自動洗碗催干劑表面活性劑組合的應用研究

馬曉琳

（陶氏化學（中國）投資有限公司，上海，201203）

污垢和清洗是食品領域廣泛關注的話題。第一臺商用自動洗碗機于19世紀20年代進入市場，目前自動洗碗機已經在全世界大部分經濟發達地區得到普及。與手洗餐具相比，自動洗碗機具有節省體力、方便和節水的優點。研究顯示，標準洗滌量下機洗大約能減少75%的水量和25%的能量消耗。除清洗以外，自動洗碗機還有消毒、烘干和儲存等多種功能[1-3]。機洗的洗滌過程包括幾道作用不同的程序，一般分為浸泡、預洗、主洗、漂洗、消毒和烘干，因此洗滌方式的改變也給洗滌用品帶來了變革。預洗液和主洗液分別用以去除大塊的食物殘渣和進一步徹底清洗并去除油脂，另外還需要在漂洗過程引入催干劑[4]。就催干劑的功能而言，其設計是基于以下幾方面的需要：1）中和清洗液的殘留堿；2）加速干燥；3）減少水漬，改善餐具的外觀，尤其是對透明的玻璃杯等；4）洗碗機槽內的消泡/抑泡[5]。

典型的催干劑配方通常由表面活性劑、螯合劑、助溶劑及必要的食用色素和防腐劑組成。其中，表面活性劑可以幫助器皿在漂洗液中徹底潤濕，促使漂洗液快速而均勻地從器皿表面上流下，防止器皿表面由于不均勻干燥而留下斑膜和條紋。另外，對機洗來說，需要盡量避免高泡，它不僅干擾洗碗機操作，而且會大幅降低催干劑效果。因此，用于催干劑的表面活性劑通常為非離子型低泡表面活性劑。當溫度超過表面活性劑的濁點時，可以起到控泡作用[6-7]。為了平衡潤濕和控泡功效，常常通過兩種以上低泡表面活性劑的復配來實現：具有稍高濁點的表面活性劑作為潤濕劑，而低濁點的表面活性劑主要發揮控泡效果。

陶氏公司旗下擁有多個低泡非離子表面活性劑系列，例如：ECOSURF? LFE，DOWFAX? 20B以及TERGITOL? L等。它們具有突出的低泡性能，并且易生物降解[8]。本文將若干表面活性劑按不同比例進行組合，并使用這些組合來配制催干劑樣品。通過對催干劑樣品工作液的泡沫和干燥時間等性能的測試，來評估這些低泡表面活性劑組合的應用效果，為配方師開發催干劑產品提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及儀器

實驗所用的原料及儀器見表1。

1.2 實驗方法

1.2.1 催干劑樣品的配制

使用磁力攪拌器來配制一系列催干劑樣品。催干劑基礎配方為質量分數2%檸檬酸、9%總表面活性劑、適量增溶劑和水。配方使用異丙苯磺酸鈉作為增溶劑，其添加量以調節配方濁點至40℃左右為參考標準。由于使用表活的濁點不同，最終配方對增溶的需求也有所差別，配方熱穩定性至40℃左右基本可以滿足生產、運輸和儲存的要求。同時，對表活組合在實際應用中的性能評估也更有參考價值。

通過對ECOSURF? LFE-1410，DOWFAX?20B102，TERGITOL? L-61進行組合，獲得3組復配，加上對照表活產品組合2組，一共配制了5個不同的催干劑樣品（表2）。

每個催干劑配方配制100 g樣品。實驗流程如下：

表2 催干劑樣品使用的表面活性劑組合

表1 實驗主要原料及儀器

往200 mL玻璃燒杯中加入約82 g去離子水并記錄水的質量；開啟攪拌，加入檸檬酸，使其完全溶解；加入相應表面活性劑；開啟加熱板，調節配方溫度至40℃；緩慢逐步加入異丙苯磺酸鈉，至配方澄清。補足去離子水至配方總量為100 g。

1.2.2 催干劑工作液的搖泡實驗

將上述配制得到的5個催干劑樣品均按質量百分比1:1000用去離子水稀釋。使用高通量自動搖泡儀器進行搖泡實驗。該儀器具有一個機械臂，可按照預先設定的程序對每個樣品進行震搖。搖泡結束后，機械臂將樣品移動至照相區域拍照，最后通過照片所示泡沫的像素高度來進行評估。

從搖泡結束至拍攝第一張照片的操作耗時為15 s左右。本實驗除第一張照片外，再等待3 min拍攝第二張。所以，初始照片即搖泡后15 s，而3 min照片即實際搖泡后3 min 15 s左右。實驗溫度設定為50℃，以模擬洗碗機水槽環境。具體搖泡設定參數見表3。

1.2.3 催干劑工作液添加奶粉的搖泡實驗

使用上述實驗催干劑工作液，加入0.5 g奶粉混勻，使用高通量自動搖泡儀進行實驗。奶粉含有蛋白質和脂類，具有發泡特性。這個實驗可以用來模擬自動洗碗環境下催干劑工作液混有含此類物質食物殘留情況下的泡沫性能。

與1.2.2實驗使用同樣儀器，故在拍攝時間上同樣有約15 s延遲。本實驗除第一張照片外，再等待5 min拍攝第二張。溫度設定為50℃，來模擬洗碗機水槽環境。具體搖泡設定參數見表4。

1.2.4 催干劑工作液添加洗潔精的搖泡實驗

使用相同催干劑工作液，加入0.25 g 100 mg/kg洗潔精再使用高通量自動搖泡儀進行搖泡實驗。手洗餐具清潔劑含有較多陰離子表面活性劑，在預洗階段用來浸泡餐具。這類表面活性劑通常具有高且穩定的泡沫，且會隨著餐具進入自動洗碗機，是造成水槽泡沫溢出的主要原因之一。這個實驗可以測試不同催干劑工作液混合洗潔精情況下的低泡性能。拍照設定及搖泡溫度與1.2.3實驗相同，具體搖泡設定參數見表5。

1.2.5 催干劑工作液在不銹鋼板上的干燥時間

干燥速度同樣是評估催干劑產品性能的重要指標。采用適當的催干劑可以使干燥速度大大提高，是自動洗碗機達到高效洗滌的必要條件之一。另外，快速干燥可以省去洗碗后再用抹布擦拭的工序，既節省了人力也避免了餐具的二次污染。本研究使用不銹鋼金屬試片來代替不銹鋼餐具（圖1）。首先，將工作液升溫至80℃，然后把試片浸入工作液約30 s。記錄試片從取出到水膜完全揮干所需時間來評估不同工作液的催干性能。每個工作液重復測試3個試片以減少誤差。

表3 工作液搖泡實驗參數

表4 添加奶粉的搖泡實驗參數

表5 添加洗潔精的搖泡實驗參數

圖1 不銹鋼金屬試片

2 實驗結果及討論

通過配制得到了5個催干劑樣品。本研究評估泡沫及干燥時間，故未添加色素，防腐劑等小料。所有樣品均外觀良好，無不溶物，如圖2所示。后續實驗使用的工作液即為這些樣品1:1000稀釋液。

2.1 催干劑工作液以及添加奶粉或洗潔精的泡沫測試

圖2 催干劑樣品（從左至右1～5）

根據高通量搖泡儀獲得的圖片信息，得到5個催干劑工作液的泡沫像素高度（圖3）。其中，含20B102 4.5%/LFE-1410 4.5%催干劑的稀釋液顯示最低的泡沫, 20B102/LFE-1410/L-61三組分樣品次之。20B102 6%/LFE-1410 3%催干劑稀釋液與表活組合B稀釋液初始基本相當，3 min后泡沫略低。而含有表活組合A的稀釋液泡沫最高。

圖3 催干劑工作液的搖泡結果

從20B102、LFE-1410和L-61 3個表面活性劑來看，LFE-1410的濁點最低，相應條件下發泡性也最差。在總表活含量相同的情況下，LFE-1410占比高有利于體系的低泡性。類似地，L-61的濁點低于20B102，其部分替代20B102后也使配方的泡沫有所降低。即使用增溶劑將原液增溶至同等濁點，這樣的低泡優勢仍然能得到體現。

圖4 奶粉樣品的搖泡結果

同樣搖泡條件下，添加了奶粉后，泡沫比原先純工作液要明顯升高（圖4）。同時可以發現，由于不同表活組合對奶粉控泡的性能有所差別，泡沫高度的排序也發生了變化。含20B102/LFE-1410/L-61三組分的奶粉樣品初始和5 min的泡沫均最低，優于其他含20B102/LFE-1410的奶粉樣品。這反映了L-61具有一定控泡能力，將它復配進20B102/LFE-1410組合中進一步提升了整體低泡性能。表活組合A的奶粉樣品的泡沫最高。但總體看來，奶粉組內的差異不如純工作液組差異明顯。

圖5為添加了洗潔精后工作液的搖泡結果。跟奶粉樣品相類似的是，含20B102/LFE-1410/L-61三組分的樣品具有最低的泡沫高度，而含20B102/LFE-1410（各4.5%）的樣品次之。這也進一步驗證了L-61的復配可以提升控泡性能。

圖5 洗潔精樣品的搖泡結果

另外，含表活組合A的工作液在添加洗潔精后，泡沫并不是最高的。這與純工作液或奶粉樣品測試時情況不同，反映了表活組合A對于洗潔精具有較好的抗泡能力。但其自身泡沫較高，與最低泡沫樣品還有一定差距。

2.2 催干劑在不銹鋼表面的干燥時間

5個工作液在不銹鋼片上的催干實驗結果如圖6所示，可以看出干燥時間在20～30 s左右。從平均干燥時間來看，速度最快的是含20B102/LFE-1410(4.5%/4.5%)的樣品。20B102/LFE-1410/L-61三組分樣品與表活組合B基本相當，均在26 s左右。20B102/LFE-1410(6%/3%)樣品與表活組合A速度略慢。

從20B102、LFE-1410和L-61的三個表活配比來看，干燥速度受到綜合因素的影響。研究報道，催干劑中的表面活性劑在高于其濁點的溫度下可以吸附在餐具表面，形成一個薄的連續膜，使餐具表面排水更快、更均勻。但在實際漂洗中，由于低濃度和較短的接觸時間，形成的膜可能是不完整的，不充分連續的[5]。從結果來看，雖然20B102作為潤濕劑，可以幫助均勻排水，但含量也并不是越高越好。20B102/LFE-1410組合中引入L-61或增加LFE-1410的比例都加快了水膜的干燥速度。總之，針對不同的表活組合，需要根據實際測試來優化組分的比例。

圖6 不銹鋼材質上的干燥時間

3 結論

本研究通過一系列泡沫及催干實驗，評估了5個低泡表面活性劑組合在自動洗碗機催干劑中的應用。含有DOWFAX? 20B102/ECOSURF? LFE-1410 (各4.5%)組合的樣品工作液自身泡沫最低，對奶粉和洗潔精控泡較好，且在不銹鋼試片上干燥時間最短。三組分DOWFAX? 20B102/ECOSURF?LFE-1410/TERGITOL? L-61(各3%)的樣品工作液對奶粉和洗潔精的控泡能力最佳，干燥速度也較快。這兩個表面活性劑組合都很適合應用于自動洗碗機催干劑產品，改善其泡沫和/或催干性能。