（食品科学专业论文）复配型粉末搅打起泡乳化剂的制备与应用研究.pdf

摘要 摘要 本论文主要研制了一种具有搅打起泡功能的粉末乳化剂，并对其特性进行研究，以 期达到应用到蛋糕中改善蛋糕品质的目的。同时，对该粉末乳化剂的最佳生产工艺进行 了研究。 论文首先研究了不同乳化剂在蛋糕中的作用效果，通过差示扫描量热分析仪( d s c ) 和蓝值测定这些乳化剂与直链淀粉的络合能力，并将其对蛋糕品质和老化特性的影响进 行研究，研究结果表明：用与淀粉络合能力强的乳化剂生产出来的蛋糕的品质和抗老化 性比络合能力弱的乳化剂好。从而筛选出在蛋糕中作用效果较好的乳化剂为：分子蒸馏 单甘酯( g m s ) ，二聚甘油单硬脂酸酯( p g f e ) 和硬酯酰乳酸钠( s s l ) 。 然后将在蛋糕中作用效果好的乳化剂迸一步进行优化复配研究。利用响应面试验研 究不同乳化剂配比对海绵蛋糕品质的影响，试验结果表明：在蛋糕中添加g m s 、p g f e 和s s l 三种乳化剂的量分别为0 4 6 、0 1 4 和0 7 5 时，制得的蛋糕品质最佳。 最后，论文对搅打起泡粉末乳化剂的生产工艺进行研究，对生产的搅打起泡粉末乳 化剂的性质和性能进行了测定，并对它在蛋糕中的应用进行研究。 研究确定了生产该粉末乳化剂的最佳载体，最佳载体添加量，挤压机转速、挤压温 度和喂料速度。确定最佳条件为：最佳载体为粳米淀粉，最佳载体添加量7 0 ，挤压机 转速1 4 0 r m i n ，挤压温度6 5 - - 一5 5 3 0 ，喂料速度1 5 k g h 。 论文通过d s c 分析研究挤压前后混合物的转变温度和热焓，发现挤压后乳化剂和 淀粉复合物比挤压前乳化剂和淀粉混和物的焓值小；用x 射线衍射( x r d ) 研究粉末 乳化剂的晶型，发现挤压法生产的该搅打起泡粉末乳化剂中存在一定量的0 t 一晶型乳化 剂：利用扫描电镜( s e m ) 研究该搅打起泡粉末乳化剂的微观结构，发现乳化剂像一层 薄膜均匀的分布在淀粉颗粒表面上。将该粉末乳化剂应用到蛋糕中，生产出的蛋糕的品 质要比市售乳化剂的明显改善。 关键词：搅打起泡乳化剂蓝值蛋糕差示扫描量热分析仪扫描电子显微电镜x 射线衍射挤压 a b s t r a c t a b s t r a c t i no r d e rt oi m p r o v et h eq u a l i t yo fc a k e ，an o v e lp o w d e re m u l s i f i e rw i t he x c e l l e n t w h i p p i n gp r o p e r t i e sw a sp r e p a r e d t h ed i s t i n c t c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h eo p t i m u mp r o c e s s i n g p r o c e d u r eo ft h i sn o v e lp o w d e re m u l s i f i e rw e r ea l s od i s c u s s e di nt h i sp a p e r f i r s t l y , t h ee f f e c to fd i f f e r e n te m u l s i f i e r so nt h es p o n g ec a k ew a ss t u d i e d t h ec o m p l e x c a p a c i t i e so fa r n y l o s e e m u l s i f i e rw e r em e a s u r e db yd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t e r ( d s c ) a n db l u ev a l u e t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc a k eq u a l i t ya n dc o m p l e xc a p a c i t yo fa m y l o s e e m u l s i f i e rw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee m u l s i f i e r sp o s s e s s i n gh i g h e r c o m p l e xc a p a c i t yo fa m y l o s e e m u l s i f i e rt h a t c o u l ds u p p l yb e u e rc a k eq u a l i t y t h eb e r e r e m u l s i f i e r ss e l e c t e dw e r eg m s ，p g f ea n ds s l s e c o n d l y , t h e s e l e c t e de m u l s i f i e r sw e r es t u d i e da g a i nt h r o u g hr e s p o n s es u r f a c e e x p e r i m e n t st og e tt h ee f f e c to fd i f f e r e n tr a t i o so fe m u l s i f i e r s t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h eb e s t r a t i oo f g m s ，p g f ea n ds s lw a s4 6 ：1 4 ：7 5 l a s t l y , t h ep r o c e s s i n gp r o c e d u r e so ft h i sn o v e lp o w d e re m u l s i f i e rw e r ed i s c u s s e d ，a n d t h ep r o p e r t i e sa n df u n c t i o n so ft h ee m u l s i f i e rw e r ea l s os t u d i e d t h ec a r r i e ra n di t sr a t i o ，s c r e ws p e e d ，e x t r u d i n gt e m p e r a t u r ea n df e e d i n gr a t ew e r e f i n a l l yd e t e r m i n e d t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w s ：r i c es t a r c ha sc a r r i e r , t h e r a t i oo f c a r r i e r7 0 ，s c r e ws p e e d14 0r m i n ，e x t r u d i n gt e m p e r a t u r e6 5 。c - 55 。c 30 。c ，f e e d i n gr a t e15 k g h t h ee n t h a l p yo fe m u l s i f i e rw a sa n a l y z e db yd s cw h i c hs h o w e dt h a tt h ee n t h a l p y d e c r e a s e da f t e re x t r u s i o n x r a yd i f f r a c t i o np r o f i l er e v e a l e dt h ep r e s e n c eo fa - c r y s t a l e m u l s i f i e r t h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ee x t r u d e de m u l s i f i e rw a ss t u d i e du s i n gs c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o g r a p h ( s e m ) ，a n dt h e r e s u l ti n d i c a t e dt h a te m u l s i f i e rw a sp r e s e n ta st h i n f i l m s u r r o u n d i n gt h ei n d i v i d u a ls t a r c hp a r t i c l e s t h eq u a l i t yo ft h ec a k ew i t he x t r u d e de m u l s i f i e r w a sm u c hb e t t e rt h a nt h a tw i t ht h ec o m m o nc o m m e r c i a le m u l s i f i e r k e y w o r d s ：w h i p p i n ge m u l s i f i e r b l u ev a l u ec a k ed s cs e mx r de x t r u s i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：e l 期： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 导师签名： 堕：兰 日 期：一一堕：圭! 习羞 第一章绪论 第一章绪论弟一早硒了匕 乳化剂是一种具有亲水基和亲油基的表面活性剂。它能使互不相溶的两相( 如油与 水) 相互混溶，并形成均匀分散体或乳化体，从而改变原有的物理状态。随着食品加工 技术的提升，乳化剂在食品加工过程中扮演着越来越重要的角色，受到烘焙者的广泛重 视，并在烘焙产品中广为应用，起到改变产品内部结构，提高产品品质的作用。 1 1 乳化剂概述 1 1 1 乳化剂的性质 食品乳化剂在食品生产和加工过程中占有重要的地位。可以说几乎没有什么食品的 生产和加工不涉及乳化剂和乳化作用【l 】。食品乳化剂能改善乳体各构成之间的表面张力 ( 界面张力) ，使之形成均匀、稳定的分散体或乳化体，从而改善食品的组织结构、口 感和外观，使产品的色、香、味、形构成一个和谐体，以提高食品品质和保存性质，防 止食品变质。 食品乳化剂主要以脂肪酸多元醇酯及其衍生物产品和天然乳化剂大豆磷脂及深加 工产品为主，酯类乳化剂占9 0 以上，可以说现在的食品乳化剂工业就是油脂深加工的 产物。【l j 食品生产中使用的乳化剂种类繁多，总数在6 5 种以上，按其亲水亲油性可分为： 亲水型、亲油型和中间型；按其存在状态可分为：液体状、粘稠状和固体状；按其来源 可分为：天然的和人工合成的；按其在水中是否解离成离子可分为：非离子型( 如单甘 酯) 、阴离子型( 如硬脂酰乳酸钠) 和两性离子型( 如磷酯) 三种。我国食品乳化剂的 产量在不断增长，但品种还远少于国外，开发更多的性能优异的乳化剂新品种，对繁荣 我国的食品乳化剂的发展是有益的。 衡量乳化性能的最常见的指标是亲水亲油平衡值( h l b 值) ，h l b 值高，表示亲水性 强，h l b 值低，表示亲油性强，但并不表示其具体的乳化能力。规定亲油性为1 0 0 的 乳化剂，其h l b 值为0 ( 以石蜡为代表) ，亲水性1 0 0 者为2 0 ( 以油酸钾为代表) ，其 间分为2 0 等分，以此表示其亲水亲油性的强弱。绝大部分食用乳化剂是非离子表面活 性剂，h l b 值o 2 0 ；离子型表面活性剂的h l b 值则为o 4 0 【2 1 。因此，凡h l b 值 2 5 0 。蛋糕专用粉一般要经过氯化处理，这样可以降低小 麦粉的筋力，同时降低小麦粉的p h 值。适当的氯化处理可使面筋的可溶性增加，使蛋 糕糊的搅拌易于控制，面糊稳定性增加，蛋糕体积增大，蛋糕内部湿润、柔软、不干硬。 氯化处理过度，虽然面糊稳定性增加，但限制了膨胀，也限制了蛋糕的体积。 ( 2 ) 蛋：鸡蛋在蛋糕制作中起着重要的作用，其使用形式可以是天然形式的全蛋， 或蛋白和蛋黄分开以液体或粉末形式使用。使用蛋或蛋制品主要基于如下性能：泡沫形 成能力和乳化能力；热凝固性和由此引起的结构形成；色泽和香味。鸡蛋一定要用鲜蛋， 陈旧鸡蛋起泡性差，气泡不稳定。这是因为蛋贮存时间长，稀薄蛋白增多，浓厚蛋白减 少，而稀薄蛋白表面张力降低，粘性下降，所以影响了起泡性【2 1 】【2 4 1 。 ( 3 ) 糖类：蛋糕加工中使用的糖一般有白砂糖、绵白糖、蜂蜜、饴糖、淀粉糖浆 等。通常是用粒度为3 0 0 1 t m 的细粒结晶砂糖，这种砂糖比中等结晶砂糖( 5 0 0 p m ) 能更快 的溶解。糖主要是增加制品的甜度，有助于蛋和脂肪搅打发松及保持体积的稳定性；另 外，糖遇高温发生焦糖化和棕黄色反应，改善制品的外观，增加制品的柔软性，延长保 存期【2 2 】【2 3 】【2 4 】。 ( 4 ) 乳化剂：在蛋糕加工中乳化剂的作用是使油脂乳化分散，使制品体积膨胀， 柔软疏松，延长老化时间。【2 l 】食品用的乳化剂品种较多，应用于蛋糕制品宜选用发泡强 4 第一蕈绪论 的乳化剂。这是因为蛋糕蛋糊中液相的蛋、牛奶，固相的面粉、糖，油相的油脂，气相 的空气泡，构成的乳化物比较复杂，往往单一的乳化剂很难满足需要，通常是将几种不 同的乳化剂进行复配，以达到较好的作用效果。 ( 5 ) 化学疏松剂：蛋糕的体积增大，主要靠物理的机械搅拌充入气泡，以及化学 疏松剂的疏松作用。一般选用酸性疏松剂与小苏打配成复合型疏松剂使用，如市售的泡 打粉，它对制品的风味影响很小。 1 2 2 影响蛋糕品质的因素 1 2 2 1 原料对蛋糕品质的影响 正如上面所介绍的原料对蛋糕品质的影响很大，生产蛋糕所用的面粉应为低筋粉， 对面粉的面筋含量和筋力也有一定的要求，鸡蛋要用新鲜的。 1 2 2 2 蛋糕配方对蛋糕品质的影响 要正确建立一个蛋糕的配方，必须在使结构疏松和使结构紧密的原料之间有一个很 好的平衡，这实际上就是配方平衡的含义【2 3 1 。如果蛋糕含糖太多，其结构会过分弱化而 导致蛋糕坍塌。这个问题出现在蛋糕的中部，产生著名的“m 形产品。同样如果蛋糕 的发酵粉太多，中心也会下沉。相反，如果蛋糕含液体太多，则会有韧性的、橡皮状的 紧密结构，烘烤后会坍塌，并有收缩的趋势。这使蛋糕脱离护边或纸杯，形成凹边，产 生x ”形产品。“m ”和“x ”缺陷在很大程度上可以互补，即高糖和高发酵粉的蛋糕可 加入更多液体，以防塌陷。同样，高液体蛋糕可通过增加糖或发酵粉来达到平衡。 乳化剂的用量也会影响蛋糕的品质，如果乳化剂添加量不当，则会产生不良的效果， 在已搅打发泡的鸡蛋和糖液形成的泡沫中，添加少量的乳化剂，这时乳化剂分子与鸡蛋 的蛋白分子在空气水界面上互竞、不容，会发现其泡沫发生失稳效应，发泡性变小。 乳化剂的用量过高，由于内聚力的原因，会对蛋糕组织产生不良的影响，体积反而有减 小的趋势【2 6 1 。只有乳化剂的添加量为临界加入量时，乳化剂分子在空气水界面上才能 形成完整紧密的膜层，在乳化剂的膜层外面再由蛋白质完全包封起来，这种双重膜层的 泡沫结构要比由蛋白质单独形成的泡沫结构具有更加良好的稳定性，即使受到机械搅 打，泡沫也不易破裂而消失。多余的乳化剂留在其中作为“储蓄池”当面糊烘烤时，气 体受热膨胀，“储蓄池中的乳化剂再陆续补充给表面膜，保护了膜层不因空气扩张而 破裂，使蛋糕制品获得较大的体积。若配方中的鸡蛋用量增多时，应相应增加乳化剂的 用量。 1 2 2 3 其他因素对蛋糕品质的影响 搅打过程对蛋糕的品质会产生很大影响，随着搅打时间的延长，蛋液逐渐变得浓稠、 有力，充入的气体也愈多，泡沫结构的体积也逐渐增大。当泡沫结构体积增至最大时， 泡沫较细而均匀，其稳定性也好，这时候称为“最适点 。如果再继续搅打下去，泡沫 结构的体积反而会减小，其主要原因是蛋白质受过度的机械作用而变性凝固，泡沫的膜 层韧性减弱，稳定性差，直至泡沫破裂，使泡沫体积减少。判断“最适点”常用观察法， 方法是观察停止搅打时所留下的泡沫痕迹，若能保持数秒钟，则表示搅打程度恰到好处。 此外，搅打时应自始至终顺一个方向搅打，否则气泡流失。一般搅打时开始采用快速， 5 江南大学硕士学位论文 最后改用中速。各种原料的温度对蛋糕的最终品质也会有一定的影响，蛋、糖温度较低 时，蛋液粘稠度大，无法充入更多的气体，打蛋时间延长；蛋、糖温度较高时j 蛋液粘 稠度较低，无法保存已充入的空气。搅打蛋白发泡的最适温度为17 - - - 2 2 c ，制作天使蛋 糕等蛋白类蛋糕时，搅打蛋白和糖时，蛋白液的温度应在1 7 2 2 ，而面糊温度应在2 2 2 4 。全蛋液的温度应在3 2 - - 4 3 。c ，面糊温度则应在3 1 3 4 之间入炉烘烤，这样制得 的蛋糕体积最大【2 3 】【2 5 】【2 6 】。 烘烤过程中，温度的控制对蛋糕的品质也会有很大影响。在烘焙食品行业中，素有 “三分做，七分火”之说。所谓火即火候，操作时烘烤温度、时间和烤室中湿度等因素 只有配合得当，才能烤出品质优良的蛋糕制品【2 8 】。蛋糕在烘烤过程中可以看到体积的胀 发，由定型、脱水和上色三个阶段组成。烘烤温度的高低和时间的长短，对蛋糕品质有 重要影响。总的原则是，在尽可能高的温度下，用最短的时间进行烘烤。这样，蛋糕完 全熟透的同时，外表皮层色泽呈最佳状态。此时蛋糕的体积最大，内部组织松软，有弹 性，濡湿可口。若烘烤温度过高，则外表层水分急剧蒸发，内部面糊膨胀过快，会导致 上表层产生裂纹或裂缝，影响蛋糕外观形态；另外，因表皮“上色”加快，在蛋糕完全 熟透时，表皮色泽已过深，形成棕黑色，伴有焦苦味。若烤炉温度过低，外表上色较慢， 势必延长烘烤时间，导致蛋糕水分损失太多，上表层中央处会下凹，四周向内收缩，蛋 糕体积缩小，内部组织松散粗糙，口感不够柔软，干燥乏味【2 3 1 1 2 7 1 。烘烤时间和温度通常 是依据蛋糕的配方种类、制品体积形态和烤炉特性等特性，凭经验先设定一个炉温进行 烘烤试验，所获得的最佳效果时的参数，即为该制品的正确烘烤温度和时间。烘烤蛋糕 的烤室内必须有足够的水蒸气，使烤室内保持相当湿度。当浇注成型的蛋糕面糊被送入 烤室时，烤室内热空气中的水蒸气遇到温度较低的面糊，即在其表面冷凝结成露滴，吸 附在表层蛋糊上。这样就避免了由于蛋糊表面水分失水过快而变硬，膨胀时出现裂纹或 顶部中央凸起、裂开。另外，由于水蒸气的存在，蛋糕糊表面较为湿润，水分较多，有 利于淀粉的糊化，同时也延缓顶面上色速度，使蛋糕顶面呈现色泽均匀、光泽美丽的颜 任 2 9 1 l j o 1 3 粉末乳化剂的制备方法 1 3 1 乳化剂的复配 乳化剂的复合使用是最为有效的使用方式，由于各种乳化剂具有不同的亲水亲油 性，分子结构，各种化学基团和空间结构的不同，都会表现为性能的差异。实践表明， 采用单一的乳化剂，很难形成稳定的乳化体系，似乎不同性质的乳化剂结合使用，才具 有互补和相乘作用，因此乳化剂的复合使用无疑是最为有效的使用方式。 乳化剂的常见复合方式有： 1 粉体搅拌复合，这是一种最简单，技术含量最低的复合方式。如夏萍、梁新宇生 产的复合型面包改良乳化剂 3 0 1 。 2 粉体溶解于溶剂进行复合和活化，这是一种较简单，技术含量一般的复合方式， 重点在于配方的合理和各组料的兼容稳定。如p i c h a np r a b h a s a n k a r 等生产一种蛋糕复合 6 第一苹绪论 乳化剂，将蒸馏单甘酯、聚甘油单酯、山梨醇单甘酯、司盘一6 0 ，按一定的比例加水混 合均匀，加热至6 0 ，然后加入s s l 、s d s 和甘油，最后加乳酸调节p h 至中性，得到 一种凝胶状的复合型乳化剂p 。 3 粉体先搅拌复合，然后经溶剂、温度、活化、压力等处理，再经过造粒，干燥而 得成品，这是一种比较复杂，技术含量很高的复合方式。重点在于溶剂的优良性能和机 械设备的先进与控制技术的精到。如t e t s u r of u k u d a 等生产一种用于淀粉制品的粉末乳 化剂，将蒸馏单甘酯和脂肪以一定的比例混合熔融经喷雾干燥得到粉末乳化剂，然后在 大于4 5 ( 低于粉末熔化温度) 的温度下调质3 0 m i n 得到最终产品1 3 2 j 。 1 3 2 复合型粉末乳化剂的制备方法 如今市场上销售的乳化剂主要有凝胶状和粉末状两种形式。比较而言凝胶状乳化剂 的活性比粉末乳化剂要高，但使用不方便，含量较低( 含量一般为2 5 ) ，不易储藏( 在 常温下极易向b 一晶型转化而失去活性) 且需要特定的包装。粉末状乳化剂因其方便运输， 含量高，包装简便而越来越受到人们的广泛关注。 乳化剂按一定比例很好地分布在适合的载体物质上，是粉状搅打起泡剂产生作用的 先决条件l j 引。 复合型粉末乳化剂的制备方法主要有以下几种： 1 喷雾冷却：将熔化的乳化剂以尽可能细微的分布形式喷到干燥的载体物质上，这 是制造粉状搅打起泡剂的一种可能。把熔化的乳化剂加到载体物质溶液中，再将获得的 乳状液进行喷雾干燥，也可制得有效的粉状搅打起泡剂。可以作为载体的主要为糖类物 质，如果糖、木糖、麦芽糖、蔗糖、甘露醇和木糖醇。如y o s h i h i t ok o i z u m i ，k e n i c h iy a m a d a , h i r o s h is a k k a 等生产一种用于面包、曲奇食品的乳化剂，将饱和和不饱和脂肪酸酯按一 定的比例混合，加入2 - - 一7 的二乙酰酒石酸单酯或酒石酸单酯+ 乙酸单酯或柠檬酸单酯， 以提高粉末乳化剂的在水中的分散性，加入量大于1 0 时虽然分散性增加，但与淀粉的 络合能力下降。各物质混合加热值熔融，经喷雾冷却得粉末乳化剂。饱和脂肪酸的碳原 子数在1 2 - - 一2 2 之间，不饱和脂肪酸的碳原子数在1 6 - 2 2 之间p 4 。 2 冷冻干燥：将一定配比的乳化剂加热熔融，冷却，然后和干冰一起高速搅打，干 冰升华得到粉末乳化剂。j a m e sls u g g s ，d a nfb u c k ，h o w a r dkh o b b s 等研究一种用于蛋 糕、奶油及搅打顶饰料等食品中的乳化剂，将丙二醇单酯、甘油单酯和脂肪酸的碱金属 盐混合加热至熔化，冷却固化，和干冰一起高速搅打得到粉末乳化剂。该乳化剂处于活 化状态，使用时不需要载体，可直接加入到食品中1 3 引。 3 挤压造粒：将几种不同的乳化剂和载体按一定的比例混合后，用挤压机进行挤压。 通过改变挤压机的技术参数得到不同作用效果的复合型乳化剂。 1 4 国内外研究现状及展望 1 4 1 国内外研究现状 国内对搅打起泡粉末乳化剂的研究未见报道，国内主要偏重对凝胶型乳化剂的研 究。如钱海峰研究的0 【晶型甘油一酸酯凝胶型乳化剂，并将其用在焙烤食品中，生产出 7 江南大学硕士学位论文 的产品品质要比加一般市售粉末乳化剂的好【36 。关于乳化剂复配的报道就更多了，如蔡 云升和王素平研究蛋糕用复合乳化剂，王春艳和钟耕研究海绵蛋糕复合乳化剂【3 8 1 。 国外对粉末乳化剂的研究比较早，而且比较多。如j a yem o r g a n ，a n t h o n oj d e l v e c c h i o 和d a v i dml a v e r t y 生产一种用于蛋糕预拌粉的乳化剂，将丙二醇单酯，g t 甘油单酯，乳酸甘油酯按一定的比例混合加热熔化，经喷雾冷却得到粉末乳化剂，该专 利的关键点是控制好乳化剂的比例，乳酸甘油酯含量过高生产出的粉末颗粒粗糙，过低 生产出的蛋糕制品太干；单甘酯含量不足蛋糕发干发硬，过高会发粘【3 9 1 。j a m e sls u g g s 和d a nf 生产用于烘烤食品的乳化剂，该乳化剂碘值5 - - - 3 3 ，熔点大于5 0 ，在2 5 的 水中温和搅拌就能很好的分散。该专利是将饱和丙二醇单酯或单甘酯，不饱和丙二醇单 酯或单甘酯，琥珀酰单甘酯按一定比例混合熔化，经喷雾冷却或冷冻干燥得到粉末【4 0 】。 c l i f f o r daj a c k s o n , s a n f o r d 和f l a 生产一种粉状水合乳化剂，将几种乳化剂按一定的比例 混合，加热熔化，然后通入与冷却室相通的喷嘴处，在喷嘴的上端将一定水温的水按一 定的比例加入到熔化的乳化剂的流体中，以便水乳化剂混合物从喷嘴喷到冷却室内。水 量控制在使喷雾冷却的最终制品的水合水达到2 1 5 为止，水通过氢键与乳化剂结合。 水必须在喷嘴处上游最近点注入到熔化的乳化剂中，如果水远离喷嘴，将形成凝胶而不 能喷出1 4 。九十年代初丹麦的帕思嘉发明了一种新的专利，他们用挤压干燥代替喷雾冷 却和冷冻干燥来生产粉末乳化剂，生产出的产品由于性能优良且成本低而受到食品加工 厂的青睐【4 2 1 。 1 4 2 乳化剂发展展望 乳化剂的应用发展，一个是研究和开发更高性能的乳化剂，特别是向安全、营养方 向，如最近人们注意到辛癸酸甘油酯，聚蓖麻油甘油酯，聚淀粉糖酯既是很好的乳化剂 又是很好的减肥食品，同时具有油脂的口感，并尝试或正在进行使用于生产实际。另一 个方向就是加强对乳化剂复合的研究，我们知道任何食品乳化剂单一使用，往往都不能 充分发挥本身的最佳乳化效果，只有多种乳化剂科学配制后的协同使用，才能起到协同、 增效的作用，充分发挥每个乳化剂的最佳乳化效果。将各种乳化剂通过科学的合理的复 配，制成各种专用的食品乳化剂，即提高了乳化剂的产品质量，又方便了用户的使用，是今 后乳化剂发展的另一个方向和潮流【4 3 1 。 随着经济的快速发展、城市化进程的加快以及全面小康社会与新农村建设的不断深 入，人民的生活节奏将不断加快，生活水平将显著提高，生活方式和消费结构的改变。 这将给我国焙烤行业的进一步发展带来挑战和机遇。 我国烘焙行业发展很快，越来越多的时尚面粉用家开始认识到预拌粉的优点，开始 使用预拌粉。预拌粉包含了除酵母和液体材料以外的所有烘焙原材料。但预拌粉不是简 单的将烘焙所需原材料混合在一起，而是一种富含技术的产品。它将繁多的原料，以合 适的比例、简单的形式出现在烘焙用家的面前，具有操作简单，口味正宗的特点，有传 统产品的制作工艺难以替代的优点。正是这种特点，让预拌粉在欧美国家得到长足发展。 现在的预拌粉品种繁多，已经涵盖几乎所有烘焙类产品。 从欧美国家的成功经验，可以预见预拌粉在国内的市场前景。国内很多烘焙材料供 第一章绪论 应商在预拌粉的研发和生产投入大量资金和人力，通过不断努力，预拌粉也从开始的完 全依赖进口转变为现在的以自我研发、生产为主，进口为辅的格局。 对于蛋糕预拌粉质量的好坏，关键是粉末乳化剂的起泡性和持泡性的好坏。而大多 数乳化剂都不溶于水，而且都是固态的结晶状态。如果直接加入食品体系中，几乎不起 任何作用或作用甚微。乳化剂与食品中淀粉充分作用的理想条件是都处于分子溶液状 态。乳化剂虽不溶于水，但在水中能形成液体结晶中间相，在合适的条件下，它在水中 溶胀度很大。这样，乳化剂分子就有了很高的分子自由度，能充分分散在络合体系中， 从而与直链淀粉充分发生作用m 】。挤压法生产出的粉末乳化剂，乳化剂均匀的分布在淀 粉颗粒的表面，增大了其表面积，这样就能很好的分散在水中，起到较好的作用。 1 5 本课题研究的主要内容 本课题研究的目的是生产一种具有搅打起泡功能的粉末乳化剂，并对其特性进行研 究。该乳化剂在使用前不需载体活化，可直接加入到面团或面糊中，也可与面粉等固体 物质混合制成预拌粉。在食品焙烤过程中，该乳化剂能与食品中的水发生水合转化为能 与直链淀粉络合的活化形态。本课题研究的具体内容如下： 1 ) 搅打起泡乳化剂的筛选 2 ) 乳化剂的复配 3 ) 复配型粉末搅打起泡乳化剂的制备 4 ) 产品的性质和性能测定 9 第二章搅打起泡乳化剂的筛选 第二章搅打起泡乳化剂的筛选 2 1 前言 淀粉是食品的重要组成部分，在食品体系中起到提供热能与影响质构的作用。在蒸 煮、焙烤等加热过程中，淀粉粒开始吸水并膨胀，结晶区消失，大部分直链淀粉溶解到 溶液中，溶液粘性增加，淀粉粒破裂，形成淀粉糊，这一过程称作淀粉的“糊化 或 一化【4 5 1 。在贮存过程中，糊化淀粉缓慢冷却，由于淀粉分子运动减弱，淀粉分子间的氢 键又开始趋向平行排列，淀粉链互相靠陇重新形成不完全呈放射排列的混合微晶束，淀 粉呈现出生硬状态，这种现象称为淀粉的老化或b 一化【4 6 1 1 4 7 】【4 8 】。老化淀粉晶化强度 比生淀粉低，比熟淀粉高，不易消化，从而使食品的质构与消化性劣化，降低产品的食 用品质。 关于老化的机理，到目前为止，学术界仍有不同的见解，并且各有支持理论。但比较 统一的观点是认为面包的老化主要是由淀粉引起的，其它为次要因素1 4 9 1 。 食品老化的一个解释是直链淀粉结构的改变，在最初的双螺旋结构中水分被包裹在 内，在回生过程中双螺旋结构变成另一种构型，与其同时就丧失了束缚水的能力，结果 水分丧失，失去新鲜性。通过避免双螺旋结构的改变，可阻止这种作用【5 0 l 。乳化剂可与 直链淀粉形成复合物，从而阻止淀粉的老化，起到提高食品的品质和延长货架期的作用。 直链淀粉一乳化剂复合物是一种包合络合物，乳化剂的疏水基团进入直链淀粉的螺旋结 构。这样含淀粉的食品在贮藏的过程中，直链淀粉就不易发生重结晶，从而起到了抗老 化的作用。 2 2 实验材料与设备 2 2 1 实验原料及主要试剂 小麦淀粉无锡市润兴淀粉制品有限公司 o 0 2 m o l l 碘液 自制 硬脂酰乳酸钠( s s l ) 河南正通化工有限公司 分子蒸馏单甘酯丹尼斯克中国有限公司提供 丙二醇单硬脂酸酯丹尼斯克中国有限公司提供 二乙酰酒石酸单甘酯丹尼斯克中国有限公司提供 三聚甘油单硬脂酸酯上海露露食品配料有限公司提供 二聚甘油单硬脂酸酯上海露露食品配料有限公司提供 失水山梨醇单硬脂酸酯丹尼斯克中国有限公司提供 低筋粉鹏泰面粉有限公司 绵白糖鸡蛋泡打粉食盐植物油均为食品级 2 2 2 实验仪器 打蛋机、电烤箱上海早苗热电公司 紫外可见分光光度计尤尼柯( 上海) 仪器有限公司 江南大学硕士学位论文 j a 2 0 0 3 型电子分析天平 面包体积测定仪 l i m 15 0 生化培养箱 t a x t 2 i 型质构仪 d s c 7 型差示扫描量热分析仪 2 3 实验方法 上海精科天平 美国民族制造公司 上海一恒科学仪器有限公司 英 s t a b l em i c r os y s t e m 公司 美国p e 公司 2 3 1 乳化剂蓝值的测定 原理：乳化剂与直链淀粉作用形成络合物，阻止了碘与直链淀粉的络合。在6 6 0 n m 波长下用分光光度计测定乳化剂碘淀粉溶液的吸光度来表示乳化剂与直链淀粉的络合 能力。 方法：将0 0 2 9 孚l 化剂加入到4 0 n l l 、o 5 的淀粉溶液中，在不同温度下保温不同的 时间：将lm l 、0 0 2 m o l l 碘液加到2 5 m l 淀粉溶液中混匀，定容至10 0 m l ；用分光光度 计在6 6 0 n m 下测定其吸光度，得出不同温度和保温时间下乳化剂的蓝值【5 1 1 。 乳化剂的蓝值越小说明其与淀粉的络合能力越强，乳化性能越好。 2 3 2d s c 测定乳化剂与直链淀粉的络合 原理：乳化剂、小麦淀粉和水按一定的比例混合，用d s c 测定其络合物裂解温度和 热焓。乳化剂、小麦淀粉和水混合物用d s c j j h 热的过程中，直链淀粉与乳化剂形成络合 物，络合物在一定的温度下裂解。不同乳化剂与淀粉的络合能力不同，裂解温度不同， 热焓值也不同。复合物越稳定，裂解温度越高，络合物形成数量越多，热焓值越大。 方法：乳化剂、淀粉和水按0 2 ：1 ：3 ( 质量比) 的比例，置于d s c 铝盒中，然后用配 套铝盖密封，记下淀粉的精确重量，在4 c 冰箱内平衡2 4 h 。将平衡好的样品放至i j d s c 中， 以密封空白铝盒作为对照，以1 0 。c m i n 的加热速率使铝盒温度从3 0 上升到1 3 0 ，样 品重复测定2 次【5 2 1 。采用配套分析程序p cs e r i e sd s c 7m u l t i t a s k i n gs o f t w a r ev e r s i o n2 1 记录并计算吸热曲线上络合物裂解的起始温度( o n s e tt e m p e r a t u r e ，t o ) 、峰值温度( p e a k t e m p e r a t u r e ，t p ) 、终止温度( c o n c l u s i o nt e m p e r a t u r e ，t c ) 和热焓值( e n t h a l p yo f t r a n s i t i o n ， 肋。 2 3 3 烘焙试验 2 3 3 1 蛋糕的基本配方 面粉1 0 8 9 、绵白糖9 8 5 9 、鸡蛋1 7 5 9 、泡打粉1 5 9 、食盐1 5 卧植物油2 9 、乳化剂1 9 本章1 、2 、3 、4 、5 、6 、7 号乳化剂分别代表丙二醇单硬脂酸酯、二聚甘油单硬脂 酸酯、三聚甘油单硬脂酸酯、硬脂酰乳酸钠、失水山梨醇单硬脂酸酯、分子蒸馏单甘酯、 二乙酰酒石酸单甘酯 2 3 3 2 蛋糕生产工艺流程 蛋液、绵白糖_ 搅拌溶糖一加入乳化剂预混一加入面粉调糊一入模_ 烘烤_ 冷却_ 脱模_ 成品 1 2 2 3 3 3 操作要点 将蛋液、绵白糖一起放在打蛋机容器内，启动打蛋机高速搅打2 m i n ，使糖充分溶化， 并与蛋液乳化；向溶糖后的蛋液中加入乳化剂，中速搅拌2 m i n 使之分散；将过筛后的糕 点专用粉加入预混乳化剂的蛋液中，低速搅拌1 m i n ，待面粉混匀后，再用高速打发，直 至蛋浆面糊打发到最大体积；将调好的蛋糕糊注于烤盘中，入炉烘烤，入炉温度控制在 1 8 0 ，3 m i n 后提高到1 9 0 ，5 m i n 后提高至1 j 2 0 0 ，8 m i n 后提高到2 1 0 直至蛋糕成熟。 成熟后的蛋糕及时出炉，冷却至室温，脱模即为成品。 2 3 4 浆料比重的测定 将浆料打发到一定的体积，测定其比重 浆料比重= 二蔷器鬻 2 3 5 蛋糕比容的测定 排菜籽法【5 3 】 蹦昏鬻 ( 2 ) 2 3 6 蛋糕质构的测定 采用a a c c ( 7 4 0 9 ) 国际标准，将样品切成相同的厚度，并且确保有平整的表面和底 面，样品硬的外壳和边缘应去除5 4 1 。测定探头采用a a c c 2 5 m m 平底柱型探头，实验前 速；1 0 m m s 、实验速度：1 7m m s 、返回速度：2 0m m s 、测试距离：1 0 m m 、感应力： a u t o 5 9 、数据取点数：2 5 0 p p s 。将样品放在探头下，避免任何不规则或不具备代表性的 区域进行测试，测试的样品表面应大于探头的面积。每个样品平行测定3 次，取其平均 值。 蛋糕质构测定的主要指标有：硬度、弹性、咀嚼性和回复性。硬度是第一次压缩时 的最大峰值，多数食品的硬度值出现在最大变形处，有些食品压缩到最大变形处并不出 现应力峰；弹性是指样品经过第一次压缩以后能够再恢复的程度，两次压缩测试之间的 停隔时间对弹性的测定很重要，停隔时间越长，恢复的高度越大；咀嚼性用于描述固态 测试样品，数值上用胶粘性和弹性的乘积表示；回复性表示样品在第一次压缩过程中回 弹的能力，是第一次压缩循环过程中返回样品所释放的弹性能与压缩时探头的耗能之 比。一般来说，蛋糕的硬度和咀嚼性越小、弹性和回复性越大，蛋糕的品质越好。 2 3 7 抗老化试验 将蛋糕保存在2 0 - 士0 5 。c 的恒温生化培养箱内，分别放置1 、3 、5 矛f 1 7 天，然后测定其 质构。 2 4 结果与分析 2 4 1 乳化剂的热力学性质测定 一般情况下，粉末乳化剂的晶型结构为稳定的p 晶型，随温度的升高，乳化剂的晶 型开始发生变化，由稳定的p 晶型向不稳定的c 【晶型转化，转化过程会吸收一定的热量。 江南大学硕士学位论文 不同的乳化剂由p 晶型向q 一晶型转化时转化温度不同，吸收的热量也不相同。转化温度 用起始温度( t o ) 、峰值温度( t p ) 和终止温度( t c ) 来表示，吸收的热量用热焓值( 功来表 示。转化温度的高低和热焓值的大小反映了乳化剂从d 晶型向0 【晶型转化的难易程度， 转化温度越高，热焓值越大，乳化剂从p 晶型向晶型转化越困难。不同乳化剂的转化 温度和转化热焓值见表2 1 1 。 5 06 07 0 t 甜n p e r e r u r e ( 。c ) 图2 1 乳化剂的d s c 图谱 f i g 2 1d s c - t h e r m o g r a mo fe m u l s i f i e r 耙1 乳化剂的d s c 图谱微 t a b 2 - 1d s cc h a r a c t e r i s t i c sp a r a m e t e r so fe m u l s i f i e r 由乳化剂的d s c 图谱( 图2 1 ) 可以看出：每种乳化剂的出峰位置不相同，峰的大小 也不一样。表2 1 列出了每种乳化剂出峰的起始温度( t o ) 、峰值温度( t p ) 、终止温 度( t c ) 和热焓值( h ) 。由该表可以看出：分子蒸馏单甘酯的焓值最大，其次为丙 二醇单硬脂酸酯，二乙酰酒石酸单甘酯的焓值最小；丙二醇单硬脂酸酯和二乙酰酒石酸 单甘酯的熔点比较低，其他乳化剂的熔点相差不大。 2 4 2 不同温度和保温时间对乳化剂蓝值的影响 粉末乳化剂、淀粉和一定温度的水混合，部分乳化剂水合，转化为活化状态。乳化 剂的疏水基团进入淀粉的双螺旋结构中，与淀粉螺旋内部的疏水集团发生疏水相互作 用，阻止了碘与淀粉的络合，在6 6 0 h m 下测定乳化剂碘淀粉溶液的吸光度，吸光度越 1 4 7 4 2 0 8 6 4 2 0 o o 耵 佗 伸 8 6 4 2 o 五。 l ii夸，e一口10pum享0ik】目 第二章搅打起泡乳化剂的筛选 小乳化剂蓝值越小。不同乳化剂、不同温度和保温时间对乳化剂的络合能力影响很大。 不同乳化剂、不同温度和保温时间对乳化剂蓝值的影响见表2 2 0 表2 - 2 不同温度和保温时间乳化剂的蓝值 t a b 2 2t h eb l u ev a l u eo f e m u l s i f i e ra td i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n dt i m e 表2 2 分别列出了七种乳化剂在不同温度和不同保温时间下的蓝值，但从表中很难 看出温度和保温时间对乳化剂蓝值的影响。为了使这种变化更清晰，采用更形象的折线 图( 图2 - 2 、2 - 3 、2 - 4 、2 5 、2 - 6 、2 - 7 、2 - 8 ) 来表示。 l o 9 0 8 0 7 嚣o 6 o 5 0 4 o 3 o 2 2 04 06 0 保温时间m i n 一1 一2 一3 x 一4 一5 一6 + 一7 图2 25 0 下保温不同时间乳化剂的蓝值 f i g 2 2e f f e c to ft i m eo nb l u ev a l u ea t5 0 l 1 5 2 04 06 0 保温时间m i n 一1 一2 一3 一4 一5 k - 6 十一7 图2 - 36 0 下保温不同时间乳化剂的蓝值 f i g 2 3e f f e c to ft i m eo i lb l u ev a l u ea t6 0 l 9 8 7 6 5 4 3 2 n m 仉m m m 仉仉 趔糊 江南大学硕士学位论文 2 0 4 06 0 保温时间m i l l 一1 一2 一3 x 一4 一5 一6 + 一7 图2 47 0 下保温不同时间乳化荆的蓝值 f i g 2 4e f f e c to ft i m eo nb l u ev a l u ea t7 0 1 0 9 0 8 趔o 7 鞫0 6 o 5 0 4 0 3 o 2 5 0 6 07 08 0 温度 c 一1 一2 一3 x 一4 一5 一6 + 一7 图2 - 6 不同温度保温2 0 m i n 乳化荆的蓝值 f i g 2 6e f f e c to ft e m p e r a t u r eo nb l u ev a l u e h o l d i n g2 0 m i n 1 6 、 窭 巨影_ 2 0 4 06 0 保温时间m i n 一l 一2 一3 x 一4 一5 一6 + 一7 图2 58 0 c 下保温不同时间乳化剂的蓝值 f i g 2 5e f f e c to ft i m eo nb l u ev a l u ea t8 0 5 06 07 08 0 温度 c 。一l 一2 一3 一4 一5 k _ 6 十一7 图2 - 7 不同温度保温4 0