简介
蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯,是一种绿色、非刺激性、非离子型表面活性剂,通常由蔗糖与脂肪酸或脂肪酸衍生物通过生物、化学等方法合成。蔗糖脂肪酸酯特殊的结构使其具有两亲性质,与其他表面活性剂相比,具有低毒、无味、低刺激性,易于生物降解等特点,被广泛应用于食品、化妆品、药品、洗涤用品及纺织品等。蔗糖脂肪酸酯被联合国粮农组织(FAO)列为食品辅料,根据全球蔗糖脂肪酸酯市场报道,2015年全球蔗糖脂肪酸酯市场价值为5570万美元，2019年达7600万美元,其中食品部分占据最大份额。蔗糖脂肪酸酯的合成方法主要为化学法和酶法。
结构与性质
蔗糖具有8个不同的羟基，在参与酯化或酯交换反应时均可以与脂肪酸结合,形成不同酯化度的蔗糖脂肪酸酯，包括单酯、二酯、三酯等。由于羟基是亲水基团,而脂肪酸基团为亲油性,通常蔗糖单酯的水溶性及亲水性最好,蔗糖脂肪酸酯结合的脂肪酸链越多,蔗糖脂肪酸酯的亲水性越弱。
蔗糖脂肪酸酯一般为白色至浅黄色粉末或液体,味淡或无味。蔗糖脂肪酸酯中亲水、亲油基团间的平衡通常用亲水亲油平衡值(HLB值)衡量。蔗糖脂肪酸酯的HLB值根据其所结合的脂肪酸侧链的多少来确定，糖基不变，其所结合的脂肪酸链越多,相应的蔗糖脂肪酸酯的亲水性越弱,HLB值越低,反之越高，一般在3~16之间。蔗糖脂肪酸酯具有旋光性,单酯具有右旋光性,其旋光度与蔗糖相同,而二酯的旋光度与蔗糖不一致;蔗糖脂肪酸酯易溶于大部分有机溶剂。蔗糖脂肪酸酯的熔点取决于酯化度和脂肪酸的链长,通常在50~100℃之间,高温时蔗糖脂肪酸酯会发生焦糖化而发黑，当温度达到145℃时易分解[1]。
应用研究[1]
蔗糖脂肪酸酯特殊的结构使其具有两亲性,已被证实具有优良的表面活性和抗菌作用,且其无毒无害,安全性优异，早在20世纪已经获得多国批准,可应用于食品、化妆品和医药行业中。
1、乳化剂
目前全世界使用量最多的乳化剂共有5种,蔗糖脂肪酸酯位居第3位,约占全部乳化剂的10%。蔗糖脂肪酸酯在人体内能被脂肪酶分解成无毒害的蔗糖与脂肪酸,因此生物降解性最高,可达100%。蔗糖脂肪酸酯的HLB值根据其所结合的脂肪酸侧链的多少来确定,因此与单酯、双酯、多酯的含量密切相关,可通过复配制得HLB值在3~16的各种乳化剂,一般而言，乳化能力随单酯含量的提升而增加。根据蔗糖脂肪酸酯亲水亲油能力大小,可形成油包水型(W/O型，HLB值为3~8)或水包油型(O/W型,HLB值为8~16)乳液,稳定油水体系。同时,蔗糖脂肪酸酯能够有效抑制蛋白凝集,被广泛应用于饮品、冰淇淋、甜点、乳制品等的生产中,使产品的质量更佳。如加入0.2%~1.0%的蔗糖脂肪酸酯可以稳定冰淇淋的乳化状态,防止水和油分离,从而增加产品口感。
2、起泡剂
蔗糖脂肪酸酯特殊的两亲性能够使液体的表面张力有效降低,使搅拌时空气渗人并形成紧密细小的结构，是良好的起泡剂,其起泡力的大小与蔗糖脂肪酸酯所结合的脂肪酸侧链的种类和数量显著相关,高纯度的蔗糖单月桂酸酯与十二烷基硫酸钠的起泡力相当,蔗糖单棕榈酸酯次之,而脂肪酸侧链为硬脂酸的蔗糖单酯的起泡力最差。在工业上蔗糖脂肪酸酯已经被广泛运用于蛋糕、奶油等食品,能增加产品体积、质量等,使成品坚挺不塌陷。
3、稳定剂和抗老化剂
蔗糖脂肪酸酯能够进入淀粉颗粒的螺旋结构中,与其相互作用形成络合物,从而有效防止其结块,避免影响面粉的质地,提高面制食品的柔韧性;高HLB值(11~16)的蔗糖脂肪酸酯在适宜条件下能够改善面包的柔软性及体积,从而延长食品的货架期,通常蔗糖脂肪酸酯的添加量占面粉质量的0.1%~1.0%。
4、抗菌剂
蔗糖脂肪酸酯能够使细胞膜的通透性发生改变，因此一定程度上能抑制细菌的生长，从而防止食品腐败，使食品的货架期得到有效延长。Zhao等评估了带有不同糖基和脂肪酸侧链的脂肪酸酯对食物中5种相关细菌(大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌和鼠伤寒沙门氏菌)的抗菌活性。研究表明,蔗糖癸酸酯对所有的测试细菌具有抗菌活性,尤其是对革兰氏阳性菌表现出最强的抗菌活性,蔗糖癸酸酯改变了细胞膜和细胞内蛋白的通透性,可作为食品工业中安全的抗菌剂使用。
5、保鲜持水剂
蔗糖脂肪酸酯特殊的两亲性使其具有良好的表面活性,能够在食品表面形成可食的半透明薄膜,既能减少果体对外界氧气的吸收,又能有效减少水分的流失,从而使食品的储存期延长,达到保鲜的目的。当在雪糕、果冻、豆乳等中加入蔗糖脂肪酸酯时,可以使脱水速率下降并使食物保持其原始形式。
6、黏度调节剂
在糖果的生产阶段加入蔗糖脂肪酸酯,能使糖膏的对流速度加快，同时使糖膏的黏度降低,从而缩短熬糖所需时间,有效减少糖分在生产过程中的损失。在巧克力的制作过程中,低HLB值、高酯化度的蔗糖脂肪酸酯可通过减少组分之间的摩擦来降低黏度,防止脂肪类物质发生凝聚,使食品的口感得到明显提升。
7、润滑剂
在生产药片和糖果时,蔗糖脂肪酸酯可作为润滑剂，一般而言,单酯含量较低的蔗糖酯润滑效果更优,其能有效降低组分之间的摩擦,使原料充分混合从而提高产品的质量。
8、增溶剂
增溶剂能够将一些难以溶解的物质(如芳香族化合物、脂溶性色素、香料等)通过胶束作用增大其溶解性,可改善食品外观及食品风味;作为增溶剂所需的HLB值较大,因此多选择单酯含量较高的蔗糖脂肪酸酯作为增溶剂,一些粉状食物(如可可粉、代乳粉等)较难溶于冷水或温水中,加入蔗糖脂肪酸酯能够较好地提高其溶解性。
参考文献
[1] 刘伟康,蓝平,陈龙. 蔗糖脂肪酸酯的制备及应用研究进展[J]. 中国油脂,2022,47(3):32-37,70. DOI:10.19902/j.cnki.zgyz.1003-7969.210219.