单甘酯的功能

背景及概述^[1]

小麦是我国大面积种植的一种农作物，长期以来，小麦粉制成的各种面食就是我国北方人民所喜好的主食。随着食品工业的发展，面粉作为一种主要的基料不断得到广泛的应用，各种花色品种的面制品以其营养丰富、风味独特、方便快捷的特点被越来越多的人们接受。然而，面制品的质量受小麦的产地和品种的影响，我国小麦粉的质量存在诸多问题，生产面制品时常常需要添加一些改良剂来改善产品的品质。

单甘酯是目前世界上使用量的一种乳化剂，也是我国食品工业中常用的乳化剂。将其用于面包、饼干、糕点、面食等面制品的生产加工当中，可以起到乳化作用并和小麦粉中的主要成分发生相互作用，赋予面制品良好的外观和口感。

分类及性质^[1]

单甘酯的全称为单脂肪酸甘油酯(或甘油单脂肪酸酯)，英文名为Monoglycerides(MG)，按照主要组成脂肪酸的名称可以将单甘酯进一步分为单硬脂酸甘油酯(Glycerolmonostearate)、单月硅酸甘油酯(Glycerolmonolaurate)、单油酸甘油酯(Glycerolmonooleate)等，其中产量应用最多的是单硬脂酸甘油酯。

单甘酯一般可为油状、脂状或蜡状，色泽为淡黄或象牙色，油脂味或无味，这与脂肪基团的大小及饱和程度有关，具有优良的感官特性，单甘酯不溶于水和甘油，但能在水中形成稳定的水合分散体，其HLB值为2～3。通过改变组成单甘酯的脂肪酸碳链的长度和饱和性，可以调整其HLB值。与油脂相似，单甘酯以多种晶型或变晶型存在。

功能特性^[1]

单甘酯除具有典型的表面活性作用外，在食品中还具有许多其它功能。这些表面活性作用和在食品中的特殊作用相结合，是单甘酯应用于面制品加工的基础。在此基础上，单甘酯不仅能提高食品质量，延长食品贮藏期，改善食品的感官性状，而且还可以防止食品变质，便于食品加工和保鲜，有助于新型食品的开发。

1.单甘酯的表面活性

单甘酯是非离子表面活性剂，具有两亲分子结构。其亲油基团由脂肪酸组成，亲水基团由甘油基组成。这种两亲分子结构是产生表面活性作用的前提，并使甘酯能够容易富集于溶液表面发生吸附，而且在表面和界面上定向排列，产生表面活性和界面活性，降低了表面或界面张力。此外，单甘酯定向排列在气-液或气-脂的界面上，使气泡的机械强度和弹性提高，从而使空气泡能更大地扩张而不破裂。

最常用的单硬脂酸甘油酯，有两个亲水的羟基，一个亲油的十八碳烷基，因此能分别吸附在油和水两种相互排斥的相面上，形成薄分子层，降低两相的界面张力，从而使原来互不相溶的物质得以均匀混合，形成均匀状态的分散体系，改变了原料的物理状态，进而改善食品的内部结构，提高质量。

2.单甘酯和面粉成分的相互作用

在生产面制品的复杂过程中，碳水化合物、蛋白质和脂质起着决定性的作用。各种面粉成分的作用决定于它们的组成或相互作用的产物。单甘酯与面粉成分可能发生很多方面的相互作用，并能够相应地影响产品的质量。

1）单甘酯与淀粉的相互作用

当淀粉受热糊化并膨胀，单甘酯与水一起形成液体结晶的层状分散相向淀粉粒中浸透，与溶出淀粉粒外的直链淀粉和淀粉粒外的直链淀粉相互作用。单甘酯被紧紧地包在直链淀粉螺旋结构里形成强复合物，即直链淀粉在淀粉粒中被固定下来，向淀粉粒周围自由水中溶出的直链淀粉减少，单甘酯的亲油基进入直链淀粉螺旋结构形成不溶性复合物，防止了淀粉粒之间的再结晶而发生老化。

2）单甘酯与蛋白质的相互作用

面粉中存在两种非水溶性蛋白质，即麦谷蛋白和麦胶蛋白。在面粉加水形成面团的操作工程中，这两种蛋白质吸水胀润。麦胶蛋白形成一种具有很强粘性而无弹性的单链小分子物质；麦谷蛋白形成一种具有很好弹性而无粘性的大分子多链物质。

面团加工过程中，小分子麦胶蛋白分散到大分子麦谷蛋白中，形成一种既有弹性，又有粘性的特殊网络结构，即面筋。而加入单甘酯后，单甘酯能与面筋蛋白质相互作用，形成复合物，即单甘酯的亲水基与麦胶蛋白结合，亲油基与麦谷蛋白结合，使加工过程中因机械搅拌散落的面筋蛋白质分子相互连接起来，小分子变成大分子，进而形成牢固、紧密的面筋网络。正是由于这种很好的“架桥作用”，使面团中游离蛋白质明显减少，而结合蛋白质明显增加。

3）单甘酯与脂质的相互作用

油脂的α-晶型是最不稳定的，并且熔点很低，而β-晶型和β′-晶型都很稳定，并具有较高的熔点，β′-晶型状态的油脂还具有良好的加工性能。要使油脂保持β′-晶型状态，就必须加入晶体改良剂。当单甘酯与油脂共晶时就能得到的稳定的β′-晶型状态。β′-晶型状态的油脂，具有高的熔点，良好的可塑性和涂抹性。单甘酯能提高油脂之间的凝聚作用和与脂肪互相结合成晶体网络结构的能力，从而改善了油脂的晶体结晶，提高了油脂的稳定性，这对于重油类糕点和饼干的生产十分有利，可防止面团或制品因放置时间过久而出现油水分离的现象，即“走油”现象的发生，提高了贮藏期，保证了质量。

制备^[1]

1.化学法

化学法生产单甘酯主要有酯交换、酯化法两种，其原料主要是甘油、脂肪酸(酯)，其中酯交换又称为油脂甘油解法、醇解。除了脂肪醇解、甘油脂肪酸酯化外，单甘酯化学法生产还有缩水甘油法、环氧氯丙烷法、化学基团保护法等等，目前这些方法还未能产业化。目前单甘酯的工业化生产主要是酯交换法，甘油与甘三酯在200～260℃温度下，以碱为催化剂发生酯交换反应，反应示意图见图1：

2.酶法

同化学法一样，酶解法也分为甘三酯的水解、醇解及甘油解，和脂肪酸与甘油的酯化法。单甘酯的酶法合成直到目前还处于实验室阶段，其优势是能耗低，产品质量能得到保证，其劣势是成本较高。由于脂肪酶催化合成单甘酯的底物-脂肪酸(或其酯)与甘油-互不溶解，造成接触困难，使反应难于进行，所以研究者们研究了多种反应体系，综述前人的研究，总结了现在的反应体系有：反胶束体系、无溶剂体系、选择性吸附体系、表面活性剂包埋体系等，反应器类型主要包括间歇搅拌反应器、固定床搅拌器、隔膜反应器、连续微孔反应器等。

主要参考资料

[1] 单甘酯的功能特性及其在面制品中的应用

[2] 张守文编著.面包科学与加工工艺.北京：中国轻工业出版社，1996.

[3] 单甘酯、甘二酯高纯品的生产、理化性质及特殊用途