Polyglycerolfedtsyreester er en grøn, sikker og multifunktionel ikke-ionisk emulgator, som er blevet godkendt af FN's Fødevare- og Landbrugsorganisation og Verdenssundhedsorganisationen (FAO/WHO) samt af EU, USA, Japan og Kina til brug som fødevaretilsætningsstof.

Polyglycerolfedtsyreestere produceres ved reaktion af fedtsyrer og deres derivater med polyglycerol, råmaterialerne kommer fra naturlige vedvarende ressourcer og kan være fuldstændig biologisk nedbrydelige. På grund af dets fremragende emulgering, skumdannelse, krystalliseringsregulering og bakteriostatiske egenskaber anvendes det i vid udstrækning i fødevare-, lægemiddel- og kosmetikindustrien, som er direkte relateret til den nationale sundhed, samt andre industrielle områder.

Den kemiske struktur og de fysisk-kemiske egenskaber af polyglycerolfedtsyreestere er relateret til polymerisationsgraden af polyglycerol, fedtsyretype og forestringsgrad, blandt hvilke: polymerisationsgraden af polyglycerol er generelt 2-10; kulstofkædelængden af fedtsyre er generelt 6-18, og kulstofkæden kan være mættet eller umættet og kan også være en lige kæde eller med en forgrenet kæde; derudover kan graden af hydroxylforstærkning være mono-, di- og polyestere osv, således at der kan opnås en række strukturelt forskelligartede, forskellige egenskaber. Derudover kan graden af forestring af hydroxylgrupper være mono-, di- og polyestere osv., hvilket kan føre til en række polyglycerolfedtsyreestere emulgatorer med forskellige strukturer og egenskaber for at imødekomme behovene i forskellige applikationer.

Egenskaber ved polyglycerolfedtsyreestere

1. Sikkerhed

I 1978 fastsatte Joint Expert Committee on Food Additives of the Food and Agriculture Organization of the United Nations and the World Health Organization (JECFA) et acceptabelt dagligt indtag (ADI) for polyglycerolfedtsyreestere på 25 mg/(kg kropsmasse).

I 2017 blev sikkerheden ved polyglycerolfedtsyreestere som fødevaretilsætningsstoffer revurderet af Den Europæiske Fødevaresikkerhedsautoritets (EFSA) panel for fødevaretilsætningsstoffer.

Polyglycerolfedtsyreestere hydrolyseres næsten fuldstændigt til polyglycerol og fedtsyrer i mave-tarmkanalen, og der blev ikke observeret nogen bivirkninger af polyglycerol og fedtsyrer i de tilgængelige undersøgelser.

Polyglycerolfedtsyreestere viste sig heller ikke at have bivirkninger i kortvarige subkroniske eller kroniske toksicitetsundersøgelser, hvor de højeste testede doser var henholdsvis 9000 mg/(kg kropsmasse) og 2500 mg/(kg kropsmasse).

Baseret på resultaterne af de tilgængelige undersøgelser blev der ikke fundet genotoksicitet eller reproduktionstoksicitet for polyglycerolfedtsyreestere. Derfor mente panelet, at polyglycerolfedtsyreestere som fødevaretilsætningsstoffer ikke udgjorde et sikkerhedsproblem på det nuværende niveau og i det nuværende anvendelsesområde, og at der ikke var behov for at specificere ADI-værdier.

2. Egenskaber for overfladegrænseflader

Fedtsyreresterne i den molekylære struktur af polyglycerolfedtsyreestere bruges delvist som lipofile grupper, og de frie hydroxylgrupper på polyglycerolskelettet bruges som hydrofile grupper, som har fremragende overfladeaktivitet og kan reducere overfladespændingen i den vandige opløsning betydeligt såvel som grænsefladespændingen mellem olie og vand og dermed skabe egenskaber som emulgering, skumdannelse og dekontaminering.

2.3 Emulgering

Den emulgerende egenskab af polyglycerolfedtsyreester er relateret til dens hydrofile lipofile balance (HLB-værdi), i henhold til polymerisationsgraden af polyglycerol, længden af fedtsyrekulstofkæden og forestringsgraden, dens HLB-værdi kan være 2 ～ 16, den kan bruges som en hydrofil emulgator, kan også bruges som en lipofil emulgator.

2.4 Hæmning af bakterier

Ud over fremragende emulgerende egenskaber har polyglycerolfedtsyreestere også en stærk bakteriostatisk effekt, der effektivt kan hæmme væksten af bakterier, gær og andre svampe.

Anvendelse af polyglycerolfedtsyreestere

1. Indkapsling og levering af funktionelle komponenter

Polyglycerolfedtsyreestere har forskellige strukturer, og på grund af de forskellige grader af glycerolpolymerisation, fedtsyrecarbonkædelængde og forestring har de forskellige egenskaber med en bred vifte af ændringer i HLB-værdi og kan bruges som både O/W-type emulgatorer og W/O-type emulgatorer og kan også danne flere emulsioner.

Derfor har de et bredt anvendelsesperspektiv inden for indkapsling og levering af lægemidler samt funktionelle ingredienser i fødevarer og kosmetik. Polyglycerolfedtsyreester som emulgator, medium kulstofkæde tre fedtsyreglycerolester som oliefase, under betingelse af ethanol, 1-propanol og andre kortkædede alkoholer som co-overfladeaktivt middel, kan det danne stabil mikroemulsion, som kan bruges til indkapsling og levering af proteinlægemidler såsom insulin.

2. regulering af lipidkrystallisering

Fedtstoffer og olier har homogent polykrystallinsk fænomen, det vil sige, at der er en række homogene polykrystallinske typer, forskellige homogene polykrystallinske legemer har forskellige egenskaber, det passende homogene polykrystallinske legeme er meget vigtigt for behandlingen af fedtstoffer og olier. Polyglycerolfedtsyreestere er rige på struktur, og forskellige polyglycerolfedtsyreestere har forskellige effekter på krystalliseringen af fedtstoffer og olier. Sakamoto et al. undersøgte effekten af decaglycerol deca-behenat (HLB-værdi 2,3) og decaglycerol hepta-behenat (HLB-værdi 4.3) på krystalliseringen af palmeolie, og resultaterne viste, at palmeoliekrystallerne i palmeolierne med tilsætning af 1% polyglycerolbehenat var mindre, og antallet af krystaller var større end antallet af krystaller i olierne uden tilsætning af polyglycerolbehenat, som var større end dem i palmeolierne med polyglycerolbehenat. Resultaterne viste, at palmeoliekrystallerne med 1% polyglycerolbehenat var mindre, og antallet af krystaller var større end antallet af krystaller i palmeolie uden polyglycerolfedtsyreester, hvilket indikerede, at polyglycerolbehenat kunne fremme dannelsen af palmeoliekrystalkerner, men hæmme væksten af krystaller.

3. Balsam og blødgøringsmiddel til brødbagning

Polyglycerolfedtsyreestere bruges som dejbalsam og brødblødgørere i brødfremstillingsprocessen, hvilket kan gøre brødet luftigt og blødt. Garti et al. fandt, at polyglycerolfedtsyreestere kan øge brødets volumen, og tilsætningen af polyglycerollaurat øgede brødets volumen mere end polyglycerolstearat og polyglyceroleat.

Miyamoto et al. undersøgte effekten af seks decameriske polyglycerolmonofedtsyreestere med forskellige kulstofkædelængder på dejegenskaber og bagning. Tilsætning af decaglycerolmonofedtsyreestere øgede den syrnede dejs gasretentionskapacitet og brødets volumen betydeligt sammenlignet med fedtsyremonoglycerider, men denne effekt blev svækket med stigende kulstofkædelængde. Mikroskopisk observation af de fermenterede deje afslørede, at glutenmatrixen blev tykkere ved tilsætning af decaglycerolmonoglycerid-fedtsyreestere, og at de fleste stivelseskorn var godt dækket af glutenmatrixen. Resultaterne tyder på, at decaglycerolmonofedtsyreester kan bruges som dejbalsam for at fremme glutendannelsen og som blødgøringsmiddel for at forhindre, at brødet bliver fast.

4. skumdannelse og skumstabilisering

Skumdannelse og -stabilisering er vigtige emner i fødevareindustrien. I mange produkter, som f.eks. is, brød og kager, kan dannelsen af bobler give den ønskede tekstur og tæthed. Polyglycerolfedtsyreestere har fremragende skum- og stabiliseringsegenskaber, som sjældent findes i andre fødevareemulgatorer, og kan producere en unik bobleorganisation, der giver god beluftning under fødevareforarbejdning. Når det f.eks. bruges i bageriprodukter med gærstarter, kan det effektivt øge bageområdet og dermed effektivt forbedre kvaliteten af bageriprodukter. Polyglycerolfedtsyreestere blandet med fedtsyremonoglycerider har fremragende skumdannelse og skumstabilitet og har brede anvendelsesmuligheder i fødevareindustrien, især i bageriprodukter.

Resumé og fremtidsudsigter

Polyglycerolfedtsyreestere er af naturlig oprindelse, god bionedbrydelighed, høj sikkerhed og har fordelene ved variation, multifunktionalitet og justerbare egenskaber, som kan imødekomme behovene i en række forskellige applikationer med en bred vifte af applikationer og er i tråd med udviklingstendensen for fødevareemulgatorer, der er grønne, sikre og funktionaliserede, og har et bredt anvendelsesperspektiv.

På nuværende tidspunkt anvender den industrielle produktion af polyglycerolfedtsyreester hovedsageligt den traditionelle kemiske synteseproces med uorganisk alkali som katalysator, hvilket har manglerne ved højt energiforbrug, høj forurening, dårlig produktkvalitet osv. og ikke længere kan opfylde kravene til bæredygtig udvikling. Den grønne synteseproces baseret på faste katalysatorer, ioniske væsker og lipaser er stadig i laboratorieforskningsfasen, og de vigtigste tekniske problemer i forbindelse med industrialisering er endnu ikke løst.

Strukturen af polyglycerolfedtsyreestere er rig på variationer, og forskningen i deres strukturelle forhold og anvendelse af grundlæggende egenskaber er ikke dyb nok og omfattende. De grundlæggende teorier relateret til egenskaber og anvendelser af polyglycerolfedtsyreestere er ikke klare nok, såsom emulsionsstabiliseringsmekanisme, skumstabiliseringsmekanisme, bakteriostatisk mekanisme og dens interaktionsmekanisme med stivelse, protein og andre fødevarekomponenter skal undersøges yderligere i dybden for at give teoretisk støtte til anvendelsen af polyglycerolfedtsyreestere inden for fødevarer, kosmetik, medicin og andre områder.