傳統(tǒng)甘蔗制糖過(guò)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(guò)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(shí)澄清工序的消耗也在整個(gè)制糖工藝中占了很大的比例。我國(guó)是世界上第三大產(chǎn)糖大國(guó)，年產(chǎn)白糖已在1000萬(wàn)噸左右，全國(guó)有甘蔗制糖企業(yè)幾百家。絕大多甘蔗糖廠(chǎng)采用亞硫酸法澄清工藝，該工藝是通過(guò)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(duì)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(guò)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(diǎn)，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(huì)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(kāi)發(fā)低硫、無(wú)毒、高效的澄清技術(shù)，是未來(lái)甘蔗制糖行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。吸附法用于澄清脫色工藝具有操作簡(jiǎn)便、安全、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但選取天然無(wú)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(bào)道，而殼聚糖/蒙脫土復(fù)合物（CTS/MMT）因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能近年來(lái)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(yáng)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(shí)可避免單獨(dú)使用殼聚糖時(shí)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(shì)，因?yàn)槊擅撏翈в胸?fù)電荷可以吸附蔗汁中的陽(yáng)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(lèi)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(bào)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(cuò)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(duì)糖汁脫色率的影響規(guī)律，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析，為開(kāi)發(fā)出低硫、無(wú)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(chǎng)。

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(jì)：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(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；SSUPRA55場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡：德國(guó)ZEIS公司；PerkinEler傅立葉紅外光譜儀：蘇州眾艾有限公司；RigakuDmax-rAX-射線(xiàn)衍射儀：日本理學(xué)公司；TGA55熱重分析儀：美國(guó)TA公司。

3、實(shí)驗(yàn)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(guò)夜，最后在60℃下烘干，研磨成粉狀，得到CTS/MMT。進(jìn)一步檢測(cè)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(shí)間40min、吸附溫度50℃條件下進(jìn)行糖汁脫色實(shí)驗(yàn)，過(guò)濾，取濾液并檢測(cè)其色值，計(jì)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(shí)驗(yàn)，考察反應(yīng)溫度、時(shí)間、殼聚糖用量、乙酸濃度等因素對(duì)產(chǎn)品糖汁脫色效果的影響，并進(jìn)一步采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化該復(fù)合澄清劑的制備工藝條件。

（2）單因素實(shí)驗(yàn)

①制備反應(yīng)溫度對(duì)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(guò)夜，烘干，研磨，檢測(cè)脫色效果。

②制備反應(yīng)時(shí)間對(duì)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(shí)間（3h，4h，5h，6h，7h，8h）下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，靜置過(guò)夜，烘干，研磨，檢測(cè)脫色效果。

③殼聚糖用量對(duì)脫色效果的影響

分別稱(chēng)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(guò)夜，最后在60℃下烘干，研磨，檢測(cè)脫色效果。

④乙酸濃度對(duì)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(guò)夜，最后在60℃下烘干，研磨，檢測(cè)脫色效果。

4、正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取攪拌反應(yīng)溫度（A）、反應(yīng)時(shí)間（B）、殼聚糖負(fù)載量（C）、乙酸濃度（D）四個(gè)因素，按照四因素三水平L₉（3⁴）安排正交試驗(yàn)，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(cè)、計(jì)算

取待測(cè)糖汁清液，先用阿貝折光儀在室溫下測(cè)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(guān)測(cè)錘度，最后通過(guò)觀(guān)測(cè)錘度查表得出視密度；同時(shí)采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)以蒸餾水為空白液，調(diào)節(jié)波長(zhǎng)為560nm，測(cè)出相應(yīng)糖汁清液的吸光度（A）。

計(jì)算糖汁色值的公式為：

式中：IU表示國(guó)際糖色值（波長(zhǎng)為560nm處）；A表示測(cè)得樣液的吸光度（波長(zhǎng)為560nm時(shí)）；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(shí)）+100。

計(jì)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(yàn)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(guò)噴金處理，然后采用掃描電子顯微鏡對(duì)其進(jìn)行表面形貌掃描，觀(guān)測(cè)其形貌特征；測(cè)試條件為電壓25KV，放大1萬(wàn)～10萬(wàn)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(xiàn)衍射分析采用X射線(xiàn)衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行晶型結(jié)構(gòu)分析，測(cè)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(duì)CTS/MMT及其原料CTS、MMT樣品進(jìn)行熱失重分析。測(cè)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(xiàn)。

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