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）

【試驗研究】

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定劑、凝固劑等，用途十分廣泛。雖然國家有強制執行標準GB1892-2007，但只規定了含量等相關要求，并沒有對生產工藝進行明確的規定，而這兩種工藝煅燒生產的無水硫酸鈣在本質上又有區別，為了對比兩種工藝的優劣，本文簡單介紹了無水硫酸鈣的現代煅燒工藝和傳統煅燒工藝，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、干燥減量和穩定性能。結果表明，現代工藝生產的無水硫酸鈣各項指標均優于傳統工藝，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

在國家標準GB2760-2011《食品添加劑使用標準》[1]附錄A(食品添加劑的使用規定)中規定(見表1)，硫酸鈣在食品中可以作為穩定劑、凝固劑、增稠劑、酸度調節劑以及不限制最大殘留量的加工助劑使用，可應用于豆類制品、烘焙食品、肉制品中。

在國家標準GB2760-2011《食品添加劑使用標準》附錄C(食品工業用加工助劑使用規定)中也規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

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：WSB-2，上海昕瑞儀器儀表有限公司。

(3) 馬弗爐：SX2-4-10(溫控)，上海雙彪儀器設備有限公司。

表1 GB2760-2011中對食品添加劑硫酸鈣的使用規定

2.2 氣味對比及雜質水洗檢測

(1) 在一個干凈的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和異物。

通過上述試驗方法可以看到，采用傳統工藝，通過水洗法可以發現溶液表面有黑色浮層，燒杯底部有一定的黑色雜質和其他物質，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行接觸，這些燃料燃燒時產生的SO2、H2S等氣體會殘留于無水硫酸鈣產品中，同時由于后期人工處理環節上的缺陷，傳統工藝沒有辦法完全去掉異味和雜質，從而生產的產品存在不同程度的缺陷。

采用現代工藝，通過水洗法溶液表面、燒杯底部均無黑色雜質及黑點，分析原因是現代工藝從源頭上就礦石原料和燃料分開，簡化了中間的人工處理環節，避免了不良氣味的混入，減少了雜質混入的風險。

3 結果與討論

3.1 相關標準要求

在GB1892-2007《食品添加劑硫酸鈣》中規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、雜質等因素，實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家中的相關要求如表2所示。

表2 不同國家食品添加劑硫酸鈣相關要求

3.2 煅燒工藝對比

(1) 傳統煅燒工藝。

傳統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窯體后在頂面蓋上鐵板罩子；從窯體下底火道點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；然后繼續采用人工對出窯后塊狀石膏進行生熟分級、表面去雜等工序后進行粉磨、包裝而成。

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

(2) 現代煅燒工藝。

現代工藝生產無水硫酸鈣時將天然石膏礦石(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、壓強等因素，待二水硫酸鈣中的結晶水完全脫水變為無水硫酸鈣以后，再對物料進行冷卻、粉磨、風選等后序加工而成。

生產工藝流程如下：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。

3.3 指標對比

采用傳統方法及現代工藝煅燒方法生產的食品添加劑無水硫酸鈣的物化性能檢測結果見表3。

(1) 微量元素的全分析。

利用X-射線熒光光譜儀，對傳統方法和現代工藝煅燒的食品添加劑無水硫酸鈣進行全分析檢測得出：現代工藝煅燒的食品添加劑無水硫酸鈣各項指標均優于傳統工藝煅燒的無水硫酸鈣。

表3 無水硫酸鈣物化性能檢測結果

(2) pH值。

對兩種工藝制得的食品添加劑無水硫酸鈣的10%懸浮液進行pH值測試，傳統工藝生產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，導致部分二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)被過燒為CaO，CaO與水反應生成氫氧化鈣Ca(OH)2，導致檢測時水懸浮液呈堿性。

現代工藝因為精確控溫，只去掉了結晶水，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品的應用中，酵母最適合生長的環境為pH值5～6，如果懸浮液pH值為堿性，勢必對酵母的生長及活性造成一定的影響[5]。

(3) 白度。

傳統工藝和現代工藝生產的食品添加劑硫酸鈣(無水)白度對比分析試驗，在同等試驗條件下，分別隨機抽取樣品500g通過WSB-2型白度儀進行多次測試。傳統工藝產品白度為89.6%，傳統工藝生產的食品添加劑硫酸鈣因為涉及到更多的生產環節和關鍵控制點，受到雜質和其他物質污染的風險較高。現代工藝產品白度為98.1%，其白度比傳統工藝生產的產品要高很多。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。

傳統工藝條件下，石膏礦石因煅燒時溫度不均衡造成過燒和未燒透情況的出現，以及冷卻、出窯、篩選過程中長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)，實測水分為1.62%，產品的水分超過國標1.5%的標準，將不能滿足客戶對水分的嚴格要求。

現代工藝由于間接煅燒后，只有一個很短的冷卻過程可以降低產品在空氣中暴露的時間，水分更少更容易暴露，實際生產中一般都控制在1%以下。現代工藝水分控制在0.42%，完全符合國家標準要求。

(5) 產品穩定性。

傳統工藝與現代工藝最大的區別在于生產工藝流程的標準化方面，這種區別給產品的持續穩定性上造成了巨大差異。

傳統工藝的流程上一個煅燒窯一般能夠裝二十幾噸礦石，最后成品在15t左右，每次從點火到冷卻出窯要5～7d。從入窯、點火、出窯全部是人工作業，出窯后的去雜、篩選仍然是人工作業。由于在煅燒窯內礦石的厚度、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慣和責任心等的差異，給成品的穩定性帶來了巨大挑戰。每一個煅燒窯產出的產品，甚至是同一個煅燒窯產出的不同批次的產品都有相當的差異。這給需要配方精確定量的食品行業帶來了巨大的困惑和挑戰。

現代生產工藝正是針對傳統工藝的不足，從原料礦石開始精選，進入煅燒環節及生產環節后能精確控制生產批量、溫度、濕度、氣壓等環境因素，可以更加容易的控制產品質量，保證產品的持續穩定性，滿足標準化食品添加劑生產的需要。

4 結語

傳統工藝是中國特有的食品添加劑硫酸鈣(無水)生產工藝，但是考察歐洲和美洲國家，普遍采用分級煅燒、閃燒等間接煅燒的現代工藝。

隨著社會的不斷進步，人民生活水平逐漸提高，對食品安全問題越來越關注，健康、安全、持續穩定的產品是食品原料發展的主流，食品添加劑硫酸鈣(無水)現代工藝本身就是在研究傳統工藝缺陷的基礎上一次次的改良，采用現代工藝條件下生產的產品回避了傳統工藝條件下的諸多弊端，產品白度更高、純度更好、無臭無味、更加安全、質量穩定性更好，前景市場看好。

[1]國家食品藥品監督管理局食品安全監管司.GB2760-2011食品添加劑使用標準[S].北京：中國醫藥科技出版社，2011.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB1892-2007食品添加劑硫酸鈣[S].北京：中國標準出版社，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：中國農業大學，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