糖汁电絮凝提纯的研究

黄永春，关瑞晨，杨 锋，何 仁

(广西工学院生物与化学工程系，广西柳州545006)

糖汁电絮凝提纯的研究

黄永春，关瑞晨，杨 锋，何 仁

(广西工学院生物与化学工程系，广西柳州545006)

采用电絮凝法对糖汁进行提纯，考察了电絮凝时间、电流密度、温度、电极间距以及初始pH对糖汁提纯效果的影响。结果表明，用铝做电极材料，电絮凝法处理糖汁的最佳工艺条件为:电絮凝时间16min、电流密度700A·m－2、温度50℃、电极间距10mm、初始pH4～9，在此条件下糖汁的简纯度提高率可以达到4.12%。

电絮凝，糖汁，简纯度

在制糖的制品分析过程中，简纯度是一个重要的指标。简纯度的高低是甘蔗和糖汁澄清质量好坏的重要标志之一。因此，如何提高糖汁的简纯度，对于提高白砂糖产品质量，从而提高糖厂的经济效益有着重要的意义。电絮凝法是电化学方法的一种，电絮凝通过可溶性阳极在外加电压条件下产生阳离子的水解、聚合等作用，产生一系列新生态的氢氧化物和多核羟基络合物，这些新生态的氢氧化物和多核羟基络合物活性高，吸附能力强，具有很好的絮凝效果。与传统的絮凝剂相比，电絮凝法的絮凝效果更好，而且设备简单，易于操作，占地面积小，不需要加入大量的化学药品，不会造成二次污染，适用范围广［1－2］。电絮凝方法目前已经应用到染料废水、电镀废水、石油化工废水、垃圾渗滤液废水等多种工业废水的处理中［3－11］。本文以铝为电极，采用电絮凝方法对糖汁提纯进行研究，考察电解条件对电絮凝提纯效果的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

赤砂糖 柳州市柳冰食品厂;阴阳两极均为纯铝极板 电极规格尺寸为120mm×40mm×1mm;其他试剂 均为分析纯。

有机玻璃电解槽 自制;RXN－202型数显直流稳压电源 深圳兆信电子仪器设备厂;WAY型阿贝折射仪、722型分光光度计、圆盘旋光仪 上海精密科学仪器有限公司;EF20型酸度计、AL104型电子天平 梅特勒－托利多仪器(上海)有限公司;HH－8型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 分析方法 纯度采用简纯度表示。

简纯度测定方法:一次旋光法［12］。取糖汁处理后滤液100mL置于干燥洁净的250mL的锥形瓶内，加入适量的碱性醋酸铅作为澄清剂(以最少量而又收到澄清效果为宜)，摇匀，过滤，以最初的滤液洗涤盛器并倾去，然后收集滤液，用圆盘旋光仪测定其旋光度。其计算公式如下:

1.2.2 溶液配制 将赤砂糖回溶，浓度控制在15°Bx左右。用0.5mol/L的HCl溶液和0.5mol/L的NaOH溶液调糖汁至实验所需pH。每份量取200mL置于电解槽内。

1.2.3 空白实验 将恒温水浴锅调至实验温度，置电解槽于水浴锅内，预热15min。在空白样中加入适量碱性醋酸铅，过滤取滤液，通过式(1)和式(2)测定其简纯度。

1.2.4 电解实验 将电解槽置于恒温水浴锅内并调节温度，预热15min，控制极板间距，保持极板的有效面积在22cm2，通入直流稳压电对糖汁进行电解处理。过滤处理后，样液加入适量碱性醋酸铅，过滤，通过式(1)和式(2)计算样液的简纯度。

2 结果与讨论

2.1 电解时间对简纯度的影响

在电流密度600A·m－2、电解温度50℃、电极间距10mm，初始pH为7条件下，对回溶糖汁分别电解2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22min，糖汁的简纯度变化如图1所示。

图1 电解时间对简纯度的影响

由图1可知，以铝为可溶性阳极在不同时间条件下对糖汁进行电解处理并与空白样进行比较，简纯度都有不同程度的升高。这说明电解过程中产生的氢氧化铝和多核羟基络合物等高效絮凝剂可以对糖汁中的胶体杂质有很好的絮凝沉降作用，使糖汁得到澄清，从而提高了简纯度。从图1中可以看出，在16min时简纯度的增加程度最高，效果最为明显。在16min之前，简纯度随着电解时间的增大而增大，这是由于随着时间的增大生成的氢氧化铝和多核羟基络合物等絮凝剂也随之增多。而16min后糖汁的简纯度有所下降，这可能是因为此时产生的Al3+已过量，胶体表面大量同性电荷会互相排斥，生成的Al(OH)3絮团结构松散不易沉降，影响了Al(OH)3等絮凝剂对杂质的吸附架桥作用。

2.2 电流密度对简纯度的影响

在电解温度50℃、电极间距10mm，初始pH为7条件下，电流密度在200、300、400、500、600、700、800A·m－2下对回溶糖汁分别电解16min，糖汁的简纯度变化如图2所示。

图2 电流密度对简纯度的影响

由图2可知，在不同电流密度条件下对糖汁进行电解处理，与空白样比较，简纯度都有所升高。在200～700A·m－2之间，随着电流密度的增加，电极反应加快，单位时间内产生的Al3+增多，生成的氢氧化铝和多核羟基络合物等絮凝剂也随之增多，对糖液中的杂质有较好的架桥吸附作用，絮凝沉降效果明显，简纯度提高。在700A·m－2左右，简纯度增加缓慢并随之下降，这可能是因为Al3+的过量导致Al(OH)3絮团结构松散不易沉降，同时随着电流密度的增大，糖液内部的温度迅速升高，糖液在高温下长时间加热，产生深色物质，从而导致简纯度有所下降。

2.3 温度对简纯度的影响

在电流密度700A·m－2、电极间距10mm，初始pH为7条件下，分别在30、40、50、60、70、80℃对回溶糖汁电解16min，糖汁的简纯度变化如图3所示。

由图3可知，在不同温度条件下对回溶糖汁进行电解处理，简纯度较空白样都有所升高。随着温度的升高简纯度也随之增大，并在50℃下简纯度的提高幅度最大，这是由于随着温度的升高糖液的粘度随之下降，分子的热运动也随之加剧，有利于分子之间的相互碰撞，增大了Al(OH)3和多核羟基络合物等絮凝剂分子与胶体杂质、色素分子相互碰撞结合絮凝沉降的机率，简纯度也就相应的提高。在50℃之后，温度升高简纯度不升反降，原因可能是一方面温度的升高时糖液长时间在高温下加热处理，生成了有色物质;另一方面温度的升高促使分子的热运动加剧，使得已经相互结合的絮凝剂分子与胶体杂质、色素分子重新分开的机会也增大了。这两个方面都可能导致糖汁的简纯度有所下降。

图3 温度对简纯度的影响

2.4 电极间距对简纯度的影响

在电流密度700A·m－2、电解温度50℃，初始pH为7条件下，控制电极间距在5、10、15、20、25mm分别对回溶糖汁电解16min，糖汁的简纯度变化如图4所示。

图4 电极间距对简纯度的影响

图4表明，在不同电极间距条件下对回溶赤砂糖汁进行电解处理，与空白样进行比较，简纯度都有不同程度的升高。电极间距在5mm和10mm处简纯度的提高幅度都很大，原因是电极间距小可以加快反应速度，同时阴极产生的氢气等气体有着较强的浮载能力，可以将生成的Al(OH)3絮体气浮上升，加速阳极铝的溶解，生成更多的Al(OH)3等絮凝剂。但是极板间距不宜过小易造成堵塞短路。随着电极间距的增大，简纯度提升幅度下降，造成这种现象的原因可能是电极间距增大，能耗也迅速增大，大部分能耗就会用于糖汁本身温度的升高上，同时在阳极表面形成致密的氧化层，阻碍电极反应的进行。

2.5 初始pH对简纯度的影响

在电流密度700 A·m－2、电解温度50℃，电极间距10mm条件下，初始pH分别在4、5、6、7、8、9、10对回溶糖汁电解16min，糖汁的简纯度变化如图5所示。

由图5可知，在不同初始pH条件下对糖汁进行电解处理并与空白样进行比较，pH在4～9范围内简纯度都有不同程度的升高。由图5可以看出，在偏酸性和偏碱性条件下，简纯度的提高幅度较大。在偏酸性条件下，可溶性阳极铝的电化学溶解速度较快，电极反应速度加快，生成的Al(OH)3絮凝剂量增多，絮凝效率提高;在偏碱性条件下，能够使阳极溶解的Al3+更多地与OH－结合生成Al(OH)3絮凝剂，促使絮凝速度加快，因而简纯度升高幅度较大。当pH大于10时，糖液中的铝盐主要以Al(OH)－4的形式存在，絮凝沉降效果下降，因而简纯度下降。

3 结论

通过考察电解时间、电流密度、电解温度、电极间距、初始pH等因素对电解糖汁时简纯度的影响，得到以下结论:

3.1 电解法处理糖汁中生成的氢氧化铝和多核羟基络合物等絮凝剂对糖汁中的非糖分有很好的吸附络合作用，能够有效地提高糖汁的简纯度。

3.2 通过单因素实验得到电解法处理糖汁提高简纯度的最佳工艺参数为:电解时间16min、温度50℃、电流密度700A·m－2、电极间距10mm、初始pH4～9。

3.3 在最佳的实验条件下糖汁的简纯度为0.887，而空白实验糖汁的简纯度为0.85，简纯度的提高率可以达到4.12%。

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Study on purification of syrup by electrocoagulation

HUANG Yong－chun，GUAN Rui－chen，YANG Feng，HE Ren (Department of Biological and Chemical Engineering，Guangxi University of Technology，Liuzhou 545006，China)

Treating of syrup by electrocoagulation method was studied.The factors affecting efficient of treatment，such as electrocoagulation time，currentdensity，temperature，inter－electrode distance，initialpH were investigated.It was found that the optimal conditions using aluminum as electrode material:electrocoagulation time was 16min，current density was 700A·m－2，the temperature was 50℃，inter－electrode distance was 10mm and initial pH was 4～9.The percentage of increase of syrup apparent purity was 4.12%under the optimal conditions.

electrocoagulation;syrup;apparent purity

TS244

B

1002－0306(2011)12－0291－03

2011－08－26

黄永春(1974－)，男，博士，教授，研究方向:食品加工过程强化。

广西高校优秀人才资助计划项目(桂人教［2009］62号)。