粉狀調味品潮解、結團原因分析與對策研究

胥忠生，劉政芳

(1.湖北三峽職業(yè)技術學院，湖北 宜昌 443000；2.安琪酵母股份有限公司，湖北 宜昌 443003)

粉狀調味產(chǎn)品的吸潮結團是行業(yè)中普遍存在的一個難題，吸潮結團后的產(chǎn)品往往感官質量也會發(fā)生不利的變化，進而影響產(chǎn)品的貨架期。多數(shù)粉狀調味品都是由2種或2種以上的物料經(jīng)過混合加工而成，所得產(chǎn)品的性質也往往由所使用原料的性質決定。調味品中用到的很多原料都比較容易吸潮結團，比如：酵母提取物、肉類提取物、水解動物或植物蛋白、部分蔬菜粉等，我們把這些物料統(tǒng)稱為具有潮解性質的組分。分析這些組分潮解、結塊的原因，對于我們尋找控制粉狀調味產(chǎn)品潮解、結團的措施是非常有幫助和必要的。

1 粉狀物料的潮解現(xiàn)象

1.1 物料潮解的概念及發(fā)生的原因

所謂潮解，是指由水分引起的，當環(huán)境的相對濕度達到或高于某臨界點時，物料開始由固態(tài)向液態(tài)進行相位轉換所處的初始階段[1]。為了便于理解，我們可以定義物料開始發(fā)生潮解時的相對濕度(即潮解臨界點)為RH0，當物料所處環(huán)境的相對濕度(RHi)高于RH0時，物料即開始發(fā)生潮解。物料發(fā)生潮解的過程見圖1。

圖1 物料潮解的過程圖示[2]

當環(huán)境的相對濕度(RHi)低于RH0時，物料的表層通過氫鍵的作用力開始吸附少量的水分(一般會吸附少于3個分子層的水分)[3,4]，隨著環(huán)境相對濕度的不斷增加，當RHi>RH0時，物料的表層由于吸附了足夠多的水分開始發(fā)生溶解直至形成一層飽和溶液。

由于這一層飽和溶液的蒸汽壓低于純水的蒸汽壓，外界的水分會不斷地由表及里向物料內部擴散，因此，若環(huán)境相對濕度RHi長期高于物料的RH0，物料會不斷進行潮解并最終由固態(tài)變成液態(tài)溶液[5]。

在調味品中用到的多數(shù)物料都具有一定的潮解性，比如食鹽、蔗糖、谷氨酸鈉、有機酸等[6]，不同物料的潮解性能往往有所不同，主要體現(xiàn)在物料本身的潮解臨界點(RH0)上，表1中顯示了調味品中常見物料的RH0值及aw值。RH0的大小與物料的物化性質有關，一般而言，物料的水溶性越強，RH0值也越低。另外，如果物料的溶解性隨著溫度的升高而增加，那么RH0值也會隨著溫度的升高而降低。因此，物料的潮解性與環(huán)境溫度也是密切相關的。

表1 調味品中常見物料的潮解臨界點(RH0)及aw值

1.2 混合組分潮解臨界點降低現(xiàn)象

當2種或更多種具有潮解性質的物料發(fā)生物理接觸時，混合組分的潮解臨界點值(定義為RH0mix)比其包含的任何單一組分的潮解臨界點值(RH0)都要低，并且RH0mix值下降的程度與混合物中各單組分的比例沒有直接的相關性[7]。

Salameh和Taylor[8]對檸檬酸、果糖及其不同比例混合物的潮解臨界點進行了研究，見圖2。

圖2 檸檬酸、果糖及其不同比例混合物的水分吸收特征圖

果糖、檸檬酸分別在環(huán)境相對濕度為60%，75%時重量急劇上升，表明潮解開始發(fā)生，而果糖與檸檬酸的混合物在環(huán)境相對濕度為50%左右時即開始出現(xiàn)重量的急劇上升，這說明混合組分的潮解臨界點出現(xiàn)下降。另外，果糖∶檸檬酸(9∶1，1∶1，1∶9，W/W)3個不同混合比例的混合物潮解臨界點并非呈遞增或遞減的順序，說明混合組分潮解臨界點下降的程度與兩組分間的混合比例沒有直接相關性。

表2 調味品中常用物料混合后的潮解臨界點(RH0mix)及awmix值

表2中顯示了調味品中一些常用物料兩兩混合后的潮解臨界點(RH0mix)及aw值變化情況。由表2中數(shù)據(jù)可知，單組分物料兩兩混合后的RH0mix及awmix值比混合前兩單組分物料的RH0及aw值都要低，物料混合后出現(xiàn)了潮解臨界點降低的現(xiàn)象。因此，將具有潮解性質的2種或多種原料進行混合后，包含這些原料的混合物更容易發(fā)生潮解。

2 粉狀物料的結團現(xiàn)象

所謂結團，一般是指可以自由流動的粉體轉變成對外力具有一定抵抗能力的團狀、塊狀或聚合物的現(xiàn)象[9]。在粉狀產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、運輸及儲存過程中，粉狀物料的結團結塊是時常會遇到的問題，粉體產(chǎn)品結團不僅影響其流動性、分散性及溶解性，降低了加工性能，還對產(chǎn)品本身的感官質量產(chǎn)生不利的影響，進而縮短了產(chǎn)品的貨架期。

影響粉體結團的因素是多方面的，包括環(huán)境相對濕度、環(huán)境溫度、粉體組分的物化性質等，但粉體發(fā)生附聚并結塊的根本原因還是粉體粒子之間各種結合力的形成和增加，比如靜電吸引力或范德華力、粒子表層的燒結、粒子之間形成“液橋”進而固化成“固橋”等[10]。其中，環(huán)境水分引起粉體潮解，使得粉體粒子之間形成“液橋”并發(fā)生粘連，是導致物料最終結團的最普遍起因。

由于環(huán)境的相對濕度是不斷變化和波動的，當環(huán)境的相對濕度RHi大于物料的潮解臨界點RH0時，物料開始出現(xiàn)吸水潮解，物料粒子的表層變得濕潤粘連，粒子與粒子之間形成連接力并不強的“液橋”；當RHi小于RH0時，物料會出現(xiàn)部分風化再結晶，之前粒子間形成的“液橋”會失水固化，形成連接力更強的“固橋”。環(huán)境相對濕度不斷循環(huán)往復的變化，使得物料粒子間形成的“固橋”越來越多，并最終導致粉體結團結塊。粒子間“固橋”的形成是當前比較被認可的、導致粉體結團結塊的主要原因。

圖3 番茄粉與全脂乳粉結團后的電鏡掃描圖

圖3顯示了噴霧干燥的番茄粉與全脂乳粉結團后的電鏡掃描圖，從圖3中可以清晰地觀察到(畫白圈的部分)物料粉粒之間出現(xiàn)的連接“固橋”。

Hartmann和Palzer[12]將氯化鈉晶體(潮解臨界點為76%，25 ℃)分別放置于60%～62%，71%～73%，80%～83%相對濕度條件下，5天后用電鏡觀察氯化鈉晶體的變化情況，見圖4。

圖4 不同相對濕度條件下氯化鈉晶體的電鏡掃描圖

由圖4可知，氯化鈉晶體在60%～62%，71%～73%相對濕度條件下放置5天后，晶體仍然能保持較好的完整性和分散性；而在80%～83%相對濕度條件下放置5天后，氯化鈉晶體表層出現(xiàn)了部分溶解，表現(xiàn)出疏松多孔的現(xiàn)象，并且晶體與晶體之間出現(xiàn)了粘連，表明氯化鈉晶體表層的潮解導致了晶體間“液橋”的形成。

為了觀察環(huán)境濕度的波動變化對物料結團的影響，Salameh和Taylor將葡萄糖與檸檬酸混合物、果糖與檸檬酸混合物分別置于不同的環(huán)境濕度條件下放置相同的時間后，進行電鏡掃描觀察，見圖5。

由圖5可知，a為葡萄糖與檸檬酸混合物，控制環(huán)境相對濕度在54%；b為葡萄糖與檸檬酸混合物，控制環(huán)境相對濕度在RH0mix上下循環(huán)波動；c為果糖與檸檬酸混合物，控制環(huán)境相對濕度在33%；d為果糖與檸檬酸混合物，控制環(huán)境相對濕度在RH0mix上下循環(huán)波動。a，c兩組樣品仍保持較好的分散性，而b，d兩組樣品已經(jīng)出現(xiàn)了非常嚴重的結團現(xiàn)象。這說明環(huán)境相對濕度在物料潮解臨界點的上下波動變化對物料結團結塊有著直接的影響。

圖5 葡萄糖與檸檬酸、果糖與檸檬酸混合物在不同 環(huán)境中的電鏡掃描圖

3 如何抑制粉狀調味產(chǎn)品的潮解與結塊

通過前面的分析可知，當環(huán)境的相對濕度RHi高于物料的潮解臨界點RH0時，物料即開始出現(xiàn)潮解。從理論上來講，如果能始終控制產(chǎn)品環(huán)境相對濕度在其潮解臨界點以下，就能夠很好地抑制產(chǎn)品潮解的發(fā)生。然而，在實際的應用過程中，控制產(chǎn)品環(huán)境相對濕度在需要的水平下是異常困難的，因為在產(chǎn)品的生產(chǎn)、儲存、運輸及銷售過程中，環(huán)境中的水分無處不在，環(huán)境濕度也變化無常，再加上環(huán)境溫度的波動影響，同樣會加劇產(chǎn)品潮解的可能性。因此，面對如此復雜的環(huán)境因素，我們能做的與其說是完全抑制產(chǎn)品潮解的發(fā)生，不如說是在產(chǎn)品的貨架期內盡可能延緩產(chǎn)品的潮解、結團。那究竟如何才能延緩產(chǎn)品的潮解并且避免產(chǎn)品結團結塊呢？大概有以下幾個方面需要注意。

3.1 產(chǎn)品的配方設計至關重要

物料潮解性的難易首先與其自身的物化性質有關，有些物料在較低的濕度環(huán)境下即開始潮解，而有些物料則相對穩(wěn)定一些。對于多數(shù)復合調味產(chǎn)品而言，往往是由多種物料混合加工而成，這些物料中既包括具有潮解性質的組分，如氯化鈉、蔗糖、谷氨酸鈉、麥芽糊精、各類提取物等，它們的潮解性能也各不相同，也包括一些不具有潮解性質的組分，比如玉米淀粉。合理地搭配使用這些物料去設計產(chǎn)品配方往往能夠獲得高質量、高穩(wěn)定性的產(chǎn)品。

3.2 良好的產(chǎn)品包裝必不可少

一個好的產(chǎn)品包裝往往能夠保護產(chǎn)品免于受到環(huán)境濕度波動的影響，從而延緩產(chǎn)品的潮解，避免結團結塊。

3.3 原料的水分控制也很重要

多數(shù)粉狀調味品中往往包含多種物料，在密閉的環(huán)境中，物料與物料之間的水分轉移也是時常會發(fā)生的事情。Mauer和Taylor將玉米淀粉在75%相對濕度環(huán)境中平衡1周時間后，放置于一個密閉容器中，之后將一些具有潮解性的粉狀物料在11%相對濕度環(huán)境中平衡之后，也放置在該密閉容器中(見圖6，黑圈部分為潮解性物料)。

圖6 不同水分含量的玉米淀粉與潮解性物料于 密閉容器中放置實驗

由圖6可知，65 h之后，該粉狀物料完全潮解成液狀，說明玉米淀粉中所含的水分已轉移至該物料中，使其吸濕潮解。因此，控制產(chǎn)品中非潮解性原料的水分十分重要，可以減輕對其他潮解性原料的影響。

3.4 選擇添加合適的抗結劑

粉狀調味品中添加合適的抗結劑往往能夠增加產(chǎn)品的流動性，減少物料顆粒之間的摩擦力，同時抗結劑可以附著在物料顆粒表面，減少潮解性物料間的直接接觸，從而減輕混合組分潮解臨界點降低現(xiàn)象的發(fā)生。Lipasek等研究了3種不同的抗結劑(硬脂酸鈣、硅酸鈣、二氧化硅，添加比例均為1.5%，W/W)對氯化鈉∶蔗糖(1∶5.8)的混合物在不同溫度條件下潮解臨界點RH0mix的影響，見表3。

表3 3種抗結劑對氯化鈉和蔗糖混合物潮解臨界點 RH0mix值的影響

由表3可知，添加了硬脂酸鈣的氯化鈉和蔗糖混合物在25，35，45 ℃條件下潮解臨界點RH0mix值相較未加抗結劑時有了較大幅度的提高，而硅酸鈣、二氧化硅對氯化鈉和蔗糖混合物潮解臨界點RH0mix值的影響較小。

4 結論

物料的潮解是由環(huán)境中的水分所引起的，并且與溫度密切相關。多數(shù)粉狀調味品都含有2種及2種以上具有潮解性質的原料組分，在產(chǎn)品的生產(chǎn)、儲存、運輸及銷售過程中，產(chǎn)品所面臨的環(huán)境因素是復雜多變的，產(chǎn)品中部分物料的潮解、結團直接影響了產(chǎn)品的質量穩(wěn)定性，產(chǎn)品中物料的潮解也可能會最終導致產(chǎn)品結團結塊。為了避免貨架期內結團結塊而影響產(chǎn)品質量，產(chǎn)品的配方設計是否科學合理是第一重要的，其次良好的產(chǎn)品包裝對保持產(chǎn)品的質量穩(wěn)定性也顯得十分關鍵，控制所使用原料的水分及選擇添加合適的抗結劑同樣對粉狀產(chǎn)品的質量穩(wěn)定性很有幫助。