现代制糖工艺理论复习题-总结

现代制糖工艺理论（答案是自己写的，不能确保正确，其中13、14题是今年考的大题）4、现有糖厂为什么要对蔗汁进行清净处理？试分别说明亚硫酸法和碳酸法清净过程的理论基础。

答：（1）混合汁的成分非常复杂，除了含有较多的蔗糖分外，还含有各种无机，有机的非糖分，这些非糖分的存在，势必影响制糖过程蔗糖的提纯及白砂糖的产品质量，因此，对糖汁进行澄清处理以除去糖汁中的非糖分，提高糖汁的纯度，降低糖汁的粘度和色素值，有利于糖汁在制糖过程的输送，蒸发，煮糖，并为结晶提供优质的原料。

（2）亚硫酸法的理论基础亚硫酸法是用石灰石和SO2作为澄清剂的蔗汁澄清方法，并加入磷酸作为辅助澄清剂，具有工艺流程短，设备少和澄清剂用量少等优点，广泛被国内外大小糖厂采用，其理论基础分述如下：①石灰的作用：CaO+H2O=Ca(OH)2A、中和作用：石灰乳能中和混合汁中的有机酸，生成各种可溶或难溶的钙盐。

B、沉淀作用：石灰乳中Ca2+和OH-都能与混合汁中的某些有机和无机糖分发生作用，生成各种沉淀物。

C、分解作用：在碱性条件下，过量的石灰乳分解糖汁中含氮非糖分，还原糖，果胶质，生成对亚硫酸法澄清不利的物质。

D、pH的作用:适合的pH可以形成等电点凝聚，而且可生成不离解的钙盐，此外能起到一定的分解作用。

E、与色素的作用：不同种类的色素对石灰乳有不同的呈色反应。

②SO2的作用：SO2+H2O→H2SO3A、中和混合汁中过量的CaO，从而降低钙盐含量。

在加石灰混合汁中通入SO2进行硫熏，使混合汁中可溶性钙盐转变为CaSO3沉淀除去，从而降低混合汁中钙盐含量，并减少蒸发罐积垢。

B、吸附胶体和色素，在硫熏过程中，新生成的亚硫酸钙沉淀具有一定的吸附能力，能够吸附混合汁中的胶体和色素。

C、将碳酸盐转变为亚硫酸盐：将混合汁中所含的K2CO3、CaCO3变为K2SO3、CaSO3，降低混合汁的碱度，也减少了混合汁的钙盐含量（因为CaSO3溶解度大）。

D、降低糖汁的粘度：SO2通入后，糖汁碱度降低，减少了蔗糖盐的形成，从而降低糖汁的粘度，对沉淀，结晶，分蜜操作均有利。

E、漂白作用：SO2使糖汁中有色物质生成不稳定的无色加成物，且H2SO3本身是一种漂白剂，此外SO2将高价铁离子还原成低价，使其失去催化作用，起到间接漂白作用。

③Ca3(PO4)2的作用：3Ca(OH)2+2H3PO4→Ca3(PO4)2+6H2OA、吸附除去胶体和其它非糖分：Ca3(PO4)2是一种表面吸附能力很强的絮凝物，能吸附混合汁中的某些胶体，一起沉降过滤除去。

B、吸附色素，降低色值：混合汁中的一些有机色素，多酚类以及在加灰加热过程中产生的还原糖分分解产物都能被Ca3(PO4)2吸附除去。

C、促进絮凝和沉降作用：由于Ca3(PO4)2相当粗大且密度大可加快沉降速度，改善过滤性能，但蔗汁中P2O5含量大时，生成的沉淀粒子小且疏松轻浮，不利于沉降过滤。

（3）碳酸法的理论基础碳酸法是用石灰石和CO2作为澄清剂的蔗汁澄清方法。

在澄清过程中除去的非糖分比亚硫酸法多，总回收率也高，故碳酸法制得的成品白砂糖纯度也高，色值低，且能久贮不变色，因此国内外不少大型糖厂采用该工艺，其理论基础如下：①石灰的作用A、中和作用：石灰乳能中和混合汁中的有机酸，生成各种可溶或难溶的钙盐。

B、沉淀作用：石灰乳中都能与混合汁中的某些有机和无机糖分发生作用，生成各种沉淀物。

C、分解作用：在混合汁中加入足量的石灰乳，使糖汁呈碱性分解非糖分，使一部分非糖分彻底破坏，并借碳酸饱充时生成的大量CaCO3沉淀吸附除去某些分解产物。

②CO2的作用：CO2+H2O→H2CO3A、中和混合汁中的过剩石灰，同时生成CaCO3↓,CaCO3沉淀是一种比CaSO3沉淀更有效的吸附剂和助率剂，能吸附混合汁中因加灰而被凝聚的胶体，色素等非糖分。

B、分解蔗糖钙盐，使生成蔗糖和碳酸钙沉淀。

C、通入过量的CO2时，难溶性的CaCO3沉淀变成可溶性Ca(HCO3)2，使混合汁中钙盐含量上升，且Ca(HCO3)2在高温下分解，生成CaCO3积垢于加热器，蒸发罐煮糖罐中。

5、高分子絮凝剂有哪些类型？它们在糖汁提净过程中有什么作用？（陈树功P149-153）答：（1）目前糖厂普遍使用高分子絮凝剂以促进胶体聚集成粗大的絮状团粒，有利于沉降和过滤，高分子絮凝剂可分为有机高分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂两大类，又可分为天然高分子和人工合成高分子。

①有机高分子絮凝剂：海藻酸钠：由数百个单体组成的有机高分子物质。

阿拉伯半乳糖酸钠：相对分子量不大，但用量为1mg/Kg。

高分子合成絮凝剂：主要是聚丙烯酰胺（PAM）是由丙烯酸钠单体和丙烯酰胺单体构成的长链聚合物。

②无机高分子絮凝剂：适合于天然糖汁的主要为聚合氯化铝。

（2）高分子絮凝剂在糖汁提净过程中的作用高分子絮凝剂用于糖汁提净过程中来改善蔗汁的沉降过程，加速沉降和提高清汁质量。

①有机高分子絮凝剂糖厂使用的有机高分子聚合电解质带负电，与蔗汁胶体同电性，如糖厂常用的PAM（PAM就是丙烯酸钠单体和丙烯酰胺单体构成的高分子聚合物）就是通过阳离子的桥联促使胶体絮凝下来。

在糖汁中加入磷酸钙沉淀物的絮凝效果，决定于粒子表面吸附的蛋白质层所结合的钙离子，钙离子是架桥的基础，当一次絮凝开始时，糖汁中杂质微粒表面与钙离子结合建立桥基；两个微粒之间由电离的磷酸钙联系桥基搭桥，许多非糖分微粒间架桥，相互联结形成小团粒，每个团粒含有10～104个微粒。

二次絮凝就是把一次絮凝形成的小团粒吸附在高分子长链上，此长链起拉线牵引作用，把小团粒联结成更大的团粒。

糖厂常用的高分子絮凝剂聚丙烯酰胺是以丙烯酸和丙烯酰胺为基础的线型高分子聚合物，在它的长链上有许多带负电的丙烯酸基团，这些活性基团能把一次絮凝过程形成的小团粒结合起来，形成更大的团粒，而多个聚丙烯酰胺分子链相互联成网络状，组成更大的絮凝团粒。

②无机高分子絮凝剂适用于天然糖汁的无机高分子絮凝剂有聚合氯化铝等，它的絮凝机理可用上述有机高分子架桥作用来解释，至于其本身是否像有机高分子那样具有拉线牵引作用，则有待进一步研究。

聚合氯化铝的分子结构通式为[Al n(OH)m Cl3n-m]x吸附其中，n=2，m=15，x10，m为碱度，x为聚合度。

在溶液中电离为高价离子，这些带正电荷的高价离子可发挥混凝和脱色作用，吸附糖汁中的悬浮颗粒，使呈分散状态的颗粒形成网状结构，成为更粗大的絮凝体，以便沉降、过滤除去。

6、亚硫酸法清净过程的硫熏、加灰中和的作用是什么？试从电化学理论的观点阐述其重要性。

答：（1）亚硫酸法清净过程中硫熏、加灰中和的作用是：①改变蔗汁的氢离子浓度，使它达到某些糖分的凝聚点，而生成沉淀②亚硫酸根离子与蔗汁中Ca2+反应，生成大量的CaSO3沉淀，这些新生成的沉淀能吸附糖汁中的胶体和色素。

③SO2具有脱色和漂白作用，使有色物质变成不稳定的无色加成物质，起到脱色作用。

亚硫酸法硫熏中和的目的就是为了得到具有吸附性能的CaSO3沉淀，用它除去非糖分，总反应式如下：H2SO3+Ca(OH)2=CaSO3↓+2H2O（2）亚硫酸的电离过程分为两个阶段进行：第一级电离：H2SO3→H++HSO3－第二级电离：HSO3－→H++SO32－根据亚硫酸的电离度а与pH值的关系：当pH↑，а↑，pH﹥9.5，得到最多的SO32－当pH↓,а↓,pH从9.5下降至4.5时，HSO3－↑而SO32－↓当pH﹤4.5时，SO32－不存在（3）亚硫酸法清净过程有三种工艺①先灰后硫先向糖汁加入石灰乳，然后再进行硫熏，当[Ca2+][SO32－]的乘积超过CaSO3的溶度积时，开始产生沉淀，沉淀不断增加，Ca2+浓度逐渐减少，当Ca2+减少到使[Ca2+][SO32－]乘积正好等于CaSO3的溶度积时，沉淀作用达到完全。

若硫熏过度，则H2SO3的电离向第一级电离进行，使溶液中HSO3－浓度增加，SO32－浓度减少，因此要维持SO32－浓度相当于CaSO3的溶解度积，否则将会有固体的CaSO3沉淀溶解。

②先硫后灰先对糖汁进行硫熏，使其含有亚硫酸，再向其中加石灰乳。

在pH较低情况下，溶液中含有未离解的H2SO3分子和HSO3－离子，加入石灰乳后，每个Ca2+与HSO3－平衡，OH-与H+结合成水。

于是pH逐步上升，更多的Ca2+与HSO3－平衡，直至溶液中所有H2SO3分离为HSO3－和H+，继续加灰，则生成CaSO3。

综合反应式：H2SO3+Ca(OH)2=CaSO3↓+2H2O③灰硫同时加入（加灰、硫熏同时进行）按比例同时加入石灰乳与SO2并使它们充分接触，反应过程如下：Ca(OH)2+SO2= CaSO3+H2OH2SO3+Ca(OH)2=CaSO3↓+2H2O7、针对天然糖汁的特性，从理论上说明亚硫酸法和碳酸法糖厂糖汁清净过程的机理。

答：（1）天然糖汁的特性：天然糖汁实质上是一种既含有溶液又含有胶体的复杂分散体系，在澄清过程中，除了一部分非糖分沉淀析出外，还可将胶体破坏，由于胶体的带电和溶剂化，使得蔗汁胶体实际上处于稳定状态，而胶体的存在会使糖浆、废蜜的粘度上升，从而阻碍结晶、分蜜，增加糖分损失，同时还使白砂糖的色值加深，影响产品质量。

（2）目前糖厂采用亚硫酸法和碳酸法进行糖汁的清净，在糖汁中加入石灰、SO2和CO2等均属于添加电解质引起的胶体聚沉方法，电解质所起的作用如下：(亚硫酸法：采用石灰和二氧化硫为主要清净剂。

混合汁经预灰(图2[ 亚硫酸法工艺流程])、一次加热、硫熏中和、二次加热后入沉降器,分离出清净汁和泥汁，泥汁经过滤得滤清汁，它与清净汁混合再经加热、多效蒸发成糖浆，再经糖浆硫熏得清糖浆作结晶原料。

亚硫酸法工艺原理主要是利用亚硫酸离子与钙离子反应生成亚硫酸钙粒子，吸附蔗汁中的色素；加热凝聚胶体物质与加速沉降；调节中和pH值而达到某些非糖物的凝聚点而生成沉淀等化学和物理化学的作用以达到清净的目的。

预灰与一次加热对蔗汁中微生物的繁殖亦会起到抑制的作用。

亚硫酸具还原性，是一种漂白剂。

它把色素暂时还原成无色物质，当与空气长期接触又会渐渐呈色。

这就是亚硫酸法制得的白砂糖放置时间较长会变黄的原因之一。

蔗糖在酸性条件下会水解成葡萄糖与果糖等分子混合物，称为转化糖。

由于其具还原性，制糖工业又称之为还原糖。

还原糖在酸性溶液中稳定，在碱性溶液中当温度较高时则迅速分解，生成有机酸如己糖二酸、葡萄糖酸等及深色的络合物。

这些物质不易除去。

深色的络合物还影响产品色值。

糖浆硫熏控制调节其pH值，是为了防止结晶时还原糖分解，增加色值，并利用亚硫酸的漂白作用降低色值和粘度。

硫熏中和过程的二氧化硫是借燃硫炉燃烧硫磺时生成。

气态二氧化硫由类似水喷射式真空抽吸器的多喷嘴立式管道硫熏中和器抽入。

在管道内与作喷射的蔗汁充分接触，反应生成亚硫酸。