二氧化钛的特性及在食品中的应用

添加剂·配料

58 食品安全导刊 2010年8月刊

二氧化钛，又称钛白，无臭、无味，是一种白色粉末。它的化学式为TiO 2，分子量为79.9。二氧化钛是应用最广泛的白色素之一，如在食品、化妆品、油漆、橡胶、涂料、塑料、纸张、墨水和纤维等行业中的应用。一般来说，市场上的大多数二氧化钛是从锐钛矿或者金红石中提炼出来的。锐钛矿中的二氧化钛是一种白色粉末；然而金红石中的二氧化钛是灰白色甚至略带颜色的，这取决于影响其反光率的物质结构。商业用二氧化钛一般是采用硫酸盐方法或氯化物方法进行生产，主要原料包括钛铁矿（FeO/TiO 2），天然金红石或者钛矿渣。

二氧化钛的生产方法

硫酸盐法

锐钛矿和金红石中的二氧化钛可以通过硫酸盐方法提炼出来。含钛矿渣首先用硫酸溶解，然后用水或者稀酸冲淡。从矿石中溶出的大部分二氧化钛都以钛的氧化-硫酸盐的形式存在，铁离子以其二价的氧化形态存在，可通过结晶生成硫酸亚铁（FeSO 4·7H 2O）而被过滤除去；剩余的溶液采用沉降法除去硅土等不溶物。

提炼锐钛矿中的二氧化钛，部分澄清液需要用碱进行中和以便生产出锐钛矿微晶体，这些微晶体被注入母液中进行水解，产出锐钛矿晶体，接下来进行过

滤、冲洗，800～850℃的煅烧和微粉化。提炼金红石中的二氧化钛，首先也是中和一部分母液，然后与澄清液一起加入进行后续反应，生成的晶体进行过滤、冲洗、900～930℃的煅烧及微粉化。氯化物法

氯化物法提炼金红石中的二氧化钛。在800～1200℃高温下，氯与金红石在流化床反应器上进行反应，金红石在还原条件下生成无水四氯化钛。无水四氯化钛可通过分级冷凝方法提纯，然后采用直接高温氧化法或在900～1400℃高温下与水蒸气反应可将四氯化钛转变为二氧化钛，二氧化钛再被冲洗、煅烧，得出最终产品。或者，含钛矿石与一定

浓度的盐酸反应生成四氯化钛水溶液，然后进一步纯化、水解、过滤、冲洗、煅烧和后续反应，可得最终产品。

二氧化钛的理化性质及功能性

商业用二氧化钛通常是一种白色粉末，不溶于水、盐酸、硝酸、稀硫酸和有机溶剂。但二氧化钛能缓慢的溶解于氢氟酸和浓硫酸，它几乎不溶于碱性溶液。有资料表明，二氧化钛表面覆盖的少量氧化铝和二氧化硅或许能改善它的技术性能。这些保护层或许能阻止二氧化钛晶体的高活性表面与分散性颜料中的一些物质发生反应，它们能改善二氧化钛在产品应用中的分散性。

二氧化钛的相对密度最小，同等质量的白色颜料中，二氧化钛的表面积最大，颜料体积最高。二氧化钛的熔点为1830～1850℃，沸点是2500～3000℃，属于热稳定性好的物质。同时，二氧化钛的介电常数也较高，因此具有优良的电学性能。二氧化钛有亲水性，但吸湿性不太强，它的吸湿性与其表面积的大小有一定关系。

自然界中的二氧化钛以三种晶体形式存在，其中两种由锐钛矿和金红石中提炼，为四方晶体；另一种由板钛矿中提炼，为正交晶体。虽然这三种物质中都含有高浓度的二氧化钛，但是也并不都表现出白色，因为有杂质的存在（比如铁、镉等），使得这三种物质变得模糊发暗，如表1所示。

二氧化钛在食品中的应用

高纯度的二氧化钛可以应用在食品工业中，但是许多国家要求其纯度必须达到99%以上。由于二氧化钛不溶于水、盐酸、稀硫酸和有机溶剂，所以它几乎不与食品成分发生反应。1969年，FAO ／WHO食品添加剂和污染物联合专家委员会（简称JECEA，1970）中没有规定二氧化钛的ADI （每日允许摄入量）值，可能认为二氧化钛是无毒的。JECFA得出此项结论的依据是论述了二氧化钛的安全性包括它吸收、分布、新陈代谢以

二氧化钛的特性

及在食品中的应用

李英杰 白明 大连闻达生物科技有限公司

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Aug 2010 CHINA FOOD SAFETY

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表2 二氧化钛在食品中的可能应用范围

表1 二氧化钛中存在的杂质及其相关限量要求

注：“—”

表示没有要求

及毒理学实验。JECFA断定：“二氧化钛为难溶化合物。对包括人在内的几个物种进行研究，显示摄取二氧化钛后既没有大量的吸收也没有组织的沉积”。关于可溶性钛化合物的研究至今还没有结

论。有价值的记载论述表明，吸收少量的钛离子没有毒性影响，这样就没有必要规定人类每日摄取量。因为二氧化钛的不溶性和化学惰性，在食品中的摄入量只在GMP中有规定。

二氧化钛主要应用在肉制品、鱼糜制品、糖果、焙烤食品、奶酪、糖衣、调味料和食品补充剂当中（如表2所示）。如果与其他色素配合使用，可以产生柔和的颜色。因为二氧化钛的水不溶性，所以应用时先要把它溶在

一种介质中，比如食用油、丙二醇、糖浆或加入增稠剂的水溶液中，然后再进行下一步的操作。二氧化钛在食品中可能应用的范围见表2。

各国对二氧化钛在食品中使用的要求

我国的GB2760允许二氧化钛用在糖衣、饮料、果冻、沙拉酱、口香糖及糖果等产品中，用量根据产品的种类不同而做了不同的要求。比如在固体饮料、抛光糖果及糖果包衣制品中，二氧化钛是按生产需要适量添加，在果冻中可按上限为1%的量添加，在沙拉酱中可按上限为0.5%的量添加，在口香糖中可按上限为5%的量添加。

美国食品药品监督管理局（FDA）已允许二氧化钛应用在食品当中，要求使用量不能超过食品总重的1%。二氧化硅和氧化铝可以作为二氧化钛的“助溶剂”使用，但用量不能超过2%。在美国，二氧化钛应用在食品营养剂和糖果当中的最高量为1%，用在糖衣、口香糖、淀粉类定型产品和烘焙产品中的量从0.02～1%不等，而在零食产品中的用量从0.05～0.4%不等。

印度要求二氧化钛在口香糖和泡泡糖中的用量不能超过1%，在水果饮料中的用量不能超过100mg/kg。日本列出的食品增色剂中对二氧化钛没有限量要求，特殊产品有特殊的规定除外。欧盟把二氧化钛列为食品着色剂，也制定了一些相关的规定。