食品化学第2版：食品组织结构稳定剂

食品的组织结构和状态通常用食品的质构特性来表示，食品质构特性取决于食品组分之间的相互作用。质构是消费者评价食品质量的重要特性之一，随着消费水平的提高，人们对食品质构的要求越来越高，可以通过添加乳化剂、增稠剂、凝固剂和水分保持剂等改善或稳定加工过程中食品组织结构和状态，增加其食用和商品价值。

一、乳化剂

乳化剂是一类具有亲水基和亲油基的表面活性剂，这两种基团一般分布于乳化剂分子的两端，形成不对称结构，其亲水基一般是溶于水或能被水浸湿的基团，如羟基、羧基等；其亲油基一般是与油脂结构中的烷烃相类似的碳氢化合物长链，可与油脂互溶。因此，它能使食品体系中原本互不相溶的两相得以均匀混合，形成均匀状态的分散体系，改变食品体系原有的物理状态，进而改变食品的内部结构，提升食品感官特性和食用质量。

（一）乳化剂分类

1.按照离子性

乳化剂按离子性可分为离子型乳化剂和非离子型乳化剂两类。

（1）离子型乳化剂

当乳化剂溶于水时，凡是能电离成离子的，称为离子型乳化剂。如果乳化剂溶于水后电离成1个较小的阳离子和1个较大的包括羟基的阴离子基团，且起作用的是阴离子基团，称为阴离子型乳化剂；如果乳化剂溶于水后电离成1个较小的阴离子和1个较大的阳离子基团，且发挥作用的是阳离子基团，称为阳离子型乳化剂。两性乳化剂是亲水的极性部分既包含阴离子，也包含阳离子。离子型乳化剂品种较少，主要有硬脂酰乳酸钠、磷脂和改性磷脂以及一些离子型高分子，如黄原胶、羧甲基纤维素等。

（2）非离子型乳化剂

非离子型乳化剂在水中不电离，溶于水时，疏水基和亲水基在同一分子上，分别起到亲油和亲水的作用。大多数食用乳化剂均属此类，如甘油酯类、山梨醇酯类、木糖醇酯类、蔗糖酯类和丙二醇酯类等。

2.按照亲水亲油性

乳化剂按其亲水亲油性可以分为油包水型乳化剂和水包油型乳化剂两类。乳化剂的乳化特性是由其分子中亲水基的亲水性和亲油基的疏水性的相对强度所决定。一般用HLB值表示乳化剂的亲水亲油平衡值。HLB值的计算公式为：

HLB值=7+∑亲水基团值-∑亲油基团值

一般来说，HLB值越大，表明乳化剂亲水性越强，反之亲油性越强。

油包水类乳化剂一般指亲油性较强，HLB值在3～6的乳化剂，如脂肪酸甘油酯类乳化剂、山梨醇酯类乳化剂。

水包油类乳化剂一般指亲水性较强，HLB值在9以上的乳化剂，如低酯化度的蔗糖酯、吐温系列乳化剂、聚甘油酯类乳化剂等。

（二）乳化剂在食品中的作用

1.分散体系的稳定作用

乳化剂由于其两亲作用，在油水界面能定向吸附，使油相界面变得亲水，水相界面变得亲油，使原本不相容的不同体系变得相容，从而使体系稳定。

2.发泡和充气作用

乳化剂是表面活性剂，在气、液面也能定向吸附，大幅降低了气液界面的表面张力，使气泡容易形成和稳定。

3.破乳和消泡作用

乳化剂中HLB值较小者在气、液界面会优先吸附，但其吸附层不稳定、缺乏弹性，造成气泡破裂，因而起到消泡的作用，如可用在豆腐、味精、蔗糖生产中的消泡。

4.影响体系结晶

乳化剂可以定向吸附于结晶体系的晶体表面，改变晶体表面张力，影响体系的结晶行为，如一般情况下会干扰结晶，使晶粒细小，这对于糖果、雪糕、巧克力等生产中控制晶粒的大小很有效果。

5.与淀粉相互作用

食品乳化剂一般为脂肪酸酯，淀粉可以和脂肪酸的长链结构形成络合物，从而防止了淀粉的凝沉老化，达到延长淀粉质食品保鲜期的目的。

（三）食品常用乳化剂

1.蔗糖脂肪酸酯

简称蔗糖酯，由蔗糖与脂肪酸酯化反应制得，分为单酯、二酯、三酯和多酯，溶于乙醇，微溶于水。主要功能为乳化、抑制油脂结晶成长、防止淀粉之间的相互作用。在饮料中添加本品，可起着香、起浊、赋色、助溶和乳化分散等作用。在含乳饮料中使用同时起抗氧化作用，还能使各组分在水中分散地更均匀、更稳定。提高产品稳定性和保鲜性。果酱中加本品，能防止食品老化，使制品质地软化，有效防止所含砂糖结晶及水分离析。

2.单硬脂酸甘油酯

单硬脂酸甘油酯又称甘油单硬脂酸酯，简称单甘酯，为乳白至微黄色蜡样固体，无臭、无味；溶于乙醇、热脂肪油和烃类，不溶于水，是乳化性很强的油包水（W/O）型乳化剂。单甘酯是乳化剂中最普遍使用的一种，也是乳化剂中产量最大的一种，在食品中具有乳化、分散、稳定、发泡、消泡、抗淀粉老化等作用。

3.硬脂酰乳酸钠和硬脂酰乳酸钙

硬脂酰乳酸钠或硬脂酰乳酸钙是一种合成的离子型乳化剂，具有特殊的焦糖气味，难溶于冷水，易溶于乙醇、植物油等有机溶剂，在空气中稳定，不宜作为水包油型乳化剂。主要用作乳化剂、稳定剂、发泡剂、组织改良剂。用于面包、馒头可以提高发酵面团的持气性和成品体积，并具有抗老化和使组织柔软的效果。用于蛋糕可使成品体积增加，不宜塌陷和老化，组织均匀、柔软，不易变硬和掉渣。也可用于糕点、饼干、馅料、膨化食品、植脂奶油、植脂末等。

4.卵磷脂

卵磷脂又称大豆磷脂，浅黄色透明黏稠状液态物质，无臭或略带坚果类气味及滋味；纯品不稳定，遇空气或光则颜色变深，易与水合物形成乳浊液；难溶于丙酮、醋酸酯。

卵磷脂是两性离子表面活性剂，在热水中或pH在8以上时易引起乳化作用。酸式盐可破坏乳化而析出沉淀。虽然磷脂不耐热，但由于在食品中添加不多，对温度的敏感并不明显。磷脂具有与蛋白质结合的特殊性质，同时具有优良的润滑性能。

常用乳化剂还有司盘系列和吐温系类。司盘系列乳化剂主要用于面包、冰激凌、饼干、饮料等。在面包制作过程中，加入司盘可使面包柔软，防止表面老化，增加面团韧性，提高发酵烘烤质量。在糕点制品中，与其他乳化剂混合使用，改善糕点生面团的气孔率和气孔结构。还可控制巧克力的“起霜”，增加巧克力颗粒间的摩擦力和流动性，降低黏度，增进脂肪分散，防止起霜。其中司盘60应用最为广泛。吐温系列乳化剂广泛用于食品、化妆品和其他行业，与司盘配合使用可以调配适合各种乳状液制备所需的HLB值。作为食品添加剂广泛用在蛋糕、面包和各类饮料中，具有乳化、稳定、起泡等功能。

二、食品增稠剂

食品增稠剂又称食品胶，是一类能增加液体食品的黏度或形成凝胶，从而改善其物理性质，赋予黏润、适宜的口感，并兼有稳定、乳化和悬浮作用的食品添加剂，被用于充当增稠剂、胶凝剂、持水剂、成膜剂、乳化剂、黏着剂、悬浮剂、泡沫稳定剂等。

根据增稠剂来源不同，大致可分为4类。

①植物胶。如阿拉伯胶和刺梧桐胶等。

②动物胶。如明胶和壳聚糖等。

③微生物胶。如黄原胶和结冷胶等。

④化学改性胶。如以天然淀粉为原料制备的各种变性淀粉。

（一）增稠作用机理

食品增稠剂是一类高分子亲水胶体物质，具有亲水胶体的一般性质。因此增稠剂一般应具有以下特性：

①在水中有一定的溶解度。

②在水中强烈溶胀，在一定温度范围内能迅速溶解或糊化。

③水溶液中有较大黏度，具有非牛顿流体的性质。

④在一定条件下可形成凝胶和薄膜。

增稠机理是利用增稠剂分子结构中含有许多亲水基团，如羟基、羧基、氨基和羧酸根等，能与水分子发生水合作用，其分子水合后以分子状态高度分散于水中，形成高黏度的单相均匀分散体系——大分子溶液。食品增稠剂对保持流态食品、凝胶食品的色、香、味、结构和稳定性起相当重要的作用。

（二）增稠剂在食品中的作用

1.增稠、稳定作用

食用增稠剂都是水溶性高分子，溶于水中有很大的黏度，使体系具有稠厚感。体系黏度增加后，体系中的分散相不容易聚集和凝聚，因而可以使分散体系稳定。增稠剂大多具有表面活性，可以吸附于分散相的表面，使其具有一定的亲水性而易于在水体系中分散。(www.xing528.com)

2.凝胶作用

有些增稠剂，如明胶、琼脂等溶液，在温热条件下为黏稠流体。当温度降低时，溶液分子连接成网状结构，溶剂和其他分散介质全部被包含在网状结构之中，整个体系形成了没有流动性的半固体，即凝胶。很多食品的加工都利用了增稠剂的这个性质，如果冻、奶冻等。有些离子性的水溶性高分子，如海藻酸钠，在有高价离子的存在下可以形成凝胶，而与温度没有关系。这对于加工很多特色食品都有益处。

3.乳化作用

大多数增稠剂只是因增加黏度而使乳化液得以稳定，但它们的单个分子并不同时具有乳化剂所特有的亲水、亲油性。部分高分子增稠剂在分子结构上也存在亲油基和亲水基，因此也有乳化性能。

4.其他作用

（1）起泡作用和稳定泡沫作用

增稠剂可以发泡，形成网络结构，它的溶液在搅拌时像小肥皂泡一样，可包含大量气体，并因液泡表面强性增加使其稳定。蛋糕、啤酒、面包、冰淇淋等使用鹿角菜胶、槐豆胶、海藻酸钠、明胶等作发泡剂用。

（2）成膜作用

增稠剂能在食品表面形成非常光润的薄膜，可以防止冰冻食品、固体粉末食品表面吸湿而导致的质量下降。这层膜还可以使果品、蔬菜保鲜，并有抛光作用。作被膜用的有醇溶性蛋白、明胶、琼脂、海藻酸等。

（3）保水作用

增稠剂有强亲水作用。在肉制品、面粉制品中能起改良品质的作用。如在面类食品中，增稠剂可以改善面团的吸水性，调制面团时，增稠剂可以加速水分向蛋白质分子和淀粉颗粒渗透的速度，有利于调粉过程。增稠剂能吸收几倍乃至上百倍于自身质量的水分，这个特性可改善面团的吸水量，使产品的质量增大。

（三）常用的增稠剂

1.琼脂

琼脂又名琼胶、洋菜、冻粉，由石花菜和江蓠等藻类提取。琼脂应用于食品加工中时，可使产品具有很好的形状，但产品的组织结构较粗糙，产品的表皮易收缩而起皱纹，产品易发脆。如果将琼脂与卡拉胶进行适当的复配后使用，则可以克服其单独使用时所存在的不足和缺陷，使产品更具有柔软性和弹性。如果将琼脂与糊精、蔗糖等复配后使用，则凝胶的强度升高；将琼脂与淀粉、海藻酸钠复配后使用，则凝胶强度反而会下降；将琼脂与明胶复配后使用，则可适当降低凝胶的破裂强度。琼脂是一种耐热性较好的增稠剂，但长时间加热，尤其在酸性条件下加热，琼脂很容易失去凝胶能力。

2.海藻酸钠

海藻酸钠又称藻朊酸钠、褐藻酸钠。白色至浅黄色粉末，无臭，无味，溶于水形成黏稠状胶体溶液。易与金属离子结合，海藻酸钠与二价阳离子能在室温下形成凝胶。凝胶的强度与两价阳离子的性质有关，其由强到弱的顺序为Ba2+、Ca2+、Mg2+，具有实用价值的是Ca2+。加入冰激凌、蛋糕等中，产品保形性好、口感细腻、膨胀率大、松软、富有弹性。在牛奶制品和饮料中，能提高产品的口感，改善酸奶的凝乳形状。在糖果、冷食、点心及食品芯、馅中，具有良好的凝胶性，能改善口感。海藻酸钠可形成纤维和薄膜，且易与蛋白质、淀粉、果胶、阿拉伯胶、甘油、山梨醇等共溶。

3.卡拉胶

卡拉胶是由某些红海藻提取制得，由半乳聚糖组成的多糖类物质。在中性和碱性溶液中很稳定，但在酸性溶液中，pH小于4时较易水解，造成凝胶强度和黏度下降。只有κ-型和ι-型卡拉胶的水溶液能形成凝胶，其凝固性受某些阳离子的影响很大。在一定的范围内，凝固性能随这些阳离子浓度的增加而增强。卡拉胶可与多种胶复配。如添加黄原胶可使卡拉胶凝胶更柔软、更黏稠和更具弹性。黄原胶与ι-型卡拉胶复配会降低食品的脱水收缩。κ-型卡拉胶与魔芋胶相互作用能形成一种具弹性的热可逆凝胶。加入槐豆胶可显著提高κ-型卡拉胶的凝胶强度和弹性。

4.果胶

果胶主要由半乳糖醛酸与其甲基酯的聚合物组成。分为高甲氧基果胶（HMP）和低甲氧基果胶（LMP）。高甲氧基果胶即为普通果胶，一般其甲氧基含量越高，果胶的胶凝能力越强。但高甲氧基果胶必须在可溶物含量达50%以上时，才能形成胶冻。而低甲氧基果胶只需多价离子（如钙、镁等）存在，即使可溶物含量低于1%时，仍能因多价离子的桥连而形成胶冻。果胶必须完全溶解以避免形成不均匀的凝胶，为此需要有一个高效率的混合器，并缓缓添加果胶粉，避免果胶结块，否则极难溶解。

5.黄原胶

黄原胶又称汉生胶，是一种微生物胶。淡黄色至棕色粉末，易溶于水，不溶于大多数有机溶剂。黄原胶是一种乳化稳定剂和增稠剂，其水溶液黏度几乎不受酸碱度、温度和盐类的影响。具有与其他胶很好的相互复配的功能，如与海藻酸钠、淀粉等互溶，且与其他一些胶有很好的协同效应，如卡拉胶、瓜尔豆胶、槐豆胶等，使之具有很好的弹性和黏稠性。黄原胶还能使面包、糕点等延长老化和货架寿命；能使饮料更爽口，使不溶物更好地悬浮而稳定；在果酱中改善口感和持水性。

6.羧甲基淀粉钠

羧甲基淀粉钠主要由葡萄糖聚合而成的淀粉衍生物。可作为食品增稠剂、稳定剂、防老化剂等使用。它在酸性水溶液中不稳定，而在碱性条件下较稳定。不适合作为强酸性食品的增稠剂。其水溶液不宜在80℃以上长时间加热，其水溶液中存在金属盐时，会产生不溶于水的盐类，降低其黏稠度。具有抑制α-淀粉酶的作用，可用于酱类和果酱中。在面包中可防止老化，改良品质。

三、稳定剂和凝固剂

稳定剂和凝固剂是指使食品结构稳定或使食品组织结构不变，增强黏性固形物的一类食品添加剂。稳定剂和凝固剂能够使食品中的果胶、蛋白质等溶胶凝固成不溶性凝胶状物质，从而达到增强食品中黏性固形物的强度、提高食品组织性能、改善食品口感和外形等目的。可分为盐类凝固剂（如氯化钙）和酸类凝固剂（如葡萄糖酸-δ-内酯）两类。

在食品工业中主要应用于以下3个方面：

①果蔬罐头与果冻食品的制作。

②豆腐的生产。

③与金属离子通过配位作用形成稳定而能溶解的复合物。

（一）稳定剂和凝固剂作用机理

稳定剂和凝固剂分子中多含有钙盐、镁盐或带多电荷的离子团，在促进蛋白质变性而凝固时，起到破坏蛋白质胶体溶液中的夹电层，使悬浊液形成凝胶或沉淀的作用。有些稳定剂如乳酸钙，在溶液中可与水溶性的果胶结合，生成难溶的果胶酸钙；葡萄酸内酯可在水解过程与蛋白质胶体发生反应形成稳定的凝胶聚合物。

（二）常用稳定剂和凝固剂

1.硫酸钙

俗称石膏或生石膏，可作为稳定剂和凝固剂、增稠剂、酸度调节剂使用，在豆类制品中可按生产需要适量使用，用于嫩豆腐生产，使蛋白质凝固作用缓和，产品质地细嫩、持水性好、有弹性，产量高。但由于石膏难溶于水，易残留涩味和杂质，不适合生产豆干和油炸豆腐。另外硫酸钙还可用作西红柿罐头和马铃薯罐头的硬化剂。

2.氯化钙和氯化镁

氯化钙易溶于水和乙醇，易潮解。与可溶性果胶酸反应生成果胶酸钙，保持果蔬制品的脆性和硬度；也可在豆腐生产中用作凝固剂。

氯化镁是盐卤的主要成分。氯化镁制作的豆腐比硫酸钙制作的豆腐质嫩味鲜，豆浆凝固快，硬度较强，含水量低，具有独特的甜味和香味，但制品持水性差、易破、产量低，适合老豆腐、豆干、油炸豆腐的生产。

3.葡萄糖酸-δ-内酯

葡萄糖酸-δ-内酯易溶于水，在水中缓慢水解形成葡萄糖酸及其酯，口感先呈甜味后显酸味。可作为防腐剂，对霉菌和一般细菌均有抑制作用，且能增强防腐剂和发色剂的作用效果。用作凝固剂在水中发生离解生成葡萄糖酸，使蛋白质溶胶凝结形成蛋白质凝胶，其效果优于硫酸钙、氯化钙、盐卤。葡萄糖酸-δ-内酯作为稳定剂和凝固剂，可以在各类食品中按生产需要适量使用。

四、水分保持剂

水分保持剂是指有助于保持食品中水分而加入的物质。按照功能用途的不同可分为持水剂和润湿剂两类，前者如磷酸盐类，后者如甘油。水分保持剂主要是指用于肉类和水产品加工中，增强水分稳定和有较高持水性的磷酸盐类。水分保持剂可以通过保水、保湿、黏结、填充、增塑、稠化、增溶、改善流变性能和螯合金属离子等改善食品品质，即改进产品的感官质量和理化性质。

（一）水分保持剂作用机理

水分保持剂一般用于肉类和水产品加工，目的是增强水分稳定性，提高产品持水能力。用于肉制品，提高肉的持水性的机制有：

①通过提高肉的pH，使其偏离肉蛋白质的等电点（pH 5.5）。

②螯合肉中的金属离子。

③增加肉的离子强度，使肌肉蛋白更易于转变为疏松状态。

④解离肌肉蛋白质中的肌动球蛋白，增加肉的嫩度。

（二）水分保持剂在食品中的作用

①具有增加肉制品嫩度和持水性的功能。复合磷酸盐一般能提高熟肉制品10%的出肉率。例如在碎肉制品和香肠中，添加氯化钠和聚磷酸盐能使胶体较为稳定，也使烹饪后的蛋白质凝结成紧密的网络。

②用作乳化用盐。磷酸盐能够稳定乳酪蛋白使其保持均匀分散的状态，防止酪蛋白因钙离子等引起絮凝聚集作用，从而使乳脂肪和其他成分均匀分布，稳定饮料（特别是含乳饮料）胶体。在可乐饮料、蛋白饮料等饮料中起到防止浑浊的乳化稳定作用。

③提高面制品品质。磷酸盐在水溶液中与可溶性金属盐类生成复盐，在葡萄糖基团间起“架桥”作用，促进淀粉分子交联。交联淀粉具有耐高温和耐高压蒸煮的优点，在油炸温度下仍能保持胶体的黏弹性，使复水后的成品保持良好的“咬劲”。还能增强面筋蛋白与淀粉的结合力，促进两者形成稳定的复合物，减少淀粉的溶出，从而增强面粉的筋力。

常用的磷酸盐类水分保持剂包括正磷酸盐、焦磷酸盐、聚磷酸盐和偏磷酸盐等，以及乳酸盐和甘油，还包括丙二醇，甜味剂中的麦芽糖醇、山梨糖醇和增稠剂中的聚葡萄糖等。