新生亚硫酸钙形貌和结构的调控对糖汁的清净作用及相关机理研究

Adsorption and flocculation of non-sugar components of sugar cane juice is the key and foundation of clarification of sugar cane juice. In the sulfurous acid method commonly used in the process of sugar, calcium sulfite particle morphology and structure has an important impact on the clarification of sugar cane juice, but there are rarely related reports at home and abroad. The project will make integratedly use of various techniques, such as electron microscopy, laser particle size analysis, BET surface area measurement, zeta potential,spectroscopy, X-ray diffraction, static(dynamic) adsorption experimental and colloid chemistry, nano-technology and theory, etc. to research systemsly the regulation of the morphology and structure of new born calcium sulfite and explore the influence of the morphology, particle size and structure of new born calcium sulfite on the clarification of sugar cane juice and related mechanism. Based on the regulation of the morphology, particle size and structure of new born calcium sulfite, the efficient methods and systems for clarification of sugar cane juice will be developed. The results have important guiding significance for the sugar industry, while providing new ideas, methods and theoretical basis for the development of new technologies, new additives for cleaning sugar cane juice, which also have important values to in-depth understanding of the nature of clarification of sugar cane juice technology, and riching the theory and methodology of sugar Science and Engineering.

非糖成分的吸附和絮凝沉降是甘蔗糖汁清净技术的关键和基础。在普遍使用的亚硫酸法制糖工艺中，亚硫酸钙微粒形貌和结构对糖汁的清净作用具有重要的影响，但国内外很少见相关报道。本项目综合运用多种技术手段及理论，如电镜、激光粒度分析、BET比表面积测定、Zeta电位、光谱、X射线衍射，静（动）态吸附试验以及胶体化学、纳米制备技术及理论等，系统研究新生亚硫酸钙形貌和结构的调控方法，探索新生亚硫酸钙形貌和结构对糖汁清净作用的影响规律及相关机理，建立基于新生亚硫酸钙形貌和结构的调控实现对糖汁高效清净的方法与体系。研究结果对制糖工业具有重要的指导意义，同时为发展糖汁清净新技术新工艺新助剂提供新的思路、方法和依据，对深入认识甘蔗糖汁清净工艺的本质、丰富制糖工程与科学的理论和方法体系也具有重要的价值。

非糖成分的吸附和絮凝沉降是甘蔗混合汁清净技术的关键和基础。甘蔗制糖普遍使用亚硫酸法制糖工艺，但亚硫酸工艺的清净效果有待提高。随着纳（微）米技术及理论的发展，有必要进一步研究新生亚硫酸钙的结构、形貌及粒径分布等因素对糖汁的清净作用及其机理，为改进亚硫酸法制糖工艺提供理论依据。.利用硫熏反应、复分解反应，通过晶型控制剂、分散剂及工艺条件的控制，合成了5种不同形貌和结构的新生CaSO3，形成了新生亚硫酸钙形貌和结构的多种调控方法，并阐明其调控机制。.通过对比研究，发现亚硫酸钙的结构、形貌对糖汁脱色率效果的影响不大，但对糖汁的除浊率影响显著，其中，无定型结构的纳米亚硫酸钙用于糖汁清净，除浊率可达到85%。无定型结构的亚硫酸钙的除浊率优于晶型结构的亚硫酸钙，主要是因为无定型结构亚硫酸钙相对晶型结构的亚硫酸钙具有更高的比表面积和更多的活性位点。.新生亚硫酸对糖汁的清净作用，包括对糖汁的脱色和除浊度两个方面，其清净机理主要为吸附和包埋，这种吸附和包埋作用进一步影响到亚硫酸钙晶粒的生长，导致亚硫酸钙微粒变小且晶相降低，同时对亚硫酸钙向硫酸钙的转化过程具有抑制作用。.对新生亚硫酸钙吸附糖汁中非糖成分的热力学和动力学研究，发现新生亚硫酸钙对糖汁中非糖成分的吸附过程符合准二级动力学模型和Temkin吸附等温线；热力学参数(ΔG、ΔH和ΔS)表明，亚硫酸钙对非糖成分的吸附为吸热和自发过程。.发展了多个亚硫酸法清净糖汁的方法与体系，并对亚硫酸钙的絮凝及絮凝物的结构形貌进行了研究。同时，对亚硫酸钙类的清净剂如磷酸钙、碳酸钙以及原位生成氢氧化镁的结构形貌进行了延伸研究，发展了多个糖汁清净新方法新体系，其中，原位生成氢氧化镁对糖汁具有较高的脱色作用，在一定的条件下，脱色率可超过90%。.上述的研究成果对改进亚硫酸法制糖工艺、提高亚硫酸法的清净效果、发展制糖新工艺、生产高质量的白砂糖产品具有重要的指导意义。