L'ester d'acide gras de polyglycérol est un émulsifiant non ionique vert, sûr et multifonctionnel, dont l'utilisation en tant qu'additif alimentaire a été approuvée par l'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture et l'Organisation mondiale de la santé (FAO/OMS), ainsi que par l'Union européenne, les États-Unis, le Japon et la Chine.

Les esters d'acide gras de polyglycérol sont produits par la réaction des acides gras et de leurs dérivés avec le polyglycérol. Les matières premières proviennent de ressources naturelles renouvelables et peuvent être entièrement biodégradables. Grâce à ses excellentes propriétés d'émulsification, de moussage, de régulation de la cristallisation et bactériostatiques, il est largement utilisé dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique, qui sont directement liées à la santé nationale, ainsi que dans d'autres domaines industriels.

La structure chimique et les propriétés physicochimiques des esters d'acide gras de polyglycérol sont liées au degré de polymérisation du polyglycérol, au type d'acide gras et au degré d'estérification, parmi lesquels : le degré de polymérisation du polyglycérol est généralement de 2 à 10 ; la longueur de la chaîne de carbone de l'acide gras est généralement de 6 à 18, et la chaîne de carbone peut être saturée ou insaturée, et peut également être une chaîne droite ou une chaîne ramifiée ; en outre, le degré d'estérification de l'hydroxyle peut être mono-, di-, et polyesters, etc, ce qui permet d'obtenir une série de propriétés structurellement diverses et différentes. En outre, le degré d'estérification des groupes hydroxyle peut être mono-, di- et polyesters, etc., ce qui permet d'obtenir une série d'émulsifiants à base d'esters d'acides gras polyglycérols ayant des structures et des propriétés variées pour répondre aux besoins de diverses applications.

Propriétés des esters d'acides gras de polyglycérols

1.Sécurité

En 1978, le Comité mixte d'experts sur les additifs alimentaires de l'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture et de l'Organisation mondiale de la santé (JECFA) a fixé une dose journalière admissible (DJA) de 25 mg/(kg de masse corporelle) pour les esters d'acide gras de polyglycérol.

En 2017, la sécurité des esters d'acide gras de polyglycérol en tant qu'additifs alimentaires a été réévaluée par le groupe d'experts sur les additifs alimentaires de l'Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA).

Les esters d'acide gras de polyglycérol sont presque entièrement hydrolysés en polyglycérol et en acides gras dans le tractus gastro-intestinal, et aucune réaction indésirable au polyglycérol et aux acides gras n'a été observée dans les études disponibles.

Les esters d'acide gras de polyglycérol n'ont pas non plus présenté d'effets secondaires dans les études de toxicité subchronique ou chronique à court terme, les doses les plus élevées testées étant respectivement de 9000 mg/(kg de masse corporelle) et de 2500 mg/(kg de masse corporelle).

Sur la base des résultats des études disponibles, aucune génotoxicité ou toxicité pour la reproduction n'a été constatée pour les esters d'acide gras de polyglycérol. Par conséquent, le groupe scientifique a estimé que les esters d'acide gras de polyglycérol en tant qu'additifs alimentaires ne posaient pas de problèmes de sécurité au niveau et dans la gamme d'utilisation actuels et qu'il n'était pas nécessaire de spécifier des valeurs DJA.

2. Propriétés de l'interface de surface

Les résidus d'acide gras dans la structure moléculaire des esters d'acide gras de polyglycérol sont partiellement utilisés comme groupes lipophiles, et les groupes hydroxyles libres sur le squelette de polyglycérol sont utilisés comme groupes hydrophiles, qui ont une excellente activité de surface, et peuvent réduire de manière significative la tension de surface de la solution aqueuse ainsi que la tension interfaciale entre l'huile et l'eau, générant ainsi les propriétés d'émulsification, de moussage et de décontamination.

2.3 L'émulsification

La propriété émulsifiante de l'ester d'acide gras de polyglycérol est liée à son équilibre hydrophile-lipophile (valeur HLB). En fonction du degré de polymérisation du polyglycérol, de la longueur de la chaîne carbonée de l'acide gras et du degré d'estérification, sa valeur HLB peut être de 2～16, il peut être utilisé comme émulsifiant hydrophile, mais aussi comme émulsifiant lipophile.

2.4 Inhibition des bactéries

Outre d'excellentes propriétés émulsifiantes, les esters d'acide gras de polyglycérol ont également un fort effet bactériostatique, ce qui permet d'inhiber efficacement la croissance des bactéries, des levures et d'autres champignons.

Application des esters d'acide gras de polyglycérol

1. Encapsulation et distribution de composants fonctionnels

Les esters d'acide gras polyglycérols ont des structures diverses et, en raison des différents degrés de polymérisation du glycérol, de la longueur de la chaîne carbonée de l'acide gras et de l'estérification, ils ont des propriétés différentes, avec une large gamme de variations de la valeur HLB, et peuvent être utilisés comme émulsifiants de type H/E et H/E, et peuvent également former des émulsions multiples.

Ils ont donc de vastes perspectives d'application dans l'encapsulation et l'administration de médicaments ainsi que d'ingrédients fonctionnels dans l'alimentation et les cosmétiques. L'ester d'acide gras de polyglycérol comme émulsifiant, l'ester de glycérol à trois acides gras à chaîne de carbone moyenne comme phase huileuse, sous condition d'éthanol, de 1-propanol et d'autres alcools à chaîne courte comme co-surfactant, peut former une micro-émulsion stable, qui peut être utilisée pour l'encapsulation et l'administration de médicaments protéiques tels que l'insuline.

2. régulation de la cristallisation des lipides

Les graisses et les huiles ont un phénomène polycristallin homogène, c'est-à-dire qu'il existe une variété de types polycristallins homogènes, différents corps polycristallins homogènes ont des propriétés différentes, le corps polycristallin homogène approprié est très important pour le traitement des graisses et des huiles. Les esters d'acide gras de polyglycérol sont riches en structure, et différents esters d'acide gras de polyglycérol ont des effets différents sur la cristallisation des graisses et des huiles. Sakamoto et al. ont étudié l'effet du déca-béhénate de décaglycérol (valeur HLB de 2,3) et de l'hepta-béhénate de décaglycérol (valeur HLB de 4.3) sur la cristallisation de l'huile de palme, et les résultats ont montré que les cristaux d'huile de palme des huiles de palme avec l'ajout de 1% de béhénate de polyglycérol étaient plus petits et que le nombre de cristaux était plus grand que le nombre de cristaux dans les huiles sans ajout de béhénate de polyglycérol, qui étaient plus grands que ceux des huiles de palme avec béhénate de polyglycérol. Les résultats ont montré que les cristaux d'huile de palme avec le béhénate de polyglycérol 1% étaient plus petits et que le nombre de cristaux était plus important que le nombre de cristaux de l'huile de palme sans ester d'acide gras de polyglycérol, ce qui indique que le béhénate de polyglycérol peut favoriser la formation de noyaux de cristaux d'huile de palme, mais inhiber la croissance des cristaux.

3. Conditionneur et assouplissant pour boulangerie

Garti et al. ont constaté que les esters d'acide gras de polyglycérol peuvent augmenter le volume du pain, et que l'ajout de laurate de polyglycérol augmente le volume du pain plus que le stéarate de polyglycérol et l'oléate de polyglycérol.

Miyamoto et al. ont étudié l'effet de six esters décamériques d'acide monofatty de polyglycérol avec différentes longueurs de chaîne de carbone sur les propriétés de la pâte et la cuisson. L'ajout d'esters d'acide monofatty de décaglycérol a augmenté de manière significative la capacité de rétention de gaz de la pâte levée et le volume du pain par rapport aux monoglycérides d'acide gras, mais cet effet s'est affaibli avec l'augmentation de la longueur de la chaîne de carbone. L'observation microscopique des pâtes fermentées a révélé que la matrice de gluten s'épaississait avec l'ajout d'esters d'acide gras de monoglycérides de décaglycérol et que la plupart des granules d'amidon étaient bien recouverts par la matrice de gluten. Les résultats suggèrent que l'ester de monoglycéride d'acide gras de décaglycérol peut être utilisé comme conditionneur de pâte pour favoriser la formation de gluten et comme adoucisseur pour empêcher le pain de devenir ferme.

4. moussage et stabilisation de la mousse

La génération et la stabilisation de la mousse sont des questions importantes dans l'industrie alimentaire. Dans de nombreux produits, tels que les crèmes glacées, le pain et les gâteaux, la génération de bulles permet d'obtenir la texture et la densité souhaitées. Les esters d'acide gras de polyglycérol possèdent d'excellentes propriétés moussantes et stabilisantes que l'on trouve rarement dans d'autres émulsifiants alimentaires, et peuvent produire une organisation de bulles unique qui assure une bonne aération pendant la transformation des aliments. Par exemple, lorsqu'ils sont utilisés dans les produits de boulangerie à base de levure, ils peuvent augmenter efficacement la surface de cuisson, améliorant ainsi la qualité des produits de boulangerie. Les esters d'acide gras de polyglycérol composés de monoglycérides d'acide gras présentent une excellente stabilité de la mousse et ont de vastes perspectives d'application dans l'industrie alimentaire, en particulier dans les produits de boulangerie.

Résumé et perspectives

Les esters d'acide gras de polyglycérol sont d'origine naturelle, ont une bonne biodégradabilité, une sécurité élevée et présentent les avantages de la variété, de la multifonctionnalité et des propriétés ajustables, ce qui peut répondre aux besoins d'une variété d'applications, avec un large éventail d'applications, et sont conformes à la tendance de développement des émulsifiants alimentaires verts, sûrs et fonctionnalisés, et ont un large champ d'application.

À l'heure actuelle, la production industrielle de l'ester d'acide gras du polyglycérol adopte principalement le processus de synthèse chimique traditionnel avec un alcali inorganique comme catalyseur, qui présente les inconvénients d'une consommation d'énergie élevée, d'une forte pollution, d'une qualité de produit médiocre, etc. et ne peut plus répondre aux exigences du développement durable. Le processus de synthèse verte basé sur des catalyseurs solides, des liquides ioniques et des lipases en est encore au stade de la recherche en laboratoire, et les principaux problèmes techniques liés à l'industrialisation n'ont pas encore été résolus.

La structure des esters d'acide gras de polyglycérol est riche en variations, et la recherche sur leur relation structurelle et l'application des propriétés de base n'est pas suffisamment approfondie et complète. Les théories de base liées aux propriétés et aux applications des esters d'acide gras de polyglycérol ne sont pas suffisamment claires, comme le mécanisme de stabilisation de l'émulsion, le mécanisme de stabilisation de la mousse, le mécanisme bactériostatique et son mécanisme d'interaction avec l'amidon, les protéines et d'autres composants alimentaires doivent être étudiés de manière plus approfondie, afin de fournir un soutien théorique à l'application des esters d'acide gras de polyglycérol dans les domaines de l'alimentation, de la cosmétique, de la médecine et d'autres domaines.