CN113881816B - 一种甘蔗汁的清净方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种甘蔗汁的清净方法,该方法的操作步骤为:向甘蔗糖汁中加入氧化镁,氧化镁的加入量以镁计为200‑400mg/L,待氧化镁溶于甘蔗糖汁后,加入亚硫酸,亚硫酸的加入量以硫计为200‑400mg/L,然后用石灰乳调节糖浆pH值至11.0‑11.5,加热至40‑60℃,在搅拌条件下反应,反应结束后加入适量的絮凝剂,搅拌后絮凝沉降,得到澄清液。本发明将亚硫酸法与氢氧化镁的高效澄清脱色性能结合起来,提出氧化镁‑亚硫酸法糖汁清净新工艺,与传统亚硫酸法相比,氧化镁‑亚硫酸法具有更高的脱色率、除浊率,而且亚硫酸的用量显著降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种甘蔗汁的清净方法,属于糖汁澄清脱色领域。
背景技术
甘蔗制糖工艺包括提汁、清净、蒸发、结晶、分蜜和干燥等工序,其中清净是生产高质量白砂糖的关键工序。
我国甘蔗制糖的主要工艺有石灰法、亚硫酸法和碳酸法。石灰法因清净效果差,仅适合生产粗糖;碳酸法清净效果好,可生产高质量的白砂糖产品,但工艺复杂、生产成本高,且碱性滤泥量大,容易造成环境污染,仅少数糖厂使用;亚硫酸法工艺简单,生产成本相对低,因此,糖厂目前普遍采用亚硫酸法工艺,但亚硫酸法工艺因使用二氧化硫气体作清净剂,在产品质量、食品安全以及环境保护等方面均面临较大的挑战。为此,研究开发亚硫酸用量低的制糖工艺,对克服亚硫酸法制糖工艺固有的缺陷具有重要的意义。
Mg2+在高pH条件下水解生成氢氧化镁具有较高的Zeta电位,呈较强的正电荷特性,可通过电中和实现对溶液中带负电荷的色素及胶粒的吸附或包埋。据此,镁盐已经广泛的应用于废水的澄清脱色处理,并取得理想的效果。但有关镁盐应用于糖汁澄清脱色处理的报道较少,玉泉等研究了MgSO4和壳聚糖两种混凝剂在高pH值条件下对二压汁的澄清效果,结果表明,MgSO4的脱色及提净效率均优于壳聚糖。李慰霞等研究了磷酸-硝酸镁复合清净剂对糖汁清净作用、赤砂糖回溶糖浆的硫酸镁—聚硅酸锌法脱色工艺,均获得了较理想的脱色效果。但这些方法均采用可溶性的镁盐,在糖汁清净的过程中引入硫酸根、硝酸根等新的杂质成分。
目前,未见有将氧化镁应用到亚硫酸法甘蔗制糖澄清工艺中的相关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种甘蔗汁的清净方法,该方法将Mg2+和亚硫酸法甘蔗制糖工艺两者的优势进行结合,与传统亚硫酸法相比,本发明氧化镁-亚硫酸法具有更高的脱色率、除浊率,而且亚硫酸的用量显著降低。
解决上述技术问题的技术方案是:一种甘蔗汁的清净方法,向甘蔗糖汁中加入氧化镁,氧化镁的加入量以镁计为200-400mg/L,待氧化镁溶于甘蔗糖汁后,加入亚硫酸,亚硫酸的加入量以硫计为200-400mg/L,然后用石灰乳调节糖浆pH值至11.0-11.5,加热至40-60℃,在搅拌条件下反应,反应结束后加入适量的絮凝剂,搅拌后絮凝沉降,得到澄清液。
本发明的进一步技术方案是:在搅拌条件下反应的时间为5-30min。
所述絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺,加入量按每升甘蔗糖汁加入2-8mg计。
所述甘蔗糖汁是甘蔗混合汁、赤砂糖回溶糖浆或原糖回溶解糖浆。
本发明将亚硫酸法与氢氧化镁的高效澄清脱色性能结合起来,提出氧化镁-亚硫酸法糖汁清净新工艺,本发明氧化镁-亚硫酸法的清净机理是:氧化镁与亚硫酸反应生成MgSO3,MgSO3在石灰乳的作用下进一步水解生成CaSO3和Mg(OH)2。呈正电荷的Mg(OH)2、CaSO3微粒通过电中和吸附糖浆中带负电荷的色素、胶粒等非糖杂质,然后在絮凝剂聚丙烯酰胺作用下发生絮凝沉降,从而实现对糖浆的清净。
本发明氧化镁-亚硫酸法对糖汁具有高效的清净效果,在最佳工艺条件下:氧化镁用量(以镁计)400mg/L,亚硫酸用量(以硫计)400mg/L,反应pH值11.3,反应温度60℃,反应时间10min;糖浆的脱色率达到81.71%、除浊率85.65%。与传统亚硫酸法相比,氧化镁-亚硫酸法具有更高的脱色率、除浊率,而且亚硫酸的用量显著降低。传统的亚硫酸法中,亚硫酸的用量(以硫计)是甘蔗糖汁的0.1%左右,而本发明亚硫酸用量(以硫计)400mg/L,大约为甘蔗糖汁的0.04%,故本发明工艺中亚硫酸用量比传统的亚硫酸法中降低60%左右。
说明书附图
图1:赤砂糖回溶糖浆澄清过程絮凝物形成动态过程图。其中,A为处理前糖浆中颗粒图像,B为加入MgO后糖浆中颗粒图像,C为加入亚硫酸后糖浆中颗粒图像,D为加入石灰乳后糖浆中颗粒图像,E为加入aPAM后糖浆中颗粒图像。
具体实施方式
实施例1:向100毫升的赤砂糖回溶糖浆中(10个波美度°)加入氧化镁,氧化镁的加入量以镁计为400mg/L,待氧化镁溶于甘蔗糖汁后,加入亚硫酸,亚硫酸的加入量以硫计为400mg/L,然后用石灰乳调节糖浆pH值至11.3,加热至60℃,在搅拌条件下反应10min,加入2g/L aPAM水溶液0.2mL,搅拌5min后进行絮凝沉降,取上清汁得到澄清液,絮凝物体积35mL。
取上清汁用稀盐酸中和后于560nm波长处测定吸光度,计算脱色率和除浊率,糖浆的脱色率达到81.71%、除浊率85.65%。
实施例2:向100毫升的赤砂糖回溶糖浆中(10个波美度°)加入氧化镁,氧化镁的加入量以镁计为200mg/L,待氧化镁溶于甘蔗糖汁后,加入亚硫酸,亚硫酸的加入量以硫计为400mg/L,然后用石灰乳调节糖浆pH值至11.3,加热至60℃,在搅拌条件下反应10min,加入2g/L aPAM水溶液0.2mL,搅拌5min后进行絮凝沉降,取上清汁得到澄清液,絮凝物体积30mL。
取上清汁用稀盐酸中和后于560nm波长处测定吸光度,计算脱色率和除浊率,糖浆的脱色率达到78.06%、除浊率90.05%。
实施例3:向100毫升的赤砂糖回溶糖浆中(10个波美度°)加入氧化镁,氧化镁的加入量以镁计为300mg/L,待氧化镁溶于甘蔗糖汁后,加入亚硫酸,亚硫酸的加入量以硫计为200mg/L,然后用石灰乳调节糖浆pH值至11.3,加热至50℃,在搅拌条件下反应10min,加入2g/L aPAM水溶液0.2mL,搅拌5min后进行絮凝沉降,取上清汁得到澄清液,絮凝物体积28mL。
取上清汁用稀盐酸中和后于560nm波长处测定吸光度,计算脱色率和除浊率,糖浆的脱色率达到78.13%、除浊率90.65%。
实施例4:向100毫升的赤砂糖回溶糖浆中(10个波美度°)加入氧化镁,氧化镁的加入量以镁计为300mg/L,待氧化镁溶于甘蔗糖汁后,加入亚硫酸,亚硫酸的加入量以硫计为300mg/L,然后用石灰乳调节糖浆pH值至11.3,加热至60℃,在搅拌条件下反应10min,加入2g/L aPAM水溶液0.2mL,搅拌5min后进行絮凝沉降,取上清汁得到澄清液,絮凝物体积29mL。
取上清汁用稀盐酸中和后于560nm波长处测定吸光度,计算脱色率和除浊率,糖浆的脱色率达到78.17%、除浊率92.44%。
实施例5:向100毫升的赤砂糖回溶糖浆中(10个波美度°)加入氧化镁,氧化镁的加入量以镁计为400mg/L,待氧化镁溶于甘蔗糖汁后,加入亚硫酸,亚硫酸的加入量以硫计为300mg/L,然后用石灰乳调节糖浆pH值至11.3,加热至40℃,在搅拌条件下反应10min,加入2g/L aPAM水溶液0.2mL,搅拌5min后进行絮凝沉降,取上清汁得到澄清液,絮凝物体积30mL。
取上清汁用稀盐酸中和后于560nm波长处测定吸光度,计算脱色率和除浊率,糖浆的脱色率达到77.19%、除浊率91.41%。
实施例6:向100毫升的赤砂糖回溶糖浆中(10个波美度°)加入氧化镁,氧化镁的加入量以镁计为400mg/L,待氧化镁溶于甘蔗糖汁后,加入亚硫酸,亚硫酸的加入量以硫计为400mg/L,然后用石灰乳调节糖浆pH值至11.3,加热至50℃,在搅拌条件下反应10min,加入2g/L aPAM水溶液0.2mL,搅拌5min后进行絮凝沉降,取上清汁得到澄清液,絮凝物体积29mL。
取上清汁用稀盐酸中和后于560nm波长处测定吸光度,计算脱色率和除浊率,糖浆的脱色率达到78.85%、除浊率93.18%。
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:
浊度M单位为MAU(毫衰减单位),M的计算式如下:
M=过滤前糖液色值–过滤后糖液色值 (3)
= 1000(A560'/b·c)–1000(A560/b·c)
除浊率T的计算式如下:
T=(M原–M后)/M原×100% (4)
式中,T为除浊率,%;M原为原糖液浊度;M后为处理后糖液浊度。
M = 过滤前糖汁衰减指数–过滤后糖汁衰减指数
= 1000(A560'/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。
本发明糖浆澄清机理分析过程如下:
1. zeta电位分析。
表1不同体系的Zeta电位值
Zeta电位是表征胶体体系稳定性的重要指标,Zeta电位的绝对值高,胶粒间则存在较强的静电斥力,胶体体系稳定,反之,Zeta电位绝对值小时,胶体体系易处于不稳定状态,发生聚沉。由表1可知,10oBx赤砂糖回溶糖浆的Zeta电位-10.97mV,说明赤砂糖回溶糖浆中的胶粒带负电荷;加入氧化镁和亚硫酸后的糖浆Zeta电位绝对值有所减小,这与MgO和H2SO3溶解并与糖浆中的非糖物质发生了相互作用有关,但由于Zeta电位绝对值变化较小,对糖浆体系的稳定性影响不大。在纯水介质中,新生成的氢氧化镁和亚硫酸钙的Zeta电位值均为正值,分别为31和5.86,说明这两种物质带正电荷,而且氢氧化镁的正电荷远高于亚硫酸钙。当向溶解有氧化镁和亚硫酸的糖浆中加入石灰乳后,生成呈正电荷的亚硫酸钙和氢氧化镁,通过静电中和吸附糖浆中色素、胶粒等带负电荷的非糖成分,使体系Zeta电位的绝对值迅速减小到6.5,体系的稳定性大大降低。当加入聚丙烯酰胺絮凝剂aPAM后,糖浆的中吸附色素、胶粒等有非糖杂质氢氧化镁、亚硫酸钙微粒在絮凝剂的作用下通过架桥、网捕、卷扫等机制发生絮凝沉降,从而实现对糖浆的清净。
糖浆中絮凝物形成过程动态图像分析。
采用Malvern Hydro Sight3000激光粒度仪对糖浆清净过程中絮凝物形成的动态过程图像进行拍摄,结果如图1所示。图1中,A为处理前糖浆中颗粒图像,B为加入MgO后糖浆中颗粒图像,C为加入亚硫酸后糖浆中颗粒图像,D为加入石灰乳后糖浆中颗粒图像,E为加入aPAM后糖浆中颗粒图像。
由图1可知,赤砂糖回溶糖浆体系中的图像有三种颜色,分别为黑色,灰色和白色,其中,分散且大小不一的黑色颗粒是胶体物质和悬浮物,灰色背景为分散在糖浆中的色素等杂质,白色为蔗糖溶液。将图像A、图像B及图像C进行对比,发现三张图像没有明显的差别,说明氧化镁和亚硫酸在酸性条件下对糖浆的清净效果并不明显;而图像D中黑色颗粒明显增大,白色部分增多,这是由于加入石灰乳后,Mg2+、SO3 2-生成呈正电荷的Mg(OH)2和CaSO3微粒,通过电荷中和机理吸附了糖浆中带负电荷的色素、胶粒等非糖成分,并凝聚成大的黑色颗粒。图E中的黑色颗粒变得更大,并连成一片。这是由于加入聚丙烯酰胺絮凝剂aPAM后,糖浆中的Mg(OH)2和CaSO3微粒通过絮凝剂的架桥、网捕和卷扫机理形成了较大的絮体,使得对糖浆的清净效果更加显著。
Claims (3)
1.一种甘蔗汁的清净方法,其特征在于:向甘蔗糖汁中加入氧化镁,氧化镁的加入量以镁计为200-400mg/L,待氧化镁溶于甘蔗糖汁后,加入亚硫酸,亚硫酸的加入量以硫计为200-400mg/L,然后用石灰乳调节糖浆pH值至11.0-11.5,加热至40-60℃,在搅拌条件下反应,反应结束后加入适量的絮凝剂,搅拌后絮凝沉降,得到澄清液;
在搅拌条件下反应的时间为5-30min。
2.根据权利要求1所述的一种甘蔗汁的清净方法,其特征在于:所述絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺,加入量按每升甘蔗糖汁加入2-8mg计。
3.根据权利要求1或2所述的一种甘蔗汁的清净方法,其特征在于:所述甘蔗糖汁是甘蔗混合汁、赤砂糖回溶糖浆或原糖回溶解糖浆。
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