《食品添加剂》课程电子教案（讲义）第四章消泡剂.docx_大学文库

4.1概述消泡剂是在食品加工过程中用于降低表面张力，消除泡沫的加工助剂。在食品加工如发酵、搅拌、煮沸、提取和浓缩等过程中常常会产生大量的泡沫，影响正常操作的进行，必须及时消除或防止泡沫的产生。例如，在加工高淀粉、高含量蛋白、糖、油脂的植物性原料时，会产生大量泡沫，导致物料随泡沫溢出，不仅造成浪费，而且严重影响加工设备和车间的清洁卫生；在煎炸过程中，由于煎炸用油精制不充分（含有磷脂），煎炸的食物中含有使油料起泡的成分或者煎炸用油是混合油，很容易起泡溢出，造成经济损失及伤害操作工人，在明火加热的情况下还易引起火灾。另外，在罐头、饮料加工，酱油等调味品的生产，以及葡萄酒、啤酒、味精等的生产发酵过程中都会产生有害泡沫。4.1.1气泡的产生及稳定泡沫是气体分散在液体或固体中的胶体分散系统，其中气泡的线性大小约在10-2m以上，其形状常因环境而异。例如，稀溶液的气泡一般近乎球状，并具有较厚的液膜，而浓液中的泡沫大部分是多面体形，各泡之间仅有极薄的液膜相隔。由液体和气体形成的泡沫称为两相泡沫，当其中有固体粉未时称为多相泡沫。产生泡沫时由于表面积的迅速增加，泡沫体系的自由能也迅速增加。当温度和压力不变时，泡沫体系的自由能的增加可用下式表示：△G=Y△a式中：△G一体系的自由能；Y一液体的表面张力；△A一体系的表面积。从上式可知，泡沫是热力学不稳定系统，泡沫产生的难易程度与液体的表面张力有关。在纯液体中不易形成泡沫，但在含有表面活性物质的溶液中（如食品加I体系），表面活性物（质吸附在气液的界面上，降低了液膜的界面张力，增大了液膜的粘度，并在一定程度上阻碍了气泡的聚并，从而使泡沫达到相对稳定的状态。从图4一1可以看出，开始时水溶液中的表面张力随着表面活性剂浓度的增加而急剧下降，以后则大体保持平衡。曲线的最低点通常称为表面活性剂的临界胶束浓度，可能是多种表面活性物质相互作用的结果。在实际使用时为使乳液稳定，所用表面活性剂的浓度总要比临界浓度大一些，当表面活性剂在气液界面上过剩时，水溶液表面聚集了足够多的中表面活性剂，并且密布于液面上，形成单分子膜，将混入的空气用牢固的液膜包围起来，使表面张力降到最低。表面张力越低，形成泡沫所需的自由能也越少，就越容易生成泡沫。为了保证生产的顺利进行，必须采取各种措施消除泡沫，其中最简单低廉的方法就是在生产系统中添加消泡剂。4.1.2消泡机理消泡剂的作用机理有多种说法。较早提出的罗斯假说认为：在溶液中呈溶解状态的溶质是稳泡剂，而呈不溶解状态、浸润系数与铺展系数均为正值的溶质是消泡剂。然而，进一步研究发现此说法并不全面。后来又提出降低气泡泡膜表面张力说，破坏泡膜弹性说，影响膜的电性质、促使液膜排液等。一般认为，消泡剂的作用机理：消泡剂是以微粒的形式渗入泡沫的体系，接触泡沫后立即捕获泡沫表面的疏水端，形成双分子层膜，由于消泡剂表面张力较低，易于吸附、铺展于液膜上，使液膜的局部表面张力降低，同时带走液膜下层邻近液体，在周围表面张力大的膜层强力牵引下，最后导致泡沫破裂如图4一2。消泡剂在液面上铺展得越快，液膜变得越薄，破泡能力就越强

4．1 概述消泡剂是在食品加工过程中用于降低表面张力，消除泡沫的加工助剂。在食品加工如发酵、搅拌、煮沸、提取和浓缩等过程中常常会产生大量的泡沫，影响正常操作的进行，必须及时消除或防止泡沫的产生。例如，在加工高淀粉、高含量蛋白、糖、油脂的植物性原料时，会产生大量泡沫，导致物料随泡沫溢出，不仅造成浪费，而且严重影响加工设备和车间的清洁卫生；在煎炸过程中，由于煎炸用油精制不充分(含有磷脂)，煎炸的食物中含有使油料起泡的成分或者煎炸用油是混合油，很容易起泡溢出，造成经济损失及伤害操作工人，在明火加热的情况下还易引起火灾。另外，在罐头、饮料加工，酱油等调味品的生产，以及葡萄酒、啤酒、味精等的生产发酵过程中都会产生有害泡沫。 4．1．1 气泡的产生及稳定泡沫是气体分散在液体或固体中的胶体分散系统，其中气泡的线性大小约在 10-2m 以上，其形状常因环境而异。例如，稀溶液的气泡一般近乎球状，并具有较厚的液膜，而浓液中的泡沫大部分是多面体形，各泡之间仅有极薄的液膜相隔。由液体和气体形成的泡沫称为两相泡沫，当其中有固体粉末时称为多相泡沫。产生泡沫时由于表面积的迅速增加，泡沫体系的自由能也迅速增加。当温度和压力不变时，泡沫体系的自由能的增加可用下式表示： △G=γ△a 式中：△G—体系的自由能； γ—液体的表面张力； △A—体系的表面积。从上式可知，泡沫是热力学不稳定系统，泡沫产生的难易程度与液体的表面张力有关。在纯液体中不易形成泡沫，但在含有表面活性物质的溶液中(如食品加 I 体系)，表面活性物{质吸附在气液的界面上，降低了液膜的界面张力，增大了液膜的粘度，并在一定程度上阻碍了气泡的聚并，从而使泡沫达到相对稳定的状态。从图 4—l 可以看出，开始时水溶液中的表面张力随着表面活性剂浓度的增加而急剧下降，以后则大体保持平衡。曲线的最低点通常称为表面活性剂的临界胶束浓度，可能是多种表面活性物质相互作用的结果。在实际使用时为使乳液稳定，所用表面活性剂的浓度总要比临界浓度大一些，当表面活性剂在气液界面上过剩时，水溶液表面聚集了足够多的中表面活性剂，并且密布于液面上，形成单分子膜，将混入的空气用牢固的液膜包围起来，使表面张力降到最低。表面张力越低，形成泡沫所需的自由能也越少，就越容易生成泡沫。为了保证生产的顺利进行，必须采取各种措施消除泡沫，其中最简单低廉的方法就是在生产系统中添加消泡剂。 4．1．2 消泡机理消泡剂的作用机理有多种说法。较早提出的罗斯假说认为：在溶液中呈溶解状态的溶质是稳泡剂，而呈不溶解状态、浸润系数与铺展系数均为正值的溶质是消泡剂。然而，进一步研究发现此说法并不全面。后来又提出降低气泡泡膜表面张力说，破坏泡膜弹性说，影响膜的电性质、促使液膜排液等。一般认为，消泡剂的作用机理:消泡剂是以微粒的形式渗入泡沫的体系，接触泡沫后立即捕获泡沫表面的疏水端，形成双分子层膜，由于消泡剂表面张力较低，易于吸附、铺展于液膜上，使液膜的局部表面张力降低，同时带走液膜下层邻近液体，在周围表面张力大的膜层强力牵引下，最后导致泡沫破裂。如图 4—2。消泡剂在液面上铺展得越快，液膜变得越薄，破泡能力就越强

为了起到消泡作用，渗入系数、散布系数都必须大于0。但起泡体系非常复杂，要选择到合适的消泡剂，大多还是按经验方式进行。一般是选择亲油性比较小、分支多、比重轻及能使水溶液表面张力降低的有机化合物作为水溶液的消泡剂。消泡剂大致可分两类：一类能消除已产生的气泡，如低级醇、山梨糖醇、酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、天然油脂等。这类消泡剂分子的亲水端与溶液的亲和性较强，在溶液中分散较快，因此随着时间的推移或温度的上升，消泡效力会迅速降低。另一类则能抑制气泡的形成，如乳化硅油等、聚醚等。这类消泡剂通常是与溶液亲和性很弱的难溶或不溶的分子，具有比起泡剂更大的表面活性；当溶液中发生气泡时，能首先吸附到泡膜上去，抑制了起泡分子的吸附从而抑制了起泡。但一类消泡剂使用量大时常常兼有破泡与抑泡的双重作用。消泡剂的品种很多，有油型、溶液型、乳液型、粉未型和复合型。消泡剂应具备下述性质：①消泡力强，用量少；②加入发泡系统后其基本性质不受影响；③表面张力小；④与表面的平衡性好：③扩散性、渗透性好：③耐热性好；③化学性稳定，耐气化性强；③气体溶解性、透过性好；③在发泡系统中的溶解度小；无生理活性，安全性好。4.2国内外常用的食品消泡剂实际应用的消泡剂种类很多，而应用于食品工业时，除要考虑其消泡能力外，还要考虑其毒性等。美国FDA批准允许使用的食品消泡剂主要有聚硅氧烷树脂、C12一22高级脂肪酸、卵磷脂、甘油脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、固体石蜡、动植物油及微细二氧化硅等。我国许可使用的消泡剂有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧内醇胺醚、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7种。4.3消泡剂在食品中的应用消泡剂在食品工业中的应用广泛，现阐述如下。4.3.1豆制品生产中的应用大豆磨成豆浆，然后制成各种豆制品的生产中会产生大量泡沫，特别是煮浆的过程中，煮浆可以除去黄豆中有害的营养因子抑制剂及豆腥味，是必不可少的工序。但因为豆浆中含有大量的蛋白质，其所含皂角成分也会受热分解，当空气进入溶液时，蛋白质等活性成分中的疏水性基团伸向气泡内部，而亲水性基团吸附在液面，形成气泡。气泡在液体浮力作用下升至液面，并在向外部气相扩散时形成双分子膜。当气泡越积越多，大量的双极性蛋白质分子有规则地排列在气液界面上，阻止气泡的破裂，从而形成大的球状泡沫集合体，且越来越稳定，以至溢出容器。因此必须使用消泡剂进行消泡，以减少豆浆的损失。目前在豆制品生产中应用较多的是复合型消泡剂，是以多种食品级表面活性剂为主要原料经一定配方制成的。一般对水有亲和力，对蛋白质形成复合体，能充分发挥表面活性剂之间的协同作用，达到理想的消泡效果。例如，日本市售的复配型豆腐消泡剂配方组成：(1)豆腐消泡剂（液体)：硅树脂30，山梨糖醇酐脂肪酸酯5，单硬脂酸甘油酯2。(2)豆腐消泡剂（液体）：硅树脂10，山梨糖醇酐脂肪酸酯5，单硬脂酸甘油酯1，蔗糖脂肪酸酯1。（3)豆腐消泡剂（粉末）：高熔点植物油脂40，碳酸钙60。（4)豆腐消泡剂（淡黄色粉末）：单脂肪酸甘油酯48，大豆磷脂7，碳酸钙45

为了起到消泡作用，渗入系数、散布系数都必须大于 0。但起泡体系非常复杂，要选择到合适的消泡剂，大多还是按经验方式进行。一般是选择亲油性比较小、分支多、比重轻及能使水溶液表面张力降低的有机化合物作为水溶液的消泡剂。消泡剂大致可分两类：一类能消除已产生的气泡，如低级醇、山梨糖醇、酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、天然油脂等。这类消泡剂分子的亲水端与溶液的亲和性较强，在溶液中分散较快，因此随着时间的推移或温度的上升，消泡效力会迅速降低。另一类则能抑制气泡的形成，如乳化硅油等、聚醚等。这类消泡剂通常是与溶液亲和性很弱的难溶或不溶的分子，具有比起泡剂更大的表面活性；当溶液中发生气泡时，能首先吸附到泡膜上去，抑制了起泡分子的吸附，从而抑制了起泡。但一类消泡剂使用量大时常常兼有破泡与抑泡的双重作用。消泡剂的品种很多，有油型、溶液型、乳液型、粉末型和复合型。消泡剂应具备下述性质：①消泡力强，用量少；②加入发泡系统后其基本性质不受影响；③表面张力小；④与表面的平衡性好；⑤扩散性、渗透性好；⑥耐热性好；⑦化学性稳定，耐气化性强；⑧气体溶解性、透过性好；⑨在发泡系统中的溶解度小；⑩无生理活性，安全性好。 4.2 国内外常用的食品消泡剂实际应用的消泡剂种类很多，而应用于食品工业时，除要考虑其消泡能力外，还要考虑其毒性等。美国 FDA 批准允许使用的食品消泡剂主要有聚硅氧烷树脂、 C12—22 高级脂肪酸、卵磷脂、甘油脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、固体石蜡、动植物油及微细二氧化硅等。我国许可使用的消泡剂有乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、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 7 种。 4.3 消泡剂在食品中的应用消泡剂在食品工业中的应用广泛，现阐述如下。 4．3．1 豆制品生产中的应用大豆磨成豆浆，然后制成各种豆制品的生产中会产生大量泡沫，特别是煮浆的过程中，煮浆可以除去黄豆中有害的营养因子抑制剂及豆腥味，是必不可少的工序。但因为豆浆中含有大量的蛋白质，其所含皂角成分也会受热分解，当空气进入溶液时，蛋白质等活性成分中的疏水性基团伸向气泡内部，而亲水性基团吸附在液面，形成气泡。气泡在液体浮力作用下升至液面，并在向外部气相扩散时形成双分子膜。当气泡越积越多，大量的双极性蛋白质分子有规则地排列在气液界面上，阻止气泡的破裂，从而形成大的球状泡沫集合体，且越来越稳定，以至溢出容器。因此必须使用消泡剂进行消泡，以减少豆浆的损失。目前在豆制品生产中应用较多的是复合型消泡剂，是以多种食品级表面活性剂为主要原料经一定配方制成的。一般对水有亲和力，对蛋白质形成复合体，能充分发挥表面活性剂之间的协同作用，达到理想的消泡效果。例如，日本市售的复配型豆腐消泡剂配方组成： (1)豆腐消泡剂(液体)：硅树脂 30，山梨糖醇酐脂肪酸酯 5，单硬脂酸甘油酯 2。 (2)豆腐消泡剂(液体)：硅树脂 10，山梨糖醇酐脂肪酸酯 5，单硬脂酸甘油酯 1，蔗糖脂肪酸酯 1。 (3)豆腐消泡剂(粉末)：高熔点植物油脂 40，碳酸钙 60。 (4)豆腐消泡剂(淡黄色粉末)：单脂肪酸甘油酯 48，大豆磷脂 7，碳酸钙 45

(5)豆腐消泡剂（淡黄色颗粒）：碳酸钙60，植物油40。(6)豆腐消泡剂(粉状)：单脂肪酸甘油酯92.2，大豆磷脂3.9，磷酸三钙3，硅树脂0.9。(7)豆腐消泡剂，油炸改良剂（淡黄色粉末)：单脂肪酸甘油酯90，大豆磷脂4.3，碳酸钙5，硅树脂0.7。4.3.2消泡剂在制糖工业中的应用制糖生产过程中，糖液在搅拌、流动和输送等因素影响下与空气混合接触，易产生大量泡沫。泡沫的产生常常使糖液溢出锅外，造成物料的损失，同时较多的泡沫还影响糖液的输送，造成操作困难。在蒸发和结晶工段，稠厚的泡沫可以减缓水分的蒸发和结晶速度，增加能耗，严重影响了制糖企业的经济效益。因此，消除和抑制糖液泡沫的生成一直是制糖企业非常重视的一个问题。由于使用消泡剂法省时、省力、投资少和见效快，所以目前制糖生产中采用的消泡方法基本上都是消泡剂法。1-)制糖用消泡剂的种类随着制糖业的发展和科技人员的研究，多种制糖用消泡剂不断被开发出来。下面介绍一些比较常用的制糖用消泡剂。（1）蔗糖脂肪酸酯类消泡剂是国际上认可的一种食品乳化剂，有很好的安全性。对其亲水、亲油性进行调整后，可用来做制糖用消泡剂。(2）聚甘油脂肪酸酯是一种优良的煮糖消泡剂，能明显缩短煮糖时间，有利于节能增效。(3)聚醚类消泡剂在制糖中也有一定用量，具有较好的消泡性能。不同生产厂家的产品，其结构性能也有所不同。有的产品只是一般的聚氧乙烯聚氧内烯嵌段共聚物，有的产品是在其共聚的基础上将其改性，如烷基化。在生产时，一般要调节好环氧乙烷和环氧内烷的聚合度和摩尔比，并保证环氧内烷接到聚合链的末端。聚醚类消泡剂有非常好的抑泡性，但破泡能力稍差一些。使用时较好的办法是采用在料液中预先滴人。(4)有机硅消泡剂表面张力低，有很好的化学情性，介质中溶解度小，消泡快，是非常有潜力的一类消泡剂，当前在许多行业得到广泛应用。制糖中应用的一般都是乳液产品，即以硅油为主料，添加一些其他成分，用乳化剂乳化制成。这类乳化硅油消泡剂有很好的消泡效果。（5）复配型消泡剂产品这类产品弥补了单一消泡成分的不足，增加了功效，使产品更具全面性。如将一些表面活性剂和硅油或其他疏水基团复配乳化或改性，消除各自的一些不利因素，从而拥有更好的使用性能。（6）天然植物油类产品主要是豆油。作为传统的消泡剂，用量大，消泡效果差。但由于是纯天然产品，使用安全性最好，来源方便，所以仍有少量应用。2)制糖中消泡剂的应用在甘蔗制糖的实际生产中，需要添加消泡剂的工序一般有中和罐、清汁罐、糖浆罐、蒸发罐和结晶罐。由于糖汁经历了过滤、絮凝和沉淀等分离工序，糖汗中的杂质是逐步减少的，但是糖汁的粘度却是越来越大，在生产前期糖液中杂质含量多、表面活性高是产生泡沫的主要原因，生产后期糖液粘度增大，表面膜不易破裂成为泡沫产生的主要原因。还需要指出的是，中和罐的泡沫比较厉害，这是因为加入的碱性物质和糖液中的一些酸性物质畔和时易产生泡沫，同时生成的

(5)豆腐消泡剂(淡黄色颗粒)：碳酸钙 60，植物油 40。 (6)豆腐消泡剂(粉状)：单脂肪酸甘油酯 92．2，大豆磷脂 3．9，磷酸三钙 3，硅树脂 0．9。 (7)豆腐消泡剂，油炸改良剂(淡黄色粉末)：单脂肪酸甘油酯 90，大豆磷脂 4．3，碳酸钙 5，硅树脂 0．7。 4.3.2 消泡剂在制糖工业中的应用制糖生产过程中，糖液在搅拌、流动和输送等因素影响下与空气混合接触，易产生大量泡沫。泡沫的产生常常使糖液溢出锅外，造成物料的损失，同时较多的泡沫还影响糖液的输送，造成操作困难。在蒸发和结晶工段，稠厚的泡沫可以减缓水分的蒸发和结晶速度，增加能耗，严重影响了制糖企业的经济效益。因此，消除和抑制糖液泡沫的生成一直是制糖企业非常重视的一个问题。由于使用消泡剂法省时、省力、投资少和见效快，所以目前制糖生产中采用的消泡方法基本上都是消泡剂法。 1-)制糖用消泡剂的种类随着制糖业的发展和科技人员的研究，多种制糖用消泡剂不断被开发出来。下面介绍一些比较常用的制糖用消泡剂。 (1)蔗糖脂肪酸酯类消泡剂是国际上认可的一种食品乳化剂，有很好的安全性。对其亲水、亲油性进行调整后，可用来做制糖用消泡剂。 (2)聚甘油脂肪酸酯是一种优良的煮糖消泡剂，能明显缩短煮糖时间，有利于节能增效。 (3)聚醚类消泡剂在制糖中也有一定用量，具有较好的消泡性能。不同生产厂家的产品，其结构性能也有所不同。有的产品只是一般的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物，有的产品是在其共聚的基础上将其改性，如烷基化。在生产时，一般要调节好环氧乙烷和环氧丙烷的聚合度和摩尔比，并保证环氧丙烷接到聚合链的末端。聚醚类消泡剂有非常好的抑泡性，但破泡能力稍差一些。使用时较好的办法是采用在料液中预先滴人。 (4)有机硅消泡剂表面张力低，有很好的化学惰性，介质中溶解度小，消泡快，是非常有潜力的一类消泡剂，当前在许多行业得到广泛应用。制糖中应用的一般都是乳液产品，即以硅油为主料，添加一些其他成分，用乳化剂乳化制成。这类乳化硅油消泡剂有很好的消泡效果。 (5)复配型消泡剂产品这类产品弥补了单一消泡成分的不足，增加了功效，使产品更具全面性。如将一些表面活性剂和硅油或其他疏水基团复配乳化或改性，消除各自的一些不利因素，从而拥有更好的使用性能。 (6)天然植物油类产品主要是豆油。作为传统的消泡剂，用量大，消泡效果差。但由于是纯天然产品，使用安全性最好，来源方便，所以仍有少量应用。 2)制糖中消泡剂的应用在甘蔗制糖的实际生产中，需要添加消泡剂的工序一般有中和罐、清汁罐、糖浆罐、蒸发罐和结晶罐。由于糖汁经历了过滤、絮凝和沉淀等分离工序，糖汁中的杂质是逐步减少的，但是糖汁的粘度却是越来越大，在生产前期糖液中杂质含量多、表面活性高是产生泡沫的主要原因，生产后期糖液粘度增大，表面膜不易破裂成为泡沫产生的主要原因。还需要指出的是，中和罐的泡沫比较厉害，这是因为加入的碱性物质和糖液中的一些酸性物质畔和时易产生泡沫，同时生成的

《食品添加剂》课程电子教案（讲义）第四章 消泡剂

《食品添加剂》课程电子教案（讲义）第四章消泡剂