CN103725803A

CN103725803A - 超声强化糖液电解澄清工艺

Info

Publication number: CN103725803A
Application number: CN201310715213.8A
Authority: CN
Inventors: 黄永春; 关瑞晨
Original assignee: Guangxi University of Science and Technology
Current assignee: Guangxi University of Science and Technology
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-04-16

Abstract

本发明公开了一种超声强化糖液电解澄清工艺，将赤沙糖回溶后置于电解反应槽内，铝作阳极、不锈钢作阴极，调节pH值为6-9，电解温度控制在46-70℃，调节电流密度为600A·m^-2和极板间距为15-20mm，保持极板的有效面积在22cm²，电解5-7min，在电解的同时，对电解槽中的糖液进行超声波处理，超声功率为75-100w。本发明采用超声波辅助或协同电解法处理糖液澄清比单独使用电解法处理时效果要好，对电极反应和絮凝物沉降有着很好的强化作用。

Description

超声强化糖液电解澄清工艺

技术领域

本发明涉及一种糖液澄清工艺。

背景技术

糖是人们基本的生活资料之一，糖与蛋白质、无机盐及脂肪是保证人体健康主要营养品，每克糖可在人体内产生16748J热量，维持人体的活力。糖除了直接作为生活用品外，还是一种重要的工业原料，食品工业、医药工业和化学工业都与糖有着密切的联系。

白糖的质量有多项技术指标，其中技术难度最大和最重要的指标就是白糖色值，它表现了糖制品的洁白程度。我国是世界第三产糖大国，广西是我国的主要产糖区，糖业是广西的经济支柱产业。相对国外先进生产水平，我国糖业的产品质量仍有较大的差距。如何提高白砂糖产品质量，提升制糖工业的竞争力，是我国制糖工业面临的主要问题。澄清是制糖过程的重要和关键环节。目前我国大多数糖厂采用亚硫酸法澄清工艺制造白糖，国外巴西、印度、印度尼西亚等国也采用亚硫酸法。

甘蔗制糖经提汁、澄清、蒸发、煮炼等单元操作处理，是糖厂生产成品糖的主要过程，其中澄清环节是制糖过程中最关键的环节。目前糖厂中采用的澄清工艺主要有石灰法、碳酸法、亚硫酸法、磷浮法等澄清工艺。为了提高澄清效果，一些无机絮凝剂、生物絮凝剂等絮凝剂在糖厂澄清处理中得到应用，但由于不同絮凝剂对不同性质的蔗汁的絮凝澄清效果不同，并且成本消耗较高等因素，因而絮凝剂在蔗汁的澄清工艺中还没有完全取代传统的澄清工序，只能在传统澄清工序后发挥进一步强化澄清的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种澄清效果好、易于操作、条件缓和、对环境友好的超声强化糖液电解澄清工艺。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种超声强化糖液电解澄清工艺，将赤沙糖回溶后置于电解反应槽内，铝作阳极、不锈钢作阴极，调节pH值为6-9，电解温度控制在46-70℃，调节电流密度为600A·m^-2和极板间距为15-20mm，保持极板的有效面积在22cm²，电解5-7min，在电解的同时，对电解槽中的糖液进行超声波处理，超声功率为75-100w。

优选的，所述超声功率为97.5w。

优选的，在电解结束后，将电解后的糖液静置50-60min，在功率为180-250w超声波下处理115-122s。

更优的，电解结束后，将电解后的糖液静置50min，在功率为195w超声波下处理120s。

优选的，采用0.5mol/L NaOH溶液调节pH值。

优选的，所述赤沙糖回溶至浓度为15°Bx。

优选的，调节pH值为7。

优选的，采用将电解槽置于水浴锅内加热的方法控制电解温度为50℃。

优选的，所述极板间距为15mm。

优选的，所述电解6min。

本发明原理：

本发明工艺中，超声波作用于电解反应过程时可以保持电极清洁，加快絮凝物的沉降速度，加快反应速度，从而提高电解澄清效率。因而超声波协同电解法处理糖液具有一定的可行性。超声波原理主要表现为空化效应、机械作用和热作用；空化效应则是泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程，该过程是集中声场能量并迅速释放的绝热过程。

本发明的有益效果：

（1）本发明采用超声波辅助或协同电解法处理糖液澄清比单独使用电解法处理时效果要好，对电极反应和絮凝物沉降有着很好的强化作用。

（2）糖液经电解处理后完成絮凝沉降需静置时间50min，脱色率为39.8%。而经过本发明超声波处理电解澄清后的糖液脱色率为36%，大大缩短了絮凝沉降时间。

（3）本发明采用电解的同时协同超声强化处理，脱色率为32.7%，高于单独使用电解法下的脱色率27.9%。

（4）本发明电解反应过程中不需要投加任何化学药剂，可以节约化学药剂等费用，并且不会产生二次污染；

（5）采用化学絮凝法在低温条件下处理时，不仅处理难度大，而且处理成本高，常常不能获得较为满意的处理效果，采用电解法在较低的温度下就可以获得很好的絮凝处理效果；

（6）在阳极反应过程中在阳极表面会生成一些中间产物（原生态氧），它们对糖液中的有机物有一定程度的氧化作用，提高糖的品质；

（7）电解技术设备紧凑，占地面积少，其主要运行参数是电流密度，容易控制和测定，操作比较简便，易于实现自动化。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明电解反应后静置时间对脱色率的影响实验中糖液脱色率变化曲线图；

图2是本发明超声功率对电解反应后的糖液脱色率的影响实验中糖液脱色率变化曲线图；

图3是本发明超声时间对电解反应后的糖液脱色率的影响实验中糖液脱色率变化曲线图；

图4是本发明超声波协同电解处理实验中超声功率糖液脱色率的影响变化曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

超声强化糖液电解澄清工艺实验

一、材料与仪器

1、实验材料

赤砂糖，柳州市柳冰食品厂；

铝电极，120mm×40mm×1mm。

2、实验仪器（见表1）

表1：

3、实验试剂（见表2）

表2：

二、实验方法

1、分析方法

色值测定：采用ICUMSA方法2。

2、实验方法

（1）溶液配制：将赤砂糖回溶，控制浓度在15°Bx左右。用0.5mol/L的NaOH溶液调糖液至实验所需pH=7。每份量取200mL于电解槽内。

（2）空白实验：将电解槽置于恒温水浴锅内并调节温度至50℃，控制极板间距15mm，保持极板的有效面积在22cm²，通入直流电（i=600A·m-2）对糖液进行电解处理6min。测定样品的色值并计算脱色率。

（3）超声强化实验

①电解反应实验后超声强化将电解槽置于恒温水浴锅内并调节温度至50℃，控制极板间距15mm，保持极板的有效面积在22cm²，通入直流电（i=600A·m-2）对糖液进行电解处理6min。然后再超声功率为65w、130w、195w、260w下分别作用30s、60s、90s、120s、150s。测定不同条件下样品的脱色率。

②电解过程中超声强化将电解槽置于恒温水浴锅内并调节温度至50℃，控制极板间距15mm，保持极板的有效面积在22cm²，通入直流电（i=600A·m-2）并在超声功率为32.5w、65w、97.5w、130w、162.5w、195w下对糖液进行电解处理6min。测定不同条件下样品的脱色率。

3、结果与讨论

（1）电解反应后静置时间对脱色率的影响

在电流密度600A·m^-2、电解温度50℃、电极间距15mm，初始pH为7条件下，对糖液分别电解6min，经电解处理后的糖液静置不同时间脱色率如附图1所示。

由图1可以看出，糖液的脱色率随静置时间呈上升趋势，并在50min时脱色率达到最大，脱色率由最初的27.9%升至39.8%。而60min时糖液的脱色率为39.5%，与50min时相差不大。这说明糖液在经电解反应后需静置充足的时间，电解反应过程中的生成的氢氧化铝等絮凝剂才能与糖液中的胶体和色素分子络合絮凝沉降。

（2）电解反应后超声处理

①超声功率的影响

将电解反应后的糖液分别在65w、130w、195w、260w、325w超声功率下作用120s，脱色效果如图2所示。

由图2可知，在不同超声功率条件下对处理糖液，与空白样对比，糖液的脱色率都有着不同程度的升高。超声功率在0～195w之间，脱色率随超声功率的增大而增大，由27.9%增大至36%，主要是由于超声波的空化作用使得糖液中局部形成极端的高温高压区，同时由空化作用所引起糖液的机械效应、湍动效应、和聚能效应，都增大了电解反应过程中产生的氢氧化铝等絮凝剂和糖液中的胶体和色素分子发生碰撞和络合的几率，加快了絮凝物的沉降速度。当超声功率继续增大，脱色率较195w时有所下降，原因是超声波在大功率条件下引起的空化效应同样也使得已形成的絮凝络合物重新分开的几率增大。可以看出超声功率增大对糖液脱色效果影响比较大，因此选超声功率为195w。

②超声时间的影响

将电解反应后的糖液在195w超声功率下分别作用30s、60s、90s、120s、150s，脱色效果如图3所示。

由图3可以看出，不同超声时间条件下，糖液的脱色率都有不同程度的提高，说明超声时间对糖液澄清有一定的影响，且脱色效果随着超声时间的增大而增大，120s时脱色率最大。超声时间短，超声空化作用不明显。随着超声时间的增大，糖液中的胶体色素分子可以与氢氧化铝充分的络合絮凝沉降，脱色率明显升高。超声150s时脱色率有所下降，说明超声时间过长对糖液澄清有一定的负作用。

由以上试验可以看出，电解反应后对糖液进行超声处理，在一定的条件下对糖液的澄清有促进作用。脱色率由电解后的27.9%增大至36%。

（3）超声波协同电解处理

在电流密度为600A·m^-2，温度50℃，电极间距15mm，初始pH为7下，分别在32.5w、65w、97.5w、130w、162.5w、195w超声波功率下电解反应6min，糖液澄清效果如图4所示。

从图4可以看出，超声波功率在0～97.5w间，超声功率越大，糖液脱色率越大。原因是一方面超声波的空化效应增大了氢氧化铝和胶体色素分子碰撞络合的几率；另一方面超声波声场能阻碍铝阳极表面氧化膜的生成，防止电极钝化，加快电极反应速率；同时超声波产生的空化气泡可提高糖液电解过程中的气浮作用。当功率大于97.5w，脱色率开始下降。原因可能是大功率下的空化效应破坏了氢氧化铝和胶体色素分子的沉降条件，并且在声场的条件下，絮凝物的化学性能和物理形态发生一系列变化，使其分散。可见，一定功率的超声波协同糖液电解反应可以加快电极反应速率，提高电解澄清效率

小结：

通过考察超声波协同电解处理、电解后静置絮凝沉降和电解后超声处理对糖液脱色率的影响，得到以下结论：

（1）采用超声波辅助或协同电解法处理糖液澄清比单独使用电解法处理时效果要好，对电极反应和絮凝物沉降有着很好的强化作用。

（2）糖液经电解处理后完成絮凝沉降需静置时间50min，脱色率为39.8%。而超声波处理电解澄清后糖液絮凝沉降的最佳工艺条件为：超声功率195w，超声时间120s，脱色率36%，大大缩短了絮凝沉降时间。

（3）糖液在超声功率97.5w，电解6min条件下超声强化电解脱色效果为32.7%，高于单独使用电解法下的脱色率27.9%。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：将赤沙糖回溶后置于电解反应槽内，铝作阳极、不锈钢作阴极，调节pH值为6-9，电解温度控制在46-70℃，调节电流密度为600A·m^-2和极板间距为15-20mm，保持极板的有效面积在22cm²，电解5-7min，在电解的同时，对电解槽中的糖液进行超声波处理，超声功率为75-100w。

2.根据权利要求1所述的超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：所述超声功率为97.5w。

3.根据权利要求1或2所述的超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：在电解结束后，将电解后的糖液静置50-60min，在功率为180-250w超声波下处理115-122s。

4.根据权利要求3所述的超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：电解结束后，将电解后的糖液静置50min，在功率为195w超声波下处理120s。

5.根据权利要求1所述的超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：采用0.5mol/L NaOH溶液调节pH值。

6.根据权利要求1所述的超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：所述赤沙糖回溶至浓度为15°Bx。

7. 根据权利要求1所述的超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：调节pH值为7。

8.根据权利要求1所述的超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：采用将电解槽置于水浴锅内加热的方法控制电解温度为50℃。

9.根据权利要求1所述的超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：所述极板间距为15mm。

10.根据权利要求1所述的超声强化糖液电解澄清工艺，其特征在于：所述电解6min。