國內外食品乳化劑研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

徐寶財， 王 瑞， 張桂菊， 王肖彥

(北京工商大學 食品學院/北京市食品風味化學重點實驗室， 北京 100048)

國內外食品乳化劑研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

徐寶財， 王 瑞， 張桂菊， 王肖彥

(北京工商大學 食品學院/北京市食品風味化學重點實驗室， 北京 100048)

食品乳化劑是一種用量最多的食品添加劑，在食品生產和食品加工過程中占有非常重要的地位。介紹了GB 2760—2014《食品添加劑使用標準》規(guī)定允許使用的49種食品乳化劑及具有乳化劑功能的食品添加劑，并概述了國內食品乳化劑在制備、性質和應用方面的研究進展；總結了聯(lián)合國糧農組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會對114種食品乳化劑及具有乳化劑功能的食品添加劑的安全性評價意見；分析了國內外食品乳化劑行業(yè)的研究熱點與發(fā)展趨勢。

食品乳化劑； 安全性； 天然乳化劑； 多功能

乳化劑是指能改善乳化體中各種構成相之間的表面張力，形成均勻分散體或乳化體的物質，食品乳化劑是GB 2760—2014《食品添加劑使用標準》規(guī)定的22類食品添加劑之一[1]。食品乳化劑的用量約占食品添加劑總量的1/2，是食品工業(yè)中用量最多的添加劑，在食品生產和食品加工過程中占有重要地位，幾乎所有食品的生產和加工均涉及乳化劑或乳化作用。食品乳化劑是一類多功能的高效食品添加劑，除了具有典型的表面活性之外，在食品中還具有消泡、增稠、穩(wěn)定、潤滑、保護等作用[2]。

1 國內食品乳化劑研究現(xiàn)狀

1.1 我國允許使用的食品乳化劑品種

我國對于食品乳化劑的研究和生產起步較晚，在品種和質量上與國外有較大的差距，1981年批準使用的食品乳化劑只有單甘酯和大豆磷脂2個品種，但是發(fā)展速度較快，到2002年允許使用的食品乳化劑為29種。目前，GB 2760—2014《食品添加劑使用標準》允許使用的食品乳化劑及具有乳化功能的食品添加劑共49種，其中丙二醇脂肪酸酯2種、甘油脂肪酸酯及其衍生物9種、聚甘油脂肪酸酯2種、多元醇脂肪酸酯及其衍生物12種、磷脂及其衍生物3種、有機酸鹽(乳酸鹽、硬脂酸鹽、硬脂酰乳酸鹽)6種、多元醇類8種及其他(改性淀粉類、植物膠、可溶性大豆多糖、酪蛋白酸鈉)6種，另外還新增1種(皂樹皮提取物)。

49種食品乳化劑需在GB 2760—2014規(guī)定的食品分類及最大使用量范圍內使用，其中可在各類食品中按生產需要適量使用的有12種，包括單,雙甘油脂肪酸酯(CNS 10.006)、檸檬酸脂肪酸甘油酯(CNS 10.032)、乳酸脂肪酸甘油酯(CNS 10.031)、乙酰化單,雙甘油脂肪酸酯(CNS 10.027)、磷脂(CNS 04.010)、改性大豆磷脂(CNS 10.019)、酶解大豆磷脂(CNS 10.040)、羥丙基淀粉(CNS 20.014)、辛烯基琥珀酸淀粉鈉(CNS 10.030)、甘油(CNS 15.014)、酪蛋白酸鈉(CNS 10.002)。其中，CNS指China Number System中國編碼系統(tǒng)。另外，可在各類食品加工過程中使用，且殘留量不需限定的有3種，即單,雙甘油脂肪酸酯(CNS 10.006)、磷脂(CNS 04.010)和甘油(CNS 15.014)。

GB 2760—2014新增了10種食品添加劑新品種，其中新增1種食品乳化劑：皂樹皮提取物(quillaia extract)，INS 999(INS指international number system國際編碼系統(tǒng))，每日允許攝入量(acceptable daily intake，ADI)(每天每kg體重允許攝入量，mg)：0～1 mg(以每kg松香皂苷計)。GB 2760—2014規(guī)定可用于果蔬汁(漿)類飲料、蛋白飲料、碳酸飲料、特殊用途飲料及風味飲料等食品中，最大使用量為0.05 g/kg。

1.2 國內食品乳化劑的研究進展

我國允許使用的食品乳化劑主要分為四大類，分別是多元醇脂肪酸酯類、磷脂及其衍生物、鹽類和其他種類，其中品種和消費量最多的是多元醇脂肪酸酯類。目前食品工業(yè)需求量較大的品種，如單脂肪酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯系列產品(司盤和吐溫)、丙二醇脂肪酸酯等均屬于多元醇脂肪酸酯類。天然食品乳化劑磷脂從結構上來說也屬于甘油脂肪酸酯的衍生物。

多元醇脂肪酸酯主要是通過脂肪酸及脂肪酸酯與多元醇(如丙二醇、甘油、山梨醇、蔗糖等)進行酯化或酯交換反應制備，該方法的最大問題在于反應的選擇性較差，產物通常為脂肪酸單酯、雙酯甚至多酯的混合物，想要獲得純度較高的單酯難度較大，通常需要復雜的分離提純過程。比如，目前工業(yè)上生產單脂肪酸甘油酯主要采用甘油解法，即在高溫(220～260℃)及堿催化劑存在條件下，由甘油與動植物油脂進行甘油解反應制得。該方法反應溫度高、能耗大且副反應多，所得產物為單脂肪酸甘油酯、雙甘油酯和三甘油酯的混合物，單酯的含量一般為50%左右。如果要得到高純度的單脂肪酸甘油酯，需要采用分子蒸餾進行分離純化，得到純度較高的分子蒸餾單甘酯。對于有8個游離羥基的蔗糖，反應更為復雜，理論上可以與多個脂肪酸發(fā)生反應生成從單酯到八酯的酯化產物，一般多為單酯、雙酯和三酯的混合物。因此，該類食品乳化劑的制備研究關鍵在于提高反應的選擇性。近年來，酶作為一種高效、專一性強的生物催化劑，采用酶催化法合成多元醇脂肪酸酯類食品乳化劑，具有反應條件溫和、反應選擇性高、安全無毒等優(yōu)點，因此獲得了科學家們的廣泛關注[3-6]。如王楠等[7]采用脂肪酶催化脂肪酸甲酯與甘油進行酯交換反應制備脂肪酸單甘油酯，可獲得生成單酯的較高反應選擇性。

多元醇脂肪酸酯類乳化劑具有優(yōu)良的乳化性能，在食品行業(yè)中應用廣泛，部分品種還兼具其他功能。中長碳鏈脂肪酸單甘油酯還兼具良好的抑菌、抗病毒等特性，在食品中也有其獨特的用途，具有廣闊的應用前景[8]。月桂酸單甘油酯對芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、單核增生李斯特菌、幽門螺桿菌、空腸彎曲桿菌等細菌的生長繁殖有極強的抑制作用，同時可抑制腸毒素、毒性休克綜合征毒素-1、鏈球菌致熱外毒素和炭疽毒素等的合成并減少上皮細胞促炎性因子的分泌。蔗糖酯對蠟樣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、嗜熱芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、釀酒酵母和鐮刀菌等具有較廣泛的抑制作用，對革蘭氏陽性芽孢桿菌的抑制作用尤為顯著，是一種兼具防腐和乳化作用的多功能食品添加劑[9]。磷脂類乳化劑還具有抗氧化、調節(jié)血脂、降低血清膽固醇、提高大腦記憶力、增強機體免疫力等功能。因此，食品乳化劑除了乳化性能之外的其他功能是目前科學家們研究的熱點問題。

食品乳化劑在食品工業(yè)中應用非常廣泛。在面包、蛋糕類食品中作為品質改良劑，防止面粉中直鏈淀粉產生疏水作用，從而防止面團老化、回生；促使面筋組織的形成，增強韌性；提高發(fā)泡性，并使氣孔分散、致密；促進起酥油乳化、分散，改善組織和口感。在人造奶油中可使水分散到油中，制成穩(wěn)定、均勻的乳液，從而改善人造奶油的組織結構。在魚肉糜、香腸等食品中使添加的油脂乳化、分散，提高組織的均質性，并有利于該類食品表面被膜的形成，提高商品性和儲存性。在糖果類食品中使所添加的油脂乳化、分散，提高口感的細膩性，同時使制品表面起霜，防止與包裝紙的粘連，并防止砂糖結晶。在飲料中可起到增香、助溶、乳化分散、抗氧化等作用。在冰淇淋、巧克力等食品中可以控制脂肪晶體的大小和生長速度，改善產品組織結構等等。近年來，對于食品乳化劑的應用研究多集中在微乳液、納米乳液、微膠囊化技術等方面。如將食用油、植物精油、魚油等水溶性差、易發(fā)生氧化變質的動植物油脂在食品乳化劑存在條件下制備成微乳液，改善水溶性、提高其在外界環(huán)境中的穩(wěn)定性，從而擴大其應用范圍[10-12]。與常規(guī)乳液相比，納米乳液具有高穩(wěn)定性、高表面活性、高光學透明度等物理化學性質，對親脂性功能組分具有高生物利用度，受到科學家們的青睞[13-14]。另外，微膠囊化技術可最大限度保持油脂原有的色香味，是防止其氧化及營養(yǎng)成分破壞的有效方法[15-16]。

2 JECFA對食品乳化劑的安全性評價

聯(lián)合國糧農組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives，JECFA)是1956年建立的國際食品添加劑安全評價的權威機構，其制定的每日允許攝入量(ADI值)以及食品添加劑的相關產品規(guī)范在國際上均被廣泛使用和參考[17-18]。

JECFA由各國該領域的學術專家組成，根據(jù)“食品添加劑和污染物安全評估原則”， 進行廣泛深入的文獻調研，對食品添加劑和污染物法典委員會(CCFAC) 提交的物質進行毒理學評價，并根據(jù)各種物質的毒理學資料制定出相應的ADI值。對于沒有規(guī)定具體ADI數(shù)值的情況，給出其他安全性評價意見。

目前JECFA評價的食品乳化劑及具有乳化功能的食品添加劑一共有114種，有INS號的104種。其中種類最多的是多元醇脂肪酸酯類(33種)，包括丙二醇脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯、糖酯、聚甘油脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯及聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯等。另外改性淀粉16種，磷酸鹽、有機酸及其鹽類31種，植物膠類12種，纖維素及其衍生物8種，其他如磷脂類、酪蛋白酸鈉、皂樹皮提取物等14種。

114種食品乳化劑中，有45種JECFA給出了確定的ADI值、MTDI(每日最大耐受攝入量)值或PMTI(每周耐受攝入量)值，這類物質可以在規(guī)定食品種類及用量范圍內使用；49種食品乳化劑沒有規(guī)定ADI值(not limited或not specified)，說明這類物質的毒性很小，以現(xiàn)有的化學、生化、毒理或其他方面的資料和總膳食攝入水平，不會對人體造成健康危害，因此用一個數(shù)值表示ADI不一定是必須的，符合這一標準的添加劑必須按照GMP原則使用；17種食品乳化劑由于毒理學資料不夠完善，沒有制定出ADI值(no ADI allocated)及其他安全性評價意見；另外還有3種食品乳化劑因為沒有提供完善的毒理學資料，JECFA委員會撤回了之前暫定的ADI值或其他安全性評價意見，以及產品規(guī)范等。

JECFA沒有對GB 2760—2014中允許使用的可溶性大豆多糖(CNS 20.044)、氫化松香甘油酯(CNS 10.013)、辛,癸酸甘油酯(CNS 10.018)、木糖醇酐單硬脂酸酯(CNS 10.007)、聚氧乙烯木糖醇酐單硬脂酸酯(CNS 10.017)、改性大豆磷脂(CNS 10.019)、酶解大豆磷脂(CNS 10.040)等7種食品乳化劑品種進行安全性評價，而對其中的乳酸鈣(CNS 01.310)、丙二醇(CNS 18.004)D-甘露糖醇(CNS 19.01)、麥芽糖醇(CNS 19.005)、麥芽糖醇液(CNS 19.022)、山梨糖醇(CNS 19.006)、山梨糖醇液(CNS 19.023)和乳糖醇(CNS 19.014)等8個品種沒有作為食品乳化劑功能分類。

3 國內外食品乳化劑的研究熱點和發(fā)展趨勢

3.1 食品乳化劑的安全性研究

食品乳化劑的安全性是食品工業(yè)以及大眾普遍關注的問題，也是科學家們永恒的研究主題[19-21]。JECFA對于食品乳化劑的安全性評價也不是一成不變的，隨著研究的逐步深入以及毒理學資料的逐步完善，食品乳化劑的安全性評價意見也在持續(xù)更新。例如：食品乳化劑松香甘油酯，INS號為445(i)，可在非酒精飲料及渾濁型飲料中用作乳化劑和密度調節(jié)劑。在2009年JECFA第71次會議中，JECFA委員會審查了化學性質和毒理學數(shù)據(jù)，建立了木質松香甘油酯(GEWR)和松香甘油酯(GEGR)ADI值(0～25 mg/kg)，并為GEGR制定了新的暫定規(guī)范。但是GEGR的毒理學數(shù)據(jù)不完善，大鼠90 d口服毒性研究的關鍵數(shù)據(jù)僅提供了摘要，委員會要求在2010年底前提供完整的研究報告。到2011年JECFA第74次會議時還沒有收到完整的毒理學數(shù)據(jù)，因此委員會將0～25 mg/kg的ADI值撤回，暫定了0～12.5 mg/kg的ADI值。同時，委員會還指出，如果2012年底之前還沒有提交完整的大鼠90 d口服毒性研究報告，那么暫定的組ADI值也將會被撤回。2013年JECFA第77次會議仍然沒有收到組成信息及毒理學數(shù)據(jù)，委員會決定撤回0～12.5 mg/kg的ADI值，并要求補充產品規(guī)范相應的信息。2015年JECFA第80次會議，委員會在審查了提交的相關資料后沒有發(fā)現(xiàn)完成評估所需要的數(shù)據(jù)，一致同意撤回暫定的GEGR產品規(guī)范[22]。

3.2 天然、營養(yǎng)、多功能的食品乳化劑

我國食品添加劑行業(yè)在20 世紀90 年代提出了大力開發(fā)“天然、營養(yǎng)、多功能”食品添加劑的發(fā)展方針，與國際上提倡“回歸大自然、天然、營養(yǎng)、低熱能、低脂肪”的發(fā)展趨勢一致。

目前人們越來越關注食品安全問題，對于貼有“清潔標簽”的食品及飲料產品的需求持續(xù)增加。因此，在保證發(fā)揮乳化劑作用的同時，食品工業(yè)及科學家們試圖尋求以天然來源的優(yōu)質高效食品乳化劑替代化學合成的食品乳化劑，以生產天然食品成分組成的新產品[23-24]。天然乳化劑大多為植物來源，主要包括蛋白質類、多糖類、磷脂類以及皂苷類等[25]。近年來，以蔗糖為基礎原料的蔗糖脂肪酸酯[26]，其他糖基乳化劑如葡萄糖脂肪酸酯[27]，以蛋黃、大豆、葵花籽、小麥、谷物、甜菜等為原料的磷脂類和蛋白質類乳化劑[28-32]，以及淀粉基乳化劑[33]等引起了食品工業(yè)以及科學家們的極大興趣。目前的研究報道主要是關于天然食品乳化劑的鑒定、表征和應用，以及它們的結構與形成和穩(wěn)定乳液的能力的關系，pH值、離子強度、溫度等環(huán)境因素對其乳化性能的影響等[34-35]。

啤酒糟是啤酒釀造工藝過程中的主要副產物，Negi等[36]通過分餾的方法分離了小麥啤酒糟中的非醇溶谷蛋白和醇溶谷蛋白，并研究它們在乳化方面的潛在應用。研究結果表明，來源于小麥啤酒糟的非醇溶谷蛋白組分可以作為一種新型的植物基乳化劑，在食品工業(yè)中具有較高的應用價值。

牛油果是一種富含油脂的熱帶水果，其脂質中磷脂含量非常高，但是在工業(yè)上廣泛采用的酶法萃取油脂過程中，磷脂通常與殘留的紙漿一起被丟棄，沒有得到很好的利用。Züge等[37]從牛油果廢紙漿油中分理出磷脂，并將其用于制備乳液。研究結果表明，牛油果磷脂可以形成并穩(wěn)定乳液，在食品、化妝品以及醫(yī)藥等領域具有很高的潛在應用價值。

食品乳化劑是一種多功能的食品添加劑，除了乳化作用以外，其他功能的開發(fā)是食品乳化劑的另一大發(fā)展趨勢。對于傳統(tǒng)的食品乳化劑，如甘油脂肪酸酯類乳化劑，在面包、豆腐等的生產過程中使用量最大，但是目前有需求量減少的趨勢，必須努力研發(fā)新產品和開發(fā)新用途，以開拓新的市場。不飽和脂肪酸(如亞油酸、EPA、DHA等)具有獨特的營養(yǎng)保健功能，可以開發(fā)含多不飽和脂肪酸甘油酯等具有營養(yǎng)、保健功能的食品乳化劑[38-39]。含有羥基的脂肪酸(如蓖麻油酸)甘油酯具有豐富的藥理作用，在藥妝、醫(yī)藥等領域具有潛在的應用價值[40]。中碳鏈脂肪酸(如辛癸酸、月桂酸)甘油酯除了具有乳化性能之外，還具有優(yōu)良的抑菌防腐功能[41-45]。

3.3 食品乳化劑的復配研究

在實際應用過程中，單一食品乳化劑對產品功能性質改善存在一定局限性，因此經常對單一的食品乳化劑進行復配。兩種或兩種以上食品乳化劑復配使用，可以充分發(fā)揮乳化劑的作用，其協(xié)同增效效應可以賦予產品以更好的品質。

食品乳化劑復配一般有以下幾種思路：1)高、低HLB值的乳化劑復配使用，可以在界面上形成緊密排列的“復合物”，界面膜具有較高的強度，從而可以有效地防止聚結，增強乳液穩(wěn)定性。2)結構相似的乳化劑復配使用，具有明顯的協(xié)同增效效應，可獲得性能優(yōu)良的復配乳化劑，比如司盤和吐溫類乳化劑。3)一般來說，單一非離子型乳化劑的乳化能力較強，離子型乳化劑和非離子型乳化劑復配使用，效果優(yōu)于單一非離子型乳化劑。4)親水基團構象互補的乳化劑復配使用，如單甘酯的親水基團是線性的，而蔗糖酯的親水基團為環(huán)狀，將它們混合使用可獲得較好的效果[46]。

Schantz等[47]研究發(fā)現(xiàn)，將磷脂和聚甘油蓖麻醇酯(PGPR)復配作為制備巧克力產品的乳化劑，通過適當調整兩種乳化劑的配比以及乳化劑的添加量，可以按特定的要求調節(jié)熔化巧克力體系的屈服應力和黏度。Radujko等[48]研究聚甘油蓖麻醇酯、檸檬酸單/雙甘油酯以及二合一復合乳化劑對可食用脂肪的物理性質和結晶特性的影響。結果表明，添加二合一復合乳化劑的脂肪樣品具有較低的結晶速率，形成了較少量的晶體，說明樣品具有更好的鋪展性。

實踐證明，食品添加劑復配使用可產生協(xié)同增效作用，使用復配食品乳化劑已經成為潮流和方向，不但可以降低食品乳化劑的用量，而且可以進一步改善食品的品質，提高食品的安全性，產生良好的經濟效益和社會效益。目前食品乳化劑的復配技術多數(shù)靠經驗，盲目性較大，需要輔以系統(tǒng)的理論研究，以獲得高效、多功能的復配乳化劑。

4 結束語

食品乳化劑作為一類食品添加劑，在食品加工過程中起著非常重要的作用，是現(xiàn)代食品工業(yè)的重要組成部分。如何安全、有效地使用食品乳化劑是國內外食品行業(yè)廣泛關注的問題，各個國家或地區(qū)對于允許使用的食品乳化劑品種及最大使用量都有明確的規(guī)定。近年來，國內在食品乳化劑制備方面，主要研究綠色、安全、高效的合成方法與工藝；在性質方面，除了乳化性能之外的其他功能是科學家們關注的熱點問題；在應用方面，除了傳統(tǒng)的應用之外，主要研究食品乳化劑在微乳液及納米乳液、微膠囊化技術等方面的應用。開發(fā)安全、天然、營養(yǎng)、多功能的食品乳化劑以及乳化劑復配技術的研究是國內外食品乳化劑行業(yè)目前的研究熱點以及未來的發(fā)展趨勢。

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(責任編輯：葉紅波)

ResearchProgressandProspectinFoodEmulsifiers

XU Baocai, WANG Rui, ZHANG Guiju, WANG Xiaoyan

(SchoolofFoodandChemicalEngineering/BeijingKeyLaboratoryofFlavorChemistry,BeijingTechnologyandBusinessUniversity,Beijing100048，China)

Food emulsifier is one of the most consumable food additives, which occupies a very important position in food production and food processing. 49 kinds of food emulsifiers and food additives with emulsifying function approved by National Standard for Food Safety-Standard for the Use of Food Additives (GB 2760—2014) are introduced. The preparation, properties, and application research progress of domestic food emulsifiers are overviewed. Safety evaluation about 114 kinds of food emulsifiers and food additives with emulsifying function by the Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA) is summarized. The research hot issues and development trend of global food emulsifiers are prospected.

food emulsifier; safety; natural emulsifier; multi-function

10.3969/j.issn.2095-6002.2017.04.001

2095-6002(2017)04-0001-07

徐寶財，王瑞，張桂菊，等. 國內外食品乳化劑研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 食品科學技術學報，2017,35(4):1-7. XU Baocai, WANG Rui, ZHANG Guiju, et al. Research progress and prospect in food emulsifiers[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(4):1-7.

2017-06-25

國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFB0308701)；國家自然科學基金資助項目(21676003;21403010)；北京市教委科技計劃重點項目(KZ201510011010)；北京市教委市屬高校創(chuàng)新能力提升計劃項目(TJSHG201510011020)。

徐寶財，男，教授，博士生導師，主要從事表面活性劑的設計、合成、性質與應用研究。

TS202.3

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