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      聚甘油酯論文:聚甘油酯綜合性能淺析

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      聚甘油酯論文:聚甘油酯綜合性能淺析

      本文作者:黃東瑜陳駿佳付盡國鐘志才張衛東作者單位:廣州甘蔗糖業研究所

      聚甘油脂肪酸酯的質量分析和檢驗

      聚甘油脂肪酸酯由聚甘油與食用油脂或脂肪酸部分酯化而得,性狀有淺黃色至琥珀色油狀至極粘稠液體、淺棕黃色至棕色的塑性或柔軟固體、以及淺棕黃色至棕色硬性蠟狀固體,含有少量單、雙和三甘油酯、游離甘油和聚甘油、游離脂肪酸及脂肪酸的鈉鹽。所含酯類從極端親水性到極端親油性,能分散于水中,能溶于溶劑和油類(包括聚甘油單油酸酯)。國內最早的聚甘油脂肪酸酯相關國家標準制定于1992年(GB13510-92),以酸值、皂化值、碘值、硫酸灰分和熔點規范其理化性能指標,以砷及重金屬含量規定衛生質量,但此標準僅適用于三聚甘油脂肪酸酯,聚甘油脂肪酸酯的通用國家標準由國家衛生部2011年第8號公告指定。衛生部指定的標準目前仍無標準號,它規定了聚甘油脂肪酸酯的酸值、羥值、碘值、灼燒殘渣、皂化值、脂肪酸鈉鹽等理化指標及衛生指標鉛含量的測定方法。按衛生部的要求,除鉛含量外,各項指標符合生產廠家聲稱即可,目前國內制糖工藝常用的聚甘油脂肪酸酯的技術指標見表2。在制糖工藝中,為使用方便和更好地發揮其使用效果,產品一般為聚甘油脂肪酸酯水乳液,所含的水份根據其為一個自乳化體系,在水中經過剪切力作用形成的O/W乳液,以粒徑大小、親油、親水基、各種約束力、排斥力各種電荷等因素組成的不斷形成-瓦解的動平衡的特點,以物理方法加入。聚甘油脂肪酸酯以非水含量衡量,以國家輕工行業標準QB/T4089-2010制糖工業助劑、消泡劑(聚甘油脂肪酸酯)規范質量,該標準于2011年3月1日開始實施。

      聚甘油脂肪酸酯在成品糖中的檢驗方法和相關說明

      聚甘油脂肪酸酯在制糖工業用作加工助劑,不直接加入最終產品(食糖),因此質量標準(GB317-2006)中無添加劑殘留項,按GB317標準驗收成品白砂糖已可確保食糖質量。GB317中,以二級白砂糖為例,蔗糖分≥99.5%,還原糖、灰分、水分等已知成分占0.38%,不可定性定量的微量成分僅占0.1%,遠低于其作為制糖工藝助劑的規定添加量10.0g/kg。目前國內外尚無食品中聚甘油脂肪酸酯的定量檢測方法及殘留測定要求,包括國家衛生部2011年第8號公告指定標準和國際糧農組織/世界衛生組織(FAO/WHO)食品添加劑聯合專家委員會(JECFA)聚甘油脂肪酸酯(INS號475)技術指標要求中也尚無含量的檢測方法。

      聚甘油脂肪酸酯在制糖工藝中的應用概況

      聚甘油脂肪酸酯最早由美國研究開發并使用于制糖工業,我國于上世紀80年代初開始該項研究,研制出國內第一代聚甘油脂肪酸酯糖用助劑,隨后輕工業部科技局下達了由天津輕工化學研究所、輕工部日用化學研究所、無錫輕工業學院、輕工部甘蔗糖業科學研究所共同承擔的項目“糖用消泡劑、脫色劑、殺菌劑的研制及應用”(項目編號86112),于1989年通過國家項目鑒定并在制糖行業中推廣應用。鑒于聚甘油脂肪酸酯在制糖工業中生產實踐證實的使用性能,研究其結構與使用性能對應關系的“制煉助劑合成參數研究”課題于2007年作為廣東省糖能甘蔗改良與開發利用創新能力建設的子項目已完成驗收,今年被列入科學技術部科研院所技術開發研究專項資金任務“綠色制糖工業助劑關鍵技術研究及應用”(項目編號2011EG111248)以求能更好地發揮其在制糖工業中的作用。聚甘油脂肪酸酯是由親水基的聚甘油、親油基的脂肪酸構成的表面活性劑,聚甘油部分的甘油的聚合度或所結合的脂肪酸數量(酯化交換度)會使親水/親油平衡值(HLB)產生變化。使用于制糖過程的其它消泡劑還有蔗糖脂肪酸酯、蔗糖聚丙烯醚等可以選擇,但是因為聚甘油脂肪酸酯與這些消泡劑相比具有更強的耐酸、耐熱能力和良好的乳化、分散、潤濕、穩定等多重性能,所以即使添加在高溫的蒸發工段(溫度可達130℃)中,也依然可以發揮良好的消泡和抑泡功能。室內檢驗聚甘油脂肪酸酯產品的使用性能,可參考以下方法:(1)消泡效果:以消泡時間表示,消泡時間越短越好。將100mL溫度為70℃、濃度50°Bx的糖漿傾注到500mL的量筒中,然后用氣泵鼓泡,當泡沫上升到500mL刻度位置時停止鼓泡;消泡劑用水以1:30比例稀釋,取1mL加入,當泡沫下降到液面時所需的時間為消泡時間。(2)抑泡效果:以抑泡時間表示,抑泡時間越長越好。完成消泡試驗后,再開動氣泵持續打泡,當泡沫上升到300mL刻度位置時所需的時間即為抑泡時間,打泡時間以5min為限。

      聚甘油脂肪酸酯的使用性能

      在制糖工藝過程中,糖液中的各種非糖份物質影響糖廠的正常生產。在澄清、蒸發工段會產生大量的泡沫,造成糖份損失及降低設備處理能力,糖廠需要使用消泡劑來消除已形成的泡沫并抑制新的泡沫產生。在煮糖工段,聚甘油脂肪酸酯可降低物料粘度,縮短煮糖時間,節省能耗。制糖工業用聚甘油脂肪酸酯為淺棕色至棕色的塑性或柔軟固體,在制糖工業過程中作食品用加工助劑使用。

      1澄清蒸發工段

      泡沫是氣體分散于液體的分散體系。由于氣體和液體的密度差,液體中的氣泡上升到液面,形成以少量液體構成的液膜隔開氣體的氣泡聚集物。制糖工藝過程中的泡沫主要是糖液在輸送過程中與空氣混合而產生。聚甘油脂肪酸酯易于在溶液表面鋪展,表面張力較低,吸附于溶液表面使溶液局部表面張力降低,鋪展發生于局部,同時帶走表面下一層鄰近液體,致液膜變薄,從而使泡沫破滅,并可在長時間內防止泡沫重新生成。為探究各種類型消泡物質在甘蔗糖廠的使用情況,本單位收集國內5間助劑生產廠共10個消泡劑樣品在廣東、云南等地選取蔗源不同的多家糖廠進行試驗,結果證明聚甘油脂肪酸酯的消泡、抑泡性能優于目前國內允許在制糖工藝使用的的其它消泡劑。

      2煮糖工段

      煮糖工段的主要任務是將糖漿濃縮制成符合質量標準的糖膏。加入聚甘油脂肪酸酯作煮糖助劑,能夠降低晶體和母液間的界面張力,使糖膏的粘度下降,幫助糖膏對流循環,結晶速度加快,糖分吸收良好,促進晶粒生長,從而縮短煮糖時間、節能、提高煮煉能力,通過增進循環和熱交換可使晶粒整齊、色值灰分低,還可降低糖漿的膠粘性,較好地處理劣質甘蔗原料。陳舊甘蔗新鮮度差,糖分下降大,還原糖增多,導致煮糖過程中出現物料純度低、糖膏質量下降、粘度高、泡沫多、糖漿對流差、糖份吸收困難、煮糖時間長、汽耗大等問題,更為嚴重的是時常發生丙膏在助晶24h的過程中丙膏從助晶箱發漲甚至冒出,處理量下降,如30m3煮糖罐只能煮24m3。研究發現,不作任何預處理在丙膏放糖前直接在煮糖罐加入聚甘油脂肪酸酯,讓它在罐中與物料充分混合,然后按正常操作放糖、助晶,能解決糖膏發漲問題。在咸水蔗區,一個7m3的丙膏罐因糖膏粘度高,高容積下糖膏對流不良,為保證糖份吸收,只能煮至6m3,影響了處理能力,添加0.2g/kg(對糖膏)聚甘油脂肪酸酯作煮糖助劑后,可煮至6.5m3,并保證糖膏對流順暢,母液吸收良好,煮糖時間從使用前的7h降至6h,汽耗明顯降低。項目86112“糖用消泡劑、脫色劑、殺菌劑的研制及應用”研究顯示,聚甘油脂肪酸酯在甜菜糖廠中使用可縮短煮糖時間17.2%,在甘蔗糖廠中使用縮短煮糖時間21.9%,效能優異的煮糖時間可縮短25%~40%,糖蜜純度降低約2AP。

      制糖工藝用食品添加劑的比較

      制糖工業按生產原料分為甘蔗制糖與甜菜制糖,在制糖工藝過程中產生的泡沫問題,由于原料品種、土壤和氣候條件的不同使得糖液成分有很大區別,加上不同工藝過程帶來的差別,所產生的泡沫性質也有所不同,需要使用不同的消泡劑來消除(抑制)泡沫。目前已批準的制糖工藝中允許使用消泡劑有聚甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、蔗糖聚丙烯醚、吐溫20、吐溫40、吐溫60、吐溫80共7種,聚甘油脂肪酸酯是針對甘蔗制糖工藝研究開發,主要用于甘蔗糖廠。以下列出的其它6種可用于制糖工藝的食品添加劑(加工助劑)使用現狀,是本單位長期開展制糖工藝消泡劑應用研究、技術跟蹤的結果。

      1蔗糖聚丙烯醚

      蔗糖聚丙烯醚是甜菜糖業的傳統消泡劑,在甜菜糖區廣泛使用。在上世紀90年代中期中國輕工總會甘蔗糖業研究所曾在甘蔗糖廠作應用研究,作為消泡劑和加工助劑在廣東珠三角數家糖廠短暫使用后,因其不適用于甘蔗原料制糖工藝,未能在甘蔗制糖工業中推廣應用,目前國內鮮有甘蔗糖廠使用蔗糖聚丙烯醚作消泡劑。

      2蔗糖脂肪酸酯

      蔗糖脂肪酸酯是甘蔗糖廠正在使用的消泡劑之一,主要適用于廣西部分地區蔗源的部分廠家,有較好的消泡性能。但因總體的消泡、抑制泡沫生成的能力以及對起泡物料的適應能力均在聚甘油脂肪酸酯之下,難以處理其它地區的甘蔗尤其是頑性甘蔗,因此在國內甘蔗制糖企業中的使用率不高,占23%左右。

      3吐溫20、吐溫40、吐溫60、吐溫80

      以上4種食品添加劑在制糖工藝中用作糖用復合消泡劑和乳化硅油消泡劑的乳化劑,單獨使用沒有消泡、抑泡效果,目前國內沒有制糖企業單獨使用以上4種食品添加劑做消泡劑。一些蔗糖泡沫成分復雜的企業,由于單一成分的消泡劑不能有效消除泡沫,會使用以大豆磷脂、蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯等為消泡主體的復合消泡劑,以吐溫20、吐溫40、吐溫60、吐溫80在作乳化劑使其混合均勻并產生良好的協同效應,現因政策原因復合消泡劑已暫停使用。

      聚甘油脂肪酸酯使用方法

      聚甘油脂肪酸酯按比例(建議1:30)與水混合形成均勻乳液,直接加入有泡沫的地方(如混合汁箱、中和汁箱、清汁箱、糖漿箱等),略加攪動。為了充分發揮其抑泡性能,也可在壓榨車間混合汁處連續加入,這樣可有效減少整個過程中泡沫的生成。還可以用適當的噴霧裝置噴灑到泡沫表面。對于糖漿箱的泡沫,由于其特別頑固,建議采用噴灑的方法,也可直接加入糖漿箱。

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