2008
我国甘蔗亚硫酸法糖厂，由于糖汁的清净脱 色率低，白砂糖的色值和灰份以及SO2 含量偏高， 难以生产出优质的白砂糖。为了提高糖汁的清净 脱色效果，糖厂通常在糖汁的清净过程中加入澄 清脱色剂。现有报道的糖用澄清脱色剂主要有聚 合氯化铝如G409 、TR 脱色清净剂，聚合硅酸铝， 聚合硅酸锌等无机澄清剂[1,2,3,4]，糖用澄清剂在糖汁 的作用机理主要是基于阳离子型高分子物质对糖 汁中带负电荷胶体和色素的电中和能力和较强的 吸附性能。无机澄清剂在蔗汁中呈现的正电性越 大，其电中和能力越强，脱色效果也越好[1]。G409 是一种高离子的聚合氯化铝澄清剂，因此对蔗汁 有较好的脱色效果[5]。为了合成一种新型的高正 电性聚合氯化铝糖用澄清剂，我们以活性铝酸钙 粉、镁盐、盐酸、钙碱化剂等为原料合成出高碱 化度的高正电性的聚合氯化钙镁铝糖用澄清剂， 本文就其合成条件以及其脱色性能进行讨论
HJ-6A 六联电动搅拌器，721-100 型分光光度 计，JS94G＋微电泳仪，自制合成反应装置（由 500 mL 三口瓶、搅拌器、冷凝器、加热锅、温度 计组成）。
铝酸钙粉 Al2O3（＞52％）、盐酸（分析纯）、 镁盐（工业级）、钙碱化剂（工业级），甘蔗汁， 原糖。
将浓度为18.8％的盐酸溶液100 mL 移入三 口烧瓶中，搅拌加热至沸腾（约90℃），缓慢加 入铝酸钙粉（一共加20 g，分四次均量加入，每 次反应5 min 后再添加），全部加完后继续反应4 h。然后继续加入一定量的镁盐，在一定的温度下 继续反应一定时间，最后用碱化剂调pH 值。
糖汁→加澄清剂→加灰调pH 值7.0～7.2→ 加热至100℃ →加絮凝剂→ 恒温静置0.5 h→清 汁 →分析
粗糖浆（80℃，65°Bx）→ 加灰（CaO /对 Bx0.05％）→加澄清剂→混合20min→加入25％ 含微气泡的精糖溶液（80℃，65°Bx）→混合→ 加絮凝剂上浮→清糖浆调pH 值7.0→分析
空白样：粗糖浆（80℃，65°Bx)→加入25％ 含微气泡的精糖溶液→ 糖浆调pH 值7.0→分析
糖样品的常规项目:色值、pH 值、°Bx、纯度、 清度、SO2 含量等按《糖厂日常分析方法》进行测 定。
Zeta 电位分析[6]：用JS94G+型微电泳仪进行 测定样品溶液中胶体颗粒表面的Zeta 电位，该微 电泳仪采用0.5 cm 厚的玻璃杯电泳池，电极内置 在池中。测试时样品用量极少，每次仅0.5 mL； 采用恒压低频转换电源，正负换向时间为0.3 s 至1.2 s 连续可调，采样时间仅需3～10 s。电 极间电压可根据需要调节；采用温度采样探头， 自动连续对环境温度进行采样返回计算机，自动 调整参数，用于计算Zeta 电位；计算时采用计算 机多媒体技术，在给定的节拍下，自动对放大1200 倍的超细颗粒（粒径范围为5～10 μm）连续“拍 照”，提供双向共四幅灰度图像进行分析计算。在 样品进行Zeta 电位分析前需对样品进行稀释，若 浓度太高，则由于胶体颗粒太多，较难捕捉到准 确的颗粒；若浓度太低，则由于胶体颗粒太少， 不利于Zeta 电位的准确测定。根据实验摸索认为 蔗汁的Zeta 电位分析将蔗汁样品稀释成2～3°Bx 比较合适，澄清剂的Zeta 电位分析将样品稀释 100 倍，然后用JS94G+型微电泳仪进行测定比较 适合。
在参考传统聚合氯化铝生产方法的基础上， 将铝酸钙粉分四次投料与盐酸反应后再用镁盐进 行活化，设计以不同添加量、不同反应温度、不 同反应时间进行正交试验，方案及结果如表1。
 | 表1 正交试验方案及结果 |
对表中结果进行分析，得出相应的优化条件 为：镁盐添加量60 g/L,反应温度90℃，反应时 间4 h。实验结果说明：镁盐的添加量是影响澄 清剂脱色效果的主要因素。为了进一步强化聚合 钙镁铝的效果，在反应产物中继续引入了钙离子， 方法是在反应结束后继续添加一定量钙碱化剂， 试验结果见表2。从表2 可看出反应完成后用钙 碱化剂调pH 值至4.1～4.6 可以强化澄清剂的脱 色效果。为了证明碱化剂的强化作用，我们对钙 碱化剂对聚合氯化钙镁铝Zeta 电位的影响进行 了实验，用添加不同量碱化剂加入50 g 聚合氯化 钙镁铝的混合液中，结果见表3。从表3 可看出 在聚合氯化钙镁铝体系中加入适量的钙碱化剂使 聚合氯化钙镁铝的Zeta 电位有较大的提高。
| 表2 钙碱化剂对产物脱色效果的影响 |
| 表3 添加钙碱化剂对聚合氯化钙镁铝Zeta 电位的影响 |
聚合氯化钙镁铝的具体制备：将浓度为18.8% 的盐酸溶液100 mL 移入三口烧瓶中，搅拌加热至 沸腾（约90℃），缓慢加入铝酸钙粉（一共加20 g， 分四次均量加入，每次反应5 min 后再添加），全 部加完后继续反应4 h。然后继续加入60 g/L 的 镁盐，在90℃的温度下继续反应到4 h，最后在 快速搅拌下加入定量的钙碱化剂。添加过程中必 须使碱化剂与聚合钙镁铝溶液充分混合。制备好 的聚合钙镁铝样品为橙黄色的固液混合物，Al2O3 的有效浓度为7％，碱化度为100％，1％溶液 pH=4.1±0.2。
实验步骤如下：量取250 mL,约15°Bx 糖液， 添加25 mL 1％的澄清剂使用液（相当70ppm Al2O3 对糖液比），然后用5％氢氧化钠溶液调pH 至6.5、 7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5，加热至65℃， 放置于六联电动搅拌器搅拌10 min（200 r/min）， 然后在量筒静置，观察沉淀的状况。30 min 后取 上层清液用中速定性滤纸过滤，取滤清液用氢氧 化钠或盐酸溶液调pH=7.00±0.01，测°Bx、吸光 度，查视密度，求出色值IU 和脱色率，结果见表 4。表4 可见在实验的pH 值范围内聚合钙镁铝澄 清剂表现出良好的脱色效果，说明聚合钙镁铝适 合一般制糖过程的工艺要求。
| 表4 不同 pH 值对糖汁澄清脱色的影响 |
实验步骤如下：量取250 mL 约15°Bx 的糖液， 分别添加10、15、20、25、30、35 mL 1％的澄 清剂使用液，然后用约10％的石灰乳调pH 至7.4， 加热至65℃，放置于六联电动搅拌器搅拌10 min （200 r/min），然后在量筒静置，观察沉淀的状 况。60 min 后取上层清夜用中速定性滤纸过滤， 取滤清液用氢氧化钠或盐酸溶液调pH=7.00± 0.01，然后用阿贝折光仪测°Bx，用分光光度计测 吸光度，查视密度，求出色值IU 和脱色率，实验 结果见表5。在实验过程中可以观察到2～6 编号 1～2 min 就出现矾花絮状物，在20 min 左右混 凝物沉降，溶液逐渐变清，而且随着澄清剂添加 量的增加沉降速度和溶液的清度相应增大。
| 表5 不同添加量对脱色率的影响 |
实验步骤如下：量取250 mL 约15°Bx 糖液， 添加25 mL 1％的澄清剂使用液，然后用约10％ 的石灰乳调pH 至7.4，分别加热至30、45、60、 70、80、90、100℃，放置于六联电动搅拌器搅拌 10 min（200 r/min），然后在量筒静置，观察沉 淀的状况；30 min 后取上层清液用中速定性滤纸 过滤，调pH=7.00±0.01，测°Bx、吸光度，查视 密度，求出色值IU 和脱色率，实验结果见表6。 从实验结果看糖液的温度对脱色率影响不明显。
| 表6 不同温度对脱色率的影响 |
实验步骤如下：分别量取15、25、35、45、 55、65°Bx 的糖液250 mL，添加25 mL 1％的澄 清剂使用液，然后用约10％的石灰乳调pH 至7.4， 加热至65℃，放置于六联电动搅拌器搅拌10 min （200 r/min），然后在量筒静置，观察沉淀的状 况。30 min 后取上层清液用中速定性滤纸过滤， 取滤清液调pH=7.00±0.01，测°Bx、测吸光度， 查视密度，求出色值IU 和脱色率，实验结果见表 7。实验结果表明：随着糖液浓度的增加澄清剂的 脱色率逐步降低。
| 表7 糖液浓度对澄清效果的影响 |
分别量取35、45、55、65°Bx 的糖液，加入 5 mL（0.05 g/mL）澄清剂（相当70 ppm Al2O3 对糖液比），然后用约10％的石灰乳调pH 至7.4， 加热至85℃，搅拌10 min 后再加热至85℃，加 入50 g 白糖配制的糖浆（约65°Bx，预先经打泡 1 min），加入絮凝剂（0.5％），搅拌均匀倒入有 保温夹套的管内静置。观察絮凝物的现象，并在 30 min 后取部分液体稀释至15°Bx、pH=7.00± 0.01，测°Bx、吸光度，查视密度，求出色值IU 和脱色率，实验结果见表8。实验结果表明：随 着糖液浓度的增加澄清剂的脱色率逐步降低。但 比较表7 与表8 的结果我们发现较高浓度糖浆在 相同条件下用气浮澄清工艺比沉降澄清工艺脱色 效果好。在试验中我们也观察到编号1、2、3 比 4 的絮凝物上浮得快，上浮速度随糖浆锤度的下 降而升高。
| 表8 不同糖浆浓度对糖浆气浮澄清效果的影响 |
| 表9 不同添加量对糖浆气浮澄清效果的影响 |
量取250 mL 65 °Bx 糖浆，澄清剂浓度为 0.05g/mL，分别添加2、4、8、12、16、20 mL 的 澄清剂进行糖浆气浮澄清试验，结果见表6。从 实验数据结果可以看出，随澄清剂添加量的增加 脱色效果明显提高。
用自制的聚合氯化钙镁铝与制糖行业常用的 聚合氯化铝类N1 及N2 澄清剂（N1、N2 为笔者所 取代号）进行蔗汁澄清试验，加入等量的有效成 分，结果见表10。N1 及N2 澄清剂的Zeta 电位及 对蔗汁负电性物质的电中和能力如表11、表12。 综合表10、表11、表12 我们可以认为由于聚合 氯化钙镁铝的Zeta 电位相对较高，因而其电中和 能力及脱色效果较强。
| 表10 聚合氯化钙镁铝与N1、N2 澄清剂的脱色效果 |
| 表11 不同澄清剂等量浓度的Zeta 电位比较 |
| 表12 澄清剂对蔗汁的电中和效果 |
（1）以铝酸钙粉为原料与盐酸反应过程中引 入镁盐镁离子，然后用钙碱化剂调节pH 可制备出 具有较高碱化度及较高Eeta 电位数的高阳离子 改性聚合氯化铝—聚合氯化钙镁铝产品。
（2）作为糖用澄清剂，聚合氯化钙镁铝具有 较高的澄清脱色能力。适应性好，稳定性好，无 毒无味，有望成为制糖过程中蔗汁澄清和糖浆气 浮澄清工艺的优良助剂。
（3）改性聚合氯化铝—聚合氯化钙镁铝的制 备工艺简单，原料易得，反应温和，无须特殊设 备，无三废问题。
| [1] | 霍汉镇.现代制糖工业技术[M].北京:轻工业出版社,1992:59-74. ( 2)
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| [2] | 刘和清.PSAS-亚硫酸法澄清新工艺研究[J]. 广西大学学报,1995,20(3). (1)
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| [3] | 袁天佑,刘和清,谭承德,等.聚硅酸盐絮凝剂对甘蔗混合汁清净效率的研究[J]. 甘蔗糖业,2000(1). (1)
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| [4] | 王丽娟,张国梁,阮才绵.TR高效脱色清净剂用于甘蔗糖汁脱色的研究[J]. 广西轻工业,2005(5). (1)
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| [5] | 孙由芳,扶雄,秦贯丰,等.G409的电位及混凝特性[J]. 甘蔗糖业,1997(6). (1)
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| [6] | 高宝玉,宋永会,岳钦艳.聚硅酸硫酸铁混凝剂的性能研究[J]. 环境科学,1997,18(2). (1)
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