食品乳化剂的作用机理及其在专用小麦粉中的应用

孙志伟

（河南正通食品科技有限公司，郑州 450199）

小麦粉是一种微小生命结构，其生产、储藏、使用有一个质虚、熟化、稳定、劣化和衰减的过程。刚生产的小麦粉称为“热面”“暴面”，并不适宜加工食品，至少经过3～5 d 熟化，品质才能稳定。正常条件下，小麦粉生产后存放7～20 d 为品质最稳定时期，此时应用最佳，超过这个期限，存放时间越长，小麦粉内在品质劣化越严重。

延缓和调控小麦粉1～6 个月保质期内的新鲜度和生命活力，一直作为一个重要课题在研究。研究表明，食品乳化剂中的硬脂酰乳酸钙（CSL）和硬脂酰乳酸钠（SSL）在维持小麦粉各组分间协调增效的稳定均衡体系方面发挥重要作用，而食品添加剂复配使用可产生协同增效作用。使用复配食品乳化剂已成为食品行业的潮流，不但可以降低单体食品乳化剂用量，而且可以进一步改善食品品质，提高食品安全性，经济效益和社会效益良好[1]。

1 稳定是现代食品工业对小麦粉品质的基本需求

小麦粉是由多种组分组成的粉体结构平衡体系，其中水约14%（含自由水和结合水），蛋白质约8%～15%（蛋白质中麦谷蛋白占30%～40%，麦胶蛋白占40%～50%），淀粉占70%（直链淀粉与支链淀粉质量比大致为1∶3）左右，脂类物质占比约1%～1.5%。这4 个体系的内在平衡直接影响小麦粉加工食品的质量稳定性。

小麦粉制品有蒸、煮、炸、烤、冻5 大类食品方向，每类食品的加工工艺对小麦粉品质都有特定的要求，达到专用型食品的精细化加工必需要有指标化的小麦粉品质稳定体系作基础。小麦粉的消费渠道有食品工业、非食品工业、团餐和家庭4 个方向，食品工业的标准化、规模化均需要小麦粉指标化、定制化，而团餐和家庭用粉则需要小麦粉多用化和专用化，而这些都需要小麦粉品质持续稳定。因此，小麦粉品质的均质性、均衡性及稳定性已成为现代食品工业对小麦粉品质的基本要求。

2 稳定是现代小麦制粉的技术难题

小麦粉是由水、蛋白质、淀粉、脂类、矿物质及活性物质等多种复杂组分组成的多相体系，它只是一个中间产品，要经过运输、贮藏、加工等过程才能成为最终食品。小麦粉品质受多种因素影响，非常不稳定。

（1）我国地域辽阔，小麦品种多，小麦的品质受气候影响波动也较大。

（2）我国面制食品品种类繁多，制作工艺千差万别。一个企业的面粉产品很难满足市场对小麦粉“好用、稳定、适应性广”的需求。

（3）企业间制粉工艺差异较大，有的企业对配麦、配粉和品质改良的认知程度和应用措施不够，生产的小麦粉品质稳定性较差，难以满足现代食品工业标准化作业的需求。

（4）小麦粉在仓储、运输、使用过程中，由于环境条件过于粗放，导致小麦粉内在品质劣化加快，保质期缩短，给食品加工带来安全隐患。

小麦粉品质的稳定性分析可分3 个阶段来研判和监管。第一阶段是小麦收购和仓储，第二阶段是小麦粉生产即小麦清理、搭配和制粉、配粉，第三阶段是小麦粉仓储和运输。多年来，制粉界多从配麦、配粉、工艺、操作、品控等环节来解决小麦粉品质稳定问题，也取得了一定的经验和成果，但对第三阶段近6 个月时间的小麦粉品质变化情况、劣化诱因和稳定性评价则处于盲区，没有更多的检测手段和方法进行监控。为进一步提高小麦粉品质的稳定性，必须对这一阶段小麦粉品质稳定的影响因子和调控方案进行研究。

3 食品乳化剂的基本特性

食品乳化剂有多种，硬脂酰乳酸钙和硬脂酰乳酸钠在稳定小麦粉品质方面研究成果较多，技术也比较成熟。

硬脂酰乳酸钙（calcium stearoyl lactylate，CSL），白色或奶油色粉末，薄片状或块状，pH 值呈中性，熔化温度40～55 ℃，HLB 值5～6，具有特殊的焦糖气味，难溶于20 ℃以下的冷水，分散于50～60 ℃热水，溶于乙醇、植物油，表面张力（0.1%浓度）37 mN/m，与蛋白质相互作用程度95，与直链淀粉络合指数65，ADI 值0～20 mg/kg。

硬脂酰乳酸钠（sodium stearoyl lactylate，SSL），白色或浅黄色粉末，或小球状物，有吸湿性，pH 值呈中性，熔化温度40～52 ℃，HLB 值8～10，有轻微焦糖味，可分散于20 ℃冷水，溶于50～60 ℃热水，微溶油脂，表面张力（0.1%浓度）30 mN/m，与蛋白质相互作用程度95，与直链淀粉络合指数72，ADI 值0～20 mg/kg。

4 食品乳化剂对小麦粉品质稳定的作用机理

在实践应用中，小麦粉经常出现5 大问题，即“干、僵、硬、脆、黏”，集中体现在2 个方面：一是面团形成时间过长，不易操作；二是面团流变过快，缠辊粘手，导致面食制成品出现发脆断条、缩个开裂、干硬糙口、塌架夹生等质量问题。原因大多来自小麦粉内部组分蛋白质和淀粉的比例失衡，以及蛋白质体系中的麦胶蛋白和麦谷蛋白的比例、淀粉体系中直链淀粉和支链淀粉的比例失衡。

食品乳化剂作为两性表面活性剂，能够降低小麦粉中各组分的界面张力，通过双亲基团与小麦粉中各内部组分发生复合作用，尤其是对蛋白质的架桥作用和对淀粉的络合作用，增强面筋网络的弹性和延展性，改良面团的糊化性能和流变特性。

4.1 食品乳化剂对小麦粉中淀粉的络合作用

小麦粉中的淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成。淀粉不溶于冷水，当淀粉悬浮液被加热到糊化温度以上时，颗粒会膨胀并最终胀破，直链淀粉和支链淀粉被释放出来，并溶于热水中形成黏性糊状物，冷却后淀粉会重新结晶成原来不溶性状态，变硬变脆，这一过程叫回生，它是馒头、面包及面制品老化的原因之一。支链淀粉呈树枝结构，不易结晶；直链淀粉在水中会形成α-螺旋结构，内有疏水作用，食品乳化剂CSL-SSL 的疏水基与之结合，形成直链淀粉-甘油脂肪酸复合体，避免了直链淀粉的链与链之间发生结晶作用，降低淀粉分子结晶程度。乳化剂还可进入淀粉颗粒内部，阻止支链淀粉凝聚，从而防止淀粉制品老化、回生、沉淀，可有效解决馒头发硬掉渣、面条脆硬断条、饺皮冻裂破皮、凉皮粘连破口、面包老化不易存放等问题。

4.2 食品乳化剂对小麦粉中蛋白质的架桥作用

小麦在生长、成熟、储存、加工中，蛋白质随着水分散失，状态由液体溶胶状变成凝胶（湿凝胶）状，进而成为固体状（干凝胶），此称为胶凝作用；干凝胶吸水体积会增大，反方向又会形成湿凝胶和液体溶胶，此称为溶胀作用。小麦粉中对面团形成起作用的麦谷蛋白和麦胶蛋白吸水溶胀后体积增大，膨胀后的蛋白质颗粒会交叉连接形成面筋，经过揉搓，面筋形成网络，即蛋白质骨架，小麦粉中的淀粉等均匀分散在蛋白质骨架中形成面团。小麦粉中麦谷蛋白决定面筋的弹性和韧性，麦胶蛋白决定面筋的延伸性和黏性，只有麦谷蛋白和麦胶蛋白有序并按一定比例搭配，才能形成弹黏俱佳的面筋网络结构。

食品乳化剂（CSL-SSL）的双亲结构是以非化学键方式与二者相互作用，即亲水基与麦胶蛋白结合，疏水基与麦谷蛋白结合，由于这种架桥作用使加工中因机械搅拌散落的蛋白小分子会变成大分子，使面团中游离的、分散的蛋白质减少，进而形成牢固紧密的面筋网络，提高面筋内在质量，增加面团对机械碰撞搅拌及发酵的耐受性，进而提高面团的操作稳定性和适用宽度[2]。

4.3 食品乳化剂对小麦粉水分活度的调控作用

水是影响小麦粉品质稳定的最重要因素。吸水率、保水性、持水性等又是用户评判小麦粉品质优劣的重要指标。小麦粉中的水以游离水和结合水两种状态存在，而反映水与小麦粉的结合程度的指标为水分活度。小麦粉中结合水越多品质越稳定，保鲜保软周期更长，操作宽度、广度更好。小麦粉中游离水越多，自由流动性越大，越容易受温湿度影响返潮堆积，在小麦粉微粉结构中形成大小不均匀的水坑，导致小麦粉霉变结块，也易引起生物酶失活、降解和氧化，这是面粉存放时间长不好用、不耐用的根本原因。

食品乳化剂（CSL-SSL）可以降低水分子和各类接触界面的表面张力，使水与各组分内部结构更易结合包容，分布更快捷、更均匀，从而缩短面团形成时间，有利于形成干爽、滑润而有光泽的外观，达到不粘手、不粘辊，改善面团操作手感和机械搅拌稳定性，提高面粉保鲜保质效果。乳化剂添加0.1%、储藏不同时间的小麦粉水分活度变化情况见表1。

表1 乳化剂对小麦粉水分活度的影响

由表1 可以看出，添加0.1%食品乳化剂的小麦粉放置30 d 后，水分活度比空白小麦粉大大降低，达到小麦粉水分活度安全值0.700 aw 以下，从而极好地提高了小麦粉品质的稳定性。而小麦粉在放置60 d 后，由于水分的散失和内部水分均衡迁移，水分活度变化不大。

4.4 食品乳化剂对小麦粉酸败的抑制作用

小麦粉中含有少量的活性物质如蛋白酶、脂肪酶等，在高温高湿环境下会加速小麦粉中的非极性脂质类物质氧化分解产生游离脂肪酸，使脂肪酸值增高，而游离脂肪酸的增多和氧化是小麦粉品质劣化的主要原因。同时，小麦粉长时间与空气接触容易受潮或水分堆积，会加速微生物繁殖，引起小麦粉内在品质劣化，产生哈味或酸味、苦味。

食品乳化剂可以使小麦粉中的水分均匀，不易堆积，从而延缓和防止酶制剂、氧化剂等失活、降解和氧化，同时乳化剂的抑菌防腐性能还可以降低微生物繁殖和脂质氧化程度，延缓脂肪酸值增加，从整体上全面改良小麦粉内在品质，延长货架期。

5 食品乳化剂对小麦粉不同组分间的平衡稳定分析

品质稳定广义是指增加溶液、胶体、固体、混合物的内在质构的稳定性，它可以减慢反应、平衡体系、降低表面张力及防止氧化分解等。

食品乳化剂作为双亲性表面活性剂，可以促使两种及两种以上互不相溶的液体（如水和油）快速形成稳定乳浊液，能显著降低界面张力，使两种体系快速融合形成一种稳定的新均衡体系。小麦粉是由多种组分共建的复杂多相体系，许多成分是互不相溶的，需要使用机械外力或生物外力作用才能使其被动地相互融合，重新组成一个新的复合体系，这种非主动的融合必然会造成新的重组不均匀和新体系不平衡，从而引起制成品品质波动。

不同品种小麦的蛋白质和淀粉组分的数量、比例和质量上的变化也是引起小麦粉品质波动的内在诱因，这种不稳定状态一旦遇到较为恶劣的外在加工环境，如高温烘焙和快速冷冻，其耐受力和稳定性必然是脆弱的。小麦粉在面制品加工过程中，还会加入糖、盐、蛋、油、乳等多种辅料，混合后更容易出现各组分间的不均匀，会导致终端产品出现大的质量波动。

食品乳化剂作为专一对小麦粉起稳定作用的阴离子型表面活性剂，其表面活性作用会在小麦粉的各组分表面发生吸附，并在表面和界面上定向排列，降低表面和界面张力，使原来互不相溶的物质有机地结合在一起，使多项体系各组分间彼此相互融合，从而形成新的更为均匀稳定的分散体系[3]。初步研究结果表明：乳化剂对制粉工艺不同系统的小麦粉品质的稳定效果均有提升，见表2；同样乳化剂对面制品工艺不同操作工段稳定性也有良好效果。这些研究结果说明经过乳化剂改良后的小麦粉对不同的食品加工工艺有更好的适应性，见表3；添加乳化剂的小麦粉在存放期间的品质劣化得到了较大改善，对稳定小麦粉的新鲜度和货架期有积极的作用，见表4。

表2 乳化剂对不同取粉部位的小麦粉品质稳定情况（评价得分）

表3 乳化剂对食品制作不同工段的稳定情况（评价得分）

表4 乳化剂对不同存放时间小麦粉品质稳定情况（评价得分）

6 食品乳化剂在专用小麦粉中的功能作用

6.1 食品乳化剂对专用小麦粉的功能作用

GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定，可用于专用小麦粉起乳化和稳定剂作用的食品乳化剂有硬脂酰乳酸钙（CSL）、硬脂酰乳酸钠（SSL），最大使用量均为2.0 g/kg。主要功能作用为：

（1）使小麦粉更好用。缩短面团形成时间，增加稳定时间，降低弱化度，增加面团综合评价值，改善小麦粉操作发黏、缠辊、干硬、断条现象，使小麦粉更好操作，更耐醒发，面食制成品组织细腻、口感滑润，复蒸如新。

（2）保水保湿保软。调整面团的流变学特性，提高面团的持水性能，保鲜抗老化，抑菌防霉，延长货架期，使面团操作柔而不黏、软而不瘫，适应性更强。

（3）提高小麦粉品质的稳定性。延缓小麦粉中蛋白质、淀粉、活性物质长期存放引起的变性、劣化、失活、降解和氧化，提高小麦粉多相体系的均衡性和稳定性。

（4）纠差。可以改良小麦粉因原粮、气候、温差、区域、工艺、操作等环境条件变化引起的质量波动。

食品乳化剂对小麦粉理化指标的影响见表5。

表5 食品乳化剂对小麦粉理化指标的影响

从表5 可以看出：食品乳化剂对小麦粉蛋白重组和架桥作用十分明显，提高了湿面筋的数量和质量；同时食品乳化剂对小麦粉的白度也有一定提高，对熟制面食品表皮的白亮度和光洁度都有很好的改良。

食品乳化剂对小麦粉面团流变学特性粉质指标的影响见表6、表7。

表6 食品乳化剂对小麦粉面团粉质指标的影响

表7 食品乳化剂对小麦粉面团拉伸指标的影响

从表6、表7 可以看出：食品乳化剂对小麦粉面团流变学指标也有一定改善，降低了形成时间和弱化度，提高了稳定时间和粉质指数；在实际操作时还发现，从低筋粉到高筋粉，食品乳化剂对粉质指标改善逐渐递增；食品乳化剂对小麦粉面团拉伸指标从数据上看变化不大，但在实际操作中有明显提高延伸性、柔弹性和干爽的作用。

6.2 食品乳化剂对几种专用小麦粉改良效果

食品乳化剂作为世界公认安全、保险的食品添加剂，也称食品稳定剂，对几种专用小麦粉改良效果主要体现在：

（1）用于馒头、包子等发酵面制食品。食品乳化剂提高了面团耐发性和干爽度，增大馒头体积和表皮光亮度，使制品口感绵软微甜、不粘牙、不干硬、不掉渣，保水保软保鲜，改善复蒸性，提高延展性及耐机械搅拌性，缓解馒头起泡、缩个、塌架、手感发黏等问题。其适宜添加量为0.2～0.4 g/kg。

（2）用于面条、饺皮、馄饨皮等水煮类面制食品。食品乳化剂提高了面条柔韧性和弹黏性，增加条形光泽，改善筋度和防褐变性能，降低烹调损失，使制品口感爽滑、不粘连，解决发脆、断条、混汤等问题，使挂面、方便面具有更好复水性，抗老化作用。其适宜添加量为0.5～1.0 g/kg。

（3）用于烩面、拉面、拉条等拉伸类面制食品。食品乳化剂提高了拉伸力和延展性，缩短了形成时间，增加了稳定时间和抗拉伸阻力，抑制面团反水和醒发，达到成形快、手感好、耐醒发、耐煮泡的作用，使面团软而不粘，弹而不脆，柔而不断。其适宜添加量为0.6～1.0 g/kg。

（4）用于油条、麻花等油炸类面制食品。食品乳化剂解决了面团硬、干、脆、醒发慢、胀条慢等问题，促进面胚成形，不粘板、不回缩，炸制时起浮快、定型快、胀气快，上色快。其适宜添加量为0.5～0.8 g/kg。

（5）用于速冻类面制食品。食品乳化剂在面团结冻过程中与淀粉作用，降低淀粉分子的结晶程度；与蛋白络合形成新复合体，提高冷冻面团的低温稳定性，控制冰晶形成的大小和速度，降低开裂率，使成品表皮更光滑，操作性和耐煮性更强，减少浑汤，提高口感和保质期。其适宜添加量为0.8～1.0 g/kg。

（6）用于面包类烘焙面制食品。食品乳化剂强化了面筋网络，增强面团稳定性和弹性，增大食品体积，改善外观，内部结构更均匀细腻，包芯亮白，口感软而湿润，抗老化强，延长货架期。适宜添加量为10～20 g/kg。

（7）用于蛋糕类面制食品。食品乳化剂有发泡和保软作用，其形成的界膜可以使空气泡稳定、分布均匀，获得蜂窝均匀和壁薄的蛋糕。特别在添加油脂的配方中可使油脂分散的更细小更均匀，蛋糕更柔软，口感更细腻。其适宜添加量为10～20 g/kg。

7 食品乳化剂在小麦粉中使用的注意点事项

（1）GB 2760—2014 规定可用于专用小麦粉的食品乳化剂品种只有硬脂酰乳酸钙（CSL）、硬脂酰乳酸钠（SSL）和蔗糖脂肪酸酯（SE），而应用最广泛的食品乳化剂是CSL 和SSL。目前，我国还不允许其他乳化剂产品（34 大类100 多个品种）应用于专用小麦粉中。

（2）由于食品乳化剂CSL-SSL 熔点较低，吸潮性很强，在夏季高温高湿的环境条件下，乳化剂纯品容易抱团结块，不方便添加使用，尤其是SSL。使用时，SSL 多在配粉工艺或预拌粉工艺中添加，或与CSL 混配使用。CSL 通过分子结构的重组和生产工艺的优化，可以满足小麦粉生产加工在线添加需要。

（3）食品乳化剂与其他小麦粉品质改良剂的作用机理不同，不像酶制剂、氧化剂、增筋剂等品质改良剂添加后快速产生效用，如增白、增筋、增大等。食品乳化剂对小麦粉品质起改良和稳定双重作用，是长久持续地作用于小麦粉生产、后熟化、仓储、运输和面制品加工过程。在小麦粉从生产到使用整个质保期内，当其他品质改良剂逐渐出现失活、降解、氧化等作用衰减甚至消失后，食品乳化剂在小麦粉中却仍有保水、持气、增韧、保鲜等稳定作用。