甘蔗糖业  2013 Issue(1): 32-37   PDF    
二硫代氨基甲酸盐在制糖工艺中的安全性研究
黄东瑜1, 陈骏佳1, 段德雄2, 钟志才1, 曹惠华1    
1. 广州甘蔗糖业研究所 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室, 广东广州51031;
2. 广东省翁源县茂源糖业有限公司, 广东翁源512626
摘要:二甲基二硫代氨基甲酸钠是国际食品法典委员会(CAC)、美国食品和药物管理局准许用于制糖工艺的次直接食品添加剂,国内有应用性能方面的专项研究,用于甘蔗制糖过程中的压榨消毒杀菌,能有效抵制细菌繁殖,减少由此带来的糖分损失等问题,但未进行系统的使用安全性评估。本文着重介绍其在制糖工艺体系中的分解、残留情况。
关键词二甲基二硫代氨基甲酸钠     制糖工艺     消毒剂     安全性评估     残留    
Study on Safety of Sodium Dimethyldithiocarbamate in Sugar-making Technology
HUANG Dong-yu1, CHEN Jun-jia1, DUAN De-xiong2, ZHONG Zhi-cai1, CAO Hui-hua1    
1. Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Bio-Refinery, Guangzhou 510316;
2. Maoyuan Sugar Industry Limited Company of Wengyuan County Guangdong Province, Wengyuan Guangdong 512626
Abstract: Sodium dimethyldithiocarbamate was secondary direct food additive permitted in sugar-making technology by Codex Alimentarius Commission(CAC) and U.S.Food and Drug Administration(FDA).Its application performance in domestic special research was made,and was used for disinfection and sterilization during sugar milling process to inhibit the growth of bacterial effectively and to reduce the loss of sugar.But systematic safety assessment of application has not made.This article highlights its decomposition and residue in sugar-making technology.
Key words: Sodium dimethyldithiocarbamate     Sugar-making technology     Disinfectant     Safety assessment     Residue    

甘蔗收割后,多种微生物在甘蔗的割口上迅速 繁殖,压榨过程中蔗汁是细菌生长的良好介质,压 榨工艺的复式渗透使蔗汁的实际停留时间比理论停 留时间长得多,微生物在压榨机及其附属设备的死 角、蔗渣碎屑积聚处及曲筛等处繁殖,形成菌团。 微生物能直接消耗蔗糖,繁殖得越多,糖分损失越 大,并会引起设备处理能力下降、后工段处理困难 等问题。

微生物对制糖过程的影响主要有增加糖分损 失,减少收回率;由于葡聚糖的存在出现假转光度, 使糖厂的物料平衡计算混乱;使糖液的粘度增加, 对沉淀过滤、煮糖、结晶、分蜜带来不良影响,降 低煮炼收回;影响结晶和成品糖的质量;对原糖厂、 炼糖厂和饮料厂等蔗糖相关联工业各种工艺过程产 生负面影响等。

由国内多家研究院所共同承担的制糖工业助剂 研究项目做过系统研究,证明二甲基二硫代氨基甲 酸钠能有效解决制糖工艺中由微生物带来的问题, 但对其安全性能的评估仅来自美国等的使用许可证 明,本研究对此作了安全性能的系统评估,探索其 用于制糖工业的可能性。

试验用二甲基二硫代氨基甲酸钠消毒剂由本实 验室合成(特别标明来源除外) ,由 40%的二甲胺溶 液与 15%的氢氧化钠溶液以及 98%的二硫化碳在常 温下进行综合反应制得,二甲基二硫代氨基甲酸钠 含量 40%,浅黄色液体。

1 在制糖工艺过程中的分解

对二硫代氨基甲酸盐进行热红联用分析,结果 显示二甲基二硫代氨基甲酸钠在空气相中性质稳 定,100~170℃之间失去游离水和 2 个结晶水, 300~400℃间完全分解,分解产物为 CO2、CS2、 NaSCH、NH3、N-C=S、C=S 等物质,但在制糖工 艺的应用体系—水相(糖溶液)中的分解情况则不 相同。

理论上说,二甲基二硫代氨基甲酸钠在制糖工 艺中的分解与残留的方式有多种:在压榨工段中消 耗,在澄清过程中去除,在糖液中热分解,在蒸发 工段中被汁汽带入循环水。

1.1 分解试验

除压榨工段,制糖工艺全程加热,在澄清工段, 物料最高温度约 120℃,加热时间 18 h 以上。分解 室内试验模拟生产情况,分别在水溶液、稀糖液中 加入定量的 40%二甲基二硫代氨基甲酸钠(以梯希 爱纯度≥98.0%试剂稀释) ,保持沸腾(糖液 102~ 103℃) 状态, 用冷凝管使水蒸汽及分解物全部回流, 检测其在不同沸腾时间内的分解情况。溶于水的部 分分解产物以游离酸+游离碱计算, 采用乙酸标准溶 液滴定法。

未分解的二硫代氨基甲酸盐,采用化学滴定法 测定,二硫代氨基甲酸盐与碘反应生成二硫代秋蓝 姆,碘被还原为碘离子,用淀粉指示剂指示,以碘- 碘化钾标准溶液的消耗量计量二硫代氨基甲酸盐含 量。

试验证明,二硫代氨基甲酸盐在水溶液中和 20%蔗糖溶液中的分解情况基本相似, 沸腾 4 h 以后 可被热分解 40%以上(图 1、图 2、表 1) ,由图 1、 图 2 中可见随蒸发时间延长,二甲基二硫代氨基甲 酸钠含量不断下降,游离胺(碱)的含量不断增加。

图 1 二硫代氨基甲酸盐分解情况(1)

图 2 二硫代氨基甲酸盐分解情况(2)

表 1 蒸发试验结果
1.2 蒸发试验

试验条件与检测方法与热分解试验相同,保持 沸腾状态 2 h, 将蒸发物冷凝导出, 使之与母液分离, 分别测定母液与馏出液的成分含量。 结果可见, 30% 以上二硫代氨基甲酸钠在蒸发工段被汁汽带入循环 水,另有约 30%被分解,如表 1 所示。

2 在制糖工艺中的残留试验

由于室内试验表明消毒剂不能在制糖工艺中完 全分解,着重研究该消毒剂在制糖工艺中的残留情 况。

二甲基二硫代氨基甲酸钠在制糖工艺中的应用 主要有以下 3 点:①压榨过程中加入到蔗汁盘,作 为压榨全程消毒;②作为压榨机、蔗槽、榨机底部 周围及曲筛底部或周围环境的消毒;③用于糖厂循 环用水的消毒防臭等。后 2 项用途不直接接触生产 原料,不涉及安全问题,本试验重点跟踪消毒剂加 入蔗汁盘后的残留问题。

2.1 试验过程

试验在广东省翁源县茂源糖业有限公司(以下 简称翁源糖厂)进行,二甲基二硫代氨基甲酸钠添 加量为 10 ppm 对蔗, 按一定的比例稀释后将使用量 的 2/3 加入到倒数第 2 座榨机的蔗汁盘,1/3 的量加 入到第 1 座榨机的蔗汁盘,待添加了药剂的蔗汁随 物料充满整个流程后,抽取各工段的物料样品进行 残留检测。

取样点设 6 个(图 3) ,覆盖整个制糖工艺过程 的中间制品及产品,以考查消毒剂的残留情况。

图 3 制糖过程 6 个取样点位置
2.2 试验结果

糖厂抽取试验样品后,残留测定委托获 CMA、 UKAS、CNAS 认可的诺安检测服务(宁波)有限公 司进行残留检测。测试结果见表 2。

表 2 残留测试结果

结果可见,加入的二甲基二硫代氨基甲酸钠在 蔗渣和滤泥中测出残留,在制品及最终产品均无残 留。蔗渣在制糖业用做燃烧和造纸原料,滤泥经处 理后用作蔗田复合肥料,2 处的残留均不涉及食品 安全。

2.3 结果分析
2.3.1 在压榨过程的残留

翁源糖厂为三辊式五座压榨机列,甘蔗顺序地 通过各座压榨机进行多次压榨, 为提高糖分抽出率, 采用复式渗透系统。二甲基二硫代氨基甲酸钠加入 蔗汁槽后随此系统进入蔗渣(图 4) ,从末座压榨机 排出后打包,送往动力车间作锅炉燃料,此处测出 2.1 mg/kg 的残留,但不涉及食品安全问题。未被蔗 渣吸收的二甲基二硫代氨基甲酸钠随混合汁进入澄 清工段。

图 4 复式渗透系统加入位置
2.3.2 在澄清过程中的分解、消耗与残留

糖汁中水分占 80~85%,蔗糖分约 9~16%, 其余为非蔗糖分。澄清是去除糖汁中非蔗糖物质的 过程,翁源糖厂采用亚硫酸法澄清,附着在非糖物 质上的药剂被沉降去除。

二硫代氨基甲酸盐具有良好的配位能力,能与 多种金属离子生成配合物沉淀,压榨工段未被带走 和消耗的药剂会在制糖澄清过程中与物料中的重金 属离子形成沉淀物经滤泥排出,残留试验中,滤泥 样品测出 0.54 mg/kg 的残留。

清净汁及后工段中的所有中间制品中均未测出 残留,表明压榨、澄清工段已将消毒剂消耗或有效 去除,不进入蒸发及其后工段,已无必要研究其在 蒸发工段被分解情况或被带入汁汽的可能。

3 致突变试验

该药剂在国外允许用于制糖工业,国内亦有添 加在药皂中作消毒剂。专门进行反映体细胞基因水平致突变试验,由广东省疾病预防控制中心提供试 验结果。

小鼠骨髓细胞微核试验。采用 30 h 给物法进行 试验,选择昆明种小鼠,设阴性对照组和阳性对照 组,阴性对照组给予等量纯净水,阳性对照组选用 40mg/kg BW 环磷酰胺(CP) 。得出结果为:雌性小 鼠 0.46~1.82 g/kg BW 剂量,雄性小鼠 0.54~2.15 g/kg BW 剂量的微核试验结果为阴性,受试物对体 细胞无诱变作用。

试验结果:经统计学分析,二甲基二硫代氨基 甲酸钠消毒剂各剂量组的微核率与阴性对照组比 较,均无显著性差异(P≥0.05) ,试验结果为阴性。 详见表 3。更多的毒理试验有待进一步研究。

表 3 二甲基二硫代氨基甲酸钠消毒剂各剂量组的微核率与阴性对照组比较
4 国外使用情况

国际食品法典委员会 (CAC) : CX/FA 10/42/11, 2009 年 12 月,作为加工助剂物质的详细目录,附 录 A 中第 63 页:允许用作微生物控制剂。

美国食品和药物管理局,联邦法规标题 21 第 173 部分,在用于人类消费的食品中允许的次直接 的食品添加剂:在甘蔗和甜菜糖厂用于控制微生物 的化学品;在甘蔗和甜菜糖厂的微生物控制剂可有 条件安全地用于甘蔗和甜菜糖厂的微生物控制;糖 厂粉碎,破碎和扩散系统。

美国食品和药物管理局,联邦法规标题 21 第 173 部分§ 173.320:二甲基二硫代氨基甲酸钠—化 学防腐剂,是法规已经发布的食品添加剂,在原料 甘蔗的浓度为 3×10-6和代森钠一起用于甘蔗糖厂控 制微生物;在原料甘蔗或甜菜中的浓度为 3 ppm 与 代森钠和乙二胺一起用于甘蔗和甜菜糖厂控制微生 物;农药以外的熏蒸剂。残留限量的规定-40 CFR 180.152。

美国食品和药物管理局,标题 40--环境保护部 分 180--杀虫剂化学残留物的容许和豁免§ 180.152 二甲基二硫代氨基甲酸钠;残留限量的规定:二甲 基二硫代氨基甲酸钠,以代森锌计,杀菌剂在瓜中的残留限量为 25 ppm。

5 结论

作为压榨消毒剂,二甲基二硫代氨基甲酸钠在 制糖工艺中的压榨、澄清工段已完全消耗和去除, 中间制品及最终蔗糖产品中均无残留,通过跟踪测 试试验期间成品白砂糖的质量,药剂的使用对成品 质量无不良影响,现有研究结果表明在制糖工艺中 使用是安全的。

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(本篇责任编校:朱涤荃)