食品起泡多(duō)是因為(wèi)攪拌和通風有(yǒu)關系,此外食品裏面含有(yǒu)大量的蛋白質(zhì)原料例如,蛋白胨,玉米漿、黃豆粉、酵母粉都很(hěn)容易産(chǎn)生泡沫。
關于食品泡沫的危害:
1.泡沫影響食品的口感。2.泡沫過多(duō)時會容易溢出,造成浪費材料和增加染菌的機會。
3.嚴重的話會導緻菌體(tǐ)呼吸受到阻礙,導緻菌體(tǐ)破壞。
4.泡沫多(duō)會導緻罐裝(zhuāng)時的裝(zhuāng)料減少。
5.舉例說明:豆漿含有(yǒu)一種叫皂甙的物(wù)質(zhì),會讓豆漿在加熱到80-90℃時産(chǎn)生大量泡沫,這些泡沫就像是“障眼法”,看起來像煮沸了,實際卻還沒有(yǒu)徹底煮熟。
如果喝(hē)了這種豆漿,其所含的皂甙會影響人體(tǐ)對蛋白質(zhì)的吸收,可(kě)能(néng)會導緻消化不良,攝入過多(duō)時,還容易導緻惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛等問題。
在食品生産(chǎn)中(zhōng)确實會存在很(hěn)多(duō)的問題,例如果汁加工(gōng)過程中(zhōng)産(chǎn)生了大量泡沫,那麽灌裝(zhuāng)時就存在同樣的問題。假如灌裝(zhuāng)一次,那肯定是裝(zhuāng)不滿的,假如裝(zhuāng)的次數多(duō),一則是增加了機器運轉,增加了生産(chǎn)成本;二則泡沫溢到瓶口和瓶身,就可(kě)能(néng)引起黴菌污染,從而影響産(chǎn)品的質(zhì)量。
總結起來可(kě)以說,生産(chǎn)中(zhōng)産(chǎn)生的泡沫不僅影響工(gōng)業生産(chǎn)的順利進行,也影響産(chǎn)品的質(zhì)量,另外還會降低設備的使用(yòng)面積,增加加工(gōng)時間的消耗。
我們要消除泡沫的方法有(yǒu)機械消泡和化學(xué)消泡兩種,機械消泡是指借助機械力将泡沫打破,或者借助壓力使泡沫破裂,該方法不需要額外添加其他(tā)物(wù)質(zhì),節約原料,減少了化學(xué)試劑的污染幾率,但是該方法需要一定的設備和動力,而且不能(néng)從根本上消除引起泡沫的因素。化學(xué)消泡也就是添加消泡劑,該方法與機械消泡比起來,省時省力,投資小(xiǎo),見效快[2]。
一、消泡劑的簡述
消泡劑是在食品加工(gōng)過程中(zhōng)用(yòng)來降低表面張力、消除泡沫的物(wù)質(zhì)。泡沫是不溶性氣體(tǐ)在外力作(zuò)用(yòng)下進入液體(tǐ)之中(zhōng),形成的大量氣泡被液體(tǐ)相互隔阻的非均相分(fēn)散體(tǐ)系。泡沫是熱力學(xué)不穩定體(tǐ)系,有(yǒu)表面積自行縮小(xiǎo)和自行破裂的趨勢。自然消泡需要時間很(hěn)長(cháng),需要使用(yòng)消泡劑實現快速消泡滿足食品加工(gōng)生産(chǎn)的要求。
消泡劑有(yǒu)很(hěn)多(duō)種,成分(fēn)也有(yǒu)很(hěn)大不同。
消泡劑主要由活性成分(fēn)、乳化劑、載體(tǐ)和乳化助劑組成,其中(zhōng)活性成分(fēn)是最重要的核心部分(fēn),起破泡和降低表面張力的作(zuò)用(yòng);乳化劑是将活性成分(fēn)分(fēn)散成小(xiǎo)顆粒,以便更好地分(fēn)散在油或水中(zhōng),消泡效果更好。載體(tǐ)在消泡劑中(zhōng)占很(hěn)大比例,表面張力不高,主要起到支撐介質(zhì)的作(zuò)用(yòng),有(yǒu)利于消泡消泡的效果,可(kě)以降低成本;乳化助劑是為(wèi)了使乳化效果更好。
消泡劑多(duō)為(wèi)液體(tǐ)複配産(chǎn)品,主要分(fēn)為(wèi)三類:礦物(wù)油類、有(yǒu)機矽類、聚醚類[3]。
1、礦物(wù)油類消泡劑通常由載體(tǐ)、活性劑等組成。載體(tǐ)是低表面張力的物(wù)質(zhì),其作(zuò)用(yòng)是承載和稀釋,常用(yòng)載體(tǐ)為(wèi)水、脂肪醇等;活性劑的作(zuò)用(yòng)是抑制和消除泡沫,常用(yòng)的有(yǒu)蠟、脂肪族酰胺、脂肪等。
2、有(yǒu)機矽類消泡劑一般包括聚二甲基矽氧烷等。有(yǒu)機矽類消泡劑溶解性較差,在常溫下具(jù)有(yǒu)消泡速度很(hěn)快、抑泡較好,但在高溫下發生分(fēn)層、消泡速度較慢、抑泡較差等特點。
3、聚醚類消泡劑包括聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚等。聚醚類消泡劑具(jù)有(yǒu)抑泡時間長(cháng)、效果好、消泡速度快、熱穩定性好等特點。例如在果蔬飲料、豆制品、蔗糖等生産(chǎn)過程中(zhōng)就會用(yòng)到消泡劑。
消泡劑的作(zuò)用(yòng)可(kě)分(fēn)為(wèi)破泡劑、抑泡劑、脫泡劑三種類型。
所謂破泡劑,就是在液體(tǐ)起泡後加入,通過吸附泡沫和表面張力的作(zuò)用(yòng)進入泡膜使基礎變薄,可(kě)以快速破壞泡沫,降低液面。抑泡劑是能(néng)抑制泡沫産(chǎn)生的物(wù)質(zhì),它與液體(tǐ)泡沫物(wù)一起吸附在泡沫上,降低表面張力,使泡膜變薄,破損,預防泡沫現象。
脫泡劑在液體(tǐ)中(zhōng)吸附于氣泡,聚集氣泡中(zhōng)的空氣,氣泡相互吸附後,在吸附界面破損形成大氣泡,浮力增大提高速度,促進脫泡。
消泡劑一般具(jù)有(yǒu)破泡、抑制泡沫、脫泡等多(duō)種作(zuò)用(yòng)。針對不同途徑或原因産(chǎn)生的起泡所選擇的消泡劑是不同的,所以消泡劑的配方篩選尤為(wèi)重要。
二、消泡劑消泡的原理(lǐ)
消泡劑消泡原理(lǐ)一:
關于消泡劑的作(zuò)用(yòng)機理(lǐ)至今還沒有(yǒu)統一認識,美國(guó)膠體(tǐ)化學(xué)家羅斯(Ross,S.)明确表示,沒有(yǒu)任何消泡機理(lǐ)複蓋所有(yǒu)消泡現象,各種複雜的消泡劑,可(kě)以應對各種消泡機理(lǐ)。接下啦闡述兩種消泡原理(lǐ)。
泡沫是氣體(tǐ)分(fēn)散于液體(tǐ)中(zhōng)的分(fēn)散體(tǐ)系,氣體(tǐ)是分(fēn)散相,液體(tǐ)是分(fēn)散介質(zhì),由于氣體(tǐ)不溶于表面活性劑而形成穩定狀态。氣泡形成後,由于發泡體(tǐ)系分(fēn)子間的作(zuò)用(yòng),親水基和疏水基被氣泡壁吸附,形成規則排列,其親水基朝向水相,疏水基朝向氣泡内,從而在氣泡界面上形成彈性膜,其穩定性很(hěn)強,常态下不易破裂。同時泡沫是熱力學(xué)不穩定系統,在重力作(zuò)用(yòng)下不斷進行着液膜的下流、蒸發、破裂,以及泡沫液膜間的排液、滲透過程。
消泡的原因主要分(fēn)為(wèi)兩方面:1)易于鋪展、吸附的消泡劑分(fēn)子取代了起泡劑分(fēn)子,形成了強度較差的膜;2)在鋪展過程中(zhōng)消泡劑分(fēn)子帶走鄰近表面層的部分(fēn)溶液,使泡沫液膜變薄,泡沫穩定性降低,易于被破壞。
從上面我們可(kě)以得知,消泡劑要發揮作(zuò)用(yòng),首先必須滲入到泡膜的雙層膜中(zhōng),其滲入能(néng)力可(kě)用(yòng)滲入系數 E 表示。消泡劑滲入後需要快速散布開來,其散布能(néng)力可(kě)用(yòng)散布系數 S 表示,
式中(zhōng):γF為(wèi)泡沫介質(zhì)的表面張力;γDF為(wèi)消泡劑的表面張力;γD為(wèi)泡沫介質(zhì)與消泡劑之間的界面張力。當 E>0 時,消泡劑能(néng)夠滲入到泡沫中(zhōng);當 E<0 時,消泡劑不能(néng)滲入泡沫中(zhōng);當 S>0 時,消泡劑能(néng)在液膜表面擴展;當 S <0 時,消泡劑不能(néng)在液膜表面擴展。所以,隻有(yǒu)當 E>0,S>0 時消泡劑才具(jù)有(yǒu)消泡作(zuò)用(yòng)[4]。
消泡劑消泡原理(lǐ)二:
泡沫在液體(tǐ)内部存在是因為(wèi)氣體(tǐ)表面吸附了表面活性物(wù)質(zhì),導緻表面能(néng)降低而形成能(néng)量穩定的系統而造成的;消泡劑的原理(lǐ)就是改變部分(fēn)氣泡表面的表面活性物(wù)質(zhì)的分(fēn)布狀态,從而改變表面張力引起這些氣泡的内壓發生變化,并合并到其他(tā)氣泡中(zhōng),形成體(tǐ)積更大的氣泡,但是又(yòu)引起新(xīn)的不平衡和新(xīn)的合并。這種合并的大氣泡最後被浮力推出液體(tǐ)内部,這是一個脫泡過程;存在與液體(tǐ)表面的氣泡在重力的作(zuò)用(yòng)下,氣泡膜會逐漸變薄最後破裂,消泡劑的作(zuò)用(yòng)就是加速這個變薄并破裂的過程[5]。
三、消泡劑在食品生産(chǎn)中(zhōng)應用(yòng)的标準依據
消泡劑分(fēn)為(wèi)工(gōng)業級消泡劑和食品級消泡劑,添加到食品當中(zhōng)的是對人體(tǐ)沒有(yǒu)危害的食品級消泡劑,所以可(kě)以放心食用(yòng)。但是作(zuò)為(wèi)一款食品添加劑,需要控制最高用(yòng)量,添加過量的話也會對人體(tǐ)産(chǎn)生危害。使用(yòng)消泡劑作(zuò)為(wèi)食品添加劑的商(shāng)家一定要嚴格按照我國(guó)《GB 2760-2014 食品安(ān)全國(guó)家标準_食品添加劑使用(yòng)标準》的要求去謹慎添加。工(gōng)業消泡劑是嚴禁添加到食品中(zhōng)。
目前我國(guó)許可(kě)使用(yòng)的消泡劑有(yǒu)乳化矽油、高碳醇脂肪酸酯複合物(wù)、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、聚二甲基矽氧烷等。
今年化工(gōng)行業原材料價格普遍上漲,一些不良商(shāng)家開始打起了小(xiǎo)算盤,比如用(yòng)工(gōng)業級聚二甲基矽氧烷冒充食品級聚二甲基矽氧烷;工(gōng)業級乳化劑冒充食品級乳化劑;更有(yǒu)甚者,為(wèi)了減少活性物(wù)的使用(yòng),提升産(chǎn)品性能(néng),竟然将未被列入原輔料表的工(gōng)業級聚醚類和有(yǒu)機矽聚醚類産(chǎn)品使用(yòng)在食品級消泡劑的生産(chǎn)中(zhōng)。令人發指!
但按國(guó)家的标準,使用(yòng)一定量食品添加劑是安(ān)全,濫用(yòng)食品添加劑将對身體(tǐ)産(chǎn)生危害,甚至會緻癌、緻畸。目前市場上違規使用(yòng)的問題主要有(yǒu)以下4種情況:
1、 使用(yòng)未經國(guó)家批準使用(yòng)或禁用(yòng)的添加劑品種。
2、 添加劑使用(yòng)超出規定用(yòng)量。
3、 添加劑使用(yòng)超出規定範圍。
4、 使用(yòng)工(gōng)業級代替食品級的添加劑
四、消泡劑行業的發展
據紐約州奧爾巴尼數據,消泡劑市場預計在2022年至2031年的預測期内複合年增長(cháng)率為(wèi)4.5%。有(yǒu)機矽産(chǎn)品類型在2021年的消泡劑市場中(zhōng)占有(yǒu)突出的44.7%的份額,預計在預測期内将保持其主導地位。低表面張力、熱穩定性、化學(xué)惰性和完全不溶性是使有(yǒu)機矽消泡劑适用(yòng)于包括制藥、石油和天然氣以及食品和飲料在内的多(duō)個行業的有(yǒu)希望的特性。
相對于銷量而言,亞太地區(qū)在2021年占據了消泡劑市場34.4%的關鍵份額。包括制藥、造紙和紙漿、食品和飲料以及紡織品在内的幾個最終用(yòng)途行業的快速增長(cháng)為(wèi)該地區(qū)消泡劑市場創造了充足的機會[6]。
五、消泡劑在食品中(zhōng)的應用(yòng)研究[7]
1)味精(jīng)生産(chǎn)中(zhōng)的消泡劑
味精(jīng)的發酵過程屬于好氣性發酵,過程中(zhōng)産(chǎn)生大量的氣泡,氣泡的産(chǎn)生會降低産(chǎn)量、抑制菌體(tǐ)的呼吸作(zuò)用(yòng)、降低菌體(tǐ)的産(chǎn)酸率。消泡劑是抑制泡沫最經濟、最簡單的方法。用(yòng)于味精(jīng)生産(chǎn)中(zhōng)的消泡劑通常有(yǒu)植物(wù)油消泡劑、聚醚消泡劑、有(yǒu)機矽消泡劑,但是植物(wù)油消泡劑貯存不好,易變質(zhì)、酸值增高,應用(yòng)較少,目前聚醚類消泡劑、有(yǒu)機矽消泡劑在味精(jīng)發酵工(gōng)業中(zhōng)的應用(yòng)較為(wèi)廣泛,學(xué)者們對此進行的研究也較多(duō)。
國(guó)内學(xué)者胡廷等人将矽膏、聚醚、乳化劑、增稠劑、水等原料,經過攪拌-升溫-溶解-分(fēn)層-冷卻操作(zuò),便得到二甲基矽油-有(yǒu)機矽複合消泡劑,實驗最佳條件為(wèi):3000r /min 的轉速下高速離心30min,75~ 85℃的條件下存放72h。将這種消泡劑用(yòng)于某味精(jīng)廠發酵罐,結果表明此種有(yǒu)機矽複合消泡劑比現在使用(yòng)的植物(wù)油類消泡劑和有(yǒu)機矽消泡劑的效果好,對菌種沒有(yǒu)影響、用(yòng)量少、消泡速度快、消泡能(néng)力強,但是其抑泡效果一般。
有(yǒu)國(guó)外學(xué)者M Stones研究了有(yǒu)機矽消泡劑,結果得出:由于矽是指一類具(jù)有(yǒu)Si -O -Si 骨幹有(yǒu)機基團的特殊材料,是最簡單的聚合物(wù),即聚二甲基矽氧烷(矽橡膠),這些特性确保了有(yǒu)機矽将帶着一個基團遷移到氣-液相界面上的氣泡内,有(yǒu)機矽和有(yǒu)機矽共聚物(wù)是高聚材料,聚二甲矽氧烷,他(tā)們可(kě)以結合起來,産(chǎn)生各種各樣的有(yǒu)控制泡沫作(zuò)用(yòng)的控制劑,具(jù)有(yǒu)消泡的功能(néng)。
李月娥等人對在味精(jīng)發酵中(zhōng)使用(yòng)的聚醚消泡劑進行了實驗,結果表明聚醚的疏水基團的分(fēn)子量越大,消泡效果越好,當分(fēn)子量大于3000 時,這種聚醚消泡劑的消泡效果良好,分(fēn)子量大于1500小(xiǎo)于2500 時,有(yǒu)較好的消泡效果,而分(fēn)子量小(xiǎo)于1000 時則沒有(yǒu)消泡效果;聚醚消泡劑的消泡效果随親水集團含量的增加而降低,直到失去消泡效果,甚至會有(yǒu)助泡的作(zuò)用(yòng),隻有(yǒu)當親水集團鏈的比例在一定範圍内時,聚醚消泡劑才有(yǒu)良好的消泡效果,另外聚醚消泡劑的綜合消泡能(néng)力(包括消泡和抑泡)受消泡劑濃度的影響,随濃度的增加而降低,其最佳濃度為(wèi):5%~20%。
有(yǒu)學(xué)者對聚醚消泡劑的使用(yòng)方法進行了改進:先在培養基中(zhōng)加入一定量的消泡劑,連同培養基一起加熱消毒入罐。另外再将消泡劑配制成一定比例的乳狀液,經消毒後,用(yòng)空氣保壓,視發酵罐内泡沫上升情況,随時“流加”入罐,這樣可(kě)有(yǒu)效降低消泡劑的使用(yòng)量。
2)糖生産(chǎn)中(zhōng)的消泡劑
與味精(jīng)的制造不同,制糖工(gōng)藝采用(yòng)濃縮結晶法,消泡劑是制糖過程中(zhōng)常用(yòng)的工(gōng)業助劑,使用(yòng)的消泡劑主要有(yǒu):聚甘油脂肪酸酯類(如N型)、蔗糖脂肪酸酯類、聚醚類(如PPE)和有(yǒu)機矽類(如F 型)等。因為(wèi)聚甘油脂肪酸酯類即N 型消泡劑在煮糖過程中(zhōng)消泡和抑泡效果好,糖漿表面張力降低幅度大,還能(néng)加快糖晶體(tǐ)的沉降速度,改善糖漿過濾性能(néng),所以聚甘油脂肪酸酯類消泡劑是目前制糖工(gōng)業中(zhōng)用(yòng)的最廣泛的消泡劑。
國(guó)内學(xué)者陳朝毅等對N 型消泡劑進行了實驗,結果表明:N 型消泡劑濃度越高,消泡抑泡的效果越強,當糖漿中(zhōng)消泡劑的添加量達30mg /kg 時可(kě)取得滿意的消泡、抑泡效果。還有(yǒu)專家将食品級消泡劑用(yòng)在低聚異麥芽糖的制備過程中(zhōng),結果表明食品級消泡劑能(néng)夠抑泡、降低表面張力,而且食品級消泡劑還能(néng)阻止産(chǎn)品被氧化,保護成品。對不同的糖類使用(yòng)的消泡劑不同,理(lǐ)論上,親油親水平衡值(HLB)在1~3 範圍内的無毒表面活性劑都可(kě)作(zuò)為(wèi)糖廠加工(gōng)使用(yòng)的消泡劑,至今仍很(hěn)難從理(lǐ)論上确定哪些表面活性劑是最好的糖用(yòng)消泡劑,一般必須根據實驗選定。
國(guó)外學(xué)者K. Prabhakaran等人對蔗糖中(zhōng)的泡沫進行了研究,結果表明在250°C 等溫條件下,有(yǒu)機固體(tǐ)泡沫在空氣中(zhōng)進行碳化脫水,碳泡沫由此獲得的燒結溫度在600~1400°C,密度在115~145mg /mL,電(diàn)導率在1. 510-5 至0. 2Ω–1cm–1,碳泡沫球形細胞大小(xiǎo)範圍在450 850nm,細胞是通過圓形或橢圓形窗口相互關聯,大小(xiǎo)範圍在80 ~300nm。碳泡沫樣品的燒結溫度為(wèi)1400°C,抗壓強度為(wèi)0. 89MPa。
國(guó)内還有(yǒu)學(xué)者陳駿佳等對苷蔗糖生産(chǎn)加工(gōng)中(zhōng)的消泡劑進行了研究。結果表明在全國(guó)甘蔗糖生産(chǎn)中(zhōng)使用(yòng)的消泡劑有(yǒu)植物(wù)油類、太古油類、蔗糖脂肪酸酯類、聚甘油脂肪酸酯類(N 型消泡劑)、有(yǒu)機矽化合物(wù)類等。糖液中(zhōng)的蛋白質(zhì)、膠體(tǐ)及類脂物(wù)等表面活性物(wù)質(zhì),容易與空氣混合,在輸送過程中(zhōng)産(chǎn)生泡沫,導緻冒箱、冒罐、跑糖等,影響糖的産(chǎn)量及糖的質(zhì)量,加入消泡劑是解決此問題的最簡單、最直接的方法。其中(zhōng)蔗糖酯、N 型消泡劑消泡時間最短,為(wèi)20s,而且蔗糖酯的抑泡時間最短,為(wèi)21s,但是蔗糖酯生産(chǎn)反應複雜,不易控制,性能(néng)不穩定,水溶性差,因此N 型消泡劑是應用(yòng)最多(duō)、最廣泛的。
在糖的生産(chǎn)過程中(zhōng)由于攪拌、流動、輸送等操作(zuò),使糖液與空氣混合,産(chǎn)生大量氣泡,造成糖液流失,原料損失,操作(zuò)困難,同時增加了能(néng)耗,影響工(gōng)廠經濟效益。一般消除泡沫的方法有(yǒu)兩種:一是機械消泡法,二是化學(xué)消泡劑。化學(xué)消泡劑具(jù)有(yǒu)提高生産(chǎn)效率、增加經濟效益、加快蒸發結晶速度、降低糖漿黏度等優點,在糖生産(chǎn)中(zhōng)添加化學(xué)消泡劑是常用(yòng)的消除泡沫的方法。
3)釀酒中(zhōng)的消泡劑
有(yǒu)學(xué)者曾對釀酒過程中(zhōng)産(chǎn)生的不利因素進行研究,結果表明發酵過程中(zhōng),因為(wèi)攪拌、發酵而産(chǎn)生許多(duō)泡沫,泡沫給酒的加工(gōng)帶來很(hěn)多(duō)不利的影響和因素,如引起“逃液”、裝(zhuāng)料減少等等,這些不利因素進一步影響酒産(chǎn)品産(chǎn)量和質(zhì)量,消泡劑是抑制泡沫最簡單、最經濟的方法。
國(guó)内有(yǒu)學(xué)者對釀酒過程中(zhōng)加入的消泡劑進行了研究,結果表明用(yòng)植物(wù)油、月桂酸、脫水山(shān)梨醇單硬脂酸、肉豆落酸、油酸等做發酵消泡劑耗量大,消泡效果不理(lǐ)想;以聚二甲基矽氧烷為(wèi)主體(tǐ)的有(yǒu)機矽消泡劑用(yòng)于食品發酵得效果良好,發酵容量增加,産(chǎn)量提高;在消泡劑的作(zuò)用(yòng)下,發酵罐的頂蓋可(kě)在工(gōng)作(zuò)期間一直處于關閉狀态,從而降低釀液氧化作(zuò)用(yòng),增高酒潔淨度;因氧化作(zuò)用(yòng)的降低,在部分(fēn)蛋白質(zhì)變性狀況下,酒的物(wù)理(lǐ)、化學(xué)穩定性很(hěn)好,酒不再那麽混濁;消泡劑使罐壁上酵母粉的附着度變低,同時也減輕了後清理(lǐ)的工(gōng)作(zuò)。
由于各類食品加工(gōng)工(gōng)藝不同,消泡劑的效果、作(zuò)用(yòng)不同,學(xué)者武春梅等在測定啤酒原濃時也加入了消泡劑,并對其可(kě)行性進行了實驗。實驗中(zhōng)酒樣經過了事先除氣,但在蒸餾的初期仍然會産(chǎn)生泡沫,甚至溢出瓶口,當泡沫溢入蛇形冷卻管中(zhōng)時,表明實驗失敗,因此在實驗中(zhōng)加入微量的有(yǒu)機矽消泡劑。實驗結果表明,啤酒原濃的測定不受消泡劑的影響,可(kě)有(yǒu)效降低測試時間,提高實驗的成功率,并減輕檢驗人員的勞動強度。
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