不同煅烧工艺下食品添加剂硫酸钙（无水）的差异分析

不同煅烧工艺下食品添加剂硫酸钙（无水）的差异分析

         荆门市磊鑫石膏制品有限公司   黄明杰  张晓莹

1、食品添加剂硫酸钙简介

硫酸钙又名石膏，按照形成方式可分为天然石膏（硫酸钙）和化学石膏（硫酸钙），按照分子式可分为二水硫酸钙CaSO₄·2H₂O、半水硫酸钙CaSO₄·1/2H₂O以及无水硫酸钙CaSO₄三种。

在GB1892-2007《食品添加剂 硫酸钙》中规定可以使用的食品添加剂硫酸钙有二水硫酸钙和无水硫酸钙两种，均只能由天然石膏除杂后制备。其中虽然天然硬石膏的主要成分是无水硫酸钙，但由于含量、杂质等因素，实际应用中食品添加剂硫酸钙（无水）都是通过天然二水石膏（主要成分为二水硫酸钙）煅烧加工而成。

无水硫酸钙在食品中的应用在2011年发布的《GB2760-2011食品添加剂使用标准》中规定硫酸钙可以作为稳定剂和凝固剂、增稠剂、酸度调节剂以及不限制zui大残留量的加工助剂使用。具体应用于豆类制品、烘焙食品、肉制品等食品加工中。

2、无水硫酸钙的传统煅烧工艺与现代工艺介绍

2.1传统煅烧工艺

传统工艺起源于公元前164年，淮南王刘安，为求长生不老之药 ，招方士数千人著书炼丹。在炼丹中以黄豆汁培育丹苗，豆汁偶与石膏相遇，形成了鲜嫩绵滑的豆腐。刘安炼丹未成却发明豆腐。之后，豆腐技法传入民间。后来发现将石膏放入火中烧酥后碾为粉后做豆腐的使用上工艺更易掌控，慢慢开始流传至今。

进入工业化生产后，生产工艺上仍然是基于传统的加工原理将天然石膏矿石（生石膏，主要成分为二水硫酸钙）直接与一定量的煤和木材等燃料混合煅烧，具体工艺流程是通常采用立面半开口顶面全开口的土法石灰窑；一层煤及其它燃料一层未清洗的石膏原矿间隔堆满整个窑体后在顶面盖上铁板罩子；从窑体下底火道点火引燃煤及其它燃料，待煤及其它燃料燃尽自然冷却后，采用人工将煅烧后的石膏矿石与煤渣等杂物分离出窑；然后继续采用人工对出窑后块状石膏进行生熟分级、表面去杂等工序后进行粉磨、包装而成。

生产工艺流程图如下：

2.2现代工艺

现代工艺生产无水硫酸钙时将天然石膏矿石（生石膏，主要成分为二水硫酸钙）通过间接煅烧的方式将煤与矿石原料分离开来，控制温度、湿度、压强等因素，待二水硫酸钙中的结晶水*脱水变为无水硫酸钙以后，再对物料进行冷却、粉磨、风选等后序加工而成。

生产工艺流程图如下：

3、传统煅烧工艺与现代工艺条件下的产品检验结果对比

3.1微量元素的全分析

经采用Axios advanced X射线荧光光谱仪，按照JY/T 016-1996 波长色散型X射线荧光光谱仪方法通则对传统煅烧工艺与现代工艺条件下的食品添加剂无水硫酸钙全分析对比结果见下表1。

表1传统煅烧工艺与现代工艺条件下的食品添加剂无水硫酸钙全分析对比

注：a、样品在45℃条件下干燥2小时进行检测。

    b、样品的选取是在国内的两家有代表性的产品随机抽取。

3.2 pH值对比

在对两种方法制得的食品添加剂无水硫酸钙的10%悬浮液进行pH值测试时，传统工艺生产的食品添加剂无水硫酸钙的10%悬浮液pH值为7.0-10.4不等。主要原因是由于矿石的厚度不均匀以及燃料的分布不均匀造成的煅烧温度的不均衡，导致部分二水硫酸钙CaSO₄·2H₂O被过烧为氧化钙CaO，CaO与水反应生成氢氧化钙Ca（OH）₂，zui终导致检测时水悬浮液呈碱性。

而现代工艺因为控温，只去掉了结晶水，10%悬浮液pH值控制在6.8-7.0中性。食品添加剂硫酸钙在烘焙产品中的应用中，酵母生长的环境为pH值5-6，如果悬浮液pH值为碱性，那么势必对酵母的生长及活性造成一定的影响。

3.3  白度对比

传统工艺生产的食品添加剂硫酸钙因为涉及到更多的生产环节和关键控制点，受到杂质和其它物质的污染的风险很高。经过实践证明现代工艺生产的硫酸钙产品白度比传统工艺生产的产品要高很多。而白度和硫酸钙的主含量成正比，白度越高，纯度越高。

3.4  气味对比及杂质水洗试验

（1）在一个干净的400ml的烧杯中称重20克左右的CaSO₄；

（2）加50ml无任何异味的蒸馏水到烧杯中，用铝泊纸盖在烧杯上；

（3）将所有的CaSO₄粉末混合到水中，旋转盖上的烧杯10 秒钟；

（4）除掉盖子并嗅混合物的气味，寻找特征气味或者是不好的气味；

（5）搅拌溶液在溶液表面、烧杯底部观察粉料中的杂质和异物。

实证发现：传统工艺生产的产品有一定的臭鸡蛋气味和其它异味，分析原因是由于将煤、木材等燃料直接与矿石原料进行接触，这些燃料燃烧时产生的SO₂、H₂S等气体会残留于无水硫酸钙产品中；同时仍然是由于后期的人工处理环节上的缺陷没有办法*去掉杂质，通过水洗法可以发现产品中混入了一定的黑色杂质和其它物质。

而现代工艺从源头上就矿石原料和燃料分开，简化了中间的人工处理环节，避免了不良气味的混入，减少了杂质混入的风险。

3.5干燥减量对比

传统工艺条件下，石膏矿石因煅烧时温度不均衡造成过烧和未烧透情况的出现，以及冷却、出窑、筛选过程中*暴露在空气中吸收水分（无水硫酸钙本身就是一种干燥剂），产品的水分很容易就超过国标小于1.5%的标准，对于对水分要求严格的客户是非常不利的影响。

现代工艺由于间接煅烧后只有一个很短的冷却过程，可以降低产品在空气中暴露的时间，水分更少更容易控制，实际生产中一般都控制在1%以下。

3.6 产品稳定性对比

传统工艺与现代工艺上zui大的区别在于生产工艺流程的标准化上，这种区别给产品的持续稳定性上造成了巨大差异。

传统工艺的流程中一个煅烧窑一般能够装二十几吨矿石，zui后成品在十五吨左右，每次从点火到冷却出窑要5-7天。从入窑、点火、出窑全部是人工作业，出窑后的去杂、筛选仍然是人工作业。由于在煅烧窑内矿石的厚度、码放以及燃料的选择和堆码的不一样，包括不同操作人员的工作习惯和责任心等等的差异，给zui后成品的稳定性带来了巨大挑战。每一个煅烧窑出来的产品，甚至是同一个煅烧窑出来的不同批次的产品都有相当的差异。这个差异给需要定量配方的食品行业带来了巨大的困惑和挑战！

现代生产工艺正是针对传统工艺的不足，从原料矿石开始精选，进入煅烧环节及后面生产环节后都能控制生产批量、温度、湿度、气压等环境因素，可以更加容易的控制产品质量，保证产品的持续稳定性，满足标准化食品工业生产的需要。

4、结论

传统工艺是中国*的食品添加剂硫酸钙（无水）生产工艺，考察欧洲和美洲国家，普遍采用的分级煅烧、闪烧等间接煅烧的现代工艺。

随着社会的不断进步，食品工业发展的需要，健康、安全、持续稳定的产品是食品原料的主流，食品添加剂硫酸钙（无水）现代工艺本身就是在研究传统工艺缺陷上的一次次改良，采用现代工艺条件下生产的产品回避掉了传统工艺条件下的诸多弊端，产品白度更高、纯度更好、无臭无味、更加安全、质量稳定性更好，相信会得到市场越来越多的认可！

参考文献：

[1] GB2760-2011，食品安全国家标准 食品添加剂使用标准[S]．

[2] 赵丰丽.新型面包改良剂的研制[M].中国农业大学，2002.

[3] 孔繁修，孔繁梅.欧洲的面粉处理[J].粮油食品科技，2000,8（3）：38-39.

[4] GB1892-2007，食品添加剂 硫酸钙.[S].

[5] Calcium Sulfate，Japan’s Specifications and Standards for Food Additives, Sixth Edition.[S].

[6] Calcium Sulfate，Food chemicals codex 5th.[S].