CN112029913A

CN112029913A - 一种糖汁澄清脱色剂及其应用

Info

Publication number: CN112029913A
Application number: CN201910483289.XA
Authority: CN
Inventors: 李利军; 程昊; 李慰霞; 孔红星; 黄文艺; 李彦青; 冯军
Original assignee: Guangxi University of Science and Technology
Current assignee: Guangxi University of Science and Technology
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2039-06-04
Also published as: CN112029913B

Abstract

本发明涉及一种糖汁澄清脱色剂及其应用，该糖汁澄清脱色剂是碳酸镁，其应用的具体步骤是：向30‑60℃糖汁中加入碳酸镁，再用石灰乳调pH值至10.5‑11.5，在30‑60℃温度下搅拌反应10‑30min，加入阴离子型聚丙烯酰胺，快速搅拌1‑3 min，转为慢速搅拌2‑10 min，静置，取上层清液，通入CO₂调节pH为8.0‑8.5，加入阴离子型聚丙烯酰胺后絮凝沉降，待絮凝沉降稳定后取上清液得到清净汁。本发明利用碳酸镁与石灰乳中的氢氧化钙反应生成具有较强吸附性能的氢氧化镁和碳酸钙，对糖汁中的色素、胶体以及其他非糖成分进行吸附，再采用聚丙烯酰胺作为絮凝剂进行絮凝澄清，取得了满意的脱色效果。

Description

一种糖汁澄清脱色剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种糖汁澄清脱色剂及其应用，属于糖汁澄清脱色领域。

背景技术

目前，我国大多数糖厂使用亚硫酸法工艺对糖汁进行澄清脱色处理，但亚硫酸法工艺澄清脱色效果较差，而且使用二氧化硫气体作澄清剂，导致白砂糖产品中有亚硫酸盐的残留。碳酸法工艺的澄清脱色性能优于亚硫酸法，可生产优质白砂糖，但存在石灰消耗量大、大量的碱性滤泥对环境造成污染等问题。因此，制糖工业急需研究开发绿色高效的糖汁澄清脱色新技术新工艺。

氢氧化镁具有吸附性强、无毒、对溶液的pH值有一定的缓冲性能等特点，已广泛应用在各个领域。在糖汁澄清脱色中，氢氧化镁可通过电中和、吸附等机理除去糖汁中的非糖成分。新生的碳酸钙具有表面积大、吸附性强等特点，在医药、食品等领域中广泛的用作吸附剂。碳酸镁价廉、易得，具有环保性和较好的分散性等。但是目前未见有采用碳酸镁作为糖汁澄清脱色剂的报道，更未见有以聚丙烯酰胺为絮凝剂、采用碳酸镁-石灰乳体系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：提供一种糖汁澄清脱色剂及其应用，该糖汁澄清脱色剂是碳酸镁，利用碳酸镁与石灰乳中的氢氧化钙反应生成具有较强吸附性能的氢氧化镁和碳酸钙，对糖汁中的色素、胶体以及其他非糖成分进行吸附，再采用聚丙烯酰胺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：一种糖汁澄清脱色剂，该糖汁澄清脱色剂是碳酸镁。

所述碳酸镁是呈花瓣状或呈棒状结构的碳酸镁。

花瓣状结构碳酸镁的制备方法为：按碳酸钠与氯化镁物质的量为1：0.9-1.1的比例，取一定量0.9-1.1mol/L的碳酸钠溶液与0.9-1.1mol/L的氯化镁溶液进行混合得混合液，搅拌15-25min，静置老化1.5-2.5h，然后抽滤洗涤得到碳酸镁，于45-55℃烘干9-11h。

本发明的另一技术方案是：上述糖汁澄清脱色剂的应用，向30-60℃糖汁中加入碳酸镁，碳酸镁的加入量按100mL糖汁加入0.1-0.3g碳酸镁计，再用石灰乳调pH值至10.5-11.5，在30-60℃温度下搅拌反应10-30min，加入阴离子型聚丙烯酰胺，快速搅拌1-3 min，转为慢速搅拌2-10 min，静置25-35min，取上层清液，通入CO₂调节pH为8.0-8.5，加入阴离子型聚丙烯酰胺后絮凝沉降，待絮凝沉降稳定后取上清液得到清净汁；阴离子型聚丙烯酰胺的加入量按100mL糖汁加入0.05-0.20mL浓度为2 g/L的阴离子型聚丙烯酰胺计。

所述糖汁是甘蔗混合汁或赤砂糖回溶糖浆或原糖回溶糖浆。

所述快速搅拌的速度为300-350 r/min，所述慢速搅拌的速度为20-40 r/min。

碳酸镁在碱性条件与氢氧化钙进行反应，生成难溶性的颗粒状碳酸钙和絮状氢氧化镁沉淀，两者对糖汁中的非蔗糖成分同时具有吸附和包埋作用，而且碳酸钙颗粒可以作为氢氧化镁絮状沉淀物的“晶核”，可以加速氢氧化镁絮状沉淀物的沉降分离。因此，本发明是采用非水溶性镁盐（碳酸镁）-石灰乳体系用于糖汁澄清脱色，与水溶性镁盐-石灰用于糖汁脱色相比，具有的优势是：一方面没有引入新的阴离子，如硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子，另一面又能提高澄清脱色性能，并加快了氢氧化镁絮状沉淀物的沉降分离。

本发明还提出了碳酸镁-石灰乳体系法，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。本发明优选通过复分解沉淀法制备的呈花瓣状结构的碳酸镁用于糖汁的澄清脱色，进一步提高脱色率。在最佳工艺条件下，即pH为11.0、碳酸镁用量为0.2g、温度为50℃的条件下，糖汁脱色率达到83.9%，除浊率到达95.9%（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）。

本发明在加入阴离子型聚丙烯酰胺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，有利于聚丙烯酰胺与糖汁在极短时间内形成微细的矾花；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。

下面结合附图和实施例对本发明之一种糖汁澄清脱色剂及其应用的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：MgCl₂-Na₂CO₃体系生成碳酸镁的扫描电镜图。

图2：MgCl₂-Na₂CO₃-NaHCO₃体系生成碳酸镁的扫描电镜图。

图3：吸附前碳酸钙与氢氧化镁复合沉淀物的SEM电镜图。

图4：吸附后碳酸钙与氢氧化镁复合沉淀物的SEM电镜图。

图5：pH值对糖汁脱色率的影响曲线图。

图6：碳酸镁用量对糖汁脱色率的影响曲线图。

图7：反应温度对糖汁脱色率的影响曲线图。

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，加热至50℃，加入0.20g碳酸镁，再用石灰乳调节pH值至11，在50℃温度下保持搅拌10min后，再加入0.1mL2g/L的阴离子型聚丙烯酰胺，快速搅拌(300r/min)1min，再转为慢速搅拌(30r/min)2min，之后静置30min，取上层清液50 mL，通入CO₂调节pH为8.2，再加0.05 mL 2 g/L的阴离子型聚丙烯酰胺后絮凝沉降，静置冷却至室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，糖汁脱色率达到83.9%，除浊率到达95.9%。

实施例2：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加热至40℃，加入0.25g碳酸镁，再用石灰乳调节pH值至11.5，在40℃温度下保持搅拌10min后，再加入0.1mL2g/L的阴离子型聚丙烯酰胺，快速搅拌(300r/min)1min，再转为慢速搅拌(30r/min)2min，之后静置30min，取上层清液50 mL，通入CO₂调节pH为8.2，再加0.05 mL 2 g/L的阴离子型聚丙烯酰胺后絮凝沉降，静置冷却至室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，糖汁脱色率达到86.0%，除浊率到达94.2%。

实施例3：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加热至50℃，加入0.25g碳酸镁，再用石灰乳调节pH值至11，在50℃温度下保持搅拌10min后，再加入0.1mL2g/L的阴离子型聚丙烯酰胺，快速搅拌(300r/min)1min，再转为慢速搅拌(30r/min)2min，之后静置30min，取上层清液50 mL，通入CO₂调节pH为8.2，再加0.05 mL 2 g/L的阴离子型聚丙烯酰胺后絮凝沉降，静置冷却至室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，糖汁脱色率达到84.9%，除浊率到达93.6%。

实施例4：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加热至30℃，加入0.20g碳酸镁，再用石灰乳调节pH值至11.5，在30℃温度下保持搅拌10min后，再加入0.1mL2g/L的阴离子型聚丙烯酰胺，快速搅拌(300r/min)1min，再转为慢速搅拌(30r/min)2min，之后静置30min，取上层清液50 mL，通入CO₂调节pH为8.2，再加0.05 mL 2 g/L的阴离子型聚丙烯酰胺后絮凝沉降，静置冷却至室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，糖汁脱色率达到83.8%，除浊率到达92.8%。

实施例5：取10°Bx的100 mL赤砂糖回溶糖浆于250mL烧杯中，加热至40℃，加入0.15g碳酸镁，再用石灰乳调节pH值至11.5，在40℃温度下保持搅拌10min后，再加入0.1mL2g/L的阴离子型聚丙烯酰胺，快速搅拌(300r/min)1min，再转为慢速搅拌(30r/min)2min，之后静置30min，取上层清液50 mL，通入CO₂调节pH为8.2，再加0.05 mL 2 g/L的阴离子型聚丙烯酰胺后絮凝沉降，静置冷却至室温，待絮凝沉降稳定得清净汁，糖汁脱色率达到82.7%，除浊率到达91.5%。

本发明各实施例中，所述碳酸镁是呈花瓣状结构的碳酸镁，其制备方法为：按物质的量为1：1的比例，取一定量1.0mol/L的碳酸镁溶液与1.0mol/L的氯化镁溶液进行混合得混合液，将混合液加入到碳酸钠溶液中，搅拌20min，静置老化2h。然后抽滤洗涤得到碳酸镁，于50℃烘干10h。

本发明采用以下方法计算脱色率和除浊率：

依照国际机构ICUMSA（糖品分析统一方法国际委员会）的统一规定使用560nm 波长进行色值测定。调节糖汁pH值至7.00后，将其置于0.45μm 孔径膜的过滤器中，采用真空抽滤，收集滤液测其折光锤度、吸光度以及糖汁温度。从而计算出糖汁色值，计算公式如下：

IU₅₆₀=A₅₆₀/(b×c)×1000

式中：IU₅₆₀—色值；A₅₆₀—用波长为560 nm测得的样液吸光度；b—比色皿的厚度(cm)；c—样品干固物浓度(g/mL)可用下式计算：

c=清汁折光锤度×相应视密度（20 ℃）/100。

（1）脱色率由下式计算得出：

D=(IU_前－IU_后)/IU_前×100%

式中：D—脱色率(％)； IU_前—处理前糖汁色值；IU_后—处理后糖汁色值。

（2）浊度测定方法:

M = 过滤前糖汁衰减指数–过滤后糖汁衰减指数

= 1000（A_560＇/b·c）–1000(A₅₆₀/b·c）

除浊率由下式计算：

T=(IU_原－IU_后)/IU_原×100%

式中：T—除浊率(％)； IU_原—原糖汁浊度； IU_后—处理后糖汁浊度。

碳酸镁的形貌结构对本发明脱色效果影响

制备两种不同形貌结构的碳酸镁用于糖汁的澄清脱色试验。制备的碳酸镁形貌结构见图1-图2，由图1-图2可知，MgCl₂-Na₂CO₃体系反应生成的碳酸镁呈花瓣状，而MgCl₂-Na₂CO₃-NaHCO₃体系反应生成的碳酸镁呈棒状结构。将两种不同形貌的碳酸镁分别与石灰乳在pH为11.0的条件下反应用进行糖汁的脱色试验，结果表明，棒状碳酸镁与石灰乳反应生成物，脱色效果没有花瓣状的效果好。因此，本发明优选花瓣状碳酸镁对糖汁进行脱色。

沉淀物的表征分析

沉淀物的SEM电镜图如图3-图4所示。图3为吸附前碳酸钙与氢氧化镁复合沉淀物（即在纯水中碳酸镁与石灰乳反应得到的碳酸钙与氢氧化镁复合沉淀物），图4为吸附后碳酸钙与氢氧化镁复合沉淀物（即在糖汁中反应得到的碳酸钙与氢氧化镁复合沉淀物）。通过上述SEM图的对比，可以发现吸附前后的沉淀物的形貌发生了明显的变化，吸附前的沉淀物形貌为方块状（主要是方解石型碳酸钙呈现的形貌），而表面附有絮状的颗粒（颗粒为氢氧化镁）；吸附糖浆非糖分后的沉淀物表现为密实的颗粒状，颗粒表面呈现出多孔的结构，这是由于少量新生的氢氧化镁和大量新生的碳酸钙共同吸附和包裹了糖汁中大量的非糖物质的结果。

本发明研究过程的单因素实验

实验方法：以10 ^○Bx的赤砂糖回溶糖浆模拟糖汁。取100mL 10 ^○Bx的赤砂糖回溶糖浆于250 mL 烧杯中，在一定的温度下加入一定量的碳酸镁，接着加入石灰乳调至所需的pH值，加入0.1 mL 2 g/L的阴离子型聚丙烯酰胺，先快速搅拌1min、后慢速搅拌2min，之后静置，取上层清液50 mL，通入CO₂调节pH为8.2，再加0.05 mL 2 g/L的阴离子型聚丙烯酰胺后絮凝沉降，静置冷却至室温后，取上清液测定相关指标。

1、pH值对糖汁脱色率的影响

当反应温度为30 ℃、碳酸镁用量为0.2 g 时，分别加入石灰乳调至pH值为9.5、10.0、10.5、11.0、11.5做单因素试验，结果如图5。

由图5可知，pH在11.0以下时，糖浆的脱色率随着pH增大而明显提高，这是因为随着石灰乳的加入，生成的碳酸钙和氢氧化镁沉淀物越来越多，可吸附糖汁中更多的色素、胶粒等非糖成分。当pH超过11.0，糖汁的脱色率增长缓慢。这是因为pH达到11.0，氢氧化镁已达到完全沉淀。综合考虑，本发明确定最佳pH值为11.0。

2、碳酸镁用量对糖汁脱色率的影响

在反应温度为30 ℃下，分别加入0.1g、0.15g、0.2g、0.25g、0.3g碳酸镁，再加入石灰乳调节pH值至11.0做单因素试验，结果如图6。

由图6可看出，随着碳酸镁的量增加糖汁的脱色率明显提高，但碳酸镁的量达到0.2g后，增幅变慢。这是因为碳酸镁的用量增大，与石灰乳反应生成更多的碳酸钙和氢氧化镁复合沉淀物，吸附或包埋了更多的色素等非糖成分，因此，脱色率不断提高。考虑碳酸镁用量的增大，成本提高，本发明选取碳酸镁的最佳用量为0.2g。

3、反应温度对糖汁脱色率的影响

当碳酸镁用量为0.2g，加入石灰乳调至pH值为11.0，分别在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃反应，以反应温度为因素做单因素试验，结果如图7。

由图7可看出，随着温度的升高，脱色率不断提高，但当温度超高40℃后增幅变缓。这是因为随反应温度的提高，会促进石灰乳与碳酸镁的反应，碳酸钙和氢氧化镁复合沉淀物生成的量增加，因此脱色率逐渐提高。但温度高，能耗大，同时在强碱性条件下美拉德等副反应增多，综合考虑，本试验确定最佳试验温度50℃。

Claims

1.一种糖汁澄清脱色剂，其特征在于：该糖汁澄清脱色剂是碳酸镁。

2.根据权利要求1所述的糖汁澄清脱色剂，其特征在于：所述碳酸镁是呈花瓣状或呈棒状结构的碳酸镁。

3.根据权利要求2所述的糖汁澄清脱色剂，其特征在于：花瓣状结构碳酸镁的制备方法为：按碳酸钠与氯化镁物质的量为1：0.9-1.1的比例，取一定量0.9-1.1mol/L的碳酸钠溶液与0.9-1.1mol/L的氯化镁溶液进行混合得混合液，搅拌15-25min，静置老化1.5-2.5h，然后抽滤洗涤得到碳酸镁，于45-55℃烘干9-11h。

4.一种如权利要求1、2或3所述的糖汁澄清脱色剂的应用，其特征在于：向30-60℃糖汁中加入碳酸镁，碳酸镁的加入量按100mL糖汁加入0.1-0.3g碳酸镁计，再用石灰乳调pH值至10.5-11.5，在30-60℃温度下搅拌反应10-30min，加入阴离子型聚丙烯酰胺，快速搅拌1-3min，转为慢速搅拌2-10 min，静置25-35min，取上层清液，通入CO₂调节pH为8.0-8.5，加入阴离子型聚丙烯酰胺后絮凝沉降，待絮凝沉降稳定后取上清液得到清净汁；阴离子型聚丙烯酰胺的加入量按100mL糖汁加入0.05-0.20mL浓度为2 g/L的阴离子型聚丙烯酰胺计。

5.根据权利要求4所述的糖汁澄清脱色剂的应用，其特征在于：所述糖汁是甘蔗混合汁或赤砂糖回溶糖浆或原糖回溶糖浆。

6.根据权利要求4所述的糖汁澄清脱色剂的应用，其特征在于：所述快速搅拌的速度为300-350 r/min，所述慢速搅拌的速度为20-40 r/min。