蔗汁的pH特性與蔗糖轉(zhuǎn)化機(jī)理的研究.pdf

1、中國的甘蔗制糖企業(yè)多采用亞硫酸法澄清工藝,糖液的pH值是亞硫酸法最重要的工藝參數(shù)之一。在糖廠的生產(chǎn)線上,許多地方需要測量糖汁的pH值,比如預(yù)加灰pH、中和汁pH、清汁pH、糖漿pH等。這些測量點(diǎn)糖物料pH值的準(zhǔn)確測量和精確控制在制糖廠生產(chǎn)中起著非常重要的作用,更重要的是,蔗汁的pH值變化還直接影響到蔗糖轉(zhuǎn)化速率和還原糖的分解速率,最終會影響到白砂糖的品質(zhì)和產(chǎn)量。因此系統(tǒng)研究蔗汁的pH特性是十分必要的。
　　 針對pH對亞硫酸法生

2、產(chǎn)工藝的重要性,本論文對蔗汁的pH變化規(guī)律研究包括各主要成分pH的變化規(guī)律,以及對蔗汁在加熱、預(yù)加灰、硫熏等重要工藝環(huán)節(jié)處理前后pH的變化規(guī)律進(jìn)行了研究;并在此基礎(chǔ)上探索pH對蔗糖轉(zhuǎn)化的影響。試圖為制糖生產(chǎn)過程的準(zhǔn)確控制pH值提供參考依據(jù),為有效地降低成品糖的灰分和色值,提高蔗糖回收率打好基礎(chǔ)。
　　 本課題的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　 1.通過對蔗汁各主要成分酸堿性質(zhì)的研究來分析蔗汁pH特性的本質(zhì)。蔗汁的pH性質(zhì)是

3、蔗汁各成分pH的總的表現(xiàn)。要分析蔗汁的pH的性質(zhì),從本質(zhì)上了解這種性質(zhì)產(chǎn)生的原因,就要從構(gòu)成蔗汁的各成分解離出氫離子的能力進(jìn)行分析,研究各個(gè)成分的pH性質(zhì),以及這些成分對蔗汁pH的影響和貢獻(xiàn)。根據(jù)蔗汁中各種成分的比例,進(jìn)行模擬糖汁的實(shí)驗(yàn)得到蔗汁主要成分的pH范圍:蔗糖(6.5～6.7)、還原糖(6.8～6.9)、淀粉(6.5～6.7)、乳酸(2.8～3.2)、醋酸(3.1～3.5)、草酸(1.9～2.6)、氯化鉀(5.8～6.4)、氯化

4、鈣(6.5～6.7)、氯化鎂(5.9～6.1)、氯化鐵(2.6～3.1)、天冬氨酸(3.4～3.8)、谷氨酸(3.5～3.9)、賴氨酸(8.9～9.1)、丙氨酸(6.6～6.8)。由此可看出,對蔗汁pH貢獻(xiàn)度最高的是各種有機(jī)酸,酸性氨基酸和鐵鹽等。通過對各種主要成分的解離度的分析得到以下結(jié)論:當(dāng)pH在5～7變化時(shí),蔗糖、烏頭酸、檸檬酸和醋酸,鐵鹽以及酸性氨基酸處于部分電離狀態(tài),具有一定的緩沖性,能夠隨著pH升高繼續(xù)釋放出氫離子。主要酸性

5、物質(zhì)電離范圍如下:檸檬酸二級(二級3.51～5.97)、檸檬酸三級(4.17～6.53),烏頭酸二級(3.22～5.68)、烏頭酸三級(4.59～7.03)、醋酸(3.52～5.98)、草酸二級(2.97～5.43)、氯化鐵(3.34～5.50),即當(dāng)這些物質(zhì)處于這個(gè)pH范圍時(shí)有緩沖作用。當(dāng)堿性和中性氨基酸在pH范圍為5到7之間時(shí),是穩(wěn)定的離子或分子狀態(tài),只有酸性氨基酸未解離完全,在蔗汁中有極微弱的緩沖性。其他無機(jī)鹽、草酸、乳酸、中性和

6、堿性氨基酸等則完全解離出氫離子或者完全不解離的狀態(tài),不具有緩沖性,對pH的變動無影響。如將蔗汁當(dāng)作一種弱酸,實(shí)驗(yàn)得到蔗汁的解離度α為2.88x10-4。
　　 2.對蔗汁經(jīng)過各種工藝處理后,其pH的變化規(guī)律進(jìn)行分析。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M糖廠生產(chǎn),記錄蔗汁進(jìn)行各種處理后pH的變化規(guī)律,建立與之對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。
　　 (1)蔗汁在某pH值下的電離出氫離子能力方程:pH=-0.0021d2+0.2001d+6.0507
　　

7、(2)加熱對蔗汁pH值特性的影響,得到蔗汁pH-溫度的回歸方程為:pH=-0.0021T+5.8576
　　 (3)加入石灰乳后蔗汁pH值的變化情況,加石灰量同pH的關(guān)系方程:pH=-4.1736×10-4d2+0.0907d+5.8871
　　 (4)加入亞硫酸蔗汁pH值的變化情況,亞硫酸-pH關(guān)系方程為:pH=-0.0007d2+0.1308d+2.2554
　　 (5)加入磷酸后蔗汁pH值的變化情況,得到磷

8、酸-pH關(guān)系方程:pH=-0.0018d3+0.0666d2-0.8174d+5.5034
　　 在pH小于10時(shí),蔗汁具有明顯的緩沖作用;加熱對pH測量的結(jié)果有一定影響,隨著溫度的升高,pH逐漸降低;加石灰乳、亞硫酸和磷酸均會使蔗汁pH發(fā)生較大變化,因蔗汁中含有緩沖物質(zhì)的緣故,pH變化速率遠(yuǎn)不及這些物質(zhì)加入到蒸餾水中的變化速率。
　　 3.研究蔗糖轉(zhuǎn)化的影響因素。通過試驗(yàn)說明影響不純糖液中蔗糖分解速度常數(shù)的顯著因素為p