Polyglycerinfettsäureester ist ein umweltfreundlicher, sicherer und multifunktionaler nichtionischer Emulgator, der von der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen und der Weltgesundheitsorganisation (FAO/WHO) sowie von der Europäischen Union, den Vereinigten Staaten, Japan und China für die Verwendung als Lebensmittelzusatzstoff zugelassen wurde.

Polyglycerinfettsäureester werden durch die Reaktion von Fettsäuren und ihren Derivaten mit Polyglycerin hergestellt. Die Rohstoffe stammen aus natürlichen, erneuerbaren Ressourcen und können vollständig biologisch abbaubar sein. Aufgrund seiner ausgezeichneten emulgierenden, schäumenden, kristallisationsregulierenden und bakteriostatischen Eigenschaften findet er breite Anwendung in der Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie, die in direktem Zusammenhang mit der nationalen Gesundheit stehen, sowie in anderen industriellen Bereichen.

Die chemische Struktur und die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Polyglycerinfettsäureestern hängen mit dem Polymerisationsgrad von Polyglycerin, der Art der Fettsäure und dem Veresterungsgrad zusammen, wobei der Polymerisationsgrad von Polyglycerin im Allgemeinen 2-10 beträgt; die Länge der Kohlenstoffkette der Fettsäure beträgt im Allgemeinen 6-18, und die Kohlenstoffkette kann gesättigt oder ungesättigt sein und kann auch eine gerade Kette oder eine verzweigte Kette sein; außerdem kann der Grad der Hydroxylveresterung Mono-, Di- und Polyester usw. sein, so dass eine Reihe strukturell vielfältiger, unterschiedlicher Eigenschaften erzielt werden kann. Darüber hinaus kann der Grad der Veresterung der Hydroxylgruppen Mono-, Di- und Polyester usw. sein, so dass eine Reihe von Polyglycerinfettsäureester-Emulgatoren mit verschiedenen Strukturen und Eigenschaften erhalten werden können, die den Anforderungen verschiedener Anwendungen entsprechen.

Eigenschaften von Polyglycerinfettsäureestern

1.Sicherheit

Im Jahr 1978 legte der Gemeinsame Sachverständigenausschuss für Lebensmittelzusatzstoffe der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen und der Weltgesundheitsorganisation (JECFA) eine zulässige tägliche Aufnahmemenge (ADI) für Polyglycerinfettsäureester von 25 mg/(kg Körpergewicht) fest.

Im Jahr 2017 wurde die Sicherheit von Polyglycerinfettsäureestern als Lebensmittelzusatzstoffe vom Gremium für Lebensmittelzusatzstoffe der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) neu bewertet.

Polyglycerinfettsäureester werden im Magen-Darm-Trakt fast vollständig zu Polyglycerin und Fettsäuren hydrolysiert, und in den vorliegenden Studien wurden keine unerwünschten Reaktionen auf Polyglycerin und Fettsäuren beobachtet.

Polyglycerinfettsäureester zeigten auch in Studien zur kurzfristigen subchronischen oder chronischen Toxizität keine Nebenwirkungen, wobei die höchsten getesteten Dosen 9000 mg/(kg Körpergewicht) bzw. 2500 mg/(kg Körpergewicht) betrugen.

Auf der Grundlage der Ergebnisse der verfügbaren Studien wurde für Polyglycerinfettsäureester keine Genotoxizität oder Reproduktionstoxizität festgestellt. Daher vertrat das Gremium die Auffassung, dass Polyglycerinfettsäureester als Lebensmittelzusatzstoffe bei der derzeitigen Verwendungsmenge und dem derzeitigen Verwendungsspektrum keine Sicherheitsprobleme aufwerfen und dass es nicht erforderlich ist, ADI-Werte festzulegen.

2. Eigenschaften der Oberflächenschnittstelle

Die Fettsäurereste in der Molekularstruktur der Polyglycerinfettsäureester werden teilweise als lipophile Gruppen verwendet, und die freien Hydroxylgruppen am Polyglycerinskelett werden als hydrophile Gruppen verwendet, die eine ausgezeichnete Oberflächenaktivität aufweisen und die Oberflächenspannung der wässrigen Lösung sowie die Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser erheblich verringern können, wodurch die Eigenschaften Emulgieren, Schäumen und Dekontaminieren entstehen.

2.3 Emulgierung

Die emulgierende Eigenschaft von Polyglycerinfettsäureester hängt mit seinem hydrophilen lipophilen Gleichgewicht (HLB-Wert) zusammen; je nach Polymerisationsgrad von Polyglycerin, der Länge der Fettsäurekohlenstoffkette und dem Veresterungsgrad kann sein HLB-Wert 2～16 betragen, er kann als hydrophiler Emulgator und auch als lipophiler Emulgator verwendet werden.

2.4 Hemmung von Bakterien

Zusätzlich zu den ausgezeichneten Emulgiereigenschaften haben Polyglycerinfettsäureester auch eine starke bakteriostatische Wirkung und können das Wachstum von Bakterien, Hefe und anderen Pilzen wirksam hemmen.

Anwendung von Polyglycerinfettsäureestern

1. Verkapselung und Lieferung funktionaler Komponenten

Polyglycerinfettsäureester haben unterschiedliche Strukturen, und aufgrund des unterschiedlichen Grades der Glycerinpolymerisation, der Länge der Fettsäurekohlenstoffkette und der Veresterung haben sie unterschiedliche Eigenschaften mit einem breiten Spektrum an Veränderungen des HLB-Wertes und können sowohl als O/W-Emulgatoren als auch als W/O-Emulgatoren verwendet werden und auch Mehrfachemulsionen bilden.

Daher haben sie eine breite Anwendungsperspektive bei der Verkapselung und Verabreichung von Arzneimitteln sowie von funktionellen Inhaltsstoffen in Lebensmitteln und Kosmetika. Polyglycerinfettsäureester als Emulgator, Glycerinester mit mittlerer Kohlenstoffkette und drei Fettsäuren als Ölphase, unter der Bedingung, dass Ethanol, 1-Propanol und andere kurzkettige Alkohole als Co-Tenside verwendet werden, können stabile Mikroemulsionen bilden, die für die Verkapselung und Abgabe von Protein-Medikamenten wie Insulin verwendet werden können.

2. die Regulierung der Lipidkristallisation

Fette und Öle haben homogene polykristalline Phänomen, das heißt, es gibt eine Vielzahl von homogenen polykristallinen Typ, verschiedene homogene polykristalline Körper hat unterschiedliche Eigenschaften, die entsprechenden homogenen polykristallinen Körper ist sehr wichtig für die Verarbeitung von Fetten und Ölen. Polyglycerinfettsäureester sind reich an Struktur, und verschiedene Polyglycerinfettsäureester haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Kristallisation von Fetten und Ölen.Sakamoto et al. untersuchten die Auswirkungen von Decaglycerin Deca-Behenat (HLB-Wert 2,3) und Decaglycerin Hepta-Behenat (HLB-Wert 4.3) auf die Kristallisation von Palmöl, und die Ergebnisse zeigten, dass die Palmölkristalle der Palmöle mit dem Zusatz von 1% Polyglycerinbehenat kleiner waren und die Anzahl der Kristalle größer war als die Anzahl der Kristalle in den Ölen ohne den Zusatz von Polyglycerinbehenat, die größer waren als die der Palmöle mit Polyglycerinbehenat. Die Ergebnisse zeigten, dass die Palmölkristalle mit 1% Polyglycerinbehenat kleiner waren und die Anzahl der Kristalle größer war als die Anzahl der Kristalle von Palmöl ohne Polyglycerinfettsäureester, was darauf hindeutet, dass Polyglycerinbehenat die Bildung von Palmölkristallkernen fördern, aber das Wachstum der Kristalle hemmen kann.

3. Brotbackkonditionierer und Weichmacher

Garti et al. fanden heraus, dass Polyglycerinfettsäureester das Volumen von Brot erhöhen können, und dass der Zusatz von Polyglycerinlaurat das Volumen von Brot stärker erhöht als Polyglycerinstearat und Polyglycerinoleat.

Miyamoto et al. untersuchten die Wirkung von sechs dekameren Polyglycerinmonofettsäureestern mit unterschiedlichen Kohlenstoffkettenlängen auf Teigeigenschaften und Backverhalten. Die Zugabe von Dekaglycerinmonofettsäureestern erhöhte im Vergleich zu Fettsäuremonoglyceriden das Gashaltevermögen des Sauerteigs und das Volumen des Brotes deutlich, wobei sich dieser Effekt mit zunehmender Kohlenstoffkettenlänge abschwächte. Die mikroskopische Betrachtung der fermentierten Teige zeigte, dass sich die Glutenmatrix durch die Zugabe von Dekaglycerinmonoglycerid-Fettsäureestern verdickte und dass die meisten Stärkekörner gut von der Glutenmatrix bedeckt waren. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Dekaglycerinmonofettsäureester als Teigkonditionierer zur Förderung der Glutenbildung und als Weichmacher zur Verhinderung des Festwerdens von Brot verwendet werden können.

4. schäumen und Schaumstabilisierung

Schaumbildung und Stabilisierung sind wichtige Themen in der Lebensmittelindustrie. Bei vielen Produkten, wie z. B. Speiseeis, Brot und Kuchen, kann durch die Erzeugung von Blasen die gewünschte Textur und Dichte erreicht werden. Polyglycerinfettsäureester haben ausgezeichnete schaumbildende und stabilisierende Eigenschaften, die in anderen Lebensmittelemulgatoren nur selten zu finden sind, und können eine einzigartige Blasenorganisation erzeugen, die für eine gute Belüftung während der Lebensmittelverarbeitung sorgt. Wenn sie zum Beispiel in Hefestarter-Backwaren verwendet werden, können sie die Backfläche effektiv vergrößern und so die Qualität der Backwaren wirksam verbessern. Polyglycerinfettsäureester, die mit Fettsäuremonoglyceriden compoundiert sind, haben eine ausgezeichnete Schaumbildung und Schaumstabilität und bieten breite Anwendungsmöglichkeiten in der Lebensmittelindustrie, insbesondere in Backwaren.

Zusammenfassung und Ausblick

Polyglycerinfettsäureester sind natürlichen Ursprungs, biologisch gut abbaubar, hochsicher und haben die Vorteile der Vielseitigkeit, Multifunktionalität und einstellbaren Eigenschaften, die den Bedürfnissen einer Vielzahl von Anwendungen gerecht werden können, mit einer breiten Palette von Anwendungen, und stehen im Einklang mit dem Entwicklungstrend der Lebensmittel-Emulgatoren, die grün, sicher und funktionalisiert sind, und haben eine breite Anwendungsperspektive.

Derzeit wird für die industrielle Herstellung von Polyglycerinfettsäureester hauptsächlich das traditionelle chemische Syntheseverfahren mit anorganischem Alkali als Katalysator verwendet, das die Nachteile eines hohen Energieverbrauchs, einer starken Umweltverschmutzung und einer schlechten Produktqualität aufweist und den Anforderungen einer nachhaltigen Entwicklung nicht mehr gerecht wird. Das grüne Syntheseverfahren, das auf festen Katalysatoren, ionischen Flüssigkeiten und Lipasen basiert, befindet sich noch im Stadium der Laborforschung, und die wichtigsten technischen Probleme im Zusammenhang mit der industriellen Nutzung müssen noch gelöst werden.

Die Struktur von Polyglycerinfettsäureestern ist reich an Variationen, und die Forschung über ihre strukturelle Beziehung und die Anwendung der grundlegenden Eigenschaften ist nicht tief genug und umfassend. Die grundlegenden Theorien in Bezug auf die Eigenschaften und Anwendungen von Polyglycerinfettsäureestern sind nicht klar genug, wie z. B. der Mechanismus der Emulsionsstabilisierung, der Mechanismus der Schaumstabilisierung, der bakteriostatische Mechanismus und der Mechanismus der Wechselwirkung mit Stärke, Protein und anderen Lebensmittelbestandteilen müssen weiter eingehend untersucht werden, um die Anwendung von Polyglycerinfettsäureestern in den Bereichen Lebensmittel, Kosmetik, Medizin und anderen Bereichen theoretisch zu unterstützen.