食品起泡多是因為攪拌和通風(fēng)有關(guān)系,此外食品里面含有大量的蛋白質(zhì)原料例如,蛋白胨,玉米漿、黃豆粉、酵母粉都很容易產(chǎn)生泡沫。
關(guān)于食品泡沫的危害:
1.泡沫影響食品的口感。2.泡沫過(guò)多時(shí)會(huì )容易溢出,造成浪費材料和增加染菌的機會(huì )。
3.嚴重的話(huà)會(huì )導致菌體呼吸受到阻礙,導致菌體破壞。
4.泡沫多會(huì )導致罐裝時(shí)的裝料減少。
5.舉例說(shuō)明:豆漿含有一種叫皂甙的物質(zhì),會(huì )讓豆漿在加熱到80-90℃時(shí)產(chǎn)生大量泡沫,這些泡沫就像是“障眼法”,看起來(lái)像煮沸了,實(shí)際卻還沒(méi)有徹底煮熟。
如果喝了這種豆漿,其所含的皂甙會(huì )影響人體對蛋白質(zhì)的吸收,可能會(huì )導致消化不良,攝入過(guò)多時(shí),還容易導致惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛等問(wèn)題。
在食品生產(chǎn)中確實(shí)會(huì )存在很多的問(wèn)題,例如果汁加工過(guò)程中產(chǎn)生了大量泡沫,那么灌裝時(shí)就存在同樣的問(wèn)題。假如灌裝一次,那肯定是裝不滿(mǎn)的,假如裝的次數多,一則是增加了機器運轉,增加了生產(chǎn)成本;二則泡沫溢到瓶口和瓶身,就可能引起霉菌污染,從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
總結起來(lái)可以說(shuō),生產(chǎn)中產(chǎn)生的泡沫不僅影響工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行,也影響產(chǎn)品的質(zhì)量,另外還會(huì )降低設備的使用面積,增加加工時(shí)間的消耗。
我們要消除泡沫的方法有機械消泡和化學(xué)消泡兩種,機械消泡是指借助機械力將泡沫打破,或者借助壓力使泡沫破裂,該方法不需要額外添加其他物質(zhì),節約原料,減少了化學(xué)試劑的污染幾率,但是該方法需要一定的設備和動(dòng)力,而且不能從根本上消除引起泡沫的因素?;瘜W(xué)消泡也就是添加消泡劑,該方法與機械消泡比起來(lái),省時(shí)省力,投資小,見(jiàn)效快[2]。
一、消泡劑的簡(jiǎn)述
消泡劑是在食品加工過(guò)程中用來(lái)降低表面張力、消除泡沫的物質(zhì)。泡沫是不溶性氣體在外力作用下進(jìn)入液體之中,形成的大量氣泡被液體相互隔阻的非均相分散體系。泡沫是熱力學(xué)不穩定體系,有表面積自行縮小和自行破裂的趨勢。自然消泡需要時(shí)間很長(cháng),需要使用消泡劑實(shí)現快速消泡滿(mǎn)足食品加工生產(chǎn)的要求。
消泡劑有很多種,成分也有很大不同。
消泡劑主要由活性成分、乳化劑、載體和乳化助劑組成,其中活性成分是最重要的核心部分,起破泡和降低表面張力的作用;乳化劑是將活性成分分散成小顆粒,以便更好地分散在油或水中,消泡效果更好。載體在消泡劑中占很大比例,表面張力不高,主要起到支撐介質(zhì)的作用,有利于消泡消泡的效果,可以降低成本;乳化助劑是為了使乳化效果更好。
消泡劑多為液體復配產(chǎn)品,主要分為三類(lèi):礦物油類(lèi)、有機硅類(lèi)、聚醚類(lèi)[3]。
1、礦物油類(lèi)消泡劑通常由載體、活性劑等組成。載體是低表面張力的物質(zhì),其作用是承載和稀釋?zhuān)S幂d體為水、脂肪醇等;活性劑的作用是抑制和消除泡沫,常用的有蠟、脂肪族酰胺、脂肪等。
2、有機硅類(lèi)消泡劑一般包括聚二甲基硅氧烷等。有機硅類(lèi)消泡劑溶解性較差,在常溫下具有消泡速度很快、抑泡較好,但在高溫下發(fā)生分層、消泡速度較慢、抑泡較差等特點(diǎn)。
3、聚醚類(lèi)消泡劑包括聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚等。聚醚類(lèi)消泡劑具有抑泡時(shí)間長(cháng)、效果好、消泡速度快、熱穩定性好等特點(diǎn)。例如在果蔬飲料、豆制品、蔗糖等生產(chǎn)過(guò)程中就會(huì )用到消泡劑。
消泡劑的作用可分為破泡劑、抑泡劑、脫泡劑三種類(lèi)型。
所謂破泡劑,就是在液體起泡后加入,通過(guò)吸附泡沫和表面張力的作用進(jìn)入泡膜使基礎變薄,可以快速破壞泡沫,降低液面。抑泡劑是能抑制泡沫產(chǎn)生的物質(zhì),它與液體泡沫物一起吸附在泡沫上,降低表面張力,使泡膜變薄,破損,預防泡沫現象。
脫泡劑在液體中吸附于氣泡,聚集氣泡中的空氣,氣泡相互吸附后,在吸附界面破損形成大氣泡,浮力增大提高速度,促進(jìn)脫泡。
消泡劑一般具有破泡、抑制泡沫、脫泡等多種作用。針對不同途徑或原因產(chǎn)生的起泡所選擇的消泡劑是不同的,所以消泡劑的配方篩選尤為重要。
二、消泡劑消泡的原理
消泡劑消泡原理一:
關(guān)于消泡劑的作用機理至今還沒(méi)有統一認識,美國膠體化學(xué)家羅斯(Ross,S.)明確表示,沒(méi)有任何消泡機理復蓋所有消泡現象,各種復雜的消泡劑,可以應對各種消泡機理。接下啦闡述兩種消泡原理。
泡沫是氣體分散于液體中的分散體系,氣體是分散相,液體是分散介質(zhì),由于氣體不溶于表面活性劑而形成穩定狀態(tài)。氣泡形成后,由于發(fā)泡體系分子間的作用,親水基和疏水基被氣泡壁吸附,形成規則排列,其親水基朝向水相,疏水基朝向氣泡內,從而在氣泡界面上形成彈性膜,其穩定性很強,常態(tài)下不易破裂。同時(shí)泡沫是熱力學(xué)不穩定系統,在重力作用下不斷進(jìn)行著(zhù)液膜的下流、蒸發(fā)、破裂,以及泡沫液膜間的排液、滲透過(guò)程。
消泡的原因主要分為兩方面:1)易于鋪展、吸附的消泡劑分子取代了起泡劑分子,形成了強度較差的膜;2)在鋪展過(guò)程中消泡劑分子帶走鄰近表面層的部分溶液,使泡沫液膜變薄,泡沫穩定性降低,易于被破壞。
從上面我們可以得知,消泡劑要發(fā)揮作用,首先必須滲入到泡膜的雙層膜中,其滲入能力可用滲入系數 E 表示。消泡劑滲入后需要快速散布開(kāi)來(lái),其散布能力可用散布系數 S 表示,
式中:γF為泡沫介質(zhì)的表面張力;γDF為消泡劑的表面張力;γD為泡沫介質(zhì)與消泡劑之間的界面張力。當 E>0 時(shí),消泡劑能夠滲入到泡沫中;當 E<0 時(shí),消泡劑不能滲入泡沫中;當 S>0 時(shí),消泡劑能在液膜表面擴展;當 S <0 時(shí),消泡劑不能在液膜表面擴展。所以,只有當 E>0,S>0 時(shí)消泡劑才具有消泡作用[4]。
消泡劑消泡原理二:
泡沫在液體內部存在是因為氣體表面吸附了表面活性物質(zhì),導致表面能降低而形成能量穩定的系統而造成的;消泡劑的原理就是改變部分氣泡表面的表面活性物質(zhì)的分布狀態(tài),從而改變表面張力引起這些氣泡的內壓發(fā)生變化,并合并到其他氣泡中,形成體積更大的氣泡,但是又引起新的不平衡和新的合并。這種合并的大氣泡最后被浮力推出液體內部,這是一個(gè)脫泡過(guò)程;存在與液體表面的氣泡在重力的作用下,氣泡膜會(huì )逐漸變薄最后破裂,消泡劑的作用就是加速這個(gè)變薄并破裂的過(guò)程[5]。
三、消泡劑在食品生產(chǎn)中應用的標準依據
消泡劑分為工業(yè)級消泡劑和食品級消泡劑,添加到食品當中的是對人體沒(méi)有危害的食品級消泡劑,所以可以放心食用。但是作為一款食品添加劑,需要控制最高用量,添加過(guò)量的話(huà)也會(huì )對人體產(chǎn)生危害。使用消泡劑作為食品添加劑的商家一定要嚴格按照我國《GB 2760-2014 食品安全國家標準_食品添加劑使用標準》的要求去謹慎添加。工業(yè)消泡劑是嚴禁添加到食品中。
目前我國許可使用的消泡劑有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯復合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷等。
今年化工行業(yè)原材料價(jià)格普遍上漲,一些不良商家開(kāi)始打起了小算盤(pán),比如用工業(yè)級聚二甲基硅氧烷冒充食品級聚二甲基硅氧烷;工業(yè)級乳化劑冒充食品級乳化劑;更有甚者,為了減少活性物的使用,提升產(chǎn)品性能,竟然將未被列入原輔料表的工業(yè)級聚醚類(lèi)和有機硅聚醚類(lèi)產(chǎn)品使用在食品級消泡劑的生產(chǎn)中。令人發(fā)指!
但按國家的標準,使用一定量食品添加劑是安全,濫用食品添加劑將對身體產(chǎn)生危害,甚至會(huì )致癌、致畸。目前市場(chǎng)上違規使用的問(wèn)題主要有以下4種情況:
1、 使用未經(jīng)國家批準使用或禁用的添加劑品種。
2、 添加劑使用超出規定用量。
3、 添加劑使用超出規定范圍。
4、 使用工業(yè)級代替食品級的添加劑
四、消泡劑行業(yè)的發(fā)展
據紐約州奧爾巴尼數據,消泡劑市場(chǎng)預計在2022年至2031年的預測期內復合年增長(cháng)率為4.5%。有機硅產(chǎn)品類(lèi)型在2021年的消泡劑市場(chǎng)中占有突出的44.7%的份額,預計在預測期內將保持其主導地位。低表面張力、熱穩定性、化學(xué)惰性和完全不溶性是使有機硅消泡劑適用于包括制藥、石油和天然氣以及食品和飲料在內的多個(gè)行業(yè)的有希望的特性。
相對于銷(xiāo)量而言,亞太地區在2021年占據了消泡劑市場(chǎng)34.4%的關(guān)鍵份額。包括制藥、造紙和紙漿、食品和飲料以及紡織品在內的幾個(gè)最終用途行業(yè)的快速增長(cháng)為該地區消泡劑市場(chǎng)創(chuàng )造了充足的機會(huì )[6]。
五、消泡劑在食品中的應用研究[7]
1)味精生產(chǎn)中的消泡劑
味精的發(fā)酵過(guò)程屬于好氣性發(fā)酵,過(guò)程中產(chǎn)生大量的氣泡,氣泡的產(chǎn)生會(huì )降低產(chǎn)量、抑制菌體的呼吸作用、降低菌體的產(chǎn)酸率。消泡劑是抑制泡沫最經(jīng)濟、最簡(jiǎn)單的方法。用于味精生產(chǎn)中的消泡劑通常有植物油消泡劑、聚醚消泡劑、有機硅消泡劑,但是植物油消泡劑貯存不好,易變質(zhì)、酸值增高,應用較少,目前聚醚類(lèi)消泡劑、有機硅消泡劑在味精發(fā)酵工業(yè)中的應用較為廣泛,學(xué)者們對此進(jìn)行的研究也較多。
國內學(xué)者胡廷等人將硅膏、聚醚、乳化劑、增稠劑、水等原料,經(jīng)過(guò)攪拌-升溫-溶解-分層-冷卻操作,便得到二甲基硅油-有機硅復合消泡劑,實(shí)驗最佳條件為:3000r /min 的轉速下高速離心30min,75~ 85℃的條件下存放72h。將這種消泡劑用于某味精廠(chǎng)發(fā)酵罐,結果表明此種有機硅復合消泡劑比現在使用的植物油類(lèi)消泡劑和有機硅消泡劑的效果好,對菌種沒(méi)有影響、用量少、消泡速度快、消泡能力強,但是其抑泡效果一般。
有國外學(xué)者M(jìn) Stones研究了有機硅消泡劑,結果得出:由于硅是指一類(lèi)具有Si -O -Si 骨干有機基團的特殊材料,是最簡(jiǎn)單的聚合物,即聚二甲基硅氧烷(硅橡膠),這些特性確保了有機硅將帶著(zhù)一個(gè)基團遷移到氣-液相界面上的氣泡內,有機硅和有機硅共聚物是高聚材料,聚二甲硅氧烷,他們可以結合起來(lái),產(chǎn)生各種各樣的有控制泡沫作用的控制劑,具有消泡的功能。
李月娥等人對在味精發(fā)酵中使用的聚醚消泡劑進(jìn)行了實(shí)驗,結果表明聚醚的疏水基團的分子量越大,消泡效果越好,當分子量大于3000 時(shí),這種聚醚消泡劑的消泡效果良好,分子量大于1500小于2500 時(shí),有較好的消泡效果,而分子量小于1000 時(shí)則沒(méi)有消泡效果;聚醚消泡劑的消泡效果隨親水集團含量的增加而降低,直到失去消泡效果,甚至會(huì )有助泡的作用,只有當親水集團鏈的比例在一定范圍內時(shí),聚醚消泡劑才有良好的消泡效果,另外聚醚消泡劑的綜合消泡能力(包括消泡和抑泡)受消泡劑濃度的影響,隨濃度的增加而降低,其最佳濃度為:5%~20%。
有學(xué)者對聚醚消泡劑的使用方法進(jìn)行了改進(jìn):先在培養基中加入一定量的消泡劑,連同培養基一起加熱消毒入罐。另外再將消泡劑配制成一定比例的乳狀液,經(jīng)消毒后,用空氣保壓,視發(fā)酵罐內泡沫上升情況,隨時(shí)“流加”入罐,這樣可有效降低消泡劑的使用量。
2)糖生產(chǎn)中的消泡劑
與味精的制造不同,制糖工藝采用濃縮結晶法,消泡劑是制糖過(guò)程中常用的工業(yè)助劑,使用的消泡劑主要有:聚甘油脂肪酸酯類(lèi)(如N型)、蔗糖脂肪酸酯類(lèi)、聚醚類(lèi)(如PPE)和有機硅類(lèi)(如F 型)等。因為聚甘油脂肪酸酯類(lèi)即N 型消泡劑在煮糖過(guò)程中消泡和抑泡效果好,糖漿表面張力降低幅度大,還能加快糖晶體的沉降速度,改善糖漿過(guò)濾性能,所以聚甘油脂肪酸酯類(lèi)消泡劑是目前制糖工業(yè)中用的最廣泛的消泡劑。
國內學(xué)者陳朝毅等對N 型消泡劑進(jìn)行了實(shí)驗,結果表明:N 型消泡劑濃度越高,消泡抑泡的效果越強,當糖漿中消泡劑的添加量達30mg /kg 時(shí)可取得滿(mǎn)意的消泡、抑泡效果。還有專(zhuān)家將食品級消泡劑用在低聚異麥芽糖的制備過(guò)程中,結果表明食品級消泡劑能夠抑泡、降低表面張力,而且食品級消泡劑還能阻止產(chǎn)品被氧化,保護成品。對不同的糖類(lèi)使用的消泡劑不同,理論上,親油親水平衡值(HLB)在1~3 范圍內的無(wú)毒表面活性劑都可作為糖廠(chǎng)加工使用的消泡劑,至今仍很難從理論上確定哪些表面活性劑是最好的糖用消泡劑,一般必須根據實(shí)驗選定。
國外學(xué)者K. Prabhakaran等人對蔗糖中的泡沫進(jìn)行了研究,結果表明在250°C 等溫條件下,有機固體泡沫在空氣中進(jìn)行碳化脫水,碳泡沫由此獲得的燒結溫度在600~1400°C,密度在115~145mg /mL,電導率在1. 510-5 至0. 2Ω–1cm–1,碳泡沫球形細胞大小范圍在450 850nm,細胞是通過(guò)圓形或橢圓形窗口相互關(guān)聯(lián),大小范圍在80 ~300nm。碳泡沫樣品的燒結溫度為1400°C,抗壓強度為0. 89MPa。
國內還有學(xué)者陳駿佳等對苷蔗糖生產(chǎn)加工中的消泡劑進(jìn)行了研究。結果表明在全國甘蔗糖生產(chǎn)中使用的消泡劑有植物油類(lèi)、太古油類(lèi)、蔗糖脂肪酸酯類(lèi)、聚甘油脂肪酸酯類(lèi)(N 型消泡劑)、有機硅化合物類(lèi)等。糖液中的蛋白質(zhì)、膠體及類(lèi)脂物等表面活性物質(zhì),容易與空氣混合,在輸送過(guò)程中產(chǎn)生泡沫,導致冒箱、冒罐、跑糖等,影響糖的產(chǎn)量及糖的質(zhì)量,加入消泡劑是解決此問(wèn)題的最簡(jiǎn)單、最直接的方法。其中蔗糖酯、N 型消泡劑消泡時(shí)間最短,為20s,而且蔗糖酯的抑泡時(shí)間最短,為21s,但是蔗糖酯生產(chǎn)反應復雜,不易控制,性能不穩定,水溶性差,因此N 型消泡劑是應用最多、最廣泛的。
在糖的生產(chǎn)過(guò)程中由于攪拌、流動(dòng)、輸送等操作,使糖液與空氣混合,產(chǎn)生大量氣泡,造成糖液流失,原料損失,操作困難,同時(shí)增加了能耗,影響工廠(chǎng)經(jīng)濟效益。一般消除泡沫的方法有兩種:一是機械消泡法,二是化學(xué)消泡劑?;瘜W(xué)消泡劑具有提高生產(chǎn)效率、增加經(jīng)濟效益、加快蒸發(fā)結晶速度、降低糖漿黏度等優(yōu)點(diǎn),在糖生產(chǎn)中添加化學(xué)消泡劑是常用的消除泡沫的方法。
3)釀酒中的消泡劑
有學(xué)者曾對釀酒過(guò)程中產(chǎn)生的不利因素進(jìn)行研究,結果表明發(fā)酵過(guò)程中,因為攪拌、發(fā)酵而產(chǎn)生許多泡沫,泡沫給酒的加工帶來(lái)很多不利的影響和因素,如引起“逃液”、裝料減少等等,這些不利因素進(jìn)一步影響酒產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量,消泡劑是抑制泡沫最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟的方法。
國內有學(xué)者對釀酒過(guò)程中加入的消泡劑進(jìn)行了研究,結果表明用植物油、月桂酸、脫水山梨醇單硬脂酸、肉豆落酸、油酸等做發(fā)酵消泡劑耗量大,消泡效果不理想;以聚二甲基硅氧烷為主體的有機硅消泡劑用于食品發(fā)酵得效果良好,發(fā)酵容量增加,產(chǎn)量提高;在消泡劑的作用下,發(fā)酵罐的頂蓋可在工作期間一直處于關(guān)閉狀態(tài),從而降低釀液氧化作用,增高酒潔凈度;因氧化作用的降低,在部分蛋白質(zhì)變性狀況下,酒的物理、化學(xué)穩定性很好,酒不再那么混濁;消泡劑使罐壁上酵母粉的附著(zhù)度變低,同時(shí)也減輕了后清理的工作。
由于各類(lèi)食品加工工藝不同,消泡劑的效果、作用不同,學(xué)者武春梅等在測定啤酒原濃時(shí)也加入了消泡劑,并對其可行性進(jìn)行了實(shí)驗。實(shí)驗中酒樣經(jīng)過(guò)了事先除氣,但在蒸餾的初期仍然會(huì )產(chǎn)生泡沫,甚至溢出瓶口,當泡沫溢入蛇形冷卻管中時(shí),表明實(shí)驗失敗,因此在實(shí)驗中加入微量的有機硅消泡劑。實(shí)驗結果表明,啤酒原濃的測定不受消泡劑的影響,可有效降低測試時(shí)間,提高實(shí)驗的成功率,并減輕檢驗人員的勞動(dòng)強度。
[1] 云無(wú)心是我. 2019-02-01. 《做豆腐時(shí)添加的散泡止沸劑對人體有害嗎?關(guān)于豆漿豆腐的是三個(gè)問(wèn)題》
[2] 消泡劑研究院.2018-09-19《【靠譜】食品級消泡劑真靠譜么?怎么辨析!》
[3] 孫寶國.《躲不開(kāi)的食品添加劑》
[4] 消泡劑研究院.2019-03-28.《消泡劑應用及原理案例》
[5] 美晨乳化劑. 2021-02-22. 《科普 | GB2760—2014中可用作消泡劑的食品添加劑》
[6] 膠友通.2022年6月1日.《消泡劑市場(chǎng)預測 到2031年的復合年增長(cháng)率為4.5%》
[7]楊雙春,張爽,趙倩茹,潘一.國內外食品消泡劑的研究進(jìn)展[J].中國食品添加劑,2012(06):225-229.