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首页 / 专利分类库 / 糖工业 / 一种赤砂糖回溶糖浆的脱色方法

一种赤砂糖回溶糖浆的脱色方法

申请号 CN202310403293.7 申请日 2023-04-17 公开(公告)号 CN116837146A 公开(公告)日 2023-10-03
申请人 广西大学; 发明人 贾冉; 熊艳舒; 周丽舒; 范博欢; 唐嘉忆; 陈静; 张霞; 李文; 陆海勤;
摘要 一种赤砂糖回溶糖浆的脱色方法,将赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二 醛 纤维 素掺杂季铵功能化 氧 化 石墨 烯复合气凝胶混合均匀, 吸附 回溶糖浆中的色素。所述的复合气凝胶是以二醛 纤维素 和氧化 石墨烯 为原料,以聚乙烯亚胺、(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基 氯化铵 作为功能改性 试剂 ,戊二醛为交联剂,得到的 水 凝胶经 冷冻干燥 后得到。本 发明 以二醛纤维素、氧化石墨烯为原料制备赤砂糖回溶糖浆脱色剂,聚乙烯亚胺、(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵的添加大大丰富了材料表面 氨 基、季铵功能基团的数量,对于赤砂糖回溶糖浆中有色物质(带负电)具有优异的选择性清除性能,可以很好的解决赤砂糖经硫漂处理后色值偏高的问题。
权利要求

1.一种赤砂糖回溶糖浆的脱色方法,其特征在于,将赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二纤维素/季铵功能化石墨烯复合气凝胶混合,充分搅拌后进行过滤分离,得到脱色赤砂糖回溶糖浆;
所述的季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法,包括如下步骤:
(1)将二醛纤维素、质量分数为50%的聚乙烯亚胺溶液、去离子水按质量体积比为2~4g:2~4g:20~40mL的比例混合均匀,水浴加热至40~60℃,搅拌2.5~3.5h;
(2)向步骤(1)反应混合物中加入质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(1)反应混合物的体积比为1~3:1,升温至
60~80℃,继续搅拌5~7h;
(3)用氢氧化钠溶液调节步骤(2)反应混合物pH,保持pH为7~8;
(4)将氧化石墨烯、偶联剂、去离子水按质量体积比为0.05~0.15g:0.5~1.5mL:
20~40mL混合均匀,水浴加热至40~60℃,搅拌0.5~1.5h;
(5)向步骤(4)反应混合物中加入质量分数为50%的聚乙烯亚胺水溶液,聚乙烯亚胺水溶液与步骤(4)反应混合物的质量体积比为1~3g:40~60mL,升温至40~60℃,继续搅拌2~4h;
(6)向步骤(5)反应混合物中加入质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(5)反应混合物的体积比为1~3:4~6,升温至60~80℃,继续搅拌5~7h;
(7)将步骤(6)反应产物用去离子水冲洗后冷冻干燥得到季铵功能化氧化石墨烯;
(8)将季铵功能化氧化石墨烯、步骤(3)反应混合物按质量体积比为0.05~0.15g:20~
30mL混合均匀;
(9)连续搅拌,向步骤(8)反应混合物加入步骤(8)反应混合物体积的0.01~0.05倍的质量分数为50%的戊二醛溶液,老化20~40min后,冷冻干燥得到季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶。
2.如权利要求1所述的赤砂糖回溶糖浆的脱色方法,其特征在于,所述的硅烷偶联剂是KH550。
3.如权利要求1所述的赤砂糖回溶糖浆的脱色方法,其特征在于,赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶按质量比为25~250:1进行混合。
4.如权利要求1所述的赤砂糖回溶糖浆的脱色方法,其特征在于,赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶混合搅拌的时间为2~4h。

说明书全文

一种赤砂糖回溶糖浆的脱色方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种赤砂糖回溶糖浆的脱色方法,属于制糖工程技术领域。

背景技术

[0002] 赤砂糖是制糖生产的末端产物,杂质多、色值高,成棕红色或黄褐色,含糖约为90%。赤砂糖因杂质和色值较高等因素,严重影响了赤砂糖的市场。色值是衡量蔗糖质量和产量非常重要的指标,色素主要来源糖类的分解和煮炼过程产生的高分子有色物质,呈棕黑至棕黄色,其晶体转移率很高。因此,糖厂一般将赤砂糖回溶重溶或套种来减少或不产赤砂糖,但这两种方式处理不当都会影响白砂糖的质量与产量。所以,脱色除杂对赤砂糖回溶重溶生产白砂糖至关重要,成为当前制糖界研究难点。目前,传统亚硫酸法、酸法、磷浮法等,但亚硫酸法中的二化硫利用率不高且污染环境,其次,传统工艺中使用的化学品会影响糖的安全性并引起公共卫生问题。因此,应开发先进有效且绿色安全的替代方法来进一步解决这个问题。
[0003] 由于吸附法具有低成本、高效率、易于操作、可重复利用等优点而受到广泛关注。纤维素是自然界中存在最为广泛的一种线性多糖,具有丰富的羟基、无毒无害、易于改性。
氧化石墨烯是石墨烯的氧化物,其上含氧官能团增多且可经由各种与含氧官能团的反应而改善其性质。聚乙烯亚胺具有大量的基官能团,一方面可以引入氨基通过静电相互作用吸附带负电荷的色素,另一方面可以为交联反应提供交联位点。(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵是一种季铵盐,可以通过亲核取代使得物质带有极强正电荷的季铵基团,进一步提高了对色素的去除效率。而气凝胶具有丰富的网络多孔结构,可以快速高效的捕获色素分子。故季铵功能化二纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶用于去除回溶糖浆中的色素有着很好的前景。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种赤砂糖回溶糖浆的脱色方法,解决了工业生产中硫漂处理后的赤砂糖色值偏高的技术问题。
[0005] 为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
[0006] 一种赤砂糖回溶糖浆的脱色方法,将赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶混合,充分搅拌后进行过滤分离,得到脱色赤砂糖回溶糖浆。
[0007] 优选地,赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶按质量比为25~250:1进行混合。
[0008] 优选地,赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶混合搅拌的时间为2~4h。
[0009] 所述的季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法,包括如下步骤:
[0010] (1)将二醛纤维素、质量分数为50%的聚乙烯亚胺溶液、去离子水按质量体积比为2~4g:2~4g:20~40mL的比例混合均匀,水浴加热至40~60℃,搅拌2.5~3.5h;
[0011] (2)向步骤(1)反应混合物中加入质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(1)反应混合物的体积比为1~3:1,升温至60~80℃,继续搅拌5~7h;
[0012] (3)用氢氧化钠溶液调节步骤(2)反应混合物pH,保持pH为7~8;
[0013] (4)将氧化石墨烯、偶联剂、去离子水按质量体积比为0.05~0.15g:0.5~1.5mL:20~40mL混合均匀,水浴加热至40~60℃,搅拌0.5~1.5h;
[0014] (5)向步骤(4)反应混合物中加入质量分数为50%的聚乙烯亚胺水溶液,聚乙烯亚胺水溶液与步骤(4)反应混合物的质量体积比为1~3g:40~60mL,升温至40~60℃,继续搅拌2~4h;
[0015] (6)向步骤(5)反应混合物中加入质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(5)反应混合物的体积比为1~3:4~6,升温至60~80℃,继续搅拌5~7h;
[0016] (7)将步骤(6)反应产物用去离子水冲洗后冷冻干燥得到季铵功能化氧化石墨烯;
[0017] (8)将季铵功能化氧化石墨烯、步骤(3)反应混合物按质量体积比为0.05~0.15g:20~30mL混合均匀;
[0018] (9)连续搅拌,向步骤(8)反应混合物加入步骤(8)反应混合物体积的0.01~0.05倍的质量分数为50%的戊二醛溶液,老化20~40min后,冷冻干燥得到季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶。
[0019] 优选地,所述的硅烷偶联剂是KH550。
[0020] 与现有技术比较,本发明具有的有益效果:
[0021] (1)本发明以二醛纤维素、氧化石墨烯为原料制备赤砂糖回溶糖浆脱色剂,聚乙烯亚胺、(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵的添加大大丰富了材料表面氨基、季铵功能基团的数量,对于赤砂糖回溶糖浆中有色物质(带负电)具有优异的选择性清除性能,可以很好的解决赤砂糖经硫漂处理后色值偏高的问题。
[0022] (2)本发明采用的纤维素作为自然界来源最广的、最丰富的材料之一,具有优异的可再生、可降解性能,且绿色环保、无毒无害。表面改性可以在保留纤维素高机械强度和可降解特性的同时提高纤维素的一些功能特性。因此,本发明针对色素的结构特性对纤维素表面定向进行功能化改性,大大提高了对赤砂糖回溶糖浆中色素的去除效率。
[0023] (3)本发明采用的氧化石墨烯是一种石墨烯的衍生物,具有层状、高比表面积的石墨烯骨架基面,含有丰富的含氧官能团可作为化学反应位点,使一些小分子能够接枝到其表面,根据需求定向改性氧化石墨烯。本发明掺入改性的氧化石墨烯,不仅可以增强复合气凝胶的机械强度,同时也可以改善由于交联反应引起的吸附位点的损失,提高复合气凝胶对赤砂糖回溶糖浆的捕获能
[0024] (4)在现有的赤砂糖回溶糖浆脱色方法中,通常使用大量化学试剂,可能会引起环境污染或公共卫生问题。而常用的苯乙烯(二乙烯基苯)型阴离子交换树脂虽对赤砂糖回溶糖浆中的有色物质有一定吸附效果,但苯乙烯及二乙烯基苯均被世界卫生组织国际癌症研究机构列为2B类致癌物,危害人体健康。本方法采用无毒无害、环境友好的原料制备复合气凝胶去除回溶糖浆中的色素。
[0025] (5)本发明根据赤砂糖回溶糖浆中的色素特点进行定向改性,有着较高的脱色性能。同时,相较于现有的吸附剂,本发明的复合气凝胶有着较好的可循环利用性能,通过简单的离子交换反应使吸附剂再生并用于新一轮的吸附,很大程度上降低了经济成本。

具体实施方式

[0026] 实施例1
[0027] 本实施例是采用本发明的方法对赤砂糖回溶糖浆脱色的一个应用实施例。
[0028] 季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶的制备按以下方法进行:
[0029] (1)将二醛纤维素、质量分数为50%的聚乙烯亚胺水溶液、去离子水按质量体积比为2g:2g:40mL的比例混合均匀,水浴加热至60℃,搅拌3.5h;
[0030] (2)向步骤(1)反应混合物中滴加质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(1)反应混合物的体积比为1:1,升温至80℃,继续搅拌7h;
[0031] (3)用质量分数为8%的氢氧化钠溶液调节步骤(2)反应混合物pH,保持pH为7;
[0032] (4)将氧化石墨烯、硅烷偶联剂KH550、去离子水按质量体积比为0.5g:0.5mL:20mL混合均匀,水浴加热至60℃,搅拌1.5h;
[0033] (5)向步骤(4)反应混合物中加入质量分数为50%的聚乙烯亚胺水溶液,聚乙烯亚胺水溶液与步骤(4)反应混合物的质量体积比为1g:40mL,升温至60℃,继续搅拌4h;
[0034] (6)向步骤(5)反应混合物中滴加质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(5)反应混合物的体积比为1:4,升温至80℃,继续搅拌7h;
[0035] (7)将步骤(6)反应产物用去离子水冲洗后冷冻干燥得到季铵功能化氧化石墨烯;
[0036] (8)将季铵功能化氧化石墨烯、步骤(3)反应混合物按质量体积比为0.05g:20mL混合均匀;
[0037] (9)连续搅拌,向步骤(8)反应混合物加入步骤(8)反应混合物体积的0.01倍的质量分数为50%的戊二醛,老化20min后,冷冻干燥得到季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶。
[0038] 将赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶按质量比为25:1进行混合搅拌2h,过滤分离,得到脱色赤砂糖回溶糖浆。
[0039] 实施例1中,赤砂糖回溶糖浆经季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶吸附处理前后,其中的蔗糖分并无显著差异,表明复合气凝胶不会吸附回溶糖浆中的蔗糖分子;而赤砂糖回溶糖浆经季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶吸附处理后,脱色率为91%,可见赤砂糖回溶糖浆经本发明的复合气凝胶吸附处理后,可大幅度降低其色值,以满足赤砂糖生产的需求。
[0040] 实施例2
[0041] 本实施例是采用本发明的方法对赤砂糖回溶糖浆脱色的另一个应用实施例。
[0042] 季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶的制备按以下方法进行:
[0043] (1)将二醛纤维素、质量分数为50%的聚乙烯亚胺水溶液、去离子水按质量体积比为4g:4g:40mL的比例混合均匀,水浴加热至40℃,搅拌2.5h;
[0044] (2)向步骤(1)反应混合物中滴加质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(1)反应混合物的体积比为3:1,升温至60℃,继续搅拌5h;
[0045] (3)用质量分数为12%的氢氧化钠溶液调节步骤(2)反应混合物pH,保持pH为7;
[0046] (4)将氧化石墨烯、硅烷偶联剂KH550、去离子水按质量体积比为0.15g:1.5mL:40mL混合均匀,水浴加热至40℃,搅拌0.5h;
[0047] (5)向步骤(4)反应混合物中加入质量分数为50%的聚乙烯亚胺水溶液,聚乙烯亚胺水溶液与步骤(4)反应混合物的质量体积比为3g:60mL,升温至40℃,继续搅拌2h;
[0048] (6)向步骤(5)反应混合物中滴加质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(5)反应混合物的体积比为1:2,升温至60℃,继续搅拌5h;
[0049] (7)将步骤(6)反应产物用去离子水冲洗后冷冻干燥得到季铵功能化氧化石墨烯;
[0050] (8)将季铵功能化氧化石墨烯、步骤(3)反应混合物按质量体积比为0.15g:30mL混合均匀;
[0051] (9)连续搅拌,向步骤(8)反应混合物加入步骤(8)反应混合物体积的0.05倍的质量分数为50%的戊二醛溶液,老化20min后,冷冻干燥得到季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶。
[0052] 将赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶按质量比为250:1进行混合搅拌4h,过滤分离,得到脱色赤砂糖回溶糖浆。
[0053] 实施例2中,赤砂糖回溶糖浆经季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶吸附处理前后,其中的蔗糖分并无显著差异,表明复合气凝胶不会吸附回溶糖浆中的蔗糖分子;而赤砂糖回溶糖浆经季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶吸附处理后,脱色率为93%,可见赤砂糖回溶糖浆经本发明的复合气凝胶吸附处理后,可大幅度降低其色值,以满足赤砂糖生产的需求。
[0054] 实施例3
[0055] 本实施例是采用本发明的方法对赤砂糖回溶糖浆脱色的另一个应用实施例。
[0056] 季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶的制备按以下方法进行:
[0057] (1)将二醛纤维素、质量分数为50%的聚乙烯亚胺水溶液、去离子水按质量体积比为3g:3g:30mL的比例混合均匀,水浴加热至55℃,搅拌3h;
[0058] (2)向步骤(1)反应混合物中滴加质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(1)反应混合物的体积比为2:1,升温至70℃,继续搅拌6h;
[0059] (3)用质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节步骤(2)反应混合物pH,保持pH为7;
[0060] (4)将氧化石墨烯、硅烷偶联剂KH550、去离子水按质量体积比为0.1g:1mL:30mL混合均匀,水浴加热至50℃,搅拌1h;
[0061] (5)向步骤(4)反应混合物中加入质量分数为50%的聚乙烯亚胺水溶液,聚乙烯亚胺水溶液与步骤(4)反应混合物的质量体积比为2g:50mL,升温至50℃,继续搅拌3h;
[0062] (6)向步骤(5)反应混合物中滴加质量分数为60%的(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液,(3‑氯‑2‑羟丙基)三甲基氯化铵溶液与步骤(5)反应混合物的体积比为2:5,升温至70℃,继续搅拌6h;
[0063] (7)将步骤(6)反应产物用去离子水冲洗后冷冻干燥得到季铵功能化氧化石墨烯;
[0064] (8)将季铵功能化氧化石墨烯、步骤(3)反应混合物按质量体积比为0.1g:25mL混合均匀;
[0065] (9)连续搅拌,向步骤(8)反应混合物加入步骤(8)反应混合物体积的0.03倍的质量分数为50%的戊二醛溶液,老化30min后,冷冻干燥得到季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶。
[0066] 将赤砂糖回溶糖浆与季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶按质量比为150:1进行混合搅拌3h,过滤分离,得到脱色赤砂糖回溶糖浆。
[0067] 实施例3中,赤砂糖回溶糖浆经季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶吸附处理前后,其中的蔗糖分并无显著差异,表明复合气凝胶不会吸附回溶糖浆中的蔗糖分子;而赤砂糖回溶糖浆经季铵功能化二醛纤维素/季铵功能化氧化石墨烯复合气凝胶吸附处理后,脱色率为92%,可见赤砂糖回溶糖浆经本发明的复合气凝胶吸附处理后,可大幅度降低其色值,以满足赤砂糖生产的需求。