CN101502305A - 一种食品用乳化稳定剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种食品用乳化稳定剂，由小于10μm的超细微晶纤维素和食品胶复配而成，食品胶的重量为超细微晶纤维素的5％－150％，优选10％－40％。该食品用乳化稳定剂在使用量较低的情况下，可对不溶物和脂肪成分较高的饮料或食品起很好的乳化稳定作用，并赋予食品爽滑、饱满的口感，在许多场合具有其它食品添加剂不可替代的作用。

Description

一种食品用乳化稳定剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种食品用乳化稳定剂及其制备方法，具体地说，涉及一种对高固含量和高乳含量的饮料、乳制品等具有极佳的稳定效果的食品用乳化稳定剂及其制备方法。

背景技术

微晶纤维素(MCC)是以β-1，4-葡萄糖苷结合的直链式多糖，是天然纤维素在酸性介质中水解使分子量降低到一定范围的颗粒状粉末产品。微晶纤维素具有粘度调节、促进成胶、纺织品整理、悬浮液稳定、替代脂肪、抗结块等功能，因此在医药、食品、化妆品等行业具有广泛用途。

CN1075515C提供了一种制备MCC胶的方法，即通过酸类物质将短绒棉、木浆、草浆水解成MCC，再将粉状的微晶纤维素通过一种特殊的胶化装置得到黏稠的胶体。但是其未涉及与食品胶的复配，在乳品、饮料中的悬浮稳定性不会太好。

CN1167498C公开了磨碎的MCC与角叉菜胶共混、干燥后，制成可快速胶溶的食品稳定剂。并公开了该稳定剂在一些含水食品中的用途。但是其未涉及角叉菜胶以外的胶体，也未涉及角叉菜胶与其它胶体的复配，而单纯的角叉菜胶与MCC复配并不能满足很多用途，例如用作含有大量悬浮物的花生牛奶、咖啡牛奶等饮料的乳化稳定剂时，会产生大量沉淀和脂肪上浮等现象。

CN1334272A公开了用高速搅拌、球磨法或表面活性剂、氢氧化钠、二甲基亚砜等化学溶液对MCC进行前处理，然后用无机酸或有机酸对其在高温下进行催化水解，再经超声振荡得到粒径5-100nm的纳米MCC。这种处理方法虽然可以得到粒径很小的MCC，有利于后续的接枝共聚等制备新材料的反应，但是这些处理方法并不适用于食品添加剂的制备。

CN1448427A公开了用羧甲基化、羟乙基化、羟丙基化或超声波活化等方法对纳米MCC进行表面改性，然后与亲水性胶体进行复配，得到易分散于水的纳米微晶纤维素。该方法的工艺过于复杂，成本和收率预计均不利于工业化生产，而且此前同一发明人公开的纳米MCC制备方法中使用了许多不利于食品添加剂制备的处理方法，因此其在成本和工艺上很难满足食品添加剂的生产要求。

微晶纤维素的结晶度、分子量以及聚合度除与生产所用的原料有关外，也与产品的加工方法和加工深度有关。微晶纤维素的粒度不同，其用途也不一样。粒径为2-200μm的MCC可用作填充剂、粘合剂、吸附剂、抗结块剂，主要用于制药行业；2-15μm的可用作脂肪替代物，膳食纤维等；目前市场上药用MCC较多，粒度一般在30-100μm左右，而用于乳品、饮料等食品中的MCC对粒度及其与胶体复配后的粘度提出了更高的要求，粒径太大和粘度太低，会影响口感和乳化稳定性，粘度太高则会产生粘连的口感。

只有选择合适粒径的MCC与合适的胶体复配配方和工艺，才能得到乳化稳定效果较好的稳定剂，使产品具备爽滑、饱满的口感。因此，虽然市场对食品级MCC，尤其是适用于乳化稳定剂的胶态MCC需求很大，国内市场上还没有效果令人满意的国产产品。目前国产的含微晶纤维素的乳化稳定剂多是将微晶纤维素和食品胶、乳化剂用干混法混合。由于微晶纤维素是韧性很强的材料，用常规的机械粉碎方法很难将粒径降低到10微米以下，用干混法也无法使各组分通过物理或化学键合成为均一体系，因此对高固含量和高乳含量的饮料或食品的稳定效果及口感都有不良影响。

有少数国内外资企业采用的是将各组分通过化学方法聚合，然后用机械粉碎的方法得到粉末产品，但是由于粒径较粗、产品的水溶速度较差等原因，影响了其使用效果及其在食品生产流程中的操作性能。目前国内市场上占据垄断地位的MCC乳化稳定剂是FMC公司的XP3441，XP3441作为乳化稳定剂可基本满足各类含乳饮料的要求，但其价格昂贵、组分单一，在使用时需要与其它食品胶复配，对技术人员的要求较高。

本发明研究人员将超细微晶纤维素与食品胶在水体系混合、均质，通过各组分的分子间相互作用成为均相的三维弱凝胶网络结构，对高固含量和高乳含量的饮料、乳制品，如：花生牛奶、咖啡牛奶、冰淇淋、钙奶等，具有很好的乳化稳定效果，是一种性能良好的食品用乳化稳定剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种可规模化生产的、对不溶物和脂肪成分较高的饮料或食品起很好的乳化稳定作用的食品用乳化稳定剂。

本发明的又一目的是提供上述食品用乳化稳定剂的制备方法。

本发明提供的食品用乳化稳定剂，由小于10μm的超细微晶纤维素和食品胶复配而成。优选地，由2μm-8μm的超细微晶纤维素和食品胶复配而成。

其中，食品胶的重量为超细微晶纤维素的5％-150％，优选10％-40％。

所述食品胶为水溶性高分子胶，水溶性高分子胶选自瓜尔豆胶、槐豆胶、他拉胶、阿拉伯胶、果胶、魔芋胶、芦荟多糖、明胶、酪蛋白、乳清蛋白、鱼胶、蛋清粉、甲壳素、壳聚糖衍生物、黄原胶、结冷胶、普鲁兰糖、葡聚糖、酵母多糖、琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、海藻酸丙二醇酯、红藻胶、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

为了降低食品胶的使用量，并防止粘连口感的产生，优选地，水溶性高分子胶选自有协同效应的二元或三元胶体体系进行复配。二元胶体体系为卡拉胶/魔芋胶、卡拉胶/槐豆胶、卡拉胶/黄原胶、槐豆胶/黄原胶、黄原胶/瓜尔豆胶、海藻酸钠/壳聚糖等。三元胶体体系为黄原胶/瓜尔豆胶/槐豆胶、瓜尔豆胶/魔芋胶/卡拉胶、羧甲基纤维素钠/海藻酸钠/黄原胶等。

市售医药级或食品级MCC的平均粒径一般在30μm-100μm，无法达到食品乳化稳定的作用，因此需要对其进行降解与超细处理，使其平均粒径达到10μm以下。

本发明的食品用乳化稳定剂的制备方法，是对微晶纤维素进行降解和超细处理，制成粒径小于10μm的超细微晶纤维素后，与食品胶混合、均质。

超细微晶纤维素混合前在水溶液体系中进行均质化处理；食品胶的各组分在混合前配制成水溶液，再混合，进行均质化处理。

所述降解和超细处理是通过辐照降解和机械粉碎两个步骤进行的，优选地，还通过进一步机械粉碎或化学降解来进行。

所述降解和超细处理是通过辐照降解、机械粉碎和化学降解三个步骤进行的。

MCC的辐射降解旨在降低MCC的分子量，破坏MCC微晶区之间的氢键，使得后续的机械粉碎工艺更容易进行。本发明中辐射降解可采用⁶⁰Co-γ射线或电子束辐照，辐照剂量的范围为1-50kGy，优选1-10kGy。为了降低辐照剂量，可以选择敏化剂来促进MCC的辐射降解。

所述敏化剂为容易通过γ射线辐射分解产生强氧化自由基的物质，如强氧化剂、强酸或强碱。所述强氧化剂为过氧化氢或过硫酸盐，如过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾等。所述强酸为无机酸或有机酸，无机酸，如盐酸、硫酸、硝酸等，有机酸，如醋酸、柠檬酸、乳酸等。所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾等。辐照敏化降解的样品可用常规的洗涤、干燥工艺进行处理。

MCC属于韧性很强的材料，常规的机械粉碎方法很难将其进行超细粉碎，一般的MCC生产厂家使用气流粉碎法也只能将MCC粉碎到180目左右，很难突破200目的瓶颈。本发明研究人员对经过辐射降解处理的MCC通过球磨、胶体磨、气流粉碎等常规的机械粉碎方法将其粒径降到10μm左右。

为了进一步提高MCC的乳化稳定能力，可以用化学降解法进一步降低MCC的粒度。本发明中化学降解法采用与辐照敏化降解类似的反应体系，将MCC分散在敏化剂的水溶液中，在25℃-100℃，优选60℃-90℃下，反应1h-72h，优选6h-24h。经过化学降解的MCC粒度可降低至0.1μm-10μm，优选2μm-8μm的MCC用作乳化稳定剂等用途的食品添加剂。化学降解中用到敏化剂种类与辐照降解中的相同。

为了提高MCC在悬浮水体系的分散性，并增进产品的口感，需要将超细MCC与食品胶在水溶液体系复配，得到稳定均一的胶态MCC。MCC与食品胶的复配可以用普通的机械或磁力搅拌进行，为了达到更好的复配效果，可以用高速剪切乳化机、胶体磨、湿磨机、均质机等设备对乳液进行均质处理，以达到更好的乳化、均质效果。

为了方便运输与使用，需要将经过混合、均质处理的胶态MCC进行干燥与粉碎。由于胶态MCC是热敏性物料，需要用喷雾干燥、微波干燥等方法进行干燥处理，并用常规的粉碎方法进行粉碎。

本发明提供的食品用乳化稳定剂适用于但不限于食品添加剂、药物辅料等领域。

在固含量和乳含量较高的饮料、冰激凌等食品中，单纯添加微晶纤维素无法达到满意的稳定效果。本发明利用超细微晶纤维素和多种天然食品胶之间的氢键相互作用，形成十分稳定的三维弱凝胶网络结构，这种由纯天然体系构筑的弱凝胶结构对饮料等食品中的悬浮物质与乳成分起很好的稳定、增稠作用，在冰激凌等食品中还能抑制冰晶生长，在提高产品稳定性、防止固液分离的同时，还能使食品产生爽滑、饱满的口感，在高固含量和乳含量饮品、冷食中，具有其它食品添加剂不可替代的作用。

由于纤维素微区之间的聚集力很强，常规的降解方法中，最常用和有效的降解方法是高温、强酸或强碱并用，这些苛刻条件对设备和环境的损害很大，收率也很低。本发明利用射线能穿透纤维素微晶区使纤维素降解的特点，结合辐射降解与机械粉碎技术，使微晶纤维素的平均粒径从50μm-100μm降低到10μm左右，收率高达95％以上。与传统的化学降解技术相结合，则可以使微晶纤维素粒径降低到纳米尺度。因此，本发明可提供在纳米-亚微米-微米的全尺度范围内，粒径可调控的超细微晶纤维素。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。

实施例1 超细MCC的制备

将40kg平均粒径为50μm的市售MCC用Co-60γ射线辐照50kGy，用气流粉碎机进行超细粉碎，得到平均粒径为10μm的超细MCC。

实例例2 超细MCC的制备

将1kg实施例1的平均粒径为10μm的超细MCC与5kg纯净水掺混，用湿磨机研磨30min后，将其真空干燥，得到平均粒径为8μm的超细MCC。

实施例3 超细MCC的制备

将实施例2的平均粒径为8微米的超细MCC按以下投料比混合：200g MCC；600mL盐酸；500mL过氧化氢；1400mL纯净水。在70℃下反应60h之后，加入50g过硫酸钾，升温至微沸，搅拌12h。将得到的产物用氢氧化钠中和、洗涤，最后离心分离、真空干燥后得到平均粒径为2微米的超细MCC。

实施例4 食品用乳化稳定剂的制备

将瓜尔豆胶7g溶于500ml纯净水中，制得瓜尔豆胶的水溶液；将黄原胶2g溶于100ml纯净水中，制得黄原胶的水溶液；将槐豆胶1g溶于100ml纯净水中，制得槐豆胶的水溶液，用磁力搅拌将上述三种食品胶的水溶液，混合均匀。

取实施例1制得的超细MCC40g，分散到250ml纯净水中，用高速剪切乳化机均质处理10min后，与上述食品胶混合液混合，用磁力搅拌至乳液均相，用胶体磨处理5min，得到1kg固含量5％的冻胶状MCC。

冻胶状MCC稀释至浓度为1.2％时，用brookfield粘度计测得溶液粘度为94.0cp(61^#转子，60rpm)。

上述胶态MCC可以直接作为食品用乳化剂使用，为了方便运输与使用，也可将冻胶状MCC用微波干燥法干燥，再用机械粉碎过100目筛，制得胶态MCC粉末来使用。

实施例5 食品用乳化稳定剂的制备

将羧甲基纤维素钠2.16g溶于500ml纯净水中，制得羧甲基纤维素钠的水溶液；将瓜尔豆胶0.19g溶于100ml纯净水中，制得瓜尔豆胶的水溶液；将黄原胶0.05g溶于100ml纯净水中，制得黄原胶的水溶液，用磁力搅拌将上述三种食品胶的水溶液，混合均匀。

取实施例2制得的超细MCC9.6g，分散到288ml纯净水中，用高速剪切乳化机均质处理10min后，与上述食品胶混合液混合，用磁力搅拌至乳液均相，得到1kg固含量1.2％的均匀的胶态MCC乳液。

用brookfield粘度计测得溶液粘度为50.8cp(61^#转子，60rpm)。

上述胶态MCC可以直接作为食品用乳化剂使用，为了方便运输与使用，也可将乳液用喷雾干燥法干燥，得到胶态MCC粉末来使用。

喷雾干燥的条件为：进口温度135-145℃，出口温度80-81℃。

实施例6 食品用乳化稳定剂的制备

将羧甲基纤维素钠8g溶于600ml纯净水中，得到羧甲基纤维素钠水溶液。

取实施例3制得的超细MCC 42g，分散到342ml纯净水中，用胶体磨均质处理10min后，与羧甲基纤维素钠水溶液混合后，进一步均质10min，得到1kg固含量为5％的均匀的胶体MCC乳液。

将乳液稀释至浓度为1.2％时，用brookfield粘度计测得溶液粘度为55.6cp(61#转子，60rpm)。

上述胶态MCC可以直接作为食品用乳化剂使用，为了方便运输与使用，也可将其在50℃真空干燥后，用万能粉碎机粉碎后过100目筛，制得胶态MCC粉末来使用。

实施例7 食品用乳化稳定剂的制备

将羧甲基纤维素钠6g溶于500ml纯净水中制得羧甲基纤维素钠水溶液；将卡拉胶2g溶于300ml热水中(70℃)制得卡拉胶水溶液，用磁力搅拌将上述两种食品胶的水溶液，混合均匀。

取实施例3制得的超细MCC 16g，分散到176ml纯净水中，用高速剪切乳化机均质处理10min后，与上述食品胶混合液混合，用磁力搅拌至乳液均相，得到1kg固含量为2.4％的均匀的胶体MCC乳液。

将乳液稀释至浓度为1.2％时，用brookfield粘度计测得溶液粘度为60.5cp(61#转子，60rpm)。

上述胶态MCC可以直接作为食品用乳化剂使用，为了方便运输与使用，也可将其微波干燥后，机械粉碎后过100目筛，制得胶态MCC粉末来使用。

实验例1 本发明的乳化稳定剂在花生奶中应用的效果实验

分别将实施例4、5、6、7所述乳化稳定剂2g、砂糖70g与纯净水883ml混合，搅拌，使乳化稳定剂充分溶解和分散后，再与花生酱30g、脱脂奶粉12g、酪蛋白酸钠1.5g、单甘酯1g、甜味剂0.1g、香精香料0.6g混合、搅拌，得到花生奶混合料。将上述花生奶混合料分别在参数为70℃、20bar及70℃、40bar的条件下经二次均质处理后，再进行137℃/5秒UHT的热处理，再进行无菌灌装得到瓶装花生奶。以FMC公司的乳化稳定剂XP3441为对照品，按照上述过程进行处理，观察添加本发明实施例4、5、6、7及XP3441的乳化稳定剂的花生奶的稳定性、沉淀、脂肪上浮等状态，一周后测试沉淀量。结果如下表1所示。

表1 不同乳化稳定剂在花生奶中应用的效果：

 

花生奶类型	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	XP3441
						粘度(cp)	4.32	3.52	3.86	4.55	2.79
沉淀率(％)	23.7	20.5	12.6	0	25.7
						脂肪上浮情况	轻微	轻微	轻微	轻微	轻微

由表1可见，用本发明实验例所述方法得到的花生奶稳定性等状态的观察结果与XP3441相似，但花生奶粘度及沉淀率优于FMC的XP3441；其中用实施例7所述方法得到的乳化稳定剂可使花生牛奶完全无沉淀。此外，用本发明所述工艺生产MCC乳化稳定剂的成本较低，可取代XP3441作为花生牛奶的乳化稳定剂，其成本低，乳化稳定效果好。

实验例2 本发明的乳化稳定剂在咖啡奶中应用的效果实验

称取速溶咖啡1.5g，溶解在20g纯净水中。分别称取硬脂酸单甘油酯和蔗糖酯各0.2g和0.03g，将两种酯加入到25g鲜牛奶中。把咖啡溶液和含有食用酯的牛奶用微波炉加热到90℃，之后将两种溶液混合，并用高速乳化机乳化1min，转速为2000r/min，使油脂均匀地分散于咖啡牛奶中，得到溶液A。将实施例4、5、6、7、XP3441的乳化稳定剂0.15g分别溶解于50g纯净水中，得到溶液B、C、D、E、F。将溶液B、C、D、E、F分别与溶液A混合后，观察咖啡牛奶的状态与沉淀生成情况。结果如下表2所示。

表2 不同乳化稳定剂在咖啡牛奶中应用的效果：

 

咖啡牛奶类型	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	XP3441
						粘度(cp)	3.06	2.66	2.87	3.35	2.46

 

沉淀情况	无	无	无	无	无
						溶液状态	均相无分层	均相无分层	均相无分层	均相无分层	均相无分层

由表2可见，用本发明实验例所述方法得到的咖啡牛奶稳定性等状态的观察结果与XP3441相似，即咖啡牛奶放置一周后均相，无分层，无沉淀产生；用本发明提供方法得到的咖啡牛奶粘度略高于用XP3441得到的。此外，用本发明所述工艺生产MCC乳化稳定剂的成本较低，可取代XP3441作为咖啡牛奶的乳化稳定剂，其成本低，乳化稳定效果好。

Claims (12)

1、一种食品用乳化稳定剂，其特征在于，由小于10μm的超细微晶纤维素和食品胶复配而成。

2、如权利要求1所述的食品用乳化稳定剂，其特征在于，食品胶的重量为超细微晶纤维素的5％-150％。

3、如权利要求2所述的食品用乳化稳定剂，其特征在于，食品胶的重量为超细微晶纤维素的10％-40％。

4、如权利要求1-3任一所述的食品用乳化稳定剂，其特征在于，所述食品胶为水溶性高分子胶，水溶性高分子胶选自瓜尔豆胶、槐豆胶、他拉胶、阿拉伯胶、果胶、魔芋胶、芦荟多糖、明胶、酪蛋白、乳清蛋白、鱼胶、蛋清粉、甲壳素、壳聚糖衍生物、黄原胶、结冷胶、普鲁兰糖、葡聚糖、酵母多糖、琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、海藻酸丙二醇酯、红藻胶、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

5、如权利要求4所述的食品用乳化稳定剂，其特征在于，所述水溶性高分子胶选自有协同效应的二元或三元胶体体系进行复配，二元胶体体系为卡拉胶/魔芋胶、卡拉胶/槐豆胶、卡拉胶/黄原胶、槐豆胶/黄原胶、黄原胶/瓜尔豆胶、海藻酸钠/壳聚糖，三元胶体体系为黄原胶/瓜尔豆胶/槐豆胶、瓜尔豆胶/魔芋胶/卡拉胶、羧甲基纤维素钠/海藻酸钠/黄原胶。

6、权利要求1-5任一所述食品用乳化稳定剂的制备方法，其特征在于，其是对微晶纤维素进行降解和超细处理，制成粒径小于10μm的超细微晶纤维素后，与食品胶混合、均质。

7、如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，超细微晶纤维素混合前在水溶液体系中进行均质化处理；食品胶的各组分在混合前配制成水溶液，再混合，进行均质化处理。

8、如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述降解和超细处理是通过辐照降解和机械粉碎两个步骤进行的。

9、如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述降解和超细处理还通过进一步机械粉碎或化学降解来进行。

10、如权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述辐照降解采用⁶⁰Co-γ射线或电子束辐照，辐照剂量的范围为1-50kGy；所述机械粉碎采用球磨、胶体磨或气流粉碎的方式进行；所述化学降解是将微晶纤维素分散在敏化剂的水溶液中，在25℃-100℃下，反应1h-72h。

11、如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，在辐照降解过程中通过加入敏化剂来促进微晶纤维素的降解；所述机械粉碎采用气流粉碎的方式进行；所述化学降解是将微晶纤维素分散在敏化剂的水溶液中，在60℃-90℃下，反应6h-24h。

12、如权利要求10或11所述的制备方法，其特征在于，辐照降解和化学降解中用到的敏化剂均为强氧化剂、强酸或强碱；

所述强氧化剂为过氧化氢、过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸钾；

所述强酸为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、柠檬酸或乳酸；

所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。