Полиглицериновый эфир жирных кислот - это экологичный, безопасный и многофункциональный неионный эмульгатор, который был одобрен Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций и Всемирной организацией здравоохранения (ФАО/ВОЗ), а также Европейским союзом, США, Японией и Китаем для использования в качестве пищевой добавки.

Полиглицериновые эфиры жирных кислот производятся путем реакции жирных кислот и их производных с полиглицерином, сырье поступает из природных возобновляемых ресурсов и может быть полностью биоразлагаемым. Благодаря своим отличным свойствам эмульгирования, пенообразования, регулирования кристаллизации и бактериостатическим свойствам, он широко используется в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности, которая напрямую связана со здоровьем нации, а также в других промышленных областях.

Химическая структура и физико-химические свойства полиглицериновых эфиров жирных кислот зависят от степени полимеризации полиглицерина, типа жирной кислоты и степени этерификации, среди которых: степень полимеризации полиглицерина обычно составляет 2-10; длина углеродной цепи жирной кислоты обычно составляет 6-18, причем углеродная цепь может быть насыщенной или ненасыщенной, а также может быть прямой или разветвленной; кроме того, степень гидроксильной этерификации может быть моно-, ди-, полиэфирной и т. д., таким образом, может быть получен ряд структурно разнообразных, отличающихся друг от друга свойств. Кроме того, степень этерификации гидроксильных групп может быть моно-, ди- и полиэфирной и т.д., что может привести к созданию серии полиглицериновых эмульгаторов эфиров жирных кислот с различными структурами и свойствами для удовлетворения потребностей различных областей применения.

Свойства полиглицериновых эфиров жирных кислот

1.Безопасность

В 1978 году Объединенный комитет экспертов по пищевым добавкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций и Всемирной организации здравоохранения (JECFA) установил приемлемую суточную норму (ADI) для эфиров полиглицериновых жирных кислот в размере 25 мг/(кг массы тела).

В 2017 году Европейское управление по безопасности пищевых продуктов (EFSA) провело повторную оценку безопасности полиглицериновых эфиров жирных кислот в качестве пищевых добавок.

Эфиры жирных кислот полиглицерина практически полностью гидролизуются до полиглицерина и жирных кислот в желудочно-кишечном тракте, и в имеющихся исследованиях не было отмечено никаких побочных реакций на полиглицерин и жирные кислоты.

Эфиры жирных кислот полиглицерина также не оказывали побочного действия в краткосрочных субхронических и хронических исследованиях токсичности, при этом самые высокие испытанные дозы составляли 9000 мг/(кг массы тела) и 2500 мг/(кг массы тела), соответственно.

По результатам имеющихся исследований генотоксичность и репродуктивная токсичность эфиров полиглицериновых жирных кислот не обнаружены. Поэтому Группа сочла, что эфиры полиглицериновых жирных кислот в качестве пищевых добавок не создают проблем с безопасностью при нынешнем уровне и диапазоне использования и что нет необходимости указывать значения ADI.

2. Свойства поверхностного интерфейса

Остатки жирных кислот в молекулярной структуре полиглицериновых эфиров жирных кислот частично используются в качестве липофильных групп, а свободные гидроксильные группы на полиглицериновом скелете - в качестве гидрофильных групп, которые обладают превосходной поверхностной активностью и могут значительно снижать поверхностное натяжение водного раствора, а также межфазное натяжение между маслом и водой, тем самым создавая свойства эмульгирования, пенообразования и обеззараживания.

2.3 Эмульгирование

Эмульгирующее свойство полиглицеринового эфира жирной кислоты связано с его гидрофильно-липофильным балансом (HLB), в зависимости от степени полимеризации полиглицерина, длины углеродной цепи жирной кислоты и степени этерификации, его HLB значение может быть 2～16, он может быть использован в качестве гидрофильного эмульгатора, а также может быть использован в качестве липофильного эмульгатора.

2.4 Ингибирование бактерий

Помимо отличных эмульгирующих свойств, полиглицериновые эфиры жирных кислот также обладают сильным бактериостатическим действием, могут эффективно подавлять рост бактерий, дрожжей и других грибков.

Применение полиглицериновых эфиров жирных кислот

1. Инкапсуляция и доставка функциональных компонентов

Полиглицериновые эфиры жирных кислот имеют разнообразную структуру, а благодаря различным степеням полимеризации глицерина, длине углеродной цепи жирной кислоты и этерификации, они обладают различными свойствами, с широким диапазоном изменения значения HLB, и могут использоваться как в качестве эмульгаторов типа O/W, так и в качестве эмульгаторов типа W/O, а также могут образовывать многократные эмульсии.

Поэтому они имеют широкие перспективы применения в инкапсуляции и доставке лекарств, а также функциональных ингредиентов в пищевых продуктах и косметике. Полиглицериновый эфир жирной кислоты в качестве эмульгатора, глицериновый эфир со средней углеродной цепью и тремя жирными кислотами в качестве масляной фазы, при условии использования этанола, 1-пропанола и других короткоцепочечных спиртов в качестве вспомогательного вещества, может образовывать стабильную микроэмульсию, которая может быть использована для инкапсуляции и доставки белковых препаратов, таких как инсулин.

2.Регуляция кристаллизации липидов

Жиры и масла имеют однородный поликристаллический феномен, то есть существуют различные однородные поликристаллические типы, различные однородные поликристаллические тела имеют различные свойства, соответствующие однородные поликристаллические тела очень важны для переработки жиров и масел. Полиглицериновые эфиры жирных кислот имеют богатую структуру, и различные полиглицериновые эфиры жирных кислот оказывают различное влияние на кристаллизацию жиров и масел.Сакамото и др. изучали влияние декаглицерина дека-бехената (значение HLB 2,3) и декаглицерина гепта-бехената (значение HLB 4.3) на кристаллизацию пальмового масла, и результаты показали, что кристаллы пальмового масла с добавлением 1% полиглицерилбехената были меньше, а количество кристаллов было больше, чем количество кристаллов в маслах без добавления полиглицерилбехената, которые были больше, чем кристаллы пальмового масла с полиглицерилбехенатом. Результаты показали, что кристаллы пальмового масла с полиглицерилбехенатом 1% были меньше, а количество кристаллов было больше, чем количество кристаллов пальмового масла без полиглицерилэфира жирных кислот, что указывает на то, что полиглицерилбехенат может способствовать образованию кристаллических ядер пальмового масла, но ингибировать рост кристаллов.

3. Кондиционер и смягчитель для выпечки хлеба

Полиглицериновые эфиры жирных кислот используются в качестве кондиционеров теста и смягчителей хлеба в процессе его приготовления, что позволяет сделать хлеб пушистым и мягким. Garti et al. обнаружили, что полиглицериновые эфиры жирных кислот могут увеличить объем хлеба, а добавление полиглицеринового лаурата увеличивает объем хлеба больше, чем полиглицериновый стеарат и полиглицериновый олеат.

Миямото и др. исследовали влияние шести декамерных полиглицериновых эфиров моножирных кислот с различной длиной углеродной цепи на свойства теста и выпечку. Добавление эфиров моножирных кислот декаглицерина значительно увеличило газоудерживающую способность квасного теста и объем хлеба по сравнению с моноглицеридами жирных кислот, но этот эффект ослабевал с увеличением длины углеродной цепи. Микроскопическое наблюдение за ферментированным тестом показало, что при добавлении моноглицеридов жирных кислот с декаглицерином матрица клейковины уплотнилась, а большая часть крахмальных гранул была хорошо покрыта матрицей клейковины. Полученные результаты свидетельствуют о том, что эфир моножирных кислот декаглицерина может использоваться в качестве кондиционера для теста, способствующего образованию клейковины, и в качестве смягчителя, предотвращающего упругость хлеба.

4.Пенообразование и стабилизация пены

Образование и стабилизация пены - важные вопросы в пищевой промышленности. Во многих продуктах, таких как мороженое, хлеб и пирожные, образование пузырьков позволяет добиться желаемой текстуры и плотности. Полиглицериновые эфиры жирных кислот обладают превосходными пенообразующими и стабилизирующими свойствами, которые редко встречаются в других пищевых эмульгаторах, и могут создавать уникальную организацию пузырьков, обеспечивающую хорошую аэрацию при обработке продуктов. Например, при использовании в хлебобулочных изделиях дрожжевых заквасок они могут эффективно увеличить площадь выпечки, тем самым эффективно улучшая качество хлебобулочных изделий. Полиглицериновые эфиры жирных кислот, соединенные с моноглицеридами жирных кислот, обладают отличной пенообразующей способностью и стабильностью пены, и имеют широкие перспективы применения в пищевой промышленности, особенно в хлебобулочных изделиях.

Резюме и перспективы

Полиглицериновые эфиры жирных кислот имеют природное происхождение, хорошую биоразлагаемость, высокую безопасность, а также такие преимущества, как разнообразие, многофункциональность и регулируемые свойства, которые могут удовлетворить потребности различных областей применения, имеют широкий спектр применения, соответствуют тенденции развития пищевых эмульгаторов, которые являются экологически чистыми, безопасными и функциональными, и имеют широкие перспективы применения.

В настоящее время для промышленного производства полиглицеринового эфира жирных кислот в основном используется традиционный процесс химического синтеза с неорганической щелочью в качестве катализатора, который имеет такие недостатки, как высокое энергопотребление, высокое загрязнение окружающей среды, низкое качество продукции и т.д., и уже не может соответствовать требованиям устойчивого развития. Зеленый процесс синтеза на основе твердых катализаторов, ионных жидкостей и липаз все еще находится на стадии лабораторных исследований, и ключевые технические проблемы, связанные с индустриализацией, еще не решены.

Структура полиглицериновых эфиров жирных кислот богата вариациями, а исследования их структурных связей и применения основных свойств недостаточно глубоки и всеобъемлющи. Основные теории, связанные со свойствами и применением полиглицериновых эфиров жирных кислот, недостаточно ясны, например, механизм стабилизации эмульсии, механизм стабилизации пены, бактериостатический механизм и механизм взаимодействия с крахмалом, белком и другими компонентами пищи требуют дальнейшего глубокого исследования, чтобы обеспечить теоретическую поддержку применения полиглицериновых эфиров жирных кислот в пищевой, косметической, медицинской и других областях.