剂在工艺适应性和品质稳定性方面的差别。其实对于面粉“没有最好，只有稳定”的品质概念在大中型面粉企业早已深入人心，但是许多人把配麦配粉当成稳定面粉品质的唯一途径，忽略了后处理改良对品质的稳定作用，这是一个观念的问题。据我们了解，最近半年面粉厂的技术人员大多忙于应对原粮的波动，以前非常稳定的品牌面粉近段时间品质也有较大的波动。欧美等许多西方国家在使用改良剂方面就很重视这一点，比如CSL—SSL在国外面粉厂就常常被当作“稳定剂”和“保险剂”来使用。针对CSL-SSL对面粉的品质稳定作用，我们做了大量实验。

一、乳化剂稳定面粉品质的作用分析。

1、          面粉中占绝大多数的是淀粉和蛋白质，面粉品质的波动在很大程度上是淀粉、蛋白质、脂类物质等组分数量、比例的变动和质量的变化，乳化剂能把蛋白质、淀粉和脂类物质连接在一起（见图1—1），降低它们由于数量、比例和质量变化所带来的品质波动。

                   

图1-1 CSL-SSL的蛋白质-淀粉复合体

 

——疏水键           -----亲水键                                                                   

2、          在面制食品的制作过程中，乳化剂与面粉中的许多组分及辅料作用，整体稳定和提高面制食品的效果，掩盖了面粉品质的波动，比如乳化剂在淀粉糊化后可以渗透入淀粉内与直链淀粉结合而形成不溶于水的螺旋状组织，阻止了淀粉糊化后在温度下降过程中，由无序的非结晶状态转变成有序的重结晶状态所引起老化，保持了水分；因乳化剂加入后油脂表面张力降低，面团内使用的油脂受乳化剂作用而扩展至最大的表面积，增加面团内的面筋及淀粉的润滑作用，面筋的网状结构分离为更细密的网状结构，使面团的组织更细密；同时，乳化剂的非极性基团使油脂部分乳化，乳化后的油脂与面筋形成络合体，烘焙过程中在蛋白质内受热膨胀，蛋白质成了膨松的泡沫状，因此，烤出的面包瓤形成了多孔的海绵体状，产品的组织结构得到了改善；乳化剂可以通过亲水键与麦胶蛋白结合，通过疏水键结合在麦谷蛋白分子上，使面筋网络牢固且具有持气能力；此外乳化剂还可使淀粉不易混入面筋内，并因此来增加面筋的弹性及伸展性等等。

从以上分析可知乳化剂通过：a、增加面团的耐揉性和耐机械加工性；b、增加面团对配料变化的耐受性；c、增加对“振动”等不良操作和运输的耐受性；d、增加对发酵的耐受程度等作用，使面制食品在加工过程中，当辅料的配比发生变化、有不良操作、或面粉的品质稍有波动时能在客观上起到修饰作用，增加了面粉的工艺适应性和品质稳定性。

二、     几中常见的乳化剂在面粉和面制食品中的作用及对比。

1、几中常见的乳化剂在面粉和面制食品中的作用

目前在面粉及面制食品中常用的乳化剂主要有硬脂酰乳酸钙钠（CSL—SSL），二乙酰酒石酸甘油单、二酸酯（DATEM），分子蒸馏单硬脂酸甘油酯（DGMS）等。其中只有CSL—SSL是阴离子型乳化剂，DATEM和DGMS都是非离子型乳化剂。

阴离子型乳化剂CSL—SSL和非离子型乳化剂DATEM在面团中能够形成两种不同形式的复合体，其原因是它们作用机理不同，CSL—SSL形成成对的复合体，即“蛋白质—淀粉复合体”组成的聚合体（见图1—1），而DATEM同蛋白质和脂类相互作用形成一种“蛋白质复合体”（见图1—2）

 图1-2非离子型乳化剂（DATEM）和脂类蛋白质复合体

         ——疏水键   -----亲水键

CSL—SSL具有把淀粉和面筋集合成复合体的能力，因此加入CSL—SSL生产的食品老化速率比用DATEM的缓慢，而添加DATEM的食品会具有较大的体积，这是因为在“蛋白质复合体”中缺乏淀粉，面筋起发和膨胀不受防碍的缘故，但制成品的内部结构均匀度不如CSL—SSL。DATEM与蛋白质发生强烈的相互作用，并能取代与面筋相结合的极性脂质，实验证明，DATEM与面筋的结合能力比CSL—SSL和DGMS都强，因此，用DATEM可获得更大的体积，但它对结构、保鲜及柔软的作用效果较差；又因为DATEM与面筋的作用过于强烈，而对淀粉的作用较弱，使得它虽然在常见面制食品制作的各工序中能起到好的作用，然而在不同的面粉质量时差别很大，即对面粉的适应性有限。

阴离子型乳化剂CSL-SSL使乙酸溶蛋白质的数量减少，而非离子型乳化剂DGMS则使乙酸溶蛋白质的数量增加，在面团调制时，各种乳化剂和蛋白质的结合能力存在着明显的差别，其中CSL-SSL的结合能力较强，而DGMS的结合能力较弱，乳化剂可以通过对数目有限的淀粉和蛋白质的联结点进行竞争来取代极性脂质，起到加强面筋的作用，在面粉脂质中，脂肪酸和半乳糖脂可被CSL-SSL取代，而DGMS只能取代与其非常相近的极性脂质，而面粉中与其非常相近的脂质不多，所以DGMS加强面筋的作用较CSL-SSL弱。乳化剂只能络合直链淀粉而不能和支链淀粉形成复合体，支链淀粉只同甘油单酸脂（如DGMS）发生微弱的相互作用，这是因为支链淀粉形成螺旋体的可能性很小；但在与直链淀粉络合时，DGMS是常见乳化剂中最强的，体现在成品上就是CSL-SSL的制成品体积较大，稳定性较好，而DGMS在保鲜上稍好一些，但DGMS在稳定面粉品质方面无明显作用。

另外，阴离子型乳化剂使面筋韧性增强，而阳离子型或非离子型乳化剂则没有这种作用或作用很小，在面团调制过程中，阴离子型乳化剂可使麦谷蛋白溶解性减少，从而使数量增加，同时减少与蛋白质结合的脂质，开成一种水不溶的复合体，使面筋网络增强。

从以上分析可知，只有阴离子型乳化剂（CSL-SSL）对面团的稳定作用有帮助，所以在面粉中用到的几种乳化刘中，只有CSL-SSL能增加面团的稳定时间，而DATEM和DGMS则不具有这种效果，在长期的使用过程中则体现为CSL-SSL能稳定面粉品质。

2、几种常见的乳化剂在面粉和面制食品中的实验效果对比

图2-1：乳化剂对不同操作工艺的适应性

图2-2：乳化剂对不同品种小麦的稳定提高作用

      

图2-3：乳化剂对不同取粉部位面粉的作用效果对比

 

从图2-1可以看出，CSL-SSL无论对发酵程度、打面程度、配料变化、不良操作都有较好的适应性，能将成品的评分稳定在一个水平线左右。DATEM对于完善的操作来说，其成品评分比CSL-SSL还要好，但对于发酵不到、发酵时间过长、打面程度不是最佳、配料有变化及冷冻时其成品评分明显比完善操作时要低得多，适应性较差，而DGMS对于成品来说，只在柔软保鲜方面有效果，其它方面的效果相对较差。

从图2-2可以看出CSL-SSL对于不同品种的小麦成品评分也较稳定，特别是能明显缩小进口优质小麦和国产优质小麦成品评分之间的差距，在实际评比时，经过CSL-SSL改良后的进口小麦和国产优质小麦成品上只有口感稍有差别，其它项目差别不大，而DATEM和DGMS只是对成品效果稍有提高，但缺乏品质之间的稳定作用。从图2-3中可以看出CSL-SSL对不同取粉部位的面粉也有明显的稳定提高作用，而DATEM和DGMS则无明显稳定品质的作用。

以上实验结果也证明了几种常用乳化剂在稳定面粉品质方面存在差距，这和理论分析的结果也是完全相符的。

三、     乳化剂与酶制剂协同增效对面粉品质的稳定作用。

近几年，酶制剂在面粉行业的使用和乳化剂的使用一样成为一个热门话题，酶制剂是一种生物制品，本身是一种蛋白质，和乳化剂在应用方面各有特点及优劣势，实验证明酶制剂与乳化剂一起使用时能起到明显的协同增效的作用，更好的稳定面粉品质，提高对工艺的适应性。

1、          酶制剂在面粉行业使用的优缺点。

酶是一类具有生物催化作用的蛋白质，与一般化学催化剂不同，一是能在温和的条件下催化反应进行，不需要高温、高压等剧烈条件；二是其作用具有高度专一性，一种酶只能作用于一种反应底物，或同一类官能团，并且生成一定的产物；三是酶的催化效率高，酶促反应的速度比一般催化剂的速度高10⁷—10¹³倍。酶制剂在面粉中使用时一般有针对性地作用于面粉中的淀粉、蛋白质及脂肪等组分，具有添加量小，作用明显等优点。但是因为面粉中一般都含有14%左右的水分，且在运输和销售的过程中有一定的贮存期，不加处理的酶制剂有可能在这个过程中发生反应，且酶活力在一定温度及水分条件下易降解；另外面粉本身含有一些酶类，不同品质和用途的面粉需要酶的种类和数量也不同；而且酶的添加量非常小，不易添加均匀；所以酶制剂在面粉厂直接使用时应慎之又慎。

2、          酶制剂在面粉中的应用效果。

常见的酶制剂品种有α-淀粉酶、戊聚糖酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、蛋白酶等。一般来说其在面粉中作用可分为：a、分解面粉中成份为酶母提供营养物质，加快发酵速度，防止淀粉老化，并为美拉德反应提供底物；b、加强蛋白质之间的连接，或分解蛋白质，起到增筋或减筋的作用；c、作用于面粉中的半纤维素类物质或油脂等等成份，提高面团的耐操作性，改善制成品内部组织结构，起到保鲜的作用；酶制剂在这几点应用效果上与乳化剂有部分的相似之处，但在更多的应用面上与乳化剂有较好的互补作用。

3、          乳化剂与酶制剂的协同增效作用。

虽然阴离子型乳化剂CSL-SSL和其它阳离子型、非离子型乳化剂相比较有一定的优势，在稳定和改良面粉品质方面有较好的效果，但在使用过程中也和其它乳化剂一样存在添加量大、流散性差等缺点。在进行了大量的乳化剂与酶制剂的协同作用应用研究后，我们发现乳化剂与酶制剂在经过特殊工艺处理后复合使用，能起到1+1＞2的协同增效作用，达到取长补短，进一步提高性价比的功效。其部分作用机理如下：a、面粉中常用的酶制剂最佳作用的PH值一般为5.0～7.0,而CSL-SSL在面粉加水和面过程中发生以下反应：

C H COOCH CH COOCH CH COO^-+2H O C H COOH+2CH CH OHCOOH

该反应可逆反应，解离一部分乳酸，可以为生物酶提供相应的酸性环境，使酶的作用环境变宽。（见图3—1、图3—2）

图3—1  25℃时酶活力随PH值变化图

 

 

          图3—2 25℃时CSL-SSL与酶复合后活力

随PH值变化图

b、根据无机盐离子激活机理，通过深入研究发现CSL-SSL中的Ca²⁺与微量引入的Fe²⁺、Zn²⁺构成一种较好的复合型离子激活剂，对面粉中常用的酶制剂具有较强的适应性，可便酶的用量降低10%-20%。（见表3—1）

表3—1   酶制剂与加入离子激活剂效果对比表

c、采用包埋技术处理后的生物酶复合乳化剂有效降低了外界温度、湿度对乳化剂流散性及酶活性保持的影响；有机复合技术避免了简单物理混合所造成的由于各成分粒度、比重、比例有差别，易在贮运、添加过程中造成的分级和添加不均匀，更好的稳定了添加剂和面粉的品质。

4、          乳化剂与酶制剂有机复合后对面粉的稳定作用。

从图3—3可以看出，有机复合后的乳化剂和酶制剂对面粉稳定性和工艺操作的适应性大大提高，明显好于单加乳化剂和酶制剂的稳定性效果，在实际评比时酶制剂应用效果较为突出，但其稳定面粉的作用较差，有的甚至不如空白，乳化剂稳定面粉的作用较好，但其成品效果不如酶制剂，二者有机复合后不但在稳定面粉品质方面能起到1+1＞2的效果，在成品效果上也有明显的协同增效作用，这种取长补短的协同效果与上面的理论分析也是一致的。

                图3—3 乳化剂与酶制剂协同作用效果图

四、     结论

目前我国的面粉行业已步入了第三次整合阶段，如何才能适应市场需求，扩大市场份额，对面粉行业而言，面粉的品质稳定是第一位的，良好的工艺适应性是扩大市场占有率的基础；配麦、配粉的同时也应看到面粉的改良后处理也是稳定面粉品质的一种重要手段，特别是对阴离子型乳化剂CSL-SSL的应用，欧美等西方国家面粉厂近四十年的应用效果已充分证明了这一点，酶制剂与乳化剂的协同增效作用更能使面粉的工艺适应性和品质稳定性得到显著改善。

 

 

[参考文献]

［1］贝雷．油脂化学与工艺学 第五版 第一卷 中国轻工业出版社，２００1年６月．

［2］郑心羽．《食品乳化剂硬脂酰乳酸钠（SSL）在面包专用粉中的应用研究》．全国首届面粉改良剂生产、应用新技术研讨会论文集，１９９７．

［3］沈同．生物化学 高等教育出版社，１９９８年１２月．

［4］刘钟栋．食品添加剂原理及应用技术 中国轻工业出版社，１９９３．