2006
澄清是甘蔗糖厂生产流程中至关重要的一个 步骤，蔗汁的澄清效果在很大程度上影响煮糖操 作、糖分收回和最终产品质量。因此，国内外制 糖工作者都在努力寻求提高蔗汁澄清效果的新工 艺新方法，而研制开发新型糖用澄清剂是重要的 热点课题之一[1,2,3,4,5]。目前，糖用澄清剂主要分无机 阳离子澄清剂和有机阳离子澄清剂2 大类，其作 用机理是利用阳离子物质对糖汁中带负电荷胶体 和色素的电中和能力及较强的吸附性能形成沉 淀，经澄清后得到清净的蔗汁。无机澄清剂一般 具有较强的吸附及电中和能力，但其分子量相对 较低，在澄清过程中实现胶体颗粒间粘结架桥的 能力有限，导致用量较大。而且，它所形成的絮 凝物细小、松散，体积大，沉降或上浮速度较慢， 泥汁或浮渣较难处理。有机阳离子澄清剂一般是 阳离子的高分子化合物，具有较高的分子量和线 性长分子结构，具有很强的颗粒间粘结架桥的能 力，但由于阳离子有机高分子澄清剂电荷密度都 不高，其电中和能力相对较弱，同时由于长链碳 氢基原料成本较高，阳离子有机高分子澄清剂的 使用成本也较高。
本试验旨在利用无机-有机-超细粉体的协同 效应，通过综合效果及成本因素的分析筛选复配 出一种既能充分发挥无机高分子的吸附及电中和 作用，又能充分发挥有机高分子的粘结架桥作用 的高效澄清剂，同时借助超细粉体的晶核作用强 化凝聚清净效果[6]。试验结果显示：该复合澄清 剂在糖汁的澄清处理过程中只需在一个投加点加 入，可取代部分磷酸，提高了澄清效果，为后续 工段提供高质量的蔗汁。
（1）蔗汁：广东台山海晏糖厂提供，取甘蔗 压榨车间未预灰混合汁。
（2）药品：自制改性聚合铝、市售聚合铝、 Y 型季铵盐絮凝剂、壳聚糖CTS、自制壳聚糖季铵 盐G、超细粉吸附剂、H3PO4、H2SO3、石灰。
取未预灰混合蔗汁250 mL 加入澄清剂，加热 至60～65℃，加石灰乳调pH 至7.0～7.2，搅拌 10 min，加热至沸1 min，加絮凝剂（聚丙烯酰 胺0.05％，1 mL），倒入250 mL 量筒静置0.5 h， 记录泥浆体积，取清汁过滤，调pH，测吸光度。
未预灰混合蔗汁加入澄清剂（或磷酸），加灰 调pH 至6.0～7.0，加热至60～65℃，搅拌10 min ， 加入亚硫酸（按糖厂使用的硫熏强度：18～20 mg SO2/10 mL），搅拌10 min，加热至沸，加絮凝剂， 置量筒中保温静置，取清汁过滤，调pH，测吸光 度。
样品的色值、 pH 值、锤度等按《甘蔗糖厂 日常分析方法》进行测定。
脱色率(％)＝(S1-S2)/S1×100
式中：S1-混合蔗汁色值，S2-澄清汁色值
无机澄清剂主要在自制的几种聚合镁铝及外 购的固体聚铝间进行筛选。采用新鲜的未预灰混 合蔗汁进行澄清试验，结果如表1。
 | 表1 无机澄清剂澄清试验结果 |
由表1 可见，在不同用量及不同波长下，脱 色效果保持中上并平稳的是编号4，即自制聚镁 铝1282。因此选自制聚镁铝1282 及外购的固体 聚铝进行下步试验。
选用：①市购Y 型季铵盐絮凝剂;②自制壳聚 糖季铵盐G（12）；③自制壳聚糖季铵盐G（18）； ④壳聚糖（DD=95%）进行蔗汁澄清试验，结果见 表2、图1。
| 表2 有机澄清剂澄清试验结果 |
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图1 |
从表2 和图1 可看出在低剂量时季铵盐化合 物的脱色率比壳聚糖稍高，随着添加量的增加壳 聚糖的脱色率升幅比季铵盐化合物大，而季铵盐 化合物在添加量增加至200 ppm 时脱色率升幅趋 于平缓。在选用的2 个自制壳聚糖季铵盐中总体 的脱色率趋势G（18）比G（12）稍高。为了进一 步了解这些有机物与无机澄清剂的复合澄清效 果，除效果较差的G（12）外，其余3 种有机物 均参加下阶段的复配试验。
在前述试验的基础上，以无机、有机为主剂， 细粉吸附剂为辅助成分组成复合澄清剂，脱色效 果及成本因素进行正交方案设计，找最佳组合配 方。正交方案及试验结果见表3、表4、表5。
| 表3 正交方案 |
| 表4 正交1 |
| 表5 正交1 |
由表4、表5 可见：极差值显示超细粉吸附 剂对整体效果贡献最低，Y 表现出较强的作用， 与两种聚铝搭配都显示出对用量非常敏感；聚铝 居于其后，CTS 与G18 的贡献较弱。
表6、表7 为考虑成本降低了有机组分含量， 聚铝表现出对用量最敏感，对配方贡献最大，除 1282/G18 组合外，另两个组合的各组配比脱色率 均优于磷酸；从成本来看，1282 与Y 的332 组合 与磷酸比较具有成本略低而420 脱色率相对高约 50％(估计)，560 脱色率相对高约30％的优势。 其中，Al2O3 按5700 元/t 计，Y 按13000 元/t， 超细粉按3300 元/t 计。综合脱色效果及成本因 素得出最佳的组合配方，按其用量配比进行澄清 试验，结果见表8 图2。表中，用量是对汁比； 其中编号1～4 是由正交试验3 得到，其余由正交 4 得到，由于壳聚糖季铵盐的成本较高，考虑经 济因素,在该表中省略了部分含壳聚糖季铵盐的 组合。从表8、图2 可看出组合3、4 的脱色率较 高，考虑经济因素选择6 较好。
| 表6 正交2 |
| 表7 正交2 |
| 表8 复合澄清剂配比蔗汁澄清试验结果 |
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图2 |
在传统的磷酸亚硫酸法制糖工艺中磷酸的脱 色机理是：磷酸在与钙离子反应生成磷酸钙或磷 酸二氢钙沉淀的过程中吸附色素等物质而脱色[7]。 复合澄清剂的脱色机理主要是通过高正电荷的阳 离子物质对蔗汁中带负电荷胶体和色素的电中和 及吸附作用[8]。为了考察两者搭配使用的脱色效 果，将组合6 配方与磷酸按不同比例搭配进行蔗 汁澄清试验，复合澄清剂的添加量与磷酸使用量 的总成本控制在糖厂正常生产单独使用磷酸时的 成本，结果如表9 图3。由图可见，随配方6 所 占比例的增大，脱色率有升高趋势：在成本一致 的情况下，用配方6 完全取代磷酸，420 波长脱 色效果相对提高约28％，取代一半磷酸时，脱色 效果提高约15％。
| 表9 复合澄清剂与磷酸配比蔗汁澄清试验结果 |
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图3 |
取复合配方6 与磷酸按成本1:1 搭配(加入量 对汁比ppm 分别为1282=75；ys=25；超细粉=25； 磷酸＝140)，采用不同时期压榨的新鲜混合蔗汁 进行澄清试验，检验其脱色稳定性。结果如表10。
| 表10 复合澄清剂与磷酸固定配比蔗汁澄清试验结果 |
由图表10 可看出复合澄清剂配方与磷酸组 合对不同时期甘蔗420 波长色素的除去效果存在 较大差别，但对560 波长色素的除去率有很好的 效果。与完全使用磷酸相比，该组合在560 波长 有较大的脱色优势。
将组合6 配方与磷酸搭配模拟亚硫酸法生产 工艺进行澄清脱色试验，结果见表11。从表中数 据可看出，澄清剂与磷酸的复合使用对硫熏效果 无不良影响，两者复合具有一定的协同作用，在 560 波长表现出较高的脱色效果。
| 表11 复合澄清剂与磷酸配比模拟生产澄清试验结果 |
将组合6 配方与磷酸按1:1 搭配模拟亚硫酸 法生产工艺进行不同硫熏强度的澄清脱色试验， 结果如表12 图4。由图可见，随硫熏强度增大， 脱色率升高，但硫熏强度增至15 后，脱色率基本 变化不大，即合适的硫熏强度应控制在10～15。
| 表12 复合澄清剂与磷酸固定配比模拟生产澄清试验结果 |
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图4 |
（1）通过脱色效果及成本因素的正交试验， 筛选出一组以自制的聚合镁铝与Y 型季铵盐絮凝 剂及超细粉体为主要成分的组合配方。由其组成 的复合型澄清剂与磷酸配合使用时，其综合澄清 效果高于单独使用磷酸。
（2）复合型澄清剂在亚硫酸法制糖工艺中使 用的最佳硫熏强度为10～15，这与目前大部分亚 硫酸法糖厂工艺控制指标相吻合。
（3）复合型澄清剂在蔗汁中的脱色机理与磷 酸、亚硫酸的脱色机理不同，在亚法工艺中使用 起到了协同的作用，是一种经济有效的糖用助剂， 具有推广应用价值。
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