黃明杰，張曉瑩

（荊門市磊鑫石膏制品有限公司，湖北 荊門 448000）

【試驗(yàn)研究】

不同煅燒工藝下食品添加劑硫酸鈣(無水)的差異分析

黃明杰，張曉瑩

（荊門市磊鑫石膏制品有限公司，湖北 荊門 448000）

無水硫酸鈣在食品中可以作為穩(wěn)定劑、凝固劑等，用途十分廣泛。雖然國(guó)家有強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB1892-2007，但只規(guī)定了含量等相關(guān)要求，并沒有對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行明確的規(guī)定，而這兩種工藝煅燒生產(chǎn)的無水硫酸鈣在本質(zhì)上又有區(qū)別，為了對(duì)比兩種工藝的優(yōu)劣，本文簡(jiǎn)單介紹了無水硫酸鈣的現(xiàn)代煅燒工藝和傳統(tǒng)煅燒工藝，選擇了有代表的兩種煅燒工藝的無水硫酸鈣，表征了其微量元素含量、pH值、白度、氣味、雜質(zhì)、干燥減量和穩(wěn)定性能。結(jié)果表明，現(xiàn)代工藝生產(chǎn)的無水硫酸鈣各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，更能滿足食品添加劑的要求。

食品添加劑；無水硫酸鈣；煅燒工藝

1 引言

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2760-2011《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》[1]附錄A(食品添加劑的使用規(guī)定)中規(guī)定(見表1)，硫酸鈣在食品中可以作為穩(wěn)定劑、凝固劑、增稠劑、酸度調(diào)節(jié)劑以及不限制最大殘留量的加工助劑使用，可應(yīng)用于豆類制品、烘焙食品、肉制品中。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2760-2011《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》附錄C(食品工業(yè)用加工助劑使用規(guī)定)中也規(guī)定了硫酸鈣可作為在各類食品加工過程中使用，殘留量不需限定的加工助劑。

2 儀器和檢測(cè)

2.1 儀器

(1) X射線熒光光譜儀：Axios advanced，荷蘭帕納科公司。

(2) 白度計(jì)：WSB-2，上海昕瑞儀器儀表有限公司。

(3) 馬弗爐：SX2-4-10(溫控)，上海雙彪儀器設(shè)備有限公司。

表1 GB2760-2011中對(duì)食品添加劑硫酸鈣的使用規(guī)定

2.2 氣味對(duì)比及雜質(zhì)水洗檢測(cè)

(1) 在一個(gè)干凈的400mL的燒杯中稱重20g左右的CaSO4。

(2) 加50mL無任何異味的蒸餾水到燒杯中，用鋁泊紙蓋在燒杯上。

(3) 將所有的CaSO4粉末混合到水中，旋轉(zhuǎn)蓋上的燒杯10s。

(4) 除掉蓋子并嗅混合物的氣味，尋找特征氣味或者是不好的氣味。

(5) 攪拌溶液在溶液表面，觀察燒杯底部粉料中的雜質(zhì)和異物。

通過上述試驗(yàn)方法可以看到，采用傳統(tǒng)工藝，通過水洗法可以發(fā)現(xiàn)溶液表面有黑色浮層，燒杯底部有一定的黑色雜質(zhì)和其他物質(zhì)，且伴有一定的臭雞蛋氣味和其他異味，分析原因是由于將煤、木材等燃料直接與礦石原料進(jìn)行接觸，這些燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的SO2、H2S等氣體會(huì)殘留于無水硫酸鈣產(chǎn)品中，同時(shí)由于后期人工處理環(huán)節(jié)上的缺陷，傳統(tǒng)工藝沒有辦法完全去掉異味和雜質(zhì)，從而生產(chǎn)的產(chǎn)品存在不同程度的缺陷。

采用現(xiàn)代工藝，通過水洗法溶液表面、燒杯底部均無黑色雜質(zhì)及黑點(diǎn)，分析原因是現(xiàn)代工藝從源頭上就礦石原料和燃料分開，簡(jiǎn)化了中間的人工處理環(huán)節(jié)，避免了不良?xì)馕兜幕烊?，減少了雜質(zhì)混入的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求

在GB1892-2007《食品添加劑硫酸鈣》中規(guī)定可以使用的食品添加劑硫酸鈣有二水硫酸鈣和無水硫酸鈣兩種，均只能由天然石膏除雜后制備。其中雖然天然硬石膏的主要成分是無水硫酸鈣，但由于含量、雜質(zhì)等因素，實(shí)際食品添加劑無水硫酸鈣都是通過天然二水石膏(主要成分為二水硫酸鈣)煅燒加工而成，食品添加劑硫酸鈣在不同國(guó)家中的相關(guān)要求如表2所示。

表2 不同國(guó)家食品添加劑硫酸鈣相關(guān)要求

3.2 煅燒工藝對(duì)比

(1) 傳統(tǒng)煅燒工藝。

傳統(tǒng)的加工工藝是將天然石膏礦石(生石膏，主要成分為二水硫酸鈣)直接與一定量的煤和木材等燃料混合煅燒，具體工藝流程是通常采用立面半開口、頂面全開口的土法石灰窯；一層煤及其他燃料一層未清洗的石膏原礦間隔堆滿整個(gè)窯體后在頂面蓋上鐵板罩子；從窯體下底火道點(diǎn)火引燃煤及其他燃料，待煤及其他燃料燃盡自然冷卻后，采用人工將煅燒后的石膏礦石與煤渣等雜物分離出窯；然后繼續(xù)采用人工對(duì)出窯后塊狀石膏進(jìn)行生熟分級(jí)、表面去雜等工序后進(jìn)行粉磨、包裝而成。

生產(chǎn)工藝流程如下：天然石膏礦石→混合煅燒→冷卻→生熟分級(jí)→表面去雜→粉磨→包裝→成品入庫(kù)。

(2) 現(xiàn)代煅燒工藝。

現(xiàn)代工藝生產(chǎn)無水硫酸鈣時(shí)將天然石膏礦石(生石膏，主要成分為二水硫酸鈣)通過間接煅燒的方式將煤與礦石原料分離開來，精確控制溫度、濕度、壓強(qiáng)等因素，待二水硫酸鈣中的結(jié)晶水完全脫水變?yōu)闊o水硫酸鈣以后，再對(duì)物料進(jìn)行冷卻、粉磨、風(fēng)選等后序加工而成。

生產(chǎn)工藝流程如下：精選纖維石膏→洗礦→干燥→破碎→人工去雜→間接煅燒→冷卻→粉磨→包裝→成品入庫(kù)。

3.3 指標(biāo)對(duì)比

采用傳統(tǒng)方法及現(xiàn)代工藝煅燒方法生產(chǎn)的食品添加劑無水硫酸鈣的物化性能檢測(cè)結(jié)果見表3。

(1) 微量元素的全分析。

利用X-射線熒光光譜儀，對(duì)傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代工藝煅燒的食品添加劑無水硫酸鈣進(jìn)行全分析檢測(cè)得出：現(xiàn)代工藝煅燒的食品添加劑無水硫酸鈣各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝煅燒的無水硫酸鈣。

表3 無水硫酸鈣物化性能檢測(cè)結(jié)果

(2) pH值。

對(duì)兩種工藝制得的食品添加劑無水硫酸鈣的10%懸浮液進(jìn)行pH值測(cè)試，傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的食品添加劑無水硫酸鈣的10%懸浮液pH值為7.0～10.4不等。主要原因是由于礦石的厚度不均勻以及燃料的分布不均勻造成的煅燒溫度的不均衡，導(dǎo)致部分二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)被過燒為CaO，CaO與水反應(yīng)生成氫氧化鈣Ca(OH)2，導(dǎo)致檢測(cè)時(shí)水懸浮液呈堿性。

現(xiàn)代工藝因?yàn)榫_控溫，只去掉了結(jié)晶水，10%懸浮液pH值控制在6.8～7.0中性。食品添加劑硫酸鈣在烘焙產(chǎn)品的應(yīng)用中，酵母最適合生長(zhǎng)的環(huán)境為pH值5～6，如果懸浮液pH值為堿性，勢(shì)必對(duì)酵母的生長(zhǎng)及活性造成一定的影響[5]。

(3) 白度。

傳統(tǒng)工藝和現(xiàn)代工藝生產(chǎn)的食品添加劑硫酸鈣(無水)白度對(duì)比分析試驗(yàn)，在同等試驗(yàn)條件下，分別隨機(jī)抽取樣品500g通過WSB-2型白度儀進(jìn)行多次測(cè)試。傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品白度為89.6%，傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的食品添加劑硫酸鈣因?yàn)樯婕暗礁嗟纳a(chǎn)環(huán)節(jié)和關(guān)鍵控制點(diǎn)，受到雜質(zhì)和其他物質(zhì)污染的風(fēng)險(xiǎn)較高?，F(xiàn)代工藝產(chǎn)品白度為98.1%，其白度比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品要高很多。研究表明白度與硫酸鈣的主含量也成正比，白度越高，含量越高。

(4) 干燥減量。

傳統(tǒng)工藝條件下，石膏礦石因煅燒時(shí)溫度不均衡造成過燒和未燒透情況的出現(xiàn)，以及冷卻、出窯、篩選過程中長(zhǎng)期暴露在空氣中吸收水分(無水硫酸鈣本身就是一種干燥劑)，實(shí)測(cè)水分為1.62%，產(chǎn)品的水分超過國(guó)標(biāo)1.5%的標(biāo)準(zhǔn)，將不能滿足客戶對(duì)水分的嚴(yán)格要求。

現(xiàn)代工藝由于間接煅燒后，只有一個(gè)很短的冷卻過程可以降低產(chǎn)品在空氣中暴露的時(shí)間，水分更少更容易暴露，實(shí)際生產(chǎn)中一般都控制在1%以下?，F(xiàn)代工藝水分控制在0.42%，完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

(5) 產(chǎn)品穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代工藝最大的區(qū)別在于生產(chǎn)工藝流程的標(biāo)準(zhǔn)化方面，這種區(qū)別給產(chǎn)品的持續(xù)穩(wěn)定性上造成了巨大差異。

傳統(tǒng)工藝的流程上一個(gè)煅燒窯一般能夠裝二十幾噸礦石，最后成品在15t左右，每次從點(diǎn)火到冷卻出窯要5～7d。從入窯、點(diǎn)火、出窯全部是人工作業(yè)，出窯后的去雜、篩選仍然是人工作業(yè)。由于在煅燒窯內(nèi)礦石的厚度、碼放以及燃料的選擇和堆碼的不一樣，包括不同的操作人員的工作習(xí)慣和責(zé)任心等的差異，給成品的穩(wěn)定性帶來了巨大挑戰(zhàn)。每一個(gè)煅燒窯產(chǎn)出的產(chǎn)品，甚至是同一個(gè)煅燒窯產(chǎn)出的不同批次的產(chǎn)品都有相當(dāng)?shù)牟町?。這給需要配方精確定量的食品行業(yè)帶來了巨大的困惑和挑戰(zhàn)。

現(xiàn)代生產(chǎn)工藝正是針對(duì)傳統(tǒng)工藝的不足，從原料礦石開始精選，進(jìn)入煅燒環(huán)節(jié)及生產(chǎn)環(huán)節(jié)后能精確控制生產(chǎn)批量、溫度、濕度、氣壓等環(huán)境因素，可以更加容易的控制產(chǎn)品質(zhì)量，保證產(chǎn)品的持續(xù)穩(wěn)定性，滿足標(biāo)準(zhǔn)化食品添加劑生產(chǎn)的需要。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)工藝是中國(guó)特有的食品添加劑硫酸鈣(無水)生產(chǎn)工藝，但是考察歐洲和美洲國(guó)家，普遍采用分級(jí)煅燒、閃燒等間接煅燒的現(xiàn)代工藝。

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人民生活水平逐漸提高，對(duì)食品安全問題越來越關(guān)注，健康、安全、持續(xù)穩(wěn)定的產(chǎn)品是食品原料發(fā)展的主流，食品添加劑硫酸鈣(無水)現(xiàn)代工藝本身就是在研究傳統(tǒng)工藝缺陷的基礎(chǔ)上一次次的改良，采用現(xiàn)代工藝條件下生產(chǎn)的產(chǎn)品回避了傳統(tǒng)工藝條件下的諸多弊端，產(chǎn)品白度更高、純度更好、無臭無味、更加安全、質(zhì)量穩(wěn)定性更好，前景市場(chǎng)看好。

[1]國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局食品安全監(jiān)管司.GB2760-2011食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2011.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB1892-2007食品添加劑硫酸鈣[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3]Committee on Food Chemicals Codex, Food and Nutrition Board, Institute of Medicine.0309088666 Food chemicals codex[S]. Washington, D. C.: National Academy Press, 2003.

[4]Japan's Specifications and Standards for Food Additives, Seventh Edition[S]. The Ministry of Health and Welfare, 2000.

[5]趙豐麗.新型面包改良劑的研制[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002.

Difference Analysis in Calcining Food Additives Calcium Sulfate(Anhydrous) With Different Calcining Craft

HUANG Ming-jie, ZHANG Xiao-ying
(Jingmen City Leixin Gypsum Product Co.,Ltd., Jingmen 448000, China)

Anhydrous calcium sulfate can be used as a stabilizer in food, coagulant, use is very extensive. Although the national mandatory standard GB1892-2007, but only the provisions of the relevant requirements of content, and no clear rules for the production process, and the two process of calcining and production of anhydrous calcium sulfate in nature and has the difference, in order to make clear the two kinds of process quality, this paper introduces the modern technique and traditional calcination process of anhydrous calcium sulfate, selected two representative of the calcination process of anhydrous calcium sulfate, the trace elements content, pH value, whiteness, odor, impurities, loss on drying and stable performance characterization. The results show that, anhydrous calcium sulfate indexes of modern production process is superior to the traditional process, modern technology can meet the requirements of food additives is more than the traditional production process of anhydrous calcium sulfate.

food additives; calcium sulfate anhydrous; calcining craft

P578.72；TS202.3

A

1007-9386(2014)05-0023-03

2014-05-06