CN110791593A - 水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水溶性镁盐‑石灰用于糖汁脱色的方法，具体步骤是：向糖汁中加入水溶性镁盐，再用石灰乳调pH值，在一定温度下持续搅拌，然后加入聚硅酸锌，分别用不同的速度搅拌一定时间，待絮凝沉降稳定后得到清净汁。本发明提出了水溶性镁盐‑石灰法，用于糖汁的澄清脱色，用聚硅酸锌做絮凝剂，脱色率高达92.21%，且工艺简单、成本低、不采用有毒有害物质，属于绿色的澄清脱色工艺，在制糖工业中具有重要的应用前景。其原理：以镁盐作为无机脱色剂，在碱性条件下的混凝反应生成氢氧化镁，吸附或包埋糖汁中的非糖物质，再采用聚硅酸锌作为絮凝剂进行絮凝澄清，取得了满意的结果。

Description

水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法
技术领域
本发明涉及一种水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法，属于糖汁澄清脱色领域。
背景技术
赤砂糖作为甘蔗制糖生产工艺中的末段结晶产物，其色值和杂质含量高，市场价值较低，直接回煮赤砂糖往往会影响成品白砂糖的品质。因此，寻求新型高效脱色剂对赤砂糖回溶糖浆的脱色、除杂已成为近年来制糖界研究的热点，也是一个难点。
目前制糖工业中的澄清脱色工艺主要包括石灰法、亚硫酸法、碳酸法、活性炭吸附法、以及过氧化氢氧化法等，但存在澄清脱色效果差、或污染坏境、或成本高、或氧化产物比较复杂等缺点。我国海水资源丰富，海盐产量大，副产物卤水含大量的硫酸镁尚未得到很好的开发与应用，卤水的硫酸镁经处理后可得到浆状氢氧化镁，已经广泛用于污水的脱色和吸附重金属离子等。目前，硫酸镁在制糖领域的应用很少见报导，周少基等利用硫酸镁和壳聚糖复合用于甘蔗二压汁的澄清脱色，取得了较好的效果；李利军等采用两步法进行糖汁脱色，先用壳聚糖初步处理糖汁，再使用硫酸镁进一步脱色，但需要两次离心分离，且壳聚糖价格较为昂贵。马月飞等用氢氧化镁浆体代替亚硫酸法中部分氢氧化钙进行糖汁脱色，发现氢氧化镁代替部分氢氧化钙能提高脱色效果。制糖工业中一般采用聚丙烯酰胺絮凝剂，虽然性能优良，但其单体丙烯酰胺属于神经性致毒剂，存在食品安全隐患。聚硅酸锌是一种无机高分子絮凝剂，刘和清等最早研制了聚硅酸锌，在亚硫酸法制糖工艺中替代磷酸，具有絮凝沉降快、澄清效果好、絮凝物结实等优点，并证明聚硅酸锌是一种无毒的絮凝剂，少量残留的锌离子不会对人体产生危害，是有益的微量元素。但是目前未见有以聚硅酸锌为絮凝剂、采用水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法，该方法以水溶性镁盐作为无机脱色剂，在碱性条件下的混凝反应生成氢氧化镁，吸附或包埋糖汁中的色素等非糖物质，再采用聚硅酸锌作为絮凝剂进行絮凝澄清，取得了满意的脱色效果。
解决上述技术问题的技术方案是：一种水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法，向糖汁中加入水溶性镁盐，使镁离子含量在300-1000mg/L，再用石灰乳调pH值至10.5-11.5，在30-40℃温度下持续搅拌10-30min，然后按100mL糖汁加入1-5mL质量浓度为1.8-2.2%的聚硅酸锌，快速搅拌20-60s，转为中速搅拌10-30 min，再转为慢速搅拌5-10 min，待絮凝沉降稳定后得到清净汁。
所述水溶性镁盐是硫酸镁、氯化镁或硝酸镁。
所述糖汁是甘蔗混合汁或赤砂糖或原糖回溶糖浆。
所述快速搅拌的速度为300-350 r/min，所述中速搅拌的速度为200-250 r/min，所述慢速搅拌的速度为20-40 r/min。
本发明提出了水溶性镁盐-石灰法，用于糖汁的澄清脱色，脱色率高，且工艺简单、成本低、不采用有毒有害物质，属于绿色的澄清脱色工艺，在制糖工业中具有重要的应用前景。其原理：以水溶性镁盐作为无机脱色剂，在碱性条件下的混凝反应生成氢氧化镁，吸附或包埋糖汁中的带负电色素、胶粒等非糖物质，再采用质量浓度为1.8-2.2%的聚硅酸锌作为絮凝剂进行絮凝澄清，两性聚硅酸锌对经过氢氧化镁吸附脱色的糖汁具有较强的絮凝和进一步脱色的双重作用，取得了满意的结果。在最佳工艺条件下，即镁离子含量500mg/L、聚硅酸锌用量2.2mL/100mL、pH值为11，脱色率高达92.21%（通过实验验证，此工艺条件在实际生产应用中也能达到同样的效果）。
本发明在加入聚硅酸锌后采用由快到慢的搅拌速度，对糖汁的脱色效果非常有利。快速搅拌的速度为300-350 r/min，有利于聚硅酸锌与糖汁在极短时间内形成微细的矾花；中速搅拌的速度为200-250 r/min，有利于矾花成长变粗，使矾花聚集缓缓下沉，形成表面清晰层；慢速搅拌的速度为20-40 r/min，使小的矾花续相互碰撞结大有利于絮凝物沉降。
本发明通过 Nano-ZS90型纳米粒度和ZETA电位分析仪所测Zeta电位结果表明，新生氢氧化镁在pH值小于12时带正电，在pH值为11的糖汁中主要通过电中和黏附糖汁中带负电的胶粒和非糖组分。图6是在空白溶液中生成氢氧化镁的SEM图，呈六角型片状叠加，表面疏松。图7是糖汁中生成氢氧化镁的SEM图，仍呈现片状叠加，但表面密实。由于氢氧化镁通过吸附，中和了糖汁中带负电的非糖成分，从而导致氢氧化镁颗粒表面的正电荷减少静电斥力减少，使胶粒间发生聚集，最终导致大而密实的絮凝体产生。
离子类型试验结果表明，自制的聚硅酸锌絮凝剂为两性高分子。图8是合成的聚硅酸锌SEM图，可以看到球型的絮体中心，容易粘附胶粒形成网状的絮凝物结构。
下面结合附图和实施例对本发明之一种水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：本发明工艺流程图。
图2：采用聚硅酸锌絮凝时镁盐用量对回溶糖浆脱色率的影响曲线图。
图3：聚硅酸锌对赤砂糖回溶糖浆脱色率的影响曲线图。
图4：pH值对赤砂糖回溶糖浆脱色率的影响曲线图。
图5：体系温度对回溶糖浆脱色率的影响曲线图。
图6：氢氧化镁吸附前SEM图。
图7：氢氧化镁吸附后SEM图。
图8：聚硅酸锌SEM图。
具体实施方式
实施例1：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加入硫酸镁使镁离子含量为500mg/L，再用石灰乳调调节pH值至11，在30℃温度下保持搅拌10min后，再加入2.5mL质量浓度为2%的聚硅酸锌快速搅拌(300r/min)30s，转为中速搅拌(200r/min)10min，再转为慢速搅拌(30r/min)5min，取出烧杯于室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，脱色率为92.45%。
实施例2：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加入硫酸镁使镁离子含量为500mg/L，再用石灰乳调调节pH值至11，在30℃温度下保持搅拌10min后，再加入2.2mL质量浓度为2%的聚硅酸锌快速搅拌(300r/min)30s，转为中速搅拌(200r/min)10min，再转为慢速搅拌(30r/min)5min，取出烧杯于室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，脱色率为92.21%。
实施例3：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加入硝酸镁使镁离子含量为450mg/L，再用石灰乳调调节pH值至11，在30℃温度下保持搅拌10min后，再加入2.25mL质量浓度为2%的聚硅酸锌快速搅拌(300r/min)30s，转为中速搅拌(200r/min)10min，再转为慢速搅拌(30r/min)5min，取出烧杯于室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，脱色率为91.32%。
实施例4：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加入硫酸镁使镁离子含量为500mg/L，再用石灰乳调调节pH值至11，在30℃温度下保持搅拌10min后，再加入2mL质量浓度为2%的聚硅酸锌快速搅拌(300r/min)30s，转为中速搅拌(200r/min)10min，再转为慢速搅拌(30r/min)5min，取出烧杯于室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，脱色率为92.09%。
实施例5：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加入氯化镁使镁离子含量为400mg/L，再用石灰乳调调节pH值至11，在30℃温度下保持搅拌10min后，再加入2.5mL质量浓度为2%的聚硅酸锌快速搅拌(300r/min)30s，转为中速搅拌(200r/min)10min，再转为慢速搅拌(30r/min)5min，取出烧杯于室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，脱色率为89.45%。
本发明各实施例中，采用自制的聚硅酸锌溶液，其制备方法是：准确称取一定质量的九水合硅酸钠溶于超纯水中，加入到一定浓度的硫酸中，pH调至5.0，活化一段时间，当溶液由无色变为淡蓝色时，把溶液的pH调至1.8，迅速加入一定量的饱和硫酸锌，搅拌1小时，静置陈化至少24h 后，即可得到含2%二氧化硅的聚硅酸锌溶液。
本发明采用以下方法计算脱色率：
依照国际机构 ICUMSA（糖品分析统一方法国际委员会）的统一规定进行色值测定。调节糖液pH值至7.00后，将其过滤，收集滤液测其在560 nm 波长下的吸光度、折光锤度以及溶液温度。从而计算出糖液色值。
计算公式如下所示：
其中：IU 560—色值；A 560—波长为560 nm下所测得的吸光度；b—比色皿的厚度(cm)；
c—样液溶质的浓度(g/mL)可用下式计算：c=清汁折光锤度×相应视密度（20 ℃）/100。
脱色率由下式计算得出：
其中：D—脱色率(％)；IU前—处理前糖液色值；IU后—处理后糖液色值。
本发明研究过程的单因素实验
实验方法：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加入镁盐调节pH值，在一定温度下保持10min后，再加入一定量聚硅酸锌快速搅拌(300r/min)30s，转为中速搅拌(200r/min)10min，再转为慢速搅拌(30r/min)5min，取出烧杯于室温，待絮凝沉降稳定，测定相关参数计算出脱色率。
1、镁盐用量对脱色率的影响
控制体系温度40℃，加入一定量镁盐中含镁离子为（200、300、400、500、600mg/L），用石灰乳把pH调至11，反应10min后加入1.5mL的聚硅酸锌，反应一定时间，静置测定吸光度，考察聚镁盐用量对脱色率的影响，结果见图2。
如图2所示，随着镁盐用量的增加，脱色率显著提高，当镁盐中含镁离子用量达到400mg/L后，脱色率增加缓慢。这是由于氢氧化镁带正电荷能中和糖汁中带负电的非糖组分，镁盐用量增大，新生氢氧化镁的量增多，吸附更多的色素分子，因此，脱色率显著提高；当镁盐中含镁离子超过400mg/L时，色素分子几乎吸附殆尽，继续增加用量，脱色率增加缓慢。
2、聚硅酸锌用量对脱色率的影响
控制体系温度40℃，加入镁盐含镁离子用量400mg/L，用石灰乳把pH值调至11，反应10min后加入聚硅酸锌（0.0、0.5、1.0、2.0、2.5mL），反应一定时间，静置测定吸光度，考察聚硅酸锌用量对脱色率的影响，结果见图3。
从图3可知，聚硅酸锌不仅有絮凝作用，还具有显著的脱色作用。加入0.5mL的聚硅酸锌后，脱色率变化显著，继续增加用量，脱色率增加缓慢。这是由于聚硅酸锌无机高分聚合物，可以通过络合、电中和、架桥、卷扫以及网捕等机制絮凝沉降糖汁中悬浮的吸附有色素分子的无机质胶体（包括氢氧镁胶粒）及高分子胶体，在絮凝沉降胶粒的同时，吸附在胶粒上色素也被沉降分离，因此，聚硅酸锌表现出絮凝和脱色的双重作用。由于聚硅酸锌是两性聚合物，既能絮凝沉降呈负电性的吸附有色素分子的胶粒，又能絮凝沉降呈正电性的胶粒（如氢氧化镁胶粒），因此，聚硅酸锌具有明显的脱色效果。当聚硅酸锌加入量达到0.5mL，大部分的胶粒被絮凝沉降，继续增到用量，脱色率变化缓慢。
3、体系pH对脱色率的影响
控制体系温度40℃，加入镁盐含镁离子用量400mg/L，用石灰乳把pH调至8、9、10、11、12，反应10min后加入聚硅酸锌2mL，反应一定时间，静置测定吸光度，考察pH对脱色率的影响，结果见图4。
从图4可知，pH值达到11时，脱色效果最佳。由于镁盐在pH值小于9.5时不会生成氢氧化镁，当pH值达到11时，镁盐完全沉淀。pH值超过11，脱色率下降，由于聚硅酸锌絮凝的最佳pH值在8-11，pH值超过11时，碱性太强导致一部分锌离子游离出来，使聚硅酸锌絮凝、脱色效果下降。
4、体系温度对脱色率的影响
改变体系温度（30、40、50、60、70℃），加入镁盐含镁离子用量400mg/L，用石灰乳把pH调至11，反应10min后加入聚硅酸锌2mL，反应一定时间，静置测定吸光度，考察pH对脱色率的影响，结果见图5。
从图5可知，在温度较低时脱色效果比温度较高时好，这是由于氢氧化镁吸附色素分子属于化学放热吸附，升高温度不利于色素分子的吸附，因此，脱色率随温度的升高而下降。可见，镁盐脱色工艺适宜在常温下进行，选用 30℃。

Claims (4)

1.一种水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法，其特征在于：向糖汁中加入水溶性镁盐，使镁离子含量在300-1000mg/L，再用石灰乳调pH值至10.5-11.5，在30-40℃温度下持续搅拌10-30min，然后按100mL糖汁加入1-5mL质量浓度为1.8-2.2%的聚硅酸锌，快速搅拌20-60s，转为中速搅拌10-30 min，再转为慢速搅拌5-10 min，待絮凝沉降稳定后得到清净汁。
2.根据权利要求1所述的水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法，其特征在于：所述水溶性镁盐是硫酸镁、氯化镁或硝酸镁。
3.根据权利要求1或2所述的水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法，其特征在于：所述糖汁是甘蔗混合汁或赤砂糖或原糖回溶糖浆。
4.根据权利要求1或2所述的水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色的方法，其特征在于：所述快速搅拌的速度为300-350 r/min，所述中速搅拌的速度为200-250 r/min，所述慢速搅拌的速度为20-40 r/min。
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