自动洗碗催干剂表面活性剂组合的应用研究

马晓琳

（陶氏化学（中国）投资有限公司，上海，201203）

污垢和清洗是食品领域广泛关注的话题。第一台商用自动洗碗机于19世纪20年代进入市场，目前自动洗碗机已经在全世界大部分经济发达地区得到普及。与手洗餐具相比，自动洗碗机具有节省体力、方便和节水的优点。研究显示，标准洗涤量下机洗大约能减少75%的水量和25%的能量消耗。除清洗以外，自动洗碗机还有消毒、烘干和储存等多种功能[1-3]。机洗的洗涤过程包括几道作用不同的程序，一般分为浸泡、预洗、主洗、漂洗、消毒和烘干，因此洗涤方式的改变也给洗涤用品带来了变革。预洗液和主洗液分别用以去除大块的食物残渣和进一步彻底清洗并去除油脂，另外还需要在漂洗过程引入催干剂[4]。就催干剂的功能而言，其设计是基于以下几方面的需要：1）中和清洗液的残留碱；2）加速干燥；3）减少水渍，改善餐具的外观，尤其是对透明的玻璃杯等；4）洗碗机槽内的消泡/抑泡[5]。

典型的催干剂配方通常由表面活性剂、螯合剂、助溶剂及必要的食用色素和防腐剂组成。其中，表面活性剂可以帮助器皿在漂洗液中彻底润湿，促使漂洗液快速而均匀地从器皿表面上流下，防止器皿表面由于不均匀干燥而留下斑膜和条纹。另外，对机洗来说，需要尽量避免高泡，它不仅干扰洗碗机操作，而且会大幅降低催干剂效果。因此，用于催干剂的表面活性剂通常为非离子型低泡表面活性剂。当温度超过表面活性剂的浊点时，可以起到控泡作用[6-7]。为了平衡润湿和控泡功效，常常通过两种以上低泡表面活性剂的复配来实现：具有稍高浊点的表面活性剂作为润湿剂，而低浊点的表面活性剂主要发挥控泡效果。

陶氏公司旗下拥有多个低泡非离子表面活性剂系列，例如：ECOSURF™ LFE，DOWFAX™ 20B以及TERGITOL™ L等。它们具有突出的低泡性能，并且易生物降解[8]。本文将若干表面活性剂按不同比例进行组合，并使用这些组合来配制催干剂样品。通过对催干剂样品工作液的泡沫和干燥时间等性能的测试，来评估这些低泡表面活性剂组合的应用效果，为配方师开发催干剂产品提供参考。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

实验所用的原料及仪器见表1。

1.2 实验方法

1.2.1 催干剂样品的配制

使用磁力搅拌器来配制一系列催干剂样品。催干剂基础配方为质量分数2%柠檬酸、9%总表面活性剂、适量增溶剂和水。配方使用异丙苯磺酸钠作为增溶剂，其添加量以调节配方浊点至40℃左右为参考标准。由于使用表活的浊点不同，最终配方对增溶的需求也有所差别，配方热稳定性至40℃左右基本可以满足生产、运输和储存的要求。同时，对表活组合在实际应用中的性能评估也更有参考价值。

通过对ECOSURF™ LFE-1410，DOWFAX™20B102，TERGITOL™ L-61进行组合，获得3组复配，加上对照表活产品组合2组，一共配制了5个不同的催干剂样品（表2）。

每个催干剂配方配制100 g样品。实验流程如下：

表2 催干剂样品使用的表面活性剂组合

表1 实验主要原料及仪器

往200 mL玻璃烧杯中加入约82 g去离子水并记录水的质量；开启搅拌，加入柠檬酸，使其完全溶解；加入相应表面活性剂；开启加热板，调节配方温度至40℃；缓慢逐步加入异丙苯磺酸钠，至配方澄清。补足去离子水至配方总量为100 g。

1.2.2 催干剂工作液的摇泡实验

将上述配制得到的5个催干剂样品均按质量百分比1:1000用去离子水稀释。使用高通量自动摇泡仪器进行摇泡实验。该仪器具有一个机械臂，可按照预先设定的程序对每个样品进行震摇。摇泡结束后，机械臂将样品移动至照相区域拍照，最后通过照片所示泡沫的像素高度来进行评估。

从摇泡结束至拍摄第一张照片的操作耗时为15 s左右。本实验除第一张照片外，再等待3 min拍摄第二张。所以，初始照片即摇泡后15 s，而3 min照片即实际摇泡后3 min 15 s左右。实验温度设定为50℃，以模拟洗碗机水槽环境。具体摇泡设定参数见表3。

1.2.3 催干剂工作液添加奶粉的摇泡实验

使用上述实验催干剂工作液，加入0.5 g奶粉混匀，使用高通量自动摇泡仪进行实验。奶粉含有蛋白质和脂类，具有发泡特性。这个实验可以用来模拟自动洗碗环境下催干剂工作液混有含此类物质食物残留情况下的泡沫性能。

与1.2.2实验使用同样仪器，故在拍摄时间上同样有约15 s延迟。本实验除第一张照片外，再等待5 min拍摄第二张。温度设定为50℃，来模拟洗碗机水槽环境。具体摇泡设定参数见表4。

1.2.4 催干剂工作液添加洗洁精的摇泡实验

使用相同催干剂工作液，加入0.25 g 100 mg/kg洗洁精再使用高通量自动摇泡仪进行摇泡实验。手洗餐具清洁剂含有较多阴离子表面活性剂，在预洗阶段用来浸泡餐具。这类表面活性剂通常具有高且稳定的泡沫，且会随着餐具进入自动洗碗机，是造成水槽泡沫溢出的主要原因之一。这个实验可以测试不同催干剂工作液混合洗洁精情况下的低泡性能。拍照设定及摇泡温度与1.2.3实验相同，具体摇泡设定参数见表5。

1.2.5 催干剂工作液在不锈钢板上的干燥时间

干燥速度同样是评估催干剂产品性能的重要指标。采用适当的催干剂可以使干燥速度大大提高，是自动洗碗机达到高效洗涤的必要条件之一。另外，快速干燥可以省去洗碗后再用抹布擦拭的工序，既节省了人力也避免了餐具的二次污染。本研究使用不锈钢金属试片来代替不锈钢餐具（图1）。首先，将工作液升温至80℃，然后把试片浸入工作液约30 s。记录试片从取出到水膜完全挥干所需时间来评估不同工作液的催干性能。每个工作液重复测试3个试片以减少误差。

表3 工作液摇泡实验参数

表4 添加奶粉的摇泡实验参数

表5 添加洗洁精的摇泡实验参数

图1 不锈钢金属试片

2 实验结果及讨论

通过配制得到了5个催干剂样品。本研究评估泡沫及干燥时间，故未添加色素，防腐剂等小料。所有样品均外观良好，无不溶物，如图2所示。后续实验使用的工作液即为这些样品1:1000稀释液。

2.1 催干剂工作液以及添加奶粉或洗洁精的泡沫测试

图2 催干剂样品（从左至右1～5）

根据高通量摇泡仪获得的图片信息，得到5个催干剂工作液的泡沫像素高度（图3）。其中，含20B102 4.5%/LFE-1410 4.5%催干剂的稀释液显示最低的泡沫, 20B102/LFE-1410/L-61三组分样品次之。20B102 6%/LFE-1410 3%催干剂稀释液与表活组合B稀释液初始基本相当，3 min后泡沫略低。而含有表活组合A的稀释液泡沫最高。

图3 催干剂工作液的摇泡结果

从20B102、LFE-1410和L-61 3个表面活性剂来看，LFE-1410的浊点最低，相应条件下发泡性也最差。在总表活含量相同的情况下，LFE-1410占比高有利于体系的低泡性。类似地，L-61的浊点低于20B102，其部分替代20B102后也使配方的泡沫有所降低。即使用增溶剂将原液增溶至同等浊点，这样的低泡优势仍然能得到体现。

图4 奶粉样品的摇泡结果

同样摇泡条件下，添加了奶粉后，泡沫比原先纯工作液要明显升高（图4）。同时可以发现，由于不同表活组合对奶粉控泡的性能有所差别，泡沫高度的排序也发生了变化。含20B102/LFE-1410/L-61三组分的奶粉样品初始和5 min的泡沫均最低，优于其他含20B102/LFE-1410的奶粉样品。这反映了L-61具有一定控泡能力，将它复配进20B102/LFE-1410组合中进一步提升了整体低泡性能。表活组合A的奶粉样品的泡沫最高。但总体看来，奶粉组内的差异不如纯工作液组差异明显。

图5为添加了洗洁精后工作液的摇泡结果。跟奶粉样品相类似的是，含20B102/LFE-1410/L-61三组分的样品具有最低的泡沫高度，而含20B102/LFE-1410（各4.5%）的样品次之。这也进一步验证了L-61的复配可以提升控泡性能。

图5 洗洁精样品的摇泡结果

另外，含表活组合A的工作液在添加洗洁精后，泡沫并不是最高的。这与纯工作液或奶粉样品测试时情况不同，反映了表活组合A对于洗洁精具有较好的抗泡能力。但其自身泡沫较高，与最低泡沫样品还有一定差距。

2.2 催干剂在不锈钢表面的干燥时间

5个工作液在不锈钢片上的催干实验结果如图6所示，可以看出干燥时间在20～30 s左右。从平均干燥时间来看，速度最快的是含20B102/LFE-1410(4.5%/4.5%)的样品。20B102/LFE-1410/L-61三组分样品与表活组合B基本相当，均在26 s左右。20B102/LFE-1410(6%/3%)样品与表活组合A速度略慢。

从20B102、LFE-1410和L-61的三个表活配比来看，干燥速度受到综合因素的影响。研究报道，催干剂中的表面活性剂在高于其浊点的温度下可以吸附在餐具表面，形成一个薄的连续膜，使餐具表面排水更快、更均匀。但在实际漂洗中，由于低浓度和较短的接触时间，形成的膜可能是不完整的，不充分连续的[5]。从结果来看，虽然20B102作为润湿剂，可以帮助均匀排水，但含量也并不是越高越好。20B102/LFE-1410组合中引入L-61或增加LFE-1410的比例都加快了水膜的干燥速度。总之，针对不同的表活组合，需要根据实际测试来优化组分的比例。

图6 不锈钢材质上的干燥时间

3 结论

本研究通过一系列泡沫及催干实验，评估了5个低泡表面活性剂组合在自动洗碗机催干剂中的应用。含有DOWFAX™ 20B102/ECOSURF™ LFE-1410 (各4.5%)组合的样品工作液自身泡沫最低，对奶粉和洗洁精控泡较好，且在不锈钢试片上干燥时间最短。三组分DOWFAX™ 20B102/ECOSURF™LFE-1410/TERGITOL™ L-61(各3%)的样品工作液对奶粉和洗洁精的控泡能力最佳，干燥速度也较快。这两个表面活性剂组合都很适合应用于自动洗碗机催干剂产品，改善其泡沫和/或催干性能。