聚甘油酯论文：聚甘油酯综合性能浅析
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本文作者：黄东瑜陈骏佳付尽国钟志才张卫东作者单位：广州甘蔗糖业研究所
聚甘油脂肪酸酯的质量分析和检验
聚甘油脂肪酸酯由聚甘油与食用油脂或脂肪酸部分酯化而得，性状有浅黄色至琥珀色油状至极粘稠液体、浅棕黄色至棕色的塑性或柔软固体、以及浅棕黄色至棕色硬性蜡状固体，含有少量单、双和三甘油酯、游离甘油和聚甘油、游离脂肪酸及脂肪酸的钠盐。所含酯类从极端亲水性到极端亲油性，能分散于水中，能溶于溶剂和油类（包括聚甘油单油酸酯）。国内最早的聚甘油脂肪酸酯相关国家标准制定于1992年（GB13510-92），以酸值、皂化值、碘值、硫酸灰分和熔点规范其理化性能指标，以砷及重金属含量规定卫生质量，但此标准仅适用于三聚甘油脂肪酸酯，聚甘油脂肪酸酯的通用国家标准由国家卫生部2011年第8号公告指定。卫生部指定的标准目前仍无标准号，它规定了聚甘油脂肪酸酯的酸值、羟值、碘值、灼烧残渣、皂化值、脂肪酸钠盐等理化指标及卫生指标铅含量的测定方法。按卫生部的要求，除铅含量外，各项指标符合生产厂家声称即可，目前国内制糖工艺常用的聚甘油脂肪酸酯的技术指标见表2。在制糖工艺中，为使用方便和更好地发挥其使用效果，产品一般为聚甘油脂肪酸酯水乳液，所含的水份根据其为一个自乳化体系，在水中经过剪切力作用形成的O/W乳液，以粒径大小、亲油、亲水基、各种约束力、排斥力各种电荷等因素组成的不断形成-瓦解的动平衡的特点，以物理方法加入。聚甘油脂肪酸酯以非水含量衡量，以国家轻工行业标准QB/T4089-2010制糖工业助剂、消泡剂（聚甘油脂肪酸酯）规范质量，该标准于2011年3月1日开始实施。
聚甘油脂肪酸酯在成品糖中的检验方法和相关说明
聚甘油脂肪酸酯在制糖工业用作加工助剂，不直接加入最终产品（食糖），因此质量标准（GB317-2006）中无添加剂残留项，按GB317标准验收成品白砂糖已可确保食糖质量。GB317中，以二级白砂糖为例，蔗糖分≥99.5%，还原糖、灰分、水分等已知成分占0.38%，不可定性定量的微量成分仅占0.1%，远低于其作为制糖工艺助剂的规定添加量10.0g/kg。目前国内外尚无食品中聚甘油脂肪酸酯的定量检测方法及残留测定要求，包括国家卫生部2011年第8号公告指定标准和国际粮农组织/世界卫生组织（FAO/WHO）食品添加剂联合专家委员会（JECFA）聚甘油脂肪酸酯（INS号475）技术指标要求中也尚无含量的检测方法。
聚甘油脂肪酸酯在制糖工艺中的应用概况
聚甘油脂肪酸酯最早由美国研究开发并使用于制糖工业，我国于上世纪80年代初开始该项研究，研制出国内第一代聚甘油脂肪酸酯糖用助剂，随后轻工业部科技局下达了由天津轻工化学研究所、轻工部日用化学研究所、无锡轻工业学院、轻工部甘蔗糖业科学研究所共同承担的项目“糖用消泡剂、脱色剂、杀菌剂的研制及应用”（项目编号86112），于1989年通过国家项目鉴定并在制糖行业中推广应用。鉴于聚甘油脂肪酸酯在制糖工业中生产实践证实的使用性能，研究其结构与使用性能对应关系的“制炼助剂合成参数研究”课题于2007年作为广东省糖能甘蔗改良与开发利用创新能力建设的子项目已完成验收，今年被列入科学技术部科研院所技术开发研究专项资金任务“绿色制糖工业助剂关键技术研究及应用”（项目编号2011EG111248）以求能更好地发挥其在制糖工业中的作用。聚甘油脂肪酸酯是由亲水基的聚甘油、亲油基的脂肪酸构成的表面活性剂，聚甘油部分的甘油的聚合度或所结合的脂肪酸数量（酯化交换度）会使亲水/亲油平衡值（HLB）产生变化。使用于制糖过程的其它消泡剂还有蔗糖脂肪酸酯、蔗糖聚丙烯醚等可以选择，但是因为聚甘油脂肪酸酯与这些消泡剂相比具有更强的耐酸、耐热能力和良好的乳化、分散、润湿、稳定等多重性能，所以即使添加在高温的蒸发工段（温度可达130℃）中，也依然可以发挥良好的消泡和抑泡功能。室内检验聚甘油脂肪酸酯产品的使用性能，可参考以下方法：（1）消泡效果：以消泡时间表示，消泡时间越短越好。将100mL温度为70℃、浓度50°Bx的糖浆倾注到500mL的量筒中，然后用气泵鼓泡，当泡沫上升到500mL刻度位置时停止鼓泡；消泡剂用水以1：30比例稀释，取1mL加入，当泡沫下降到液面时所需的时间为消泡时间。（2）抑泡效果：以抑泡时间表示，抑泡时间越长越好。完成消泡试验后，再开动气泵持续打泡，当泡沫上升到300mL刻度位置时所需的时间即为抑泡时间，打泡时间以5min为限。
聚甘油脂肪酸酯的使用性能
在制糖工艺过程中，糖液中的各种非糖份物质影响糖厂的正常生产。在澄清、蒸发工段会产生大量的泡沫，造成糖份损失及降低设备处理能力，糖厂需要使用消泡剂来消除已形成的泡沫并抑制新的泡沫产生。在煮糖工段，聚甘油脂肪酸酯可降低物料粘度，缩短煮糖时间，节省能耗。制糖工业用聚甘油脂肪酸酯为浅棕色至棕色的塑性或柔软固体，在制糖工业过程中作食品用加工助剂使用。
1澄清蒸发工段
泡沫是气体分散于液体的分散体系。由于气体和液体的密度差，液体中的气泡上升到液面，形成以少量液体构成的液膜隔开气体的气泡聚集物。制糖工艺过程中的泡沫主要是糖液在输送过程中与空气混合而产生。聚甘油脂肪酸酯易于在溶液表面铺展，表面张力较低，吸附于溶液表面使溶液局部表面张力降低，铺展发生于局部，同时带走表面下一层邻近液体，致液膜变薄，从而使泡沫破灭，并可在长时间内防止泡沫重新生成。为探究各种类型消泡物质在甘蔗糖厂的使用情况，本单位收集国内5间助剂生产厂共10个消泡剂样品在广东、云南等地选取蔗源不同的多家糖厂进行试验，结果证明聚甘油脂肪酸酯的消泡、抑泡性能优于目前国内允许在制糖工艺使用的的其它消泡剂。
2煮糖工段
煮糖工段的主要任务是将糖浆浓缩制成符合质量标准的糖膏。加入聚甘油脂肪酸酯作煮糖助剂，能够降低晶体和母液间的界面张力，使糖膏的粘度下降，帮助糖膏对流循环，结晶速度加快，糖分吸收良好，促进晶粒生长，从而缩短煮糖时间、节能、提高煮炼能力，通过增进循环和热交换可使晶粒整齐、色值灰分低，还可降低糖浆的胶粘性，较好地处理劣质甘蔗原料。陈旧甘蔗新鲜度差，糖分下降大，还原糖增多，导致煮糖过程中出现物料纯度低、糖膏质量下降、粘度高、泡沫多、糖浆对流差、糖份吸收困难、煮糖时间长、汽耗大等问题，更为严重的是时常发生丙膏在助晶24h的过程中丙膏从助晶箱发涨甚至冒出，处理量下降，如30m3煮糖罐只能煮24m3。研究发现，不作任何预处理在丙膏放糖前直接在煮糖罐加入聚甘油脂肪酸酯，让它在罐中与物料充分混合，然后按正常操作放糖、助晶，能解决糖膏发涨问题。在咸水蔗区，一个7m3的丙膏罐因糖膏粘度高，高容积下糖膏对流不良，为保证糖份吸收，只能煮至6m3，影响了处理能力，添加0.2g/kg（对糖膏）聚甘油脂肪酸酯作煮糖助剂后，可煮至6.5m3，并保证糖膏对流顺畅，母液吸收良好，煮糖时间从使用前的7h降至6h，汽耗明显降低。项目86112“糖用消泡剂、脱色剂、杀菌剂的研制及应用”研究显示，聚甘油脂肪酸酯在甜菜糖厂中使用可缩短煮糖时间17.2%，在甘蔗糖厂中使用缩短煮糖时间21.9%，效能优异的煮糖时间可缩短25%～40%，糖蜜纯度降低约2AP。
制糖工艺用食品添加剂的比较
制糖工业按生产原料分为甘蔗制糖与甜菜制糖，在制糖工艺过程中产生的泡沫问题，由于原料品种、土壤和气候条件的不同使得糖液成分有很大区别，加上不同工艺过程带来的差别，所产生的泡沫性质也有所不同，需要使用不同的消泡剂来消除（抑制）泡沫。目前已批准的制糖工艺中允许使用消泡剂有聚甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、蔗糖聚丙烯醚、吐温20、吐温40、吐温60、吐温80共7种，聚甘油脂肪酸酯是针对甘蔗制糖工艺研究开发，主要用于甘蔗糖厂。以下列出的其它6种可用于制糖工艺的食品添加剂（加工助剂）使用现状，是本单位长期开展制糖工艺消泡剂应用研究、技术跟踪的结果。
1蔗糖聚丙烯醚
蔗糖聚丙烯醚是甜菜糖业的传统消泡剂，在甜菜糖区广泛使用。在上世纪90年代中期中国轻工总会甘蔗糖业研究所曾在甘蔗糖厂作应用研究，作为消泡剂和加工助剂在广东珠三角数家糖厂短暂使用后，因其不适用于甘蔗原料制糖工艺，未能在甘蔗制糖工业中推广应用，目前国内鲜有甘蔗糖厂使用蔗糖聚丙烯醚作消泡剂。
2蔗糖脂肪酸酯
蔗糖脂肪酸酯是甘蔗糖厂正在使用的消泡剂之一，主要适用于广西部分地区蔗源的部分厂家，有较好的消泡性能。但因总体的消泡、抑制泡沫生成的能力以及对起泡物料的适应能力均在聚甘油脂肪酸酯之下，难以处理其它地区的甘蔗尤其是顽性甘蔗，因此在国内甘蔗制糖企业中的使用率不高，占23%左右。
3吐温20、吐温40、吐温60、吐温80
以上4种食品添加剂在制糖工艺中用作糖用复合消泡剂和乳化硅油消泡剂的乳化剂，单独使用没有消泡、抑泡效果，目前国内没有制糖企业单独使用以上4种食品添加剂做消泡剂。一些蔗糖泡沫成分复杂的企业，由于单一成分的消泡剂不能有效消除泡沫，会使用以大豆磷脂、蔗糖脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯等为消泡主体的复合消泡剂，以吐温20、吐温40、吐温60、吐温80在作乳化剂使其混合均匀并产生良好的协同效应，现因政策原因复合消泡剂已暂停使用。
聚甘油脂肪酸酯使用方法
聚甘油脂肪酸酯按比例（建议1：30）与水混合形成均匀乳液，直接加入有泡沫的地方（如混合汁箱、中和汁箱、清汁箱、糖浆箱等），略加搅动。为了充分发挥其抑泡性能，也可在压榨车间混合汁处连续加入，这样可有效减少整个过程中泡沫的生成。还可以用适当的喷雾装置喷洒到泡沫表面。对于糖浆箱的泡沫，由于其特别顽固，建议采用喷洒的方法，也可直接加入糖浆箱。
