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CNS_01.307_碳酸氢钾

enhua

2021/08/06

食品添加剂

龙思如

2021年7月25日

碳酸氢钾

摘要：受烘焙、食品添加剂及畜牧业等应用的驱动，预计未来碳酸氢钾的需求量会保持持续增长。国内碳酸氢钾主要消费领域是食品领域，2018年消费量0.27万吨，占我国总消费量的32.45％，预计2023年消费量将达到0.15万吨，占总消费量的38.70％。而食品添加剂主要是烘焙领域、酸度调节剂领域代替碳酸氢钠的使用，其次是农业化肥、畜牧业、纸浆处理、灭火器等。

关键词：碳酸氢钾食品添加剂膨松剂

1、碳酸氢钾简介

碳酸氢钾，英文名称为Potassiumbicarbonate，中文别名为重碳酸钾，CAS号为298-14-6，分子式为KHCO3，分子量为100.114，用作生产碳酸钾、醋酸钾、亚砷酸钾等的原料，亦用于医药、食品、灭火剂等行业。还可作为酸度调节剂、优质水溶性肥料。化学膨松剂以及各类需添加膨松剂的食品等，本文主要讨论碳酸氢钾在食品添加剂——膨松剂中的应用。

全球碳酸氢钾产能基本保持稳定，2010-2013年间产量持续增长，2014-2018年，受到在烘焙、食品添加剂及畜牧业等方面的应用的驱动，需求快速上升，预计未来几年仍然保持快速增长的趋势。

2、碳酸氢钾理化性质

食品级碳酸氢钾是一种众所周知的商品，有许多用途，如用于发酵粉、在不含酒精饮料中作泡腾盐、灭火剂以及各种各样的药物用途，如处理过量酸度。目前，大批量得到的碳酸氢钾是很细的晶体或附聚物，它呈不规则形状，表面粗糙，填充和流动性差，容易造成粉尘和结块问题。近来提出用食品级碳酸氢钾作为治疗骨质疏松症或高血压的活性成分。

密度

2.428g/cm3

闪点

111℃

外观

白色结晶性粉末

熔点

891℃

PSA

63.19000

溶解性

易溶于水，水溶液呈碱性，不溶于乙醇、丙酮和乙醚
表1：碳酸氢钾理化性质表
碳酸氢钾在水中的溶解度

温度

0

10

20

30

40

60

80

100

溶解度

107.0

109.0

110.0

114.0

117.0

126.0

139.0

156.0
表2：碳酸氢钾溶解度
3、碳酸氢钾的制备方法

化学方法制备碳酸氢钾：

第1步，取碱液废水5.0kg，其K+浓度为251.6mg/L(以K2O计)，Na+浓度180.0mg/L(以Na2O计)，SiO32-浓度30.5mg/L(以SiO2计)，AlO2-浓度在18.2mg/L(以Al2O3计)。在一个大气压(1.0atm，101.3kPa)下，经磁力搅拌，通入CO2气体酸化碱液废水，待碱液废水pH值达7.8-8.2，出现由Si杂质沉淀和Al杂质沉淀构成的白色沉淀，抽滤、洗涤，弃去白色沉淀，获得滤液A；

第2步，滤液A采用常压蒸发浓缩工艺，蒸发温度约100℃，滤液A密度从1.05g/cm3变至1.28g/cm3，待温度将至室温，体系在室温下结晶2.0h，出现大量白色晶体，即为含有结晶水的Na2CO3晶体；分离得到含有结晶水的Na2CO3晶体和滤液B，对含有结晶水的Na2CO3晶体煅烧，煅烧温度300℃，时间2.0h，获得Na2CO3产品(纯度>99.9％，达到分析纯要求)；

第3步，将滤液B置于高压釜中，加入高压CO2，控制滤液B的pH值在7.0，平衡压力P＝0.3MPa，结晶时间为2.0h，此时，在K-Na-HCO3-溶液体系中亦出现晶体沉淀，分析结果，该晶体是KHCO3·xH2O(x＝0.5-1.0)，分离、冷水洗涤，即获得精制KHCO3。

第4步，将上步骤得到的K-Na-HCO3-溶液进一步在常压下90℃蒸发，获得结晶物亦为KHCO3结晶水合物；过滤分离、冷水洗涤，亦可获得KHCO3晶体和滤液C。

第5步，将第3步和第4步得到的精制KHCO3合并，80℃下真空干燥6h，获得食品级KHCO3。

第6步，将滤液C与第3步、第4步的洗涤液混合加入下一轮的5.0kg碱液废水，进行重复上述操作工艺，循环五次，计算产物KHCO3与25.0kg原废水碱液中的钾总量比照，收率为90.5％。

超细碳酸氢钾粉体的制备

称取一定量的碳酸氢钾溶质,以水为溶剂,配置碳酸氢钾水溶液。将无水乙醇置于冰箱中,冷冻24h,在高速搅拌和冰水浴条件下,将碳酸氢钾溶液加入到无水乙醇析出剂中,真空抽滤与分离沉淀物,并用无水乙醇洗涤数次,将沉淀物在45℃条件下真空干燥12h,得到白色碳酸氢钾超细粉体。

二氧化碳制备碳酸氢钾的方法

本发明公开了一种利用二氧化碳制备氟化钙与碳酸氢钾的方法,属于磷化工技术领域.该方法步骤如下:(1)将氟硅酸钾与含钾化合物反应得到粗氟化钾溶液和二氧化硅;(2)在粗氟化钾溶液中加入氟硅酸调整pH得到氟化钾溶液和二氧化硅氟硅酸钾固体,二氧化硅氟硅酸钾固体返回到步骤(1);(3)用二氧化碳将氢氧化钙乳液进行酸化得到碳酸氢钙溶液;(4)将氟化钾溶液与碳酸氢钙溶液进行反应得到氟化钙产品;滤液处理后得到碳酸氢钾产品;(5)碳酸氢钾母液经干燥,煅烧得到碳酸钾,返回到步骤(1).仅氢氧化钙和少量的含钾化合物就能够将副产磷酸氟钾化合物与氟硅酸和合成氨副产二氧化碳加工成高价值的氟化钙,碳酸氢钾和二氧化硅.

4、碳酸氢钾的应用

碳酸钾是钾盐行业中主要用于化工、医药、轻工和食品等行业的基本原料之一，主要用于生产食品和医药、化肥和农药、石油和天然气、建材（特种水泥）、电子和玻璃、橡胶和钢铁冶炼等。碳酸氢钾则主要用于烘焙、食品添加剂及畜牧业等方面。随着科技的不断进步，碳酸钾、碳酸氢钾在应用领域发生不断变化，这就要求除了产品化学指标必须达到相应的标准之外，其物理性能也应满足不同市场领域的需求。同时碳酸氢钾也可以用作生产碳酸钾、醋酸钾、亚砷酸钾等的原料，亦用于医药、食品、灭火剂等行业。作酸度调节剂和化学膨松剂，例如医用缓冲液，酿酒添加剂，在加碳酸饮料中有少量添加起到改善口味的作用。我国规定可用于各类需添加膨松剂的食品，按生产需要适量使用。是生产碳酸钾、醋酸钾、亚砷酸钾的原料。可作石油和化学品之灭火剂作为机场专用干粉灭火剂，灭火效果是碳酸氢钠的两倍。也可用于医药、焙粉。作酸度调节剂和化学膨松剂，我国规定可用于各类需添加膨松剂的食品，按生产需要适量使用。2.补充钾，用于治疗低钾症。3.用作碱性剂、膨松剂、营养增补剂、赋形剂及ｐＨ调节剂。可用作加工助剂；可用于软饮料、焙烧食品等。4.用作分析试剂。发泡剂。农业上：用作土壤酸性改良剂。由于具有抗虫和抗菌（如叶片白霉病、苹果黑星病）作用，也是一种有机农业中允许使用的农药。

我国碳酸氢钾未来增长主要在轻质碳酸钾领域，随着科技的快速发展，轻质碳酸钾在农药、食品、医药中的高端应用需求还会有一个快速增长。随着我国生活水平的提高，高品质的食品添加剂需求会高速增加，从而带来碳酸氢钾需求快速增长。接下来以其作为膨松剂为例对其进行详细的介绍。

5、膨松剂的简介

膨松剂（Leaveningagents）指食品加工中添加于生产焙烤食品的主要原料小麦粉中，并在加工过程中受热分解，产生气体，使面坯起发，形成致密多孔组织，从而使制品具有膨松、柔软或酥脆的一类物质。通常应用于糕点、饼干、面包、馒头等以小麦粉为主的焙烤食品制作过程中，产生气体，使面胚起发，形成致密多孔组织，从而使制品具有膨松、柔软或酥脆咸的一类物质。它可有碱性膨松剂和复合膨松剂两类。前者主要是碳酸氢钠产生二氧化碳，使面胚起发。酸性物质尚可中和在产生二氧化碳过程中所形成的碱性盐，以及调节二氧化碳产生的速度。而淀粉等则具有有利于膨松剂保存，调节气体产生速度，使气泡分布均匀等作用。

膨松剂的种类：

膨松剂可分为无机膨松剂、有机膨松剂和生物膨松剂三大类。有机膨松剂如葡萄糖酸-δ-内酯。生物膨松剂如酵母等。无机膨松剂，又称化学膨松剂，包括碱性膨松剂如碳酸氢钠（钾）、碳酸氢铵、轻质碳酸钙等，酸性膨松剂如硫酸铝钾、硫酸铝铵、磷酸氢钙和酒石酸氢钾等，以及复合膨松剂。无机膨松剂应具有下列性质：①较低的使用量能产生较多量的气体；②在冷面团里气体产生慢，而在加热时则能均匀持续产生多量气体；③分解产物不影响产品的风味、色泽等食用品质。

复合膨松剂的配方很多，且依具体食品生产需要而有所不同。通常按所用酸性物质的不同可有产气快慢之别。例如其所用酸性物质为有机酸、磷酸氢钙等，产气反应较快，而使用硫酸铝钾，硫酸铝铵等则反应较慢，通常需要在高温时发生作用。使用复合膨松剂时对产气快慢的选择相当重要。例如在生产蛋糕时，若使用产气快的膨松剂太多，则在焙烤初期很快膨胀，此时蛋糕组织尚未凝结，到后期蛋糕易塌陷且质地粗糙不匀。与此相反，使用产气慢的膨松剂太多，焙烤初期蛋糕膨胀太慢，待蛋糕组织凝结后，部分膨松剂尚未释放出二氧化碳气体，致使蛋糕体积增长不大，失去膨松剂的意义。研究表明，膨松剂中铝的吸收对人体健康不利，因而人们正在研究减少硫酸铝钾和硫酸铝铵等在食品生产中的应用，并探索用新的物质和方法取代其应用，尤其是取代我国人民在长期习以为食的油条中的应用。

6、碳酸氢钾用作膨松剂时的危害

中国食品工业协会副秘书长、马铃薯食品专业委员会会长王薇在接受本报记者采访时表示，中国休闲膨化食品在大中城市主要超市的经营比重上升到10%以上，销售额上升到5%以上。以马铃薯薯条为例，过去5年，我国的马铃薯薯条消费总量增长了40%，预计在未来5年中我国的薯条消费总量仍将增长20%。休闲膨化食品在得到消费者喜爱的同时，还时常遇到食品安全问题，生产企业应加大科技开发力度，进行扎实可靠的基础研究，采用先进高效的工艺设备，选用更加安全可靠的原料、配方、工艺、包装。针对膨化食品引发的安全问题，更大范围推广使用挤压膨化技术、微波膨化技术、烘焙膨化技术，积极研发尝试低温膨化技术、超声膨化技术等工艺，以实现在生产工艺过程中最大程度排除危害人体健康因素。消费者对休闲膨化食品的需求趋向功能化和时尚化，时尚体现求新求变，而功能性趋向营养、健康。国外一些知名的休闲食品厂商大力宣传休闲膨化食品可以成为健康平衡膳食的一部分，低热量、低脂肪、低糖的休闲膨化食品是今后新产品开发的方向。

消费者在选购膨化食品时，应尽可能去产品质量较有保障的正规商场购买，同时要看清产品上是否有“QS”标记；购买时要注意产品的标识，仔细看配料表，了解产品的主要成分和食品添加剂的使用情况，特别要注意查看产品的生产日期和保质期，尽量购买近期生产的产品；要避免购买促销玩具与食品直接混装的产品，因为国家规定严禁在食品包装中混装直接接触食品的非食品物品。

存储方法贮存在通风、干燥的仓库中。不宜在货棚或露天存放。应注意防潮；运输装卸时，应防雨淋，保证干燥、包装不受损害和污染。不可与酸类共贮混运；失火时，可用水、沙土和各种灭火器扑救。

7、碳酸氢钾的检测方法及使用限量

检测方法（滴定法）：

取本品2g，精密称定，加水100ml使溶解，加甲基红-溴甲酚绿混合指示液10滴，用盐酸滴定液（1.0mol/L）滴定至溶液由绿色转变为紫红色，煮沸2分钟，冷却至室温，继续滴定至溶液由绿色转变为暗紫色，并将滴定的结果用空白试验校正每1ml盐酸滴定液（1.0mol/L）相当于100.1mg的KHCO3。

使用限量：

低倍浓缩乳、甜炼乳、稀奶油(2g/kg单用，3g/kg与其他稳定剂合用量，以无水物计)；奶粉、稀奶油粉5g/kg(以无水物计)；可可粉及含糖可可粉、可可豆粉、可可液块及可可油饼，5g/kg(无脂可可计，以K2CO3计)；果酱和果冻，使Ph值保持在2.8～3.5。GB2760—1997：矿物质饮料0.033g/L；需膨松剂的各类食品，GMP；乳与乳制品按有关规定执行。而在乳及乳制品（13.0特殊膳食用食品涉及品种除外）、巴氏杀菌乳、灭菌乳和调制乳、调制乳、发酵乳和风味发酵乳、风味发酵乳、乳粉（包括加糖乳粉）和奶油粉及其调制产品、调制乳粉和调制奶油粉、炼乳及其调制产品、淡炼乳（原味）、调制炼乳（包括加糖炼乳及使用了非乳原料的调制炼乳等）、稀奶油（淡奶油）及其类似品适量使用调制稀奶油、稀奶油类似品、干酪和再制干酪及其类似品等食品中均只能依照生产需要适量使用，碳酸氢钾食品食品工业用加工助剂/一般应在制成最后成品之前出去，有规定食品中残留量的除外碳酸氢钾食品酸度调节剂按生产需要适量使用（有特别规定的除外）碳酸氢钾病人用特殊食品酸度调节剂按生产需要适量使用碳酸氢钾婴儿配方食品、较大婴儿和幼儿配方食品酸度调节剂按生产需要适量使用。

8、总结：

碳酸氢钾是一种重要的化工原料，主要用作生产碳酸钾、醋酸钾、亚砷酸钾等，亦用于医药、食品、灭火剂等行业。包括碳酸氢钾在内的钾盐(K2CO3、KCl、K2SO4等)是一种战略物资，在国民经济中的地位至关重要。然而我国可开发水溶性钾盐资源矿床甚少，探明储量仅占世界的1.06％。目前，我国食品级碳酸氢钾的对外依存度高达70％。因此，从碱性工业废水中提取食品级碳酸氢钾，在一定程度上可以缓解我国钾盐短缺的现状。

近年来食品级碳酸氢钾被广泛用作食品疏松剂和品质改良剂，而且其发展越来越受重视。食品级碳酸氢钾为生产食品级碳酸钾的原料，食品级碳酸氢钾被广泛用于化工、轻工、显像管玻壳、制药、食品、电焊条及有色金属冶金等行业。

参考文献：

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[4]溶析结晶法制备高纯度亚微米硫酸钡粒子[J].王晓辉,蒋斌波,陈纪忠.无机材料学报.2005(04)

[5]超临界抗溶剂技术在药物微粒化领域的研究进展[J].陈蓓怡,于文利,赵亚平.现代化工.2005(02)

[6]冷气溶胶灭火剂用NaHCO3/白炭黑复合粒子的制备[J].叶明泉,韩爱军,李凤生.应用化学.2004(08)

[7]超细磷酸铵盐干粉灭火剂研究[J].唐聪明,徐卡秋,赵春霞.精细化工.2004(05)

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