傳統(tǒng)甘蔗制糖過程包括提汁、澄清、蒸發(fā)、結(jié)晶、分蜜和干燥等工序，其中澄清工序是制糖過程最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其目的是將蔗汁中非糖分除去，蔗汁澄清效果直接影響著蔗糖產(chǎn)品的質(zhì)量和糖分回收率，同時澄清工序的消耗也在整個制糖工藝中占了很大的比例。我國是世界上第三大產(chǎn)糖大國，年產(chǎn)白糖已在1000萬噸左右，全國有甘蔗制糖企業(yè)幾百家。絕大多甘蔗糖廠采用亞硫酸法澄清工藝，該工藝是通過添加二氧化硫（SO₂）、石灰乳和磷酸，形成亞硫酸鈣沉淀和磷酸鈣沉淀，從而將糖汁中的膠體、色素吸附而除去，亞硫酸鈣和磷酸鈣沉淀對膠體色素的吸附能力直接影響到澄清脫色效果。然而，傳統(tǒng)亞硫酸法的硫熏中和過程存在SO₂吸收不完全、積垢多、逸出的SO₂氣體污染大氣環(huán)境等缺點，最重要的是由于中和反應(yīng)不完全、亞硫酸鈣析出不充分導(dǎo)致清汁中的SO₂殘留量偏高，未形成亞硫酸鈣的SO₂會留在蔗汁中成為雜質(zhì)，最終導(dǎo)致白砂糖成品硫含量偏高而影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

開發(fā)低硫、無毒、高效的澄清技術(shù)，是未來甘蔗制糖行業(yè)的發(fā)展趨勢。吸附法用于澄清脫色工藝具有操作簡便、安全、設(shè)備簡單等優(yōu)點，但選取天然無毒、低成本的材料作為吸附劑是關(guān)鍵。有關(guān)殼聚糖衍生物、活性炭負(fù)載殼聚糖復(fù)合吸附劑在糖汁澄清中的應(yīng)用已有較多報道，而殼聚糖/蒙脫土復(fù)合物（CTS/MMT）因其獨特的結(jié)構(gòu)和性能近年來也引起了人們的廣泛關(guān)注，其應(yīng)用和研究已涉及廢水處理、染料脫色、果汁澄清等諸多領(lǐng)域。理論上，根據(jù)蒙脫土帶有負(fù)電荷可以吸附陽離子和殼聚糖在酸性溶液中帶有正電荷的特性，可制備出優(yōu)異吸附性能的復(fù)合材料，該材料既具有殼聚糖的絡(luò)合、吸附、作用和蒙脫土的高分散性，同時可避免單獨使用殼聚糖時容易出現(xiàn)的隨機(jī)影響因素和酸性條件下的流失，可較大幅度地降低成本。在蔗汁澄清方面，采用CTS/MMT復(fù)合物作為絮凝劑具有一定的優(yōu)勢，因為蒙脫土帶有負(fù)電荷可以吸附蔗汁中的陽離子，而殼聚糖在甘蔗混合汁（酸性溶液）中帶有正電荷的特性，具有絡(luò)合、吸附作用，它們的復(fù)合物既可以吸附蔗汁中的單寧等多酚類物質(zhì)，又可以吸附果膠質(zhì)、多糖、蛋白質(zhì)等大分子膠體粒子。因而CTS/MMT有望成為一種新型的甘蔗汁澄清劑。目前有關(guān)CTS/MMT復(fù)合物在糖汁澄清中的研究報道很少。筆者近期將CTS/MMT復(fù)合物作為澄清劑用于糖汁澄清，已取得了不錯的效果，但其制備工藝條件有待進(jìn)一步優(yōu)化。本文研究CTS/MMT的制備工藝并進(jìn)行優(yōu)化，探討不同制備條件所得的CTS/MMT對糖汁脫色率的影響規(guī)律，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析，為開發(fā)出低硫、無毒、高效的糖汁澄清技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。

一、材料與方法

1、材料與試劑

殼聚糖（分子量50kDa～90kDa，脫乙酰度86.6%）：上海市卡博工貿(mào)有限公司；鈉基蒙脫土（化學(xué)純）：山東優(yōu)索化工科技有限公司；粗制白砂糖（僅經(jīng)石灰初步處理）：廣西東亞糖業(yè)公司；冰乙酸（分析純）：成都市科龍化工試劑廠。

2、儀器與設(shè)備

BS224S分析天平：北京賽多利斯儀器有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鞏義市予華儀器有限公司；T6紫外分光光度計：北京普析通用儀器有限公司；2WAJ阿貝折光儀：上海申光儀器儀表有限公司；DHG-9013A電熱恒溫干燥箱：上海-恒儀器有限公司；SHB-m真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；SSUPRA55場發(fā)射掃描電鏡：德國ZEIS公司；PerkinEler傅立葉紅外光譜儀：蘇州眾艾有限公司；RigakuDmax-rAX-射線衍射儀：日本理學(xué)公司；TGA55熱重分析儀：美國TA公司。

3、實驗方法

（1）CTS/MMT的制備工藝先在100mL蒸餾水中加入4.0g鈉基蒙脫土，30℃下攪拌約2h，充分溶脹。然后在250mL、1%（V/V）冰醋酸溶液中加入3.0g殼聚糖，攪拌，充分溶解，再將其緩慢地加入到上述充分溶脹的鈉基蒙脫土懸浮液中，并在60℃下攪拌、反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束后靜置過夜，最后在60℃下烘干，研磨成粉狀，得到CTS/MMT。進(jìn)一步檢測制備效果：在質(zhì)量濃度為15%、50mL的糖汁中，添加0.5g上述CTS/MMT澄清劑，在吸附時間40min、吸附溫度50℃條件下進(jìn)行糖汁脫色實驗，過濾，取濾液并檢測其色值，計算脫色率，得到相應(yīng)條件下CTS/MMT復(fù)合澄清劑的糖汁脫色效果。

按以上步驟進(jìn)行單因素實驗，考察反應(yīng)溫度、時間、殼聚糖用量、乙酸濃度等因素對產(chǎn)品糖汁脫色效果的影響，并進(jìn)一步采用正交設(shè)計優(yōu)化該復(fù)合澄清劑的制備工藝條件。

（2）單因素實驗

①制備反應(yīng)溫度對脫色效果的影響將3.0g殼聚糖溶于250mL，1%（V/V）冰醋酸溶液中，充分溶解后，將其緩慢加入蒙脫土懸浮液中，在不同溫度（30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃）下攪拌反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后，靜置過夜，烘干，研磨，檢測脫色效果。

②制備反應(yīng)時間對脫色效果的影響

將3.0g殼聚糖溶于250mL，1%（V/V）冰醋酸溶液中，充分溶解后，將其緩慢加入蒙脫土懸浮液中，在60℃不同時間（3h，4h，5h，6h，7h，8h）下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，靜置過夜，烘干，研磨，檢測脫色效果。

③殼聚糖用量對脫色效果的影響

分別稱取不同質(zhì)量（2.0g，2.5g，3.0g，3.5g，4.0g）的殼聚糖溶于250mL，1%（V/V）冰醋酸溶液中，充分溶解后，將其緩慢地加入到上述充分溶脹的鈉基蒙脫土懸浮液中，并在60℃下攪拌、反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束后靜置過夜，最后在60℃下烘干，研磨，檢測脫色效果。

④乙酸濃度對脫色效果的影響

將3.0g殼聚糖溶于250mL，不同濃度（0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%）的冰醋酸溶液中，充分溶解后，將其緩慢地加入到上述充分溶脹的鈉基蒙脫土懸浮液中，并在60℃下攪拌、反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束后靜置過夜，最后在60℃下烘干，研磨，檢測脫色效果。

4、正交試驗

根據(jù)單因素實驗結(jié)果進(jìn)行正交試驗設(shè)計，選取攪拌反應(yīng)溫度（A）、反應(yīng)時間（B）、殼聚糖負(fù)載量（C）、乙酸濃度（D）四個因素，按照四因素三水平L₉（3⁴）安排正交試驗，以原糖脫色率為考察指標(biāo)，因素水平表如表1所示。

5、分析方法

①糖汁色值的檢測、計算

取待測糖汁清液，先用阿貝折光儀在室溫下測出其折光錘度，并記錄折光儀上所顯示的溫度，再以該溫度查表得到糖汁的觀測錘度，最后通過觀測錘度查表得出視密度；同時采用紫外可見分光光度計以蒸餾水為空白液，調(diào)節(jié)波長為560nm，測出相應(yīng)糖汁清液的吸光度（A）。

計算糖汁色值的公式為：

式中：IU表示國際糖色值（波長為560nm處）；A表示測得樣液的吸光度（波長為560nm時）；b表示比色皿的厚度，單位：cm；c表示固溶物的修正濃度（20℃），單位：g/mL，c=折光錘度X視密度（20℃時）+100。

計算糖汁脫色率公的式為：

式中：D表示糖汁脫色率，%；IU_前表示原糖汁色值，即為處理前的糖汁色值；IU_后為脫色處理后糖汁色值。

②結(jié)構(gòu)表征

以正交試驗最優(yōu)化條件制得的CTS/MMT及其原料樣品進(jìn)行如下結(jié)構(gòu)表征分析。

③掃描電鏡分析樣品經(jīng)過噴金處理，然后采用掃描電子顯微鏡對其進(jìn)行表面形貌掃描，觀測其形貌特征；測試條件為電壓25KV，放大1萬～10萬倍。

④傅里葉紅外光譜分析試樣采用KBr壓片，并以漫反射的方法在4000cm^-1～400cm^-1范圍內(nèi)進(jìn)行紅外光譜掃描，分析其主要成分及官能團(tuán)。

⑤X射線衍射分析采用X射線衍射儀對樣品進(jìn)行晶型結(jié)構(gòu)分析，測試條件：λ=0.154nm下CuKa輻射，電流為200mA，管電壓為40KV，掃描速度2°·min^-1，掃描范圍2θ=3～40°

⑥熱失重分析
采用TGA-55熱分析系統(tǒng)對CTS/MMT及其原料CTS、MMT樣品進(jìn)行熱失重分析。測試條件：在空氣氣氛下程序升溫，升溫速率為10℃·min^-1，加熱至800℃并達(dá)到穩(wěn)定，獲得熱失重曲線。

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