维生素C改性膨润土的制备及其在蔗汁脱色中的应用（一）

澄清工序是维生制糖过程最关键的环节，其目的改性是将蔗汁中的胶体、色素等非糖分除去。膨润目前，土的脱色我国的制备蔗汁中甘蔗糖厂大多数都采用亚硫酸法对蔗汁进行澄清脱色，此法工艺成熟、应用设备简单、维生成本低且效果良好，改性但存在不足之处：由于硫熏中和过程存在SO₂吸收不完全以及CaSO₃析出不充分，膨润导致清汁中的土的脱色SO₂残留量偏高，而且硫熏中和的制备蔗汁中二次加热要在高温（约100℃）下进行，蔗汁在高温下会发生许多复杂的应用化学反应，如蔗蜡熔融、维生淀粉糊化、改性酚类物质缩合反应加剧等，膨润对制糖过程造成-系列不良影响。此外，亚硫酸法蔗汁澄清过程普遍采用聚丙烯酰胺合成高分子作为絮凝剂，其中含有毒单体，如在蔗糖中残留，将会对人体健康造成威胁。

H₂O₂-VC体系在蔗汁脱色中的应用，主要利用过氧化氢释放的羟自由基（·OH）的氧化性进行脱色，以VC作为催化剂可加快·OH的产生速率，使糖汁中的色素分子的双键被羟基自由基氧化而断裂，蔗糖中的有色物质分子被破坏生成分子量较低、含双键较少，且不能再缩聚成有色物的物质，从而达到脱色的目的。该方法能够使糖汁的色值大大降低，无二氧化硫的残留，但由于缺少吸附功能，脱色手段较单-，有色物质分子不能被彻底除去，且该方法直接处理甘蔗初压汁还需添加石灰、磷酸和聚丙烯酰胺等添加剂。膨润土是-种天然的层状型矿产材料，其储量丰富、价格低廉、无毒无污染，在食品领域里有着较广泛的应用，具有阳离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、吸附性等-系列很有价值的特性。为了提高膨润土对有机物、金属离子等的吸附能力，常常对其进行改性处理，改性后的蒙脱土层间距变大，能有效增强膨润土对金属离子和有机物的吸附能力。以不同种类的有机酸（如苯甲酸、葡萄糖酸等）和碱性钙基膨润土（简称碱性土）为原料，在有机脱水溶剂中碱性土与有机酸反应制备得到-系列功能不同的有机酸膨润土。维生素C（简写为VC），又称抗坏血酸，是-种多羟基化合物，其分子中第2及第3位上两个相邻的烯醇式羟基极易解离而释出H⁺，故具有酸的性质。本文利用维生素C改性碱性土获得维生素C膨润土，对其结构进行表征分析，并将其应用于甘蔗汁脱色中，除碱性土和过氧化氢外不再添加其他絮凝剂，验证其脱色效果，为开发无硫、低温、无毒的澄清技术提供理论参考。

-、材料与方法

1、材料与试剂

维生素C（即L-抗坏血酸，上海麦克林化工股份有限公司）；无水乙醇（99.7％，成都市科隆化学品有限公司）；过氧化氢（30％，西陇化工股份有限公司），均为分析纯，碱性钙基膨润土（参照文献自制）；甘蔗汁，以果蔗（未去皮）为原料现榨获得，果蔗从广西柳州市柳江县甘蔗园购买。

2、仪器与设备

集热式恒温加热磁力搅拌器（DF—10lS型，巩义市予华仪器有限责任公司）；阿贝折射仪（2WAJ型，上海申光仪器仪表有限公司）；电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9013A型，上海-恒科学仪器有限公司）；分析天平（BS224S，北京赛多利斯仪器系统有限公司）；循环水式真空泵（SHB-Ⅲ型，上海锦赋实验仪器设备有限公司）；箱式炉（KOFll00300×200×200，南京南大仪器有限公司）；紫外分光光度计（T6，北京普析通用仪器有限责任公司）；pH计（PHS-25CW型，上海精密科学仪器有限公司）；傅立叶红外光谱仪（PerkinEler型，苏州众艾有限公司）；扫描电子显微镜（S-4800型，日本日立公司）；X-射线衍射仪（RigakuDmaX—rA型，日本理学）；热重分析仪（TGA55型，美国TA公司）。

3、实验方法

（1）维生素C膨润土的制备
分别称取5g200目的碱性土和适量的维生素C，维生素C用蒸馏水制成20％的溶液；在三口烧瓶加入适量的-定浓度的乙醇和碱性土，在加热和搅拌的条件下用滴液漏斗滴加维生素C溶液，使其与碱性土发生反应；滴加完后继续反应-定时间后停止反应，过滤，用50％乙醇洗涤，50℃烘干12上，粉碎，即可得到维生素C改性膨润土材料（简称维生素C膨润土）。

按以上步骤进行单因素实验，考察反应温度、时间、乙醇浓度、维生素C用量等因素对产品有机物含量的影响，确定最优的工艺条件。

（2）结构表征方法

①电镜扫描（SEM）分析：样品喷金处理后，采用扫描电子显微镜对维生素C膨润土进行表面形貌扫描，观测其表面形貌特征。测试条件：电压25KV，放大2000～10000倍。

②傅里叶红外光谱（FT—IR）分析：将样品在4000～400cm^-1范围内摄谱，分别分析维生素C、碱性土、维生素C膨润土的主要成分及官能团，试样采用KBr压片，以漫反射的方法进行样品分析。

③X射线衍射（XRD）分析：采用X射线衍射仪对维生素C、碱性土、维生素C膨润土进行晶型结构的分析。测试条件为CuKα辐射（λ=0.154nm），管电压40KV，电流200mA，扫描范围20～60^ο，扫描速度2^ο·min^-1。

④热重分析（TGA）分析：采用TGA-55热分析系统对维生素C、碱性土、维生素C膨润土进行热失重分析。测试条件：空气气氛，程序升温加热至800℃并达到稳定，升温速率为10℃·min^-1。

（3）维生素C膨润土在甘蔗汁脱色中的应用

量取40mL的蔗汁放人烧杯中，在搅拌器情况下，先加入碱性土调节pH，然后往蔗汁烧杯中加入2mL过氧化氢，再加入适量的维生素C膨润土反应、吸附-定的时间。最后抽滤，取滤液检测其色值。其工艺流程如图1。

4、分析方法

（1）维生素C膨润土有机物含量的测定

维生素C膨润土制备碱性土的有机化改性过程，其反应程度可通过测定产品的有机烧失量得到。烧失量的测定方法为：将产品先在马弗炉中200℃恒温1h，冷却后称重（Wa）；然后升温至800℃灼烧1h，冷却后称残余重量（W_b）。样品中有机烧失量（S）的计算式为：

（2）蔗汁色值的测定与计算

取待测蔗汁样品，在室温下用阿贝折光仪测出折光锤度，并记下折光仪上显示的温度，用该温度查表得出观测锤度，又通过观测锤度查表得出视密度，再利用紫外可见分光光度计测出相应蔗汁的吸光度A，测量时将光度计的波长调节为560nm，空白液为蒸馏水。
糖汁色值的计算公式如下：

IU_560nm=1000×A_560nm／（b×c）

式中：IU_560nm——波长560nm处的国际糖色值；

A_560nm——波长为_560nm时测得样液的吸光度；

b——比色皿厚度，cm；

c——固溶物的修正浓度（20℃），g／mL；其中，c=折光锤度×20℃时的相应视密度／100。

脱色率的计算公式如下：

脱色率=（Ao-A）／Ao×100％

式中：Ao—-原糖汁色值，IU_560nm；

A——脱色后糖汁色值，IU_560nm。

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