第十章食品添加剂 第一节概述 食品添加剂( food additives)通常是人们为了改善食品质量和保持或提高 营养价值,在食品加工或贮藏过程中添加的少量天然或合成的物质,例如增强营 养,改善色、香、味或质地,方便加工,延长货架期,使消费者更容易接受。它 们具有某些特定的功能,既可以是单一成分,也可以是混合物。这些物质首先必 须是有益的和安全的,而且是受消费者欢迎的物质。各个国家对食品添加剂都有 严格的规定和限量,新研制的食品添加剂也必须经有关专家和部门的严格审查批 准后才能使用。如果采用经济、良好的制作方法和先进的加工工艺,能得到同样 或相似的效果,所以最好不使用食品添加剂 有关食品添加剂的定义,由于各国饮食习惯、加工方法、使用范围和种类的 差异,因此在定义上有所不同。 根据中华人民共和国《食品卫生法(试行)》规定,我国对于食品添加剂的 定义是指“为改善食品品质和色、香、味以及为防腐和加工工艺的需要而加入食 品中的化学合成或天然物质”。营养强化剂是指“为增强营养成分而加入食品中 的天然或人工合成的属于天然营养范围的食品添加剂”。 联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WH0)联合组成的食品法规委员会 (CAC)在集中各国意见的基础上曾于1983年规定:食品添加剂是指其本身通常 不以食用为目的,也不作为食品的主要原料物质,这种物质并不一定具有营养价 值。在食品的制造、加工、调制、处理、罐装、包装、运输和保藏过程中,由于 技术上(包括调味、着色和赋香等感官)的目的,有意识加入到食品中,同时直 接或间接地导致这些物质或其副产品成为食品的一部分,或者改善食品的性质。 它们不包括污染物或者为了保持、提高食品营养价值而加入食品中的物质 食品添加剂品种繁多,据不完全统计,目前世界上使用的食品添加剂达14000 种以上,其中直接使用的约4000种(不包括香料在内),间接使用的约为1000 种 各国对食品添加剂的分类方法差异很大,通常是按其在食品中的功能进行分 类的。其实,按使用功能划分类别也并非十分完美,因为不少添加剂具有多种功 能,例如抗坏血酸既是一种广泛使用的天然抗氧化剂,又是营养强化剂。因此, 只能考虑它主要使用的功能和习惯划分。 多数国家与地区将食品添加剂按其在食品加工、运输、贮藏等环节中的功能 分为以下6类:①防止食品腐败变质的添加剂有防腐剂、抗氧化剂和杀菌剂;② 改善食品感官性状的添加剂有鲜味剂、甜味剂、酸味剂、色素、香料、香精、发
1 1 第十章 食品添加剂 第一节 概 述 食品添加剂（food additives）通常是人们为了改善食品质量和保持或提高 营养价值，在食品加工或贮藏过程中添加的少量天然或合成的物质，例如增强营 养，改善色、香、味或质地，方便加工，延长货架期，使消费者更容易接受。它 们具有某些特定的功能，既可以是单一成分，也可以是混合物。这些物质首先必 须是有益的和安全的，而且是受消费者欢迎的物质。各个国家对食品添加剂都有 严格的规定和限量，新研制的食品添加剂也必须经有关专家和部门的严格审查批 准后才能使用。如果采用经济、良好的制作方法和先进的加工工艺，能得到同样 或相似的效果，所以最好不使用食品添加剂。 有关食品添加剂的定义，由于各国饮食习惯、加工方法、使用范围和种类的 差异，因此在定义上有所不同。 根据中华人民共和国《食品卫生法（试行）》规定，我国对于食品添加剂的 定义是指“为改善食品品质和色、香、味以及为防腐和加工工艺的需要而加入食 品中的化学合成或天然物质”。营养强化剂是指“为增强营养成分而加入食品中 的天然或人工合成的属于天然营养范围的食品添加剂”。 联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合组成的食品法规委员会 （CAC）在集中各国意见的基础上曾于 1983 年规定：食品添加剂是指其本身通常 不以食用为目的，也不作为食品的主要原料物质，这种物质并不一定具有营养价 值。在食品的制造、加工、调制、处理、罐装、包装、运输和保藏过程中，由于 技术上（包括调味、着色和赋香等感官）的目的，有意识加入到食品中，同时直 接或间接地导致这些物质或其副产品成为食品的一部分，或者改善食品的性质。 它们不包括污染物或者为了保持、提高食品营养价值而加入食品中的物质。 食品添加剂品种繁多，据不完全统计，目前世界上使用的食品添加剂达14 000 种以上，其中直接使用的约 4000 种（不包括香料在内），间接使用的约为 1000 种。 各国对食品添加剂的分类方法差异很大，通常是按其在食品中的功能进行分 类的。其实，按使用功能划分类别也并非十分完美，因为不少添加剂具有多种功 能，例如抗坏血酸既是一种广泛使用的天然抗氧化剂，又是营养强化剂。因此， 只能考虑它主要使用的功能和习惯划分。 多数国家与地区将食品添加剂按其在食品加工、运输、贮藏等环节中的功能 分为以下 6 类：①防止食品腐败变质的添加剂有防腐剂、抗氧化剂和杀菌剂；② 改善食品感官性状的添加剂有鲜味剂、甜味剂、酸味剂、色素、香料、香精、发
色剂、漂白剂和抗结块剂;③保持和提髙食品质量的添加剂如组织改良剂、面粉 面团质量改良剂、膨松剂、乳化剂、增稠剂和被膜剂:④改善和提髙食品营养的 添加剂有维生素、氨基酸和无机盐;⑤便于食品加工制造的添加剂有消泡剂、净 化剂;⑥其他功能的添加剂有胶姆糖基质材料、酸化剂、酶制剂、酿造用添加剂 和防虫剂等 我国将食品添加剂划分为22类,美国FDA规定的有32类,欧洲共同体有 类,日本将食品添加剂划分为25类 本书就主要和通常使用的食品添加剂分别予以介绍。 第二节酸和发酵酸 酸和食品 自然界中广泛存在着有机酸和无机酸。酸的重要特性是产生氢离子或水合离 子H0,因而具有酸味。酸在生物体中作为中间代谢物或与其他物质构成复杂的 缓冲系统的成分,具有多种功能。在食品和食品加工中,酸有多种用途 酸和酸盐大量用于化学缓冲系统,后面将作详细讨论。在食品保存中酸有特 异性的抑制酸性微生物的作用,因而酸是常用的抗菌剂,如山梨酸、苯甲酸。某 些酸离解后对特定的金属离子有螯合作用,形成配合物,使食品保持稳定,延长 贮藏期,如柠檬酸及其衍生物。酸可使果胶凝固,酸还可作消泡剂和乳化剂。在 奶酪和乳制品生产中(如酸奶),酸可以使乳蛋白凝结。在天然培养过程中,由 链球菌和乳酸杆菌产生的乳酸使pH降低至接近酪蛋白的等电点而引起凝结。将 凝乳酶和酸性物质如柠檬酸加入冷牛奶(4~8℃)可以生产奶酪,然后再加热到 35℃便生成均匀的凝胶。将酸加入温热牛奶中会产生蛋白质沉淀而不是凝肜 在水果和蔬菜罐头食品中,添加柠檬酸使p值降低到4.5以下,可以达到 灭菌的目的,同时还可抑制有毒微生物(梭菌肉毒杆菌)的生长。 酸对食品除了能产生酸味之外,还有调节和强化人的味觉能力,成为重要的 调味剂。此外,用来制造奶油软糖和奶油巧克力软糖的酸,如酒石酸氢钾,可引 起蔗糖的有限水解(转化)产生果糖和葡萄糖。这些单糖由于增加了糖浆组成的 复杂性,降低了平衡相对湿度,抑制蔗糖晶体的过分生长,从而有效地改善了软 糖的质量。 应当指出,短链游离脂肪酸(C2~C1)对食品的味道有重要影响。例如丁酸 本身有难闻的气味,浓度较高时产生强烈的水解酸败味;可是,在浓度底时,会 有奶酪和黄油这类食品的典型香味 在食品加工中,有时为了控制反应速率,需要使酸缓慢释放。例如δ-葡糖 酸内酯和丙交酯的水解就是这样(图10-1和图10-2)
2 2 色剂、漂白剂和抗结块剂；③保持和提高食品质量的添加剂如组织改良剂、面粉 面团质量改良剂、膨松剂、乳化剂、增稠剂和被膜剂；④改善和提高食品营养的 添加剂有维生素、氨基酸和无机盐；⑤便于食品加工制造的添加剂有消泡剂、净 化剂；⑥其他功能的添加剂有胶姆糖基质材料、酸化剂、酶制剂、酿造用添加剂 和防虫剂等。 我国将食品添加剂划分为 22 类，美国 FDA 规定的有 32 类，欧洲共同体有 9 类，日本将食品添加剂划分为 25 类。 本书就主要和通常使用的食品添加剂分别予以介绍。 第二节 酸和发酵酸 一、酸和食品 自然界中广泛存在着有机酸和无机酸。酸的重要特性是产生氢离子或水合离 子 H3O +，因而具有酸味。酸在生物体中作为中间代谢物或与其他物质构成复杂的 缓冲系统的成分，具有多种功能。在食品和食品加工中，酸有多种用途。 酸和酸盐大量用于化学缓冲系统，后面将作详细讨论。在食品保存中酸有特 异性的抑制酸性微生物的作用，因而酸是常用的抗菌剂，如山梨酸、苯甲酸。某 些酸离解后对特定的金属离子有螯合作用，形成配合物，使食品保持稳定，延长 贮藏期，如柠檬酸及其衍生物。酸可使果胶凝固，酸还可作消泡剂和乳化剂。在 奶酪和乳制品生产中（如酸奶），酸可以使乳蛋白凝结。在天然培养过程中，由 链球菌和乳酸杆菌产生的乳酸使 pH 降低至接近酪蛋白的等电点而引起凝结。将 凝乳酶和酸性物质如柠檬酸加入冷牛奶（4～8℃）可以生产奶酪，然后再加热到 35℃便生成均匀的凝胶。将酸加入温热牛奶中会产生蛋白质沉淀而不是凝胶。 在水果和蔬菜罐头食品中，添加柠檬酸使 pH 值降低到 4.5 以下，可以达到 灭菌的目的，同时还可抑制有毒微生物（梭菌肉毒杆菌）的生长。 酸对食品除了能产生酸味之外，还有调节和强化人的味觉能力，成为重要的 调味剂。此外，用来制造奶油软糖和奶油巧克力软糖的酸，如酒石酸氢钾，可引 起蔗糖的有限水解（转化）产生果糖和葡萄糖。这些单糖由于增加了糖浆组成的 复杂性，降低了平衡相对湿度，抑制蔗糖晶体的过分生长，从而有效地改善了软 糖的质量。 应当指出，短链游离脂肪酸（C2～C12）对食品的味道有重要影响。例如丁酸 本身有难闻的气味，浓度较高时产生强烈的水解酸败味；可是，在浓度底时，会 有奶酪和黄油这类食品的典型香味。 在食品加工中，有时为了控制反应速率，需要使酸缓慢释放。例如δ-葡糖 酸内酯和丙交酯的水解就是这样（图 10-1 和图 10-2）
COOH H +H20-Ho-g-H -H20 HG-OH CH2OH CH2OH 6-葡萄糖内酯 葡糖酸 图10-18-葡糖酸内酯水解 COOH 0+2HQ20(-H 丙交酯 乳酸 图10-2丙交酯水解 δ-葡糖酸内酯在乳制品和某些化学发酵系统的含水系统中可发生缓慢水解, 生成葡糖酸,用于缓慢产酸。 丙交酯是乳酸脱水生成的环状双内酯,它亦可用在水溶液系统中缓慢释放 酸。脱水反应是在低水活性和升温条件下发生的,而将丙交酯加入高水活性的食 品中,则发生逆反应(水解)生成2mol的乳酸。 常用于食品的有机酸有 醋酸 (CH COOH) 柠檬酸HOC-CH-OH(OH)-CHh-OH) 苹果酸(HOC-CHOH-CH2-COOH) 乳酸 (CH:-CHOH-COOH) 富马酸(HC-CH=CHCH 琥珀酸HC-CH2-CH2-COOH) 酒石酸( H0OC-CHOH-CHOH-COOH) 磷酸是唯一作为食品酸化剂使用的无机酸。在有香味的碳酸饮料,特别是可 乐和类似啤酒的无醇饮料中,磷酸是广泛使用的一种重要酸化剂 些食用酸类的离解常数见表10-1
3 3 CO OH OH O CH2OH HO H H H H C C C C C C C H C H H H HO CH2OH O O -H2O +H2O H OH OH OH C δ-葡萄糖内酯 葡糖酸 图 10-1 δ-葡糖酸内酯水解 2 2 O H O C C C O O C CH3 H3C H - H2O + H2O COO HO C H H CH3 2 丙交酯 乳酸 图 10-2 丙交酯水解 δ-葡糖酸内酯在乳制品和某些化学发酵系统的含水系统中可发生缓慢水解, 生成葡糖酸，用于缓慢产酸。 丙交酯是乳酸脱水生成的环状双内酯，它亦可用在水溶液系统中缓慢释放 酸。脱水反应是在低水活性和升温条件下发生的，而将丙交酯加入高水活性的食 品中，则发生逆反应（水解）生成 2mol 的乳酸。 常用于食品的有机酸有: 醋酸 （CH3COOH） 柠檬酸 苹果酸 （HOOC-CHOH-CH2-COOH） 乳酸 （CH3-CHOH-COOH） 富马酸 （HOOC-CH=CH-COOH） 琥珀酸 （HOOC-CH2-CH2-COOH） 酒石酸 （HOOC-CHOH-CHOH-COOH） 磷酸是唯一作为食品酸化剂使用的无机酸。在有香味的碳酸饮料，特别是可 乐和类似啤酒的无醇饮料中，磷酸是广泛使用的一种重要酸化剂。 一些食用酸类的离解常数见表 10-1。 ( HOOC-CH2 -COH (COOH) -CH2 -COOH )
表10-1某些食用酸的离解常数(25℃) 酸离解步数 pka 酸 离解步数 有机酸 醋酸 4.75 乙二酸 4.43 丙酸 5.41 琥珀酸 4.16 苯甲酸 4.19 正丁酸 4.81 酒石酸 3.22 柠檬酸 3.14 4.82 4.77 无机酸 6.39 碳酸 甲酸 富马酸 3.03 正磷酸 4.44 乙酸 乳酸 3.08 硫酸 苹果酸 5.10 本表摘自: Weast,R.C.(ed.)(1988), Handbook of Chemistry and Physics,CRC Press. BocaRaton F 化学发酵系统和发酵酸 发酵酸是化学发酵系统的重要组成部分。它和碳酸氢钠、淀粉及其他补充剂 制成发酵粉,成为家庭和面包饼干厂所大量使用的化学发酵剂。 化学发酵系统是一个复杂体系,它在适当水分和温度条件下,能在生面团或 面糊中反应释放出二氧化碳。二氧化碳的释放连同带入的空气和水汽使之膨胀, 使加工制品具有特殊的多孔蜂窝状结构。 二氧化碳通常来自碳酸氢钠,有时也来自其他碳酸盐。在极少数情况下,也 可以用碳酸铵(H)CO和碳酸氢铵NHCO3。但这两种铵盐对温度不稳定,在焙烤 温度下即分解: (NH4)2003 2NH3+H2O+002 H4HD03 NH3+H20+002 因此,它们和碳酸氢钠不同,不需要外加发酵酸即可起作用。 在无钠食物中,可用碳酸氢钾KHCO3代替碳酸氢钠作为发酵体系的一种成分。 缺点是它有吸潮性和稍带苦味,使其应用受到限制。碳酸氢钠易溶于水 (619g/100m1),溶液呈弱碱性。它在水中完全离解成Na和HCO3。碳酸氢根又进 行水解和进一步离解:
4 4 表 10-1 某些食用酸的离解常数（25℃） 酸 离解步数 pka 酸 离解步数 pka 有机酸 醋酸 4.75 乙二酸 1 4.43 2 5.41 苯甲酸 4.19 正丁酸 4.81 柠檬酸 1 3.14 2 4.77 3 6.39 甲酸 3.75 富马酸 1 3.03 2 4.44 乙酸 4.88 乳酸 3.08 苹果酸 1 3.40 2 5.10 丙酸 4.87 琥珀酸 1 4.16 2 5.61 酒石酸 1 3.22 2 4.82 无机酸 碳酸 1 6.37 2 10.25 正磷酸 1 2.12 2 7.21 3 12.67 硫酸 2 1.92 本 表 摘 自 ： Weast ， R.C.(ed.)(1988),Handbook of Chemistry and Physics,CRC Press,BocaRaton,FL. 二、 化学发酵系统和发酵酸 发酵酸是化学发酵系统的重要组成部分。它和碳酸氢钠、淀粉及其他补充剂 制成发酵粉，成为家庭和面包饼干厂所大量使用的化学发酵剂。 化学发酵系统是一个复杂体系，它在适当水分和温度条件下，能在生面团或 面糊中反应释放出二氧化碳。二氧化碳的释放连同带入的空气和水汽使之膨胀， 使加工制品具有特殊的多孔蜂窝状结构。 二氧化碳通常来自碳酸氢钠，有时也来自其他碳酸盐。在极少数情况下，也 可以用碳酸铵(NH4)2CO3和碳酸氢铵 NH4HCO3。但这两种铵盐对温度不稳定，在焙烤 温度下即分解： 因此，它们和碳酸氢钠不同，不需要外加发酵酸即可起作用。 在无钠食物中，可用碳酸氢钾 KHCO3代替碳酸氢钠作为发酵体系的一种成分。 缺点是它有吸潮性和稍带苦味，使其应用受到限制。碳酸氢钠易溶于水 （619g/100ml），溶液呈弱碱性。它在水中完全离解成 Na+和 HCO3 -。碳酸氢根又进 行水解和进一步离解： NH4 HCO3 NH3 + H2O +CO2 (NH4)2CO3 2NH3 +H2O +CO2
HCO3 +H20 H2CO3+OH HCO 3 -H+C0 3 这些仅适用于简单溶液的反应,在含水的面团物料体系中,由于蛋白质和其他天 然存在的各类离子参与反应,体系中离子的分布变得更加复杂,难于进行理论计 算 发酵酸提供的氢离子与面团中的碳酸氢钠反应放出二氧化碳气体: R-O, H+NaHCO3-R-0, Na+H20+CO2 t 重要的是要注意保持发酵酸和碳酸氢钠(发酵盐)的适当比例。碳酸氢钠过量会 使焙烤食品带肥皂味,而过量酸又会使食品带酸味,若比例很不适当有时还带苦 般说来,发酵酸经常是以盐或酯的形式存在,包括强酸弱碱盐、酸式盐和 内酯。在含水物料体系中,它们通过水解或离解可提供氢离子与发酵盐(主要是 碳酸氢钠),反应释放出二氧化碳,这种反应实质上是中和反应。然而,发酵酸 的中和能力各不相同,其相对活度取决它的中和值。发酵酸的中和值,是由中和 100份重量的碳酸氢钠的重量分数来确定。应当指出,在天然面粉中的情况下, 焙烤食品达到中性或任何预定p所需发酵酸的量与从简单水溶液测定的理论量 可能很不相同。尽管如此,中和值对于确定发酵体系起始配方是有用的。完全平 衡的发酵过程中适当的剩余盐能起到缓冲作用,有助于稳定最终产品的p值。 发酵酸大多是在室温下水溶性很有限的酸类,溶解度的差异决定着室温下释 放二氧化碳起始速率的差异,并且这种速率的差异正是发酵酸分类的基础。一般 说来,发酵酸室温下溶解度的大小与释放二氧化碳的快慢有着平行的关系。发酵 酸一般在焙烤前放出一部分二氧化碳,其余部分则是在高温焙烤过程中释放出 来 研究在室温下不同发酵酸与碳酸氢钠反应产生二氧化碳的起始速率对于食品 加工工艺有重要意义。图10-3表示 NaHCO3与三种发酵酸作用释放CO2量(%)的情 况。曲线a是作用快的磷酸二氢钙一水合物[Ca(HLPO)2·HO],曲线c是作用慢 的1-3-8磷酸铝钠[ NaH,4Al3(PO)·4H0],而曲线b则是从无水磷酸二氢钙[Ca(HPO4) a]放出CO2的曲线。曲线表明:反应10min,有60%以上的CO很快从磷酸二氢钙 水合物中放出,而作用慢的1-3-8磷酸铝钠仅释放出约20%的CO2,这是因为水合 铝覆盖层起阻隔作用,使覆盖层下面的发酵酸在加热活化之前仅有一小部分能发生 反应。气体释放时间的推迟与水分渗透穿过覆盖层所需要的时间大体上是一致的。 这一性质可以用来解释某些面制食品为什么在焙烤前需要放置一段时间
5 5 HCO3 - +H2O H2CO3+OH- HCO- 3 H + +CO2 3 - 这些仅适用于简单溶液的反应，在含水的面团物料体系中，由于蛋白质和其他天 然存在的各类离子参与反应，体系中离子的分布变得更加复杂，难于进行理论计 算。 发酵酸提供的氢离子与面团中的碳酸氢钠反应放出二氧化碳气体： R-O -，H + +NaHCO3→R-O -，Na+ +H2O+CO2↑ 重要的是要注意保持发酵酸和碳酸氢钠（发酵盐）的适当比例。碳酸氢钠过量会 使焙烤食品带肥皂味，而过量酸又会使食品带酸味，若比例很不适当有时还带苦 味。 一般说来，发酵酸经常是以盐或酯的形式存在，包括强酸弱碱盐、酸式盐和 内酯。在含水物料体系中，它们通过水解或离解可提供氢离子与发酵盐（主要是 碳酸氢钠），反应释放出二氧化碳，这种反应实质上是中和反应。然而，发酵酸 的中和能力各不相同，其相对活度取决它的中和值。发酵酸的中和值，是由中和 100 份重量的碳酸氢钠的重量分数来确定。应当指出，在天然面粉中的情况下， 焙烤食品达到中性或任何预定 pH 所需发酵酸的量与从简单水溶液测定的理论量 可能很不相同。尽管如此，中和值对于确定发酵体系起始配方是有用的。完全平 衡的发酵过程中适当的剩余盐能起到缓冲作用，有助于稳定最终产品的 pH 值。 发酵酸大多是在室温下水溶性很有限的酸类，溶解度的差异决定着室温下释 放二氧化碳起始速率的差异，并且这种速率的差异正是发酵酸分类的基础。一般 说来，发酵酸室温下溶解度的大小与释放二氧化碳的快慢有着平行的关系。发酵 酸一般在焙烤前放出一部分二氧化碳，其余部分则是在高温焙烤过程中释放出 来。 研究在室温下不同发酵酸与碳酸氢钠反应产生二氧化碳的起始速率对于食品 加工工艺有重要意义。图 10-3 表示 NaHCO3与三种发酵酸作用释放 CO2量（%）的情 况。曲线 a 是作用快的磷酸二氢钙一水合物[Ca（H2PO4）2· H2O]，曲线 c 是作用慢 的1-3-8磷酸铝钠[NaH14Al（3 PO4）8•4H2O]，而曲线 b则是从无水磷酸二氢钙[Ca（H2PO4） 2] 放出 CO2的曲线。曲线表明：反应 10min，有 60%以上的 CO2很快从磷酸二氢钙一 水合物中放出，而作用慢的 1-3-8 磷酸铝钠仅释放出约 20%的 CO2，这是因为水合 铝覆盖层起阻隔作用，使覆盖层下面的发酵酸在加热活化之前仅有一小部分能发生 反应。气体释放时间的推迟与水分渗透穿过覆盖层所需要的时间大体上是一致的。 这一性质可以用来解释某些面制食品为什么在焙烤前需要放置一段时间
回(设) 草1早+早 长8 寸2e 时间(min) 图10-327℃时NaHC3反应产生的二氧化碳曲线 a.与磷酸二氢钙一水合物反应:b.与覆盖的无水磷酸二氢钙反应; C.与1-3-8磷酸铝钠反应。(引自 Stahl和 Ellinger的数据) 30 时间(min) 图10-4温度对慢速的酸式焦磷酸盐反应释放二氧化碳速率的影响 焙烤是食品加工中的重要工艺过程。在焙烤期间,从发酵体系中释放出的二 氧化碳对食品的质地产生最后的完善和修饰作用。因此需要很好地控制焙烤温度 和时间。已知反应速率随温度升高而增大,绝大部分的发酵体系都是如此。图10-4 表示温度对慢作用焦磷酸氢钠( Na,h,Pωr)发酵酸释放二氧化碳速率的影响。可 以看出,温度略微升高(从27℃升至30℃),气体产生明显加快,温度更髙则气 体释放速率急剧增加(见49℃的曲线),温度接近60℃时,二氧化碳在1min内
6 6 时 间 (min) 时 间 (min) 图 10-3 27℃时 NaHCO3 反应产生的二氧化碳曲线 a.与磷酸二氢钙一水合物反应；b.与覆盖的无水磷酸二氢钙反应； c.与 1-3-8 磷酸铝钠反应。 （引自 Stahl 和 Ellimger 的数据） 图 10-4 温度对慢速的酸式焦磷酸盐反应释放二氧化碳速率的影响 焙烤是食品加工中的重要工艺过程。在焙烤期间,从发酵体系中释放出的二 氧化碳对食品的质地产生最后的完善和修饰作用。因此需要很好地控制焙烤温度 和时间。已知反应速率随温度升高而增大，绝大部分的发酵体系都是如此。图 10-4 表示温度对慢作用焦磷酸氢钠（Na2H2P2O7）发酵酸释放二氧化碳速率的影响。可 以看出，温度略微升高（从 27℃升至 30℃），气体产生明显加快，温度更高则气 体释放速率急剧增加（见 49℃的曲线），温度接近 60℃时，二氧化碳在 1min 内
几乎全部释放。 不同的发酵酸对温度的敏感程度是不一样的。对温度不太敏感的发酵酸,只 有在接近最高焙烤温度时,才显示出较剧烈的作用。例如,磷酸一氢钙( CaHPO4), 它是一种微碱性酸式盐,在室温下并不与碳酸氢钠发生反应;可是,在焙烤温度 升至60℃以上时,它可在水的作用下释放出氢离子,因而使发酵过程活化。作用 很慢的发酵酸只能用作较髙焙烤温度和较长焙烤时间的食品生产,如某些特别类 型的饼干。人们常常采用由多种发酵酸成分组成的发酵酸配方。对于某些特殊的 生面团和糊状物,有必要使用特别的发酵粉配方体系 通常使用的发酵酸包括:酒石酸氢钾、硫酸铝钠、δ-葡糖内酸内酯铝钠、 各种磷酸氢钙、磷酸铝钠、酸式焦磷酸钠等正磷酸、焦磷酸盐和磷酸盐。它们的 某些性质见表10-2。 关于发酵粉的规格,各国有不同的规定。例如美国的标准,要求配方必须产 生按发酵粉重量计为12%的有效二氧化碳,并且含有按重量计为26%~30%的碳酸 氢钠 最后介绍一些实际应用例子,作为本节的结束: 表10-2常用发酵酸的某些性质 发图 酵酸 化学式 中和值°室温下相对反应速率b 硫酸铝钠 Na2SO4·Al2(SO4) 100 磷酸氢钙二水合物 CahPo4·2H20 磷酸二氢钙一水合物 Ca(HPO4)2·H2O 1-3-8磷酸铝钠 NaH14Al3(PO4)·4H2O 慢无快慢慢 酸式焦磷酸钠 酒石酸氢钾 HCaH,O6 中等 δ一葡糖酸内酯 C6H10 a.在简单模拟体系中,中和100份重量的发酵酸所需 NaHco3的重量分数。 b. NaHcO3存在下,释放CO2的速率 (引自 Stahl和 Ellinger) 方便食品的崛起刺激了配制发酵混合物和冷冻生面团的大量销售。在白色和 黄色蛋糕粉中,最广泛使用的发酵酸配料包含无水磷酸二氢钙[Ca(HPO4)a和磷 酸铝钠 NAhAL3(P04)s·4HO]:巧克力蛋糕粉则通常包含无水磷酸二氢钙和酸 式焦磷酸钠( Na, P2O)。 饼干和面包卷制品所用的冷冻生面团,要求在制备和包装期间以较慢的起始 速率释放二氧化碳,而在焙烤期则大量释放气体。饼干配方按总生面团重量计算
7 7 几乎全部释放。 不同的发酵酸对温度的敏感程度是不一样的。对温度不太敏感的发酵酸，只 有在接近最高焙烤温度时，才显示出较剧烈的作用。例如，磷酸一氢钙（CaHPO4）， 它是一种微碱性酸式盐，在室温下并不与碳酸氢钠发生反应；可是，在焙烤温度 升至 60℃以上时，它可在水的作用下释放出氢离子，因而使发酵过程活化。作用 很慢的发酵酸只能用作较高焙烤温度和较长焙烤时间的食品生产，如某些特别类 型的饼干。人们常常采用由多种发酵酸成分组成的发酵酸配方。对于某些特殊的 生面团和糊状物，有必要使用特别的发酵粉配方体系。 通常使用的发酵酸包括：酒石酸氢钾、硫酸铝钠、δ-葡糖内酸内酯铝钠、 各种磷酸氢钙、磷酸铝钠、酸式焦磷酸钠等正磷酸、焦磷酸盐和磷酸盐。它们的 某些性质见表 10-2。 关于发酵粉的规格，各国有不同的规定。例如美国的标准，要求配方必须产 生按发酵粉重量计为 12%的有效二氧化碳，并且含有按重量计为 26%～30%的碳酸 氢钠。 最后介绍一些实际应用例子，作为本节的结束： 表 10-2 常用发酵酸的某些性质 发酵酸 化学式 中和值 a 室温下相对反应速率 b 硫酸铝钠 Na2SO4·Al2（SO4）3 100 慢 磷酸氢钙二水合物 CaHPO4·2H2O 33 无 磷酸二氢钙一水合物 Ca（H2PO4）2·H2O 80 快 1-3-8 磷酸铝钠 NaH14Al3（PO4）·4H2O 100 慢 酸式焦磷酸钠 Na2H2P2O7 72 慢 酒石酸氢钾 KHC4H4O6 50 中等 δ－葡糖酸内酯 C6H10O6 55 慢 a.在简单模拟体系中，中和 100 份重量的发酵酸所需 NaHCO3 的重量分数。 b.NaHCO3 存在下，释放 CO2 的速率。 （引自 Stahl 和 Ellinger）。 方便食品的崛起刺激了配制发酵混合物和冷冻生面团的大量销售。在白色和 黄色蛋糕粉中，最广泛使用的发酵酸配料包含无水磷酸二氢钙[Ca（H2PO4）2]和磷 酸铝钠[NaH14Al3（PO4）8·4H2O]；巧克力蛋糕粉则通常包含无水磷酸二氢钙和酸 式焦磷酸钠（Na2H2P2O7）。 饼干和面包卷制品所用的冷冻生面团，要求在制备和包装期间以较慢的起始 速率释放二氧化碳，而在焙烤期则大量释放气体。饼干配方按总生面团重量计算
通常含1%~1.5%的 NaHco3和1.4%~2.0%作用缓慢的发酵酸,例如有覆盖层的磷 酸一氢钙和酸式焦磷酸钠。 典型的酸配料一般含有10%~20%作用快的无水磷酸二氢钙和80%~90%作用 较慢的磷酸铝钠或酸式焦磷酸钠。在已制好的饼干配料中,发酵酸通常包含30%~ 50%无水磷酸一氢钙和50%~7σ%磷酸铝钠或酸式焦磷酸钠 焦磷酸盐在生面团中的作用是,它能生成具有大范围反应活性的正磷酸盐。 例如,面粉中的焦磷酸酶能使酸式焦磷酸钠水解成正磷酸盐(图10-5)。 DH OH 0,Nd+1020--0,N 焦磷酸酶 酸式焦磷酸钠 正磷酸盐 图10-5酸式焦磷酸钠的酶水解 碳酸氢钠和焦磷酸盐反应生成若干焦磷酸一氢三钠,后者亦可水解生成正磷 酸盐。但必须指出,这种酶作用可导致气体的生成,有助于使冷冻生面团的包装 密封,但它亦可导致正磷酸盐大晶体的生成,而这种大晶体可能被消费者误认为 是玻璃碎片,所以应尽量设法避免产生。 第三节碱在食品加工中的作用 在食品和食品加工中碱和碱性物质(多是碱性盐类)有多种应用。它们包括 对过量酸的中和、体系pH的调节、改善食品的颜色和风味、与某些金属离子的 螯合、二氧化碳气体的产生以及各种水果和蔬菜的去皮。在生产像发酵奶油这类 食品过程中,需要用碱中和过量的酸。在用搅乳器搅拌前,加入乳酸菌使奶油发 酵,产生按乳酸计大约0.75%的可滴定酸度。然后用碱中和至约0.25%的可滴定 酸度。减小酸度可以提髙搅拌效率并阻止产生氧化性臭味。许多碱和碱性物质可 单独使用或混合使用作为中和剂,但在选择它们时要注意考虑溶解度、碱的强度、 是否会产生气泡等有关性质。特别是要考虑碱性试剂或碱的过量是否会产生异 味。在有相当量的游离脂肪存在时,更应该注意。 有时需要用碱将食品调节到较高的pH值以便获得更稳定更满意的性质。例 如,在干酪加工中加入适量的(1.5%~3.0%)碱性盐,如磷酸氢二钠、磷酸三钠 和柠檬酸三钠,使pH从5.7提高到6.3,并且能使蛋白质(酪蛋白)分散。这种盐与 蛋白质的相互作用能改善奶酪蛋白的乳化和对水的结合量,这是由于盐与酪蛋白 胶束中的钙组分相结合,形成不溶性的磷酸盐或可溶性螯合物(柠檬酸盐)的缘 普通速溶牛奶凝胶布丁的制作是将含有预糊化淀粉的干混料与冷牛乳混合
8 8 焦磷酸酶 通常含 1%～1.5%的 NaHCO3和 1.4%～2.0%作用缓慢的发酵酸，例如有覆盖层的磷 酸一氢钙和酸式焦磷酸钠。 典型的酸配料一般含有 10%～20%作用快的无水磷酸二氢钙和 80%～90%作用 较慢的磷酸铝钠或酸式焦磷酸钠。在已制好的饼干配料中，发酵酸通常包含 30%～ 50%无水磷酸一氢钙和 50%～70%磷酸铝钠或酸式焦磷酸钠。 焦磷酸盐在生面团中的作用是，它能生成具有大范围反应活性的正磷酸盐。 例如，面粉中的焦磷酸酶能使酸式焦磷酸钠水解成正磷酸盐（图 10-5）。 HO OH O O +H2O Na+ , O - P P O O OH - , + Na Na+ , - OH O O 2 P 酸式焦磷酸钠 正磷酸盐 图 10-5 酸式焦磷酸钠的酶水解 碳酸氢钠和焦磷酸盐反应生成若干焦磷酸一氢三钠，后者亦可水解生成正磷 酸盐。但必须指出，这种酶作用可导致气体的生成，有助于使冷冻生面团的包装 密封，但它亦可导致正磷酸盐大晶体的生成，而这种大晶体可能被消费者误认为 是玻璃碎片，所以应尽量设法避免产生。 第三节 碱在食品加工中的作用 在食品和食品加工中碱和碱性物质（多是碱性盐类）有多种应用。它们包括 对过量酸的中和、体系 pH 的调节、改善食品的颜色和风味、与某些金属离子的 螯合、二氧化碳气体的产生以及各种水果和蔬菜的去皮。在生产像发酵奶油这类 食品过程中，需要用碱中和过量的酸。在用搅乳器搅拌前，加入乳酸菌使奶油发 酵，产生按乳酸计大约 0.75%的可滴定酸度。然后用碱中和至约 0.25%的可滴定 酸度。减小酸度可以提高搅拌效率并阻止产生氧化性臭味。许多碱和碱性物质可 单独使用或混合使用作为中和剂，但在选择它们时要注意考虑溶解度、碱的强度、 是否会产生气泡等有关性质。特别是要考虑碱性试剂或碱的过量是否会产生异 味。在有相当量的游离脂肪存在时，更应该注意。 有时需要用碱将食品调节到较高的 pH 值以便获得更稳定更满意的性质。例 如，在干酪加工中加入适量的（1.5%～3.0%）碱性盐，如磷酸氢二钠、磷酸三钠 和柠檬酸三钠,使 pH 从 5.7 提高到 6.3,并且能使蛋白质(酪蛋白)分散。这种盐与 蛋白质的相互作用能改善奶酪蛋白的乳化和对水的结合量,这是由于盐与酪蛋白 胶束中的钙组分相结合,形成不溶性的磷酸盐或可溶性螯合物(柠檬酸盐)的缘 故。 普通速溶牛奶凝胶布丁的制作是将含有预糊化淀粉的干混料与冷牛乳混合
然后在冰箱中放置一定时间,添加碱性盐如焦磷酸四钠(NaP20)和磷酸氢二钠 (NaHP04),使牛乳酪蛋白钙与预糊化淀粉结合形成凝胶。布丁形成的最适p应 在7.5~8.0之间,虽然碱性的磷酸盐可提供某种必须的碱性,但通常还需加入适 当的其他碱化剂 磷酸根和柠檬酸根对钙、镁等金属离子有配位作用。加入的磷酸盐和柠檬酸 盐,可与酪蛋白的钙、镁离子形成络合物,从而改变液体牛乳中盐的平衡。随所 加盐的类型和浓度不同,在乳蛋白质体系中可起到稳定作用、胶凝作用或去稳定 作用,其机理比较复杂,至今还不十分了解。 应当着重指出的是,为了改善加工食品的颜色和风味,使消费者更加喜爱, 常需进行碱处理。例如,成熟的橄榄用氢氧化钠溶液(O.25%~2.0%)处理,有 助于除去它的苦味成分和显现较深的颜色。在焙烤前将椒盐卷饼浸入87~88℃的 1.25%氢氧化钠溶液中,由于发生麦拉德褐变反应,使之表面变得光滑并产生深 褐色。一般认为用氢氧化钠处理生产玉米粥和玉米面饼的生面团,可以破坏其中 的二硫键。大豆蛋白质经过碱处理后可增溶并引起某些营养成分的损失。在脆花 生的生产中使用少量碳酸氢钠溶液处理,可促使羰氨褐变,并且通过二氧化碳的 释放使之具有孔状结构和松脆感。碳酸氢钠亦用于加工可可粉生产深色(荷兰) 巧克力。 在食品加工中,强碱还大量用于各种水果和蔬菜的去皮。只要它们与氢氧化 钠的热溶液(约3%,60~82℃)接触,随后稍加磨擦即可达到去皮的目的,与其 他传统去皮技术相比,此种去皮法可减少工厂的大量废水。强碱引起细胞和组织 成分不同程度的增溶作用(溶解薄层间的果胶质)是腐蚀性去皮工艺的理论依据 前面讨论的食品在焙烤期间,利用发酵粉中的碳酸氢盐和碳酸盐与发酵酸反 应产生二氧化碳,也是碱在食品加工中的重要应用 第四节缓冲体系和盐类 食品中的缓冲液和pH控制 人们把能够抵抗少量外加酸、碱或稀释的作用,而本身的p值不发生显著 变化的作用称为缓冲作用,具有缓冲作用的体系称为缓冲体系( buffering system)。因为绝大多数食品都是生物来源的复杂物质,它们都是天然缓冲体系 生物要维持生命活动,其p必须保持在一定范围内,否则就会导致死亡。在生 物来源的物质中参与p控制或构成缓冲体系的物质有蛋白质、有机酸和弱的无 机酸及其盐。在植物中还有柠檬酸(柠檬、西红柿、大黄)、苹果酸(苹果、西 红柿、莴苣)、草酸(大黄、莴苣)以及酒石酸(葡萄、菠萝),它们都是构成缓 冲体系的物质。它们一般与磷酸盐一起作用来控制pH。牛乳是一个复杂的缓冲体
9 9 然后在冰箱中放置一定时间，添加碱性盐如焦磷酸四钠（Na4P2O7）和磷酸氢二钠 （Na2HPO4），使牛乳酪蛋白钙与预糊化淀粉结合形成凝胶。布丁形成的最适 pH 应 在 7.5～8.0 之间,虽然碱性的磷酸盐可提供某种必须的碱性，但通常还需加入适 当的其他碱化剂。 磷酸根和柠檬酸根对钙、镁等金属离子有配位作用。加入的磷酸盐和柠檬酸 盐，可与酪蛋白的钙、镁离子形成络合物，从而改变液体牛乳中盐的平衡。随所 加盐的类型和浓度不同，在乳蛋白质体系中可起到稳定作用、胶凝作用或去稳定 作用，其机理比较复杂，至今还不十分了解。 应当着重指出的是，为了改善加工食品的颜色和风味，使消费者更加喜爱， 常需进行碱处理。例如，成熟的橄榄用氢氧化钠溶液（0.25%～2.0%）处理，有 助于除去它的苦味成分和显现较深的颜色。在焙烤前将椒盐卷饼浸入 87～88℃的 1.25%氢氧化钠溶液中，由于发生麦拉德褐变反应，使之表面变得光滑并产生深 褐色。一般认为用氢氧化钠处理生产玉米粥和玉米面饼的生面团，可以破坏其中 的二硫键。大豆蛋白质经过碱处理后可增溶并引起某些营养成分的损失。在脆花 生的生产中使用少量碳酸氢钠溶液处理，可促使羰氨褐变，并且通过二氧化碳的 释放使之具有孔状结构和松脆感。碳酸氢钠亦用于加工可可粉生产深色（荷兰） 巧克力。 在食品加工中，强碱还大量用于各种水果和蔬菜的去皮。只要它们与氢氧化 钠的热溶液（约 3%，60～82℃）接触，随后稍加磨擦即可达到去皮的目的，与其 他传统去皮技术相比，此种去皮法可减少工厂的大量废水。强碱引起细胞和组织 成分不同程度的增溶作用（溶解薄层间的果胶质）是腐蚀性去皮工艺的理论依据。 前面讨论的食品在焙烤期间，利用发酵粉中的碳酸氢盐和碳酸盐与发酵酸反 应产生二氧化碳，也是碱在食品加工中的重要应用。 第四节 缓冲体系和盐类 一、 食品中的缓冲液和 pH 控制 人们把能够抵抗少量外加酸、碱或稀释的作用，而本身的 pH 值不发生显著 变化的作用称为缓冲作用，具有缓冲作用的体系称为缓冲体系（buffering system）。因为绝大多数食品都是生物来源的复杂物质，它们都是天然缓冲体系。 生物要维持生命活动，其 pH 必须保持在一定范围内，否则就会导致死亡。在生 物来源的物质中参与 pH 控制或构成缓冲体系的物质有蛋白质、有机酸和弱的无 机酸及其盐。在植物中还有柠檬酸（柠檬、西红柿、大黄）、苹果酸（苹果、西 红柿、莴苣）、草酸（大黄、莴苣）以及酒石酸（葡萄、菠萝），它们都是构成缓 冲体系的物质。它们一般与磷酸盐一起作用来控制 pH。牛乳是一个复杂的缓冲体
系,它含有二氧化碳、蛋白质、磷酸盐、柠檬酸盐和其他成分。 在食品加工过程中,要使体系的p稳定在预期的水平,必须通过缓冲体系。 乳酪和腌菜发酵产生乳酸时,是自然完成的过程。有些情况下,要使产品味道更 为可口而又不损失风味,需要在食品和饮料中使用相当数量的酸,但必须建立一 个缓冲体系,才能做到这一点。缓冲体系的主要成分是弱有机酸和它的盐,同离 子效应( Common ion effect)是体系p稳定的基础。弱有机酸盐的酸根是该酸 的共轭碱。弱有机酸-共轭碱组成缓冲体系,可以用HA-A表示。 pH=pKa +1 (1) HA 缓冲溶剂具有一定的缓冲作用,是由于体系中含有浓度较大的缓冲剂(弱酸 和它的共轭碱),可以使少量外加酸或碱对pH的影响减少。当然,一个体系的缓 冲能力是有一定限度的。当外加酸或碱的量接近缓冲剂的量时,体系就会逐渐失 去缓冲作用。所以,每个缓冲体系都有一定的缓冲容量。缓冲容量的大小取决于 缓冲剂的总浓度(C=(+C-)和缓冲组分浓度的比值(即C:Cm)。缓冲剂的 总浓度愈大,缓冲容量愈大。当缓冲剂组分浓度比值等于1时,缓冲容量最大, 离1越远容量越小。缓冲体系的有效缓冲范围是pH≈pka±1。 在食品工业中,葡萄酸、醋酸、柠檬酸和磷酸的钠盐经常用作控制p和调 节酸味。在调节酸味上,柠檬酸盐优于磷酸盐,其酸味显得更为平和。需要低钠 或无钠产品时,可用钾盐代替钠盐。但是不可使用钙盐,因钙盐难溶并与系统中 其他组分不相溶。 常见酸-盐体系的缓冲范围是: 柠檬酸和柠檬酸钠 p2.1~4.7 醋酸和醋酸钠 pH3.6~5.6 磷酸二氢钠和磷酸氢二钠 pH6.0~8.0 碳酸氢钠和碳酸钠 pH9.0~11.0 二、盐类在乳制品加工中的应用 前面第二节介绍的发酵盐和发酵酸以及第三节介绍的许多碱性物质,严格地 讲都是盐类在食品和食品加工中的应用。本节只简要地补充介绍盐类在乳制品和 肉类加工食品中的作用 在加工奶酪和人造奶酪中广泛使用盐类来改善其内部结构,使之具有均匀柔 嫩的质地。人们常常把这些添加剂看成是乳化盐,因为它们有助于脂肪的分散和 体系的稳定。虽然对盐的乳化机理仍不完全清楚,但很可能是当盐加入奶酪中时, 盐的阴离子与钙结合导致奶酪蛋白的极性和非极性区的重排和暴露,这些盐的阴 离子成为蛋白质分子间的离子桥,因而成为捕集脂肪的稳定因素。奶酪加工使用
10 10 系，它含有二氧化碳、蛋白质、磷酸盐、柠檬酸盐和其他成分。 在食品加工过程中，要使体系的 pH 稳定在预期的水平，必须通过缓冲体系。 乳酪和腌菜发酵产生乳酸时，是自然完成的过程。有些情况下，要使产品味道更 为可口而又不损失风味，需要在食品和饮料中使用相当数量的酸，但必须建立一 个缓冲体系，才能做到这一点。缓冲体系的主要成分是弱有机酸和它的盐，同离 子效应（Common ion effect）是体系 pH 稳定的基础。弱有机酸盐的酸根是该酸 的共轭碱。弱有机酸-共轭碱组成缓冲体系，可以用 HA-A -表示。 （1） 缓冲溶剂具有一定的缓冲作用，是由于体系中含有浓度较大的缓冲剂（弱酸 和它的共轭碱），可以使少量外加酸或碱对 pH 的影响减少。当然，一个体系的缓 冲能力是有一定限度的。当外加酸或碱的量接近缓冲剂的量时,体系就会逐渐失 去缓冲作用。所以，每个缓冲体系都有一定的缓冲容量。缓冲容量的大小取决于 缓冲剂的总浓度（C 总=CHA+CA-）和缓冲组分浓度的比值（即 CA-：C HA）。缓冲剂的 总浓度愈大，缓冲容量愈大。当缓冲剂组分浓度比值等于 1 时，缓冲容量最大， 离 1 越远容量越小。缓冲体系的有效缓冲范围是 pH≈ 。 在食品工业中，葡萄酸、醋酸、柠檬酸和磷酸的钠盐经常用作控制 pH 和调 节酸味。在调节酸味上，柠檬酸盐优于磷酸盐，其酸味显得更为平和。需要低钠 或无钠产品时，可用钾盐代替钠盐。但是不可使用钙盐，因钙盐难溶并与系统中 其他组分不相溶。 常见酸-盐体系的缓冲范围是： 柠檬酸和柠檬酸钠 pH2.1～4.7 醋酸和醋酸钠 pH3.6～5.6 磷酸二氢钠和磷酸氢二钠 pH6.0～8.0 碳酸氢钠和碳酸钠 pH9.0～11.0 二、 盐类在乳制品加工中的应用 前面第二节介绍的发酵盐和发酵酸以及第三节介绍的许多碱性物质,严格地 讲都是盐类在食品和食品加工中的应用。本节只简要地补充介绍盐类在乳制品和 肉类加工食品中的作用。 在加工奶酪和人造奶酪中广泛使用盐类来改善其内部结构，使之具有均匀柔 嫩的质地。人们常常把这些添加剂看成是乳化盐，因为它们有助于脂肪的分散和 体系的稳定。虽然对盐的乳化机理仍不完全清楚，但很可能是当盐加入奶酪中时， 盐的阴离子与钙结合导致奶酪蛋白的极性和非极性区的重排和暴露，这些盐的阴 离子成为蛋白质分子间的离子桥，因而成为捕集脂肪的稳定因素。奶酪加工使用 [HA] ] - [A pH =pKa + log [HA] ] - [A pH = + log ' pKa' + 1
