活性炭的脱色作用-在制糖业中的应用

发布时间:2021/5/24 8:56:10 浏览次数:470
文章来源:www.590.com网络部 作者:www.590.com小编

我国的制糖业在很长一段时间内,主要是应用加石灰和充碳酸气的方法对糖进行净化和脱色。我国那时生产的糖用炭主要用于葡萄糖的脱色和精制。随着人们生活水平的不断提高,近年来我国的制糖业中也逐渐采用了活性炭的脱色和精制。一般情况下,活性炭用于糖的部定在zui后一道工序,开始阶段zui好采用比较便宜的方法,例如澄清(加石灰)、饱和、洗糖、离心和过滤等方法,尽可能脱除各种杂质以后,才使用活性炭吸附方法来脱色,以作为白糖制造的zui后净化阶段。用这些方法以后,吸着剂的吸附能力就不会白白的耗尽,还可以避免其他缺点。也就是说,用活性炭脱色这个方法是在糖汁浓缩成制造白糖用的白糖膏之前使用的zui后一个净化阶段。在甜菜糖的制造中,活性炭可以用于稀汁、浓汁和溶液的脱色;在蔗糖的制造中仅是活性炭对溶液的净化。

国内外制造的活性炭,都有一类称为“糖用活性炭”的产品,它可用于糖厂,也可以用在其他类似的行业,如葡萄糖溶液及味精溶液的精制脱色等。它的主要特点是具有较多的中孔,因而适于处理含有较多大分子有机物的溶液,这种活性炭的焦糖吸附值比较高。

糖用炭的特点是粗微孔、中孔和大孔都比较发达,对糖中的杂质和有色物质的吸附有较大的亲和性。表4列出了糖用炭的典型孔隙分布情况。

表4  典型糖用炭的孔隙分布情况

孔腺大小/A

孔腺容积/(cm/g)

<11

11~20

20~100

100~1000

>1000

0.12

0.39

0.52

0.19

<0.78

 

我国“糖液脱色用活性炭”的国家标准(GB/T 13803.3-1999)规定(表5),活性炭产品分为优级品、一 级品和二级品三种。其水分都低于10%;焦糖脱色率分别高于100、90和80,灰分分别低于3%、4%和5%(用磷酸法生产的活性炭可在7%~9%,不分等级),酸溶物分别低于1%、1.5%和2%,还有铁含量和氯含量的规定。它们的pH值都在3~5之间。 

表5  糖液脱色用活性炭(GB/T 13803.3-1999)质量指标

项  目

指  标

优级品

一 级品

二级品

A法焦糖脱色率/%   ≥

B法焦糖脱色率/%   ≥

水分                ≤

pH值

灰分含量/%        ≤

酸溶物含量/%      ≤

铁含量/%          ≤

氯化物含量/%      ≤

100

100

10

3.0~5.0

3.0

1.00

0.05

0.20

90

90

10

3.0~5.0

4.0

1.50

0.10

0.25

80

80

10

3.0~5.0

5.0

2.00

0.15

0.30

 

糖用炭脱除的主要是糖浆中焦糖、类黑精和含铁多酚配合物等类化合物。焦糖中主要是含酚型和琨型官能团的糖经过热解而形成的一种不含氮的有色物质;类黑精是用还原性糖与氨基化合物反应而形成的一种含氮的有色物质和含铁的多酚配合物等。在这些有色物质中,类黑精是zui强的有色物质。这些有色物质由离解和未离解的化合物组成,以阴离子型占优势。这些物质的粒子大小也互不相同,zui强的颜色由胶粒分子量为8000~15000所产生。

由于各种有色物质的分子量大小不同,分子的结构不同,分子中含无机基团的数量多少不同等原因,故活性炭对它们亲合性的大小也不同,吸附性能也就不一样。在糖液的有色物质中,zui容易被吸附的组分通常是类黑精。又因为各种活性炭的孔隙结构的分布不同,每种孔隙的容积在总孔容积中所占比例不同,因而对不同种类的糖液,它们的脱色能力也就不一样。在研究活性炭时,一定要对具体情况,研制不同类型的活性炭,这样才能取得zui佳效果。

对于活性炭脱色效果的衡量,一般用脱色率和多糖损失率来表示:

脱色率=(脱色前光吸收度-脱色后光吸收度)x100%/脱色

多糖损失率=(脱色前多糖含量-脱色后多糖含量)x100%/脱色前多糖含量

多糖含量可用蔥酮-浓硫酸法或苯酚浓硫酸法测定;脱色吸收度的测量要先扫描多糖溶液的zui大光吸收波长,在此波长下进行光吸收度的测量,若无zui大吸收度,可从溶液的互补色考察选择450nm为检验波长测定吸收度。

活性炭脱色效果受多种因素的制约,包括活性炭用量、吸附时间、温度、溶液pH值、活性炭质地等,可以在单因素试验的基础上设计正交试验,优化脱色条件。根据孙颉等对灵芝活性炭脱色的研究中发现各种因素对活性炭脱色效果的影响如下:

  1. pH

活性炭是黑色细微多孔性物质,具有芳香环式的结构,它靠范德华力将色素吸附到自身表面,从而使有色物质脱色。活性炭擅于吸附芳香族有机物(糖汁中的有色物大部分属于这类)并易于吸附含有3个碳原子以上的其他有机物。它对不带电物质的吸附力较强,而对带电物质(如阴离子)的吸附较弱。对后者的吸附与溶液pH值有关:在酸性溶液中吸附较强,碱性溶液中较弱。因为弱酸性物质在低pH值下带电较少以至不带电,较易被吸附;高pH值下电荷较强,不利于吸附。故在酸性条件或偏酸性样液中活性炭具有良好的效果,当样液的pH值超过5以后,随pH值上升活性炭脱色效果下降,但是下降的幅度不大。总体上,活性炭脱色能力随着pH值的升高而降低。另外,溶液的pH值也会影响到多糖的损失,pH值对灵芝浸提液活性的影响并不大,但是高酸度及高碱度会导致多糖的水解,为此,综合考虑选pH=5作为用活性炭脱色的pH值,此时,既能保证较好的脱色效果,又使活性成分损失不太大。

2.活性炭用量

活性炭脱色效果随其用量的增加而显著增强,但是,活性炭用量过大会使多糖的损失过大,脱色效果随活性炭用量增加而增强的幅度逐渐减小,综合考虑,活性炭用量在1.5%~50%范围内效果zui好。

3.温度

在不同的温度下,活性炭脱色的能力变化不大,多糖的变化也不大,因此,温度对活性炭脱色效果的影响不大,但是过高的温度会造成多糖活性的丧失,所以温度以30~60℃为宜。

4.脱色时间

随着活性炭的加入,有色成分被迅速脱去,在zui短的时间内(5min)就已经起到了很好的效果。虽然随着吸附时间的增加,色素被进一步吸附,但是也导致多糖的进一步损失,所以脱色时间不宜过长,以10~30min 为宜。杨云等等对大枣渣多糖活性炭脱色研究中,优化的zui佳条件为活性炭用量2%,pH=3.5,40℃保温20min。游见明等对南瓜多糖活性炭脱色研究中,优化的zui佳条件为:活性炭用1.2%,pH=5.0,40℃保温50min。

5.活性炭的质地

质量好的活性炭脱色效果好且不会带进杂质,相反质量差脱色效果不好还会带进其他的杂质。活性炭产品的外形主要有粉状和粒状两大类,通常,炭粉越幼细,它对杂质的吸附速度越大。李进伟等分别用粉末状活性炭和颗粒活性炭脱色,粉末状活性炭和金丝枣多糖溶液易形成黏稠状胶状物,不容易分离;颗粒活性炭对金丝枣多糖液脱色不明显。

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