氯化钾发生器

[align=center][size=24px]浅谈氯化钾作食品添加剂[/size][/align]霍子轩2021年7月[align=center][/align][align=center][font='黑体'][size=20px]浅谈氯化钾作食品添加剂[/size][/font][/align][align=center][/align]摘要：本文简要介绍了常见的食品添加剂氯化钾，从理化性质入手，介绍了氯化钾和食品级氯化钾的几种工业合成方法，并分析了氯化钾在食品中的不同作用及作用机理。食品中的氯化钾添加由来已久，不同食品中氯化钾加入量的国标不断修改更新，本文摘录了最新国标的氯化钾限量，介绍了氯化钾中毒的标准和症状，旨在对氯化钾作食品添加剂有一个较为全面的概述总结。关键词：氯化钾，食品级氯化钾，食品添加剂，低钠盐1 引言1.1 食品添加剂为改善食品色、香、味等品质，以及为防腐和加工工艺的需要，食品中可以适量添加人工合成或者天然物质，称为食品添加剂。目前我国食品添加剂有23个类别，2000多个品种，包括酸度调节剂、抗结剂、消泡剂、抗氧化剂、漂白剂、膨松剂、着色剂、护色剂、酶制剂、增味剂、营养强化剂、防腐剂、甜味剂、增稠剂、香料等。1.2 氯化钾氯化钾是一种无机化合物，化学式为KCl，外观如同食盐，无臭、味咸。氯化钾主要用于无机工业，是制备各种钾盐的基本原料；农业上主要制备钾肥；食品工业中用作代盐剂、营养增补剂、胶凝助剂、酵母食料、调味剂、增香剂、pH值控制剂等，此外，还用于活性染料、钢铁热处理以及电镀行业等。氯化钾也是临床常用的电解质平衡调节药，临床疗效确切，广泛运用于临床各科。2 理化性质2.1 物理性质[align=left]外观为白色晶体，味极咸，无臭无毒性。易溶于水、醚、甘油及碱类，微溶于乙醇，但不溶于无水乙醇，有吸湿性，易结块；在水中的溶解度随温度的升高而迅速地增加，与钠盐常起复分解作用而生成新的钾盐。n[size=13px]D=1.334。水溶解性S=342g/L (20 oC)。性质稳定，与强氧化剂不相容，强酸。防潮。吸湿性。一般在2-8oC储存。[/size][/align]2.2 化学性质[align=left]性质基本同氯化钠，晶体形成立体对称。其晶体结构中，较大的氯离子排成立方最密堆积，较小的钾离子则填充氯离子之间的八面体的空隙。每个离子周围都被六个其他的离子包围着。这种结构也存在于其他很多化合物中，称为氯化钠型结构或石盐结构。氯化钾可以做工业制备金属钾的原料（用金属钠在850℃高温条件下置换）。[/align][align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108042145375667_3104_1608728_3.jpeg[/img][/align][align=center][size=12px]图[size=12px]1[size=12px]：氯化钠型晶体晶胞结构图[/size][/size][/size][/align][align=left]电解氯化钾溶液制备苛性钾、可以被银离子沉淀氯离子、被四苯硼钠沉淀钾离子。氯化钾与浓硫酸反应生成硫酸氢钾和氯化氢，还可以用作有机反应。工作基准氯化钾用于标定硝酸银标准液。晶格能：715kJ/mol。[/align][align=left]2.3 毒性[/align][align=left]口服过量氯化钾有毒；[url=https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%8A%E6%95%B0%E8%87%B4%E6%AD%BB%E9%87%8F/10479386][color=#000000]半数致死量[/color][/url]约为2500mg/kg（与普通盐毒性近似）。静脉注射的半数致死量约为100mg/kg，但是它对心肌的严重的副作用值得注意，高剂量会导致心脏停跳和猝死。[/align][align=left]2.4 储存条件和安全风险[/align][align=left]储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。应与氧化剂分开存放，切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。密闭操作，加强通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。操作人员须佩戴[url=https://baike.baidu.com/item/%E8%87%AA%E5%90%B8%E8%BF%87%E6%BB%A4%E5%BC%8F%E9%98%B2%E5%B0%98%E5%8F%A3%E7%BD%A9/1432014][color=#000000]自吸过滤式防尘口罩[/color][/url]，戴化学安全防护眼镜，穿防毒物渗透工作服，戴橡胶手套。避免产生粉尘。避免与氧化剂接触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。[/align]3 制备3.1 工业生产[size=14px]3.1.1 [size=14px]重结晶法以氯化镁和氯化钾为主要成分的岩盐光卤石粉碎，与[/size]75%[/size]的水混合，通入过热蒸汽，冷却后析出氯化钾。此粗晶体经水洗，重结晶精制而得。从海水析出氯化钠后的母液，经浓缩、结晶、精制而得。[size=14px]3.1.2 [/size][size=14px]浮选法[/size]将钾石盐矿（或砂晶盐）先经破碎、球磨机粉碎后，边搅拌边加入1%十八胺浮选剂，同时加入2%纤维素进行浮选，再经离心分离，制得氯化钾成品。分解一浮选联合法将光卤石先经筛分，粗品再经粉碎后，加入水、母液和浮选剂进行分解，再经粗选、精选、过滤、洗涤、离心分离、干燥，制得氯化钾成品。[size=14px]3.1.3 [/size][size=14px]兑卤法[/size]将海水析出氯化钠后的苦卤和老卤(析出氯化钾镁复盐后的母液)按一定的比例掺兑，使混合卤中硫酸镁和氯化镁的摩尔比在0.11以下，氯化镁与氯化钾的比值在11左右，在兑卤槽中充分析出苦盐（含氯化钠90%、氯化镁2%、硫酸镁1%和氯化钾0.4%)并除去。将混合卤蒸发浓缩至128℃后放入保温沉降器，在124℃下析出高温盐(含氯化钠40%、氯化镁14%、硫酸镁13%和氯化钾1%），在85~90℃下析出低温盐（含氯化钠20%、氯化17%、硫酸镁22%和氯化钾1.3%）。分离后，滤液经冷却析出氯化钾镁复盐即人造光卤石，分离光卤石后的母液为老卤。光卤石加水分解，使氯化镁溶解，得粗氯化钾；后者经水洗、重结晶得成品。作为医药或食品用氯化钾，还需将上述产品溶于水，过滤后通入氯气至饱和。煮沸除去过量的氯，再通入氯化氢使氯化钾析出。分离后用水洗涤后再溶于水，过滤、冷却至-5℃左右得结晶，并在100~120℃下干燥得成品。光卤石浮选法光卤石主要成分为氯化钾，用水及浮选剂进行粗选、精选得氯化钾。此品经水洗、重结晶精制得成品。[size=14px]3.1.4 [size=14px]中和法在纯氢氧化钾水溶液中加入化学计量的纯盐酸，酸稍过量，使溶液略呈酸性，加热浓缩，溶液仍须呈酸性，冷却后有氯化钾沉淀析出，吸滤，将沉淀置于蒸发皿中，放在砂浴上，边搅拌边加热干燥。精制方法市售氯化钾中含有的杂质，以氯化钠和氯化镁为主，也含有少量硫酸盐、铁盐、铝盐等。取[/size]500g[/size]市售氯化钾与1.5L蒸馏水共同研磨之后，过滤，滤液放入蒸发皿中，向其中加入由5g氧化钙制成的石灰乳和12g纯的氯化钡，充分搅拌，待沉淀后取少许上部清液，滴加氯化钡，确证已无沉淀生成，过滤，向滤液中加入15g纯净的无水碳酸钾，搅拌后静置，过滤，加热滤液至沸腾时加入稀盐酸，使之呈酸性。用直接火浓缩，至体积浓缩至1/3时，即有氯化钾析出，冷却后，将结晶吸滤，置蒸发皿中，用砂浴干燥。[size=14px]3.1.5 [size=14px]冷分解法将光卤石经粉碎后，放入分解器，加入水、母液和浮选剂进行分解，由分解器下部排除的粗钾料浆泵入沉降器。沉降料浆经器底放出，经离心分离，脱去母液得到粗钾。粗钾送入洗涤器中，室温下将其中所含的氯化钠溶解入水，浆液经再次沉降、离心分离、干燥，制得氯化钾成品。清液作为精钾母液，循环使用。[/size]3.2 [/size]食品级氯化钾的制备食品级氯化钾一般采用工业氯化钾和农业氯化钾为原料精制而成，从卤水中提取的工业氯化钾是经过兑卤、蒸发、结晶、分解洗涤等工序生产的，氯化钾含量在90%以上，但是与食品级还是有一定的差距，其中可溶、不可溶杂质含量较高，颜色灰暗，外观较差，因此，必须经过进一步精制才能制得食品级氯化钾。国标质量指标如下图所示：[table][tr][td][align=center]质量标准[/align][/td][td][align=center]GB25585-2010[/align][/td][td][align=center]QB2554-2002[/align][/td][td][align=center]FCCV[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]含量≥%[/align][/td][td][align=center]99.0[/align][/td][td][align=center]97.0[/align][/td][td][align=center]99.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]酸度或碱度试验[/align][/td][td][align=center]通过试验[/align][/td][td][align=center]通过试验[/align][/td][td][align=center]通过试验[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]碘和溴[/align][/td][td][align=center]通过试验[/align][/td][td][align=center]-[/align][/td][td][align=center]通过试验[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]干燥减重≤%[/align][/td][td][align=center]1.0[/align][/td][td][align=center]1.0[/align][/td][td][align=center]1.0[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]钠≤%[/align][/td][td][align=center]0.5[/align][/td][td][align=center]0.57（NaCl 1.45）[/align][/td][td][align=center]通过试验（焰色反应不显示）[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]砷(以As计) ≤%[/align][/td][td][align=center]0.0002[/align][/td][td][align=center]0.0005[/align][/td][td][align=center]0.0003[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]重金属(以Pb计)≤%[/align][/td][td][align=center]0.0005[/align][/td][td][align=center]0.0001[/align][/td][td][align=center]0.0005[/align][/td][/tr][tr][td][align=center]水不溶物≤%[/align][/td][td][align=center]-[/align][/td][td][align=center]0.05[/align][/td][td][align=center]-[/align][/td][/tr][/table][align=center][size=12px]表[size=12px]1[size=12px]：食品级氯化钾的不同国标指标[/size][/size][/size][/align]根据不同的纯化步骤和纯化方法，食品级氯化钾的精制过程主要有以下几种：[img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108042145378274_2732_1608728_3.png[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108042145379194_9044_1608728_3.png[/img][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108042145383666_9373_1608728_3.png[/img](a) [size=12px] (b) (c)[/size][align=center][size=12px]图[size=12px]2[size=12px](a)(b)(c)：三种氯化钾精制流程图[/size][/size][/size][/align]4 在食品中的应用4.1 营养补充剂钾代谢平衡对维持各种细胞功能至关重要, 钾主要通过小肠吸收、肾脏排泄。钾的主要生理功能有: ①维护细胞的新陈代谢, 钾的主要作用与细胞的正常新陈代谢密切相关, 细胞内一些酶的活动必须有高浓度钾的存在。糖代谢中钾尤其重要, 糖原合成时钾进入细胞内, 细胞外液的钾浓度下降, 糖原分解时细胞释放钾, 细胞外液钾浓度上升。②维持细胞内、外液的渗透压和酸碱平衡, 钾是维持细胞内液容量与渗透压的主要离子, 也是维持酸碱平衡的主要离子之一, 血钾浓度的改变可引起酸碱平衡紊乱, 酸碱平衡紊乱也常影响血钾的浓度。③维持神经肌肉的兴奋性, 神经肌肉系统必须有一定的钾浓度, 才能保持正常的应激功能, 血钾浓度高则神经兴奋性增加, 血钾浓度降低, 则神经肌肉趋于麻痹, 对神经系统的冲动传导, 细胞外钾的浓度起着决定性的作用。④维持心肌的正常活动, 心肌细胞内外的钾离子浓度梯度是形成静息电位的基础, 钾离子主要通过静息电位而影响心脏的电生理活动。血钾浓度过高, 可强烈抑制心肌收缩功能, 使心脏停跳在舒张期 血钾浓度过低则易产生心律紊乱, 可使心脏停跳在收缩期。营养不良是由于摄入不足或由于食物不充分吸收利用, 以至不能维持正常代谢迫使机体消耗自身组织, 出现体重减轻, 生长发育迟缓, 脂肪逐渐消失, 肌肉萎缩。当重度营养不良发生时，并发各种电解质混乱，尤其是低血钾情况几乎伴生于每一例营养不良。大剂量口服氯化钾已经在临床证明对营养不良有缓解作用。所以在很多种运动功能饮料中会添加氯化钾起到在剧烈运动之后维持渗透压和钾平衡的作用。4.2 代盐剂世界卫生组织建议每人每天食盐摄入量不要超过5g，但我国居民平均每天用盐10.5g。当人们过量摄入钠盐，体内钠离子过多时，会导致不良的生理反应并可能会引起某些疾病，其中最重要的是高血压。高盐摄入引起血压升高的可能机制是：①钠离子过多引起水钠滞留，导致血容量增加，血压上升；②引起细胞（包括平滑肌细胞）水肿，使血管腔变窄；③增加血管对儿茶酚胺类缩血管因子的敏感性；④细胞内钠离子增加后会抑制钠-钙交换，使细胞钙排除减少，导致血管平滑肌内钙离子浓度上升而引起血管平滑肌收缩。据查，平均五个吃盐多的人就有一人患高血压，尤其婴幼儿和青少年如果过多的食盐，不但有引起高血压的可能性，而且还可能损害肾脏和心脏，尤其是婴幼儿的肾脏发育不完善，不能排除滞留在体内多余的钠，从而导致钠钾比例失调，影响心脏功能。低钠盐是食用盐的一种，通过在普通钠盐中添加氯化钾、硫酸镁等物质，减少产品中钠离子含量。世界各国低钠盐的发展不尽相同，产品的成分都有其独特之处，如芬兰低钠盐的主要成分为65% NaCl、25% KCl、10% MgCl[size=13px]2。日本低钠盐产业发展趋势较好，多年前日本低钠盐已达到NaCl∶KCl∶MgSO[size=13px]4=65:24.5:10；高钾低钠盐的配方达到69.3%KC1、30.0%NaC1、0.7%MgC1[size=13px]2。法国还研制了无钠盐，它由氯化钾、己二酸、己二酸钾、谷氨酸钾组成。KCl含量85%。日本合成了一种咸味素“乌氨酞中磺酸”，其咸度相当食盐的90%，不含钠，可作为心脏病患者食盐代用品。我国低钠盐的使用还未大面积普及，对于低钠盐的配方、毒性及使用注意事项等还需进一步研究。我国青海钾肥厂试产的低钠盐NaCl:KCl=77.5:20，含极少量MgCI2。4.3 强化凝胶卡拉胶，又称鹿角藻胶或角叉菜胶，是一种从红藻中提取出来的水溶性多糖。它的化学结构是由1,3苷键键合的β-D-吡喃半乳糖残基和1,4苷键键合的α-D-吡喃半乳糖残基交替地联结而成的线性多糖。由于残基上连接有半酯式硫酸盐基团（-OSO3），卡拉胶是一种阴离子型多糖。大分子链节的带电性及其在大分子内的结构排列特征，使得卡拉胶具有强烈的反应性和优良的流变特性(如凝胶的形成能力、粘度等)，从而在工业上 , 卡拉胶常作增稠剂、悬浮剂和胶凝剂，特别是对于乳饮料、蛋白饮料和乳制品果冻等的品质有良好的改良效果。在不存在电解质的情况下，单纯的卡拉胶溶液不能形成凝胶。卡拉胶的凝胶强度的大小很大程度上取决于电解质的种类和浓度，因此在实际应用上，卡拉胶一般与电解质混合使用。氯化钾对卡拉胶的持水性和粘度都有良好的促进作用，同时廉价易得，是常用的强化凝胶剂。4.4 酵母食料KCl是酵母细胞培养中不可或缺的无机盐，钾离子的影响作用比镁离子、钙离子都大，氯化钾的添加可以有效提高酵母得率。5 检测方法及限量5.1[/size]钾离子和氯离子的鉴别[/size][size=14px]5.1.1 [/size][size=14px]钾离子的鉴别[/size]称取[/size]2g试样，置于烧杯中，加入10mL水溶解，将玻璃棒（顶部带有铂丝环的铂丝）在盐酸中浸湿后在火焰上烧至无色，之后蘸取少量试液在火焰上燃烧，在钴玻璃下应呈蓝紫色火焰。[size=14px]5.1.2 [/size][size=14px]氯离子的鉴别[/size]取试样溶液，加硝酸银溶液（10g/L），产生白色沉淀，不溶于硝酸。5.2 氯化钾的测定[size=14px]5.2.1 [/size][size=14px]原理[/size]基于中性溶液，或者微酸性溶液中，将银电极作为指示电极，在参比电极上选用甘汞电极，然后采取硝酸银标准滴定溶液，对处于溶液中的氯离子进行滴定处理。其中，离子反应表示为Ag＋＋Cl-→AgCl↓。基于化学计量点过程中，电位瞬间出现突跃的情况，利用电位突跃对其反应终点加以确立，并以反应终点消耗硝酸银的体积为依据，最终计算出氯化钾的含量。5.2.2 [size=14px]方法称取0.25g氯化钾（KCl），干燥之后进行精确，精确到0.0001g，然后置入100mL的烧杯中，添加40mL的水，并添加溴酚蓝指示液1滴，然后滴加（1+1）硝酸溶液1~2滴，让溶液呈现黄色，进一步采取0.1mol/L硝酸银标准滴定溶液进行滴定。以滴定到终点时消耗的硝酸银标准滴定溶液的体积为依据，计算氯化钾含量，其计算的标准公式为：其中，V表示为滴定所消耗的硝酸银标准滴定溶液体积的数值，单位为mL；c表示为硝酸银标准滴定溶液的准确数值，单位为mol/L；ω[size=13px]0表示为测得干燥减重的质量分数，单位为%；m表示为试样的质量数值，单位为g；M表示为氯化钾的摩尔质量，为74.55g/mol。[size=14px]5.2.3 误差根据国标GB 25585-2010测定的量为氯离子总量，需要减去杂质氯离子的量才能得到氯化钾含量。5.3 氯化钾限量[/size][size=14px]5.3.1 [/size][size=14px]氯化钾中毒[/size]以60千克的正常人体重计算，一次口服150g会导致死亡，静脉注射6g有致死风险。通常情况下，静脉注射10%浓度的氯化钾2mL会引起心脏骤停，危害生命。氯化钾中毒表现出一些微循环障碍的表现，如脸色突然苍白、青紫、呼吸困难、两眼闭合、意识模糊、肌肉松弛、四肢末端及口唇麻木、低血压、心肌供血不足和心率不齐，如果剂量过大，最后会死于致命性的心脏骤停一类的急性循环衰竭，整个死亡过程发生速度极快，属于典型的“闪电式死亡”。[size=14px]5.3.2 氯化钾在食盐中添加限量根据国标QB/T 2019-2020的规定，低钠盐中氯化钾含量为25.00±5.00%。5.4 生活中的氯化钾一般情况含钾量比较高的蔬菜有菠菜，还有香菜、油菜、甘蓝，还有芹菜、大葱、莴笋、土豆、山药、毛豆，这些蔬菜当中含有的钾元素都是比较高的。另外，钾是人体不可缺少的一种元素，它的作用主要是维持神经肌肉的正常功能。因此人体一旦缺钾不仅精力和体力下降，而且耐热能力也会降低，最突出的表现就是四肢酸软无力，出现程度不同的神经肌肉系统的松弛、软瘫，尤其以下肢最为明显，称为缺钾软瘫。严重的还会导致人体内酸碱平衡失调，代谢紊乱，心律失常，且伴有心血管系统功能障碍，比如胸闷、心悸，甚至可出现而呼吸肌麻痹、呼吸困难等症状。一旦发现有低钾的症状，应该及时进行调理，另外情况严重时还应该要进行静脉滴注钾制剂来进行治疗。6 [/size]未来展望[/size]钾离子是自然界中、人体内含量都很高的一种金属离子，虽然无机盐在代谢中的作用不像其他能量物质一样显著，在饮食之中我们也很少刻意补充钾离子，但是[/size]大多数动植物中都含有钾离子，钾离子一直在人与自然的循环关系中流转，氯化钾在食品添加中主要起到的是营养强化或力学强化的作用，与一般食品添加剂的增色增味作用不同。随着无机盐在代谢中作用的一步一步探索，更合理地控制每日的无机盐摄入，会让人类健康和疾病治疗达到新的高度。参考文献：[1] 牟若菁, 姜红. 氯化钾的中毒及检验方法[J]. 四川化工, 23(6):3.[2] 杨红梅. 生产氯化钾的几种工艺分析[J]. 盐业与化工, 2004(02):4-7.[3] 蔡奕文, 赵谋明, 黎星尉,等. 电解质对卡拉胶流变特性影响的研究[J]. 中国食品学报, 1999(01):6-12.[4] 冯娟, 黄海波. 重度营养不良并重度低血钾24例大剂量氯化钾口服治疗分析[J]. 基层医学论坛, 2006, 10(6):507-508.[5] 祝桂林, 彭莱, ZHUGui-lin,等. 低钠盐用食品添加剂氯化钾质量研究[J]. 盐业与化工, 2017, 46(6):7-9.[6] 李梅, 柴家前, 孙英峰,等. 饲料级啤酒酵母菌培养条件的优化[J]. 西南农业学报, 2008, 21(3):829-832.[7] 张婷婷. 食品添加剂氯化钾主含量检验方法[J]. 食品安全导刊, 2017, 000(024):85-86.[8]廖耿, 陈仪准, 陈素仪. 食品添加剂氯化钾中试报告[J]. 广州化工, 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低钠盐用氯化钾替代部分氯化钠，从而降低30%的钠含量，而咸味相当，可以减少钠的摄入，有效预防高血压。研究证实，低钠盐可显著减少脑卒中等心血管事件的发生和死亡，对高血压及健康人群均适用。注意：肾功能不全、高钾血症患者谨慎食用，避免钾无法有效排出体外而导致心律不齐、心力衰竭等危险。

于汞蒸气发生器中加入2.0ml氯化亚锡溶液，通入氩气，随后向汞蒸气发生器中注入5ml式样，立即盖好磨口塞，测量荧光强度。这句话什么意思？我怎么看不懂呢？