一种新型食品乳化剂的合成与应用的制作方法

本发明涉及食品加工制备过程中添加的乳化剂领域，尤其涉及一种新型食品乳化剂的合成与应用。

背景技术：

乳化剂在食品工业中广泛使用，绝大多数的食品，例如面包、饼干、糕点、面条、糖果、甚至肉肠等都可以使用乳化剂作为添加剂。食品中的乳化剂虽然使用量极少,但对食品材料的改善作用非常明显，既能保持食品风味、延长保鲜期，又能改善食品的加工性能，有利于食品品种的创新。

常用的食品乳化剂有硬脂酰-2-乳酸盐、单甘脂、大豆卵磷脂、蔗糖酯等(foodchemistry,2010,122,495；foodhydrocolloids,2005,19,25)。乳化剂由于具有特殊的分子结构而表现出两亲性,即它的分子一端具有亲水基团，而另一端具有亲油基团。这两个基团不仅具有防止油水两相的相互排斥,还具有把油水两相连结起来不使其分离的特殊功能。所以，乳化剂的质量就取决于所形成的乳浊液的稳定性。

糖脂类化合物具有表面活性剂的性能，化学结构上具有成为优秀食品乳化剂的分子特性。但糖脂类物质的制备工艺一般都很复杂，成本很高，不太适合食品行业的应用。我们创造性地将木糖醇的两个伯羟基用长链脂肪酸酯化以提高乳化剂的亲脂性，并将木糖醇的仲羟基进一步硫酸酯化以匹配产品的亲水性。由此设计合成的产品所形成的油-水乳浊液表现出两相界面均匀而且稳定，制造成本较低等优势。

技术实现要素：

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种新型食品乳化剂的合成与应用。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提出了一种新型食品乳化剂，其分子结构如下；

其中，m＝5、6或7；n＝5、6、或7；

其结构特征为天然来源的木糖醇在其两个伯羟基上分别连接一个c-14到c18的脂肪酸；木糖醇的三个仲羟基均为硫酸酯的钠盐。

本发明中，新型食品乳化剂的合成，包括以下制备步骤：以食品级木糖醇为原料，在固体脂肪酶催化下，实现木糖醇伯羟基的脂肪酸酯化，并得到二酯化中间体；将上述二酯化中间体与三氧化硫的三乙胺复合物反应，以碳酸氢钠的水溶液调ph值后，得到目标乳化剂物质。

本发明中，新型食品乳化剂的应用包括：将新型食品乳化剂或含有该新型食品乳化剂的化合物，作为加工制备食品及饮料的乳化剂的应用。

本发明经过分子设计和化学制备实验，以及对化合物的表面张力、粘度、稳定性、安全性、以及对面粉的抗老化性能等试验，筛选出的新型食品乳化剂可以成为安全的新型食品乳化剂剂。

本发明提供了一个全新分子结构的食品乳化剂，可以添加到面包烤制等各种面食中，优秀的表面张力和产气量为面食加工的改进提供了可能；

本发明提供了一种可行的制备工艺，通过化学及酶法相结合的合成方法以及乙醇体系中的重结晶技术完成了产品的纯化与制备。

附图说明

图1为本发明提出的新型食品乳化剂的合成中，实施例1的反应式示意图。

图2为本发明提出的新型食品乳化剂的合成中，实施例2的反应式示意图。

图3为本发明提出的新型食品乳化剂的合成中，实施例3的反应式示意图。

图4为本发明提出的新型食品乳化剂的合成中，实施例4的反应式示意图。

图5为本发明提出的新型食品乳化剂中，乳化剂对细胞活力的影响示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明提出的一种新型食品乳化剂，其分子结构如下；

其中，m＝5、6或7；n＝5、6、或7；

其结构特征为天然来源的木糖醇在其两个伯羟基上分别连接一个c-14到c18的脂肪酸；木糖醇的三个仲羟基均为硫酸酯的钠盐。

本发明经过分子设计和化学制备实验，以及对化合物的表面张力、粘度、稳定性、安全性、以及对面粉的抗老化性能等试验，筛选出的新型食品乳化剂可以成为安全的新型食品乳化剂剂。

新型食品乳化剂的合成，包括以下制备步骤：

以市售的食品级木糖醇为原料，在固体脂肪酶催化下选择性地实现木糖醇伯羟基的脂肪酸酯化，优化脂肪酸和酶的用量，以高产率高选择性地得到二酯化中间体。

将上述二酯化中间体与三氧化硫的三乙胺复合物反应，以碳酸氢钠的水溶液调ph值后，得到目标乳化剂物质。

实施例1：

参照图1：

a：取市售的食品级木糖醇2(10g)与c18硬脂酸1(2.2当量)直接混合，加入1.0个当量的固体脂肪酶(c.antarctica),减压至0.01ba(10百帕)，于70-75℃下继续反应24-32小时,反应中间体可用乙醇/甲基叔丁基醚体系(10:1)经过多次重结晶纯化以得到产物3；

产品3的特征¹³c核磁数据如下(ppm)：173.1(2c),74.4,68.7(2c),65.3(2c),33.9(2c),31.9(2c),29.6(18c),29.3(2c),29.0(2c),25.0(2c),22.7(2c),14.1(2c)。

实施例2：

参照图2：

b：取市售的食品级木糖醇2(10g)与c16脂肪酸4(2.2当量)直接混合，加入1.0个当量的固体脂肪酶(c.antarctica),减压至0.01ba(10百帕)，于70-75℃下继续反应24-32小时,反应中间体可用乙醇/甲基叔丁基醚体系(5:1)经过多次重结晶来纯化得到产物5；

产品5的特征¹³c核磁数据如下(ppm)：173.1(2c),74.4,68.7(2c),65.3(2c),33.9(2c),31.9(2c),29.6(16c),29.3(2c),29.0(2c),25.0(2c),22.7(2c),14.1(2c)。

实施例3：

参照图3：

c：取市售的食品级木糖醇2(10g)与c14脂肪酸6(2.2当量)直接混合，加入1.0个当量的固体脂肪酶(c.antarctica),减压至0.01ba(10百帕)，于70-75℃下继续反应24-32小时,反应中间体可用乙醇/甲基叔丁基醚体系(10:3)经过多次重结晶来纯化得到产物7；

产品7的特征¹³c核磁数据如下(ppm)：173.1(2c),74.4,68.7(2c),65.3(2c),33.9(2c),31.9(2c),29.6(14c),29.3(2c),29.0(2c),25.0(2c),22.7(2c),14.1(2c)。

由实施例1-3，可知，改变木糖醇与脂肪酸的比例，可以到到单酯和双酯产物的混合物，比例不确定，但作为乳化剂使用时，增加使用量也可以保证乳化效果。其它条件不变的前提下只减少固体酶的使用量，可以适当增加反应时间以提高双酯产物产率，但两要素之间没有表现出一定的比例关系。这些实验结果不在此赘述。

实施例4：

中间体的硫酸酯化，参照图4：

d：将上述化合物3或5或7(1g-10g)溶于10ml-100ml二甲基甲酰胺(dmf)中，加入3.5-5个当量的市售的固体化合物三氧化硫-三乙胺，室温下继续反应4-8小时后，向此溶液中滴加10倍当量碳酸氢钠的饱和水溶液，搅拌0.5小时后；

溶液中的产物8或9或10可在热乙醇(45-50℃)与冷乙醇(0-4℃)体系中经过多次重结晶来纯化得到。

产品8的特征¹³c核磁数据如下(ppm)：173.7(2c),81.9,82.0(2c),61.5(2c),34.3(2c),32.0(2c),29.8(18c),29.3(2c),29.0(2c),25.0(2c),22.7(2c),14.1(2c)。

其中，产品9的特征¹³c核磁数据如下(ppm)：173.7(2c),81.9,82.0(2c),61.5(2c),34.3(2c),32.0(2c),29.8(16c),29.3(2c),29.0(2c),25.0(2c),22.7(2c),14.1(2c)。

其中，产品10的特征¹³c核磁数据如下(ppm)：173.7(2c),81.9,82.0(2c),61.5(2c),34.3(2c),32.0(2c),29.8(14c),29.3(2c),29.0(2c),25.0(2c),22.7(2c),14.1(2c)。

实施例5：

本发明，根据上述的新型食品乳化剂，还提出了一种新型食品乳化剂的应用包括：

将新型食品乳化剂或含有该新型食品乳化剂的化合物，作为加工制备食品及饮料的乳化剂的应用。

关于型食品乳化剂的安全性，以模型细胞3t3-l1为实验对象，考察乳化剂对细胞的安全性。实验是在5％co2，37℃条件下进行的标准细胞实验。

参照图5：

实验设立了空白组(vehicle)和阳性对照组；由图5可知，左列纵坐标表示细胞活力(所有实验对象的细胞活力均为100％，表示乳化剂对细胞生长没有影响)。

实验证明，乳化剂对3t3-l1细胞没有毒性，细胞活力在实验条件下(溶解的化合物含量大于食品添加剂量下的对应量)下保持100％的活性。

关于产物的界面张力的判定，采用标准的物理化学实验测定乳化剂对水和大豆油界面张力的影响，结果如表1(界面张力表)所示：

表1

由表1可知，界面张力越小，产生的水油乳浊液系统越稳定。实验说明我们的产品在界面张力上优于市售的单酸甘油酯乳化剂。

其中，通过测定糊化温度来说明乳化剂在抗面粉老化过程中的作用：

测定过程为称样品量3.5g(以干基计，含有0.4％的乳化剂8)加入测试用铝罐，向铝罐中加入25.0ml蒸馏水，测定开始时罐内温度在50℃下保持1min，随后以12℃/min上升到95℃，在95℃条件下保持2.7min，逐渐降温至50℃并在此温度下保持2.0min。测试的前10s内搅拌桨转速为960r/min，随后搅拌桨转速维持在160r/min。每个样品进行3次平行试验，取平均值。

用快速黏度仪(rapidviscosityanalyzer，rva)快速测定其糊化特性，使用tcw(thermalcycleforwindows)配套软件，进行数据采集及分析。实验结果表明，糊化温度由75.0度(空白)提高到了77.1度(样品)，说明乳化剂与面粉淀粉形成了对热稳定的复合物，阻碍了淀粉颗粒的崩解，从而提高了面粉的糊化温度，表现出来较好的抗老化功效。

举例：

准确称取面粉100g、酵母3g、白砂糖10g、食盐1g、水58ml和乳化剂8。先将面粉与乳化剂8混匀，加入和面机，再将白砂糖、食盐和鲜酵母分别用水溶解，加入和面机，按常用的标准方法和面。

将调制好的面团放入发酵流变仪中，(测定条件：面团315g、砝码质量：1kg、温度38℃、测定3h)测定面团在发酵过程中产生的总co2气体的量以及面团的持气量。发酵流变仪主要是对面团在发酵过程中产生co2气体的量以及面团的持气力进行评价。

实验中，随着添加的乳化剂8的增加(0.35％～0.55％)，面团的产气量呈先升高后下降的趋势，且趋势变化显著；当8的添加量为0.42％时，面团的产气量最大，达到3l。由此可以推荐，面包烤制中乳化剂8的最适添加量为0.42％。

综上，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供了一个全新分子结构的食品乳化剂，可以添加到面包烤制等各种面食中，优秀的表面张力和产气量为面食加工的改进提供了可能；

本发明提供了一种可行的制备工艺，通过化学及酶法相结合的合成方法以及乙醇体系中的重结晶技术完成了产品的纯化与制备。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。