糖汁清净电化学
沉淀的生成与溶解
• 相平衡：溶度积L 难溶盐 BmAn 在一定温度下 其饱和溶液有一定的离子积
[A-] [B+]
L [B ] [ A ]
m
n
糖汁清净电化学
沉淀的生成与溶解
• 共同离子效应：
因离子浓度的改变而改变反应的方向
• 诱导沉淀现象：
原 A、C 不结合，B、C 共存，
[H ][ HCO ] 3 K1 4.45 10 7 [H 2CO 3 ]
[H ][ HCO 2 ] 3 K2 4.69 离度α
活度
a与活度系数 γ
a C
糖汁清净电化学
沉淀的生成与溶解
• 化学平衡：中和与水解 H2SO3 + Ca(OH)2 → 2H2O + CaSO3↓ ← 2H2SO3 + Ca(OH)2→ 2H2O + Ca（HSO3)2↓ ← H2A + Ca(OH)2 → H2O + CaA ↓ ←
• 对热的可逆性：脱水，凝聚 • 改变pH的影响：调等电点 • 加电解质的作用：电中和 • 溶剂的作用：水化
胶团的双电层结构
分子模型
胶粒数 胶体 数目 电位离子 游离反离子数 反离子
mMA nA n x M

胶核 离子 吸附层
x
xM

扩散层
胶团
胶团的双电层结构
胶粒数 胶体 数目 电位离子 游离反离子数 反离子
[H+] = 10-pH
糖汁的电化学性质
蔗糖的弱酸反应
•
C12H22O11 → H+ + C12H21O11 ← K1 = 2.2～4×10-13 (25℃ )
•
C12H21O11 → 2H+ + C12H20O11 ←
K2 = 1.9～7.7×10-14
糖汁的电化学性质
糖汁中杂质的电离
• 电离度 α 电解质 α% 强 ＞50 中强 3～50 弱 ＜3
+ + + + + + + + + +
φ
ζ
糖汁的电化学性质
糖汁的电动现象
• 电泳与电渗
ED • 胶粒：电泳速度 u 4 ζ ID • 水： 电渗速度 U 4
ζ
——溶液的比导电度
糖中的有色物质
色素的来源
• 原有色素：花色素、叶绿素、叶黄素、胡 萝卜素 • 多元酚：原无色，与铁作用成有色化合物 • 糖类分解物：还原糖降解物，美拉德反应 产物、焦糖
• 部分被除去 • 又有新生胶体
原有胶体
• 亲水胶：蛋白质、果胶、色素、含水硅酸 • 疏水胶：纤维素、半纤维素、脂质、蜡质
制糖过程胶体的变化
新生胶体
• • • • RS降解物：Glucic酸 、蜜蜡酸、糖酸、腐殖酸 胶菌产物：右旋胶（葡聚糖）、左旋胶 多元酚化合物：多元酚铁盐 蔗糖衍生物：蔗糖钙络合物、蔗糖重金属络合 物、焦糖
糖中的有色物质
糖的致色反应
• 与碱反应： RS + B →黄至深棕色 • 与无机酸反应：S + A →RS →有色物质
• 与酚反应：糖分解物（糠醛）+酚衍生物→
红紫色缩合物 • 与胺反应：糖类+氨基化合物→青色（萄） 或淡黄色（果）
糖中的有色物质
色素在制糖过程的分布
• 叶绿素等不溶于水，可与其它不溶物一起除去 • 可溶花色素、多酚类与铁生成深色物留在糖汁中 • 蒸发时产生的焦糖经结晶工序进入糖蜜 • 蒸发、煮糖时还原糖与氨基化合物产生棕色反应 物带入糖浆 • 蔗糖转化和还原糖降解产生有色物质进入结晶
脱色率 %
47
50
55
65
表面吸附
Gibbs吸附方程 吸附质在表面层中的过剩浓度Γ
与溶质浓度C和表面张力σ有关：
C d RT dC
表面吸附
Freundlichs吸附方程
在定温下，M克骨炭能吸附X克溶解物，
平衡时该物浓度为C，则：
X/M = KC1/n
X 1 lg lg K lg C M n
无机灰 阳 离 子
阴 离 子 增 加
过 程 变 化 要 求
减 少 除去
稍 减
减 少
增 加
保留
除去
除去
水的特性
水的结构
水分子半径 OO’ = 1.38 Å
O-H = 0.96 Å H-H = 1.54 Å
H O
O’
H
∠HOH = 105.3o
水的特性
水的缔合体
偶极矩 μ = 1.84×10-18esu
第二章 糖汁的清净理论
第一节 第二节 第三节 第四节 糖汁的特性 糖液的清净机理 糖汁清净过程 传统清净方法的改进
第一节 糖汁的特性
糖汁的组分 水的特性 糖汁胶体体系 胶团的双电层结构 糖汁的电化学性质 糖汁中的有色物质

糖汁的组分
糖汁的溶液构成
糖分 组份 水
蔗 糖 还 原 糖
糖汁清净（Purification）
目的要求
• 最大限度将非糖杂质除去（除胶、脱色、 降灰），提供洁净清亮的糖汁（浆） • 尽量保留蔗糖，减少制糖过程糖分损失
必要性
• 杂质的存在造成制糖过程操作困难 • 有效的清净才能保证产品糖的质量
糖汁清净（Purification）
途径与手段
• 基于糖汁的胶体特性，设法破坏糖汁胶 体体系的稳定性而使糖汁澄清 • 基于糖汁的电化性质，通过电中和、反 应沉淀、絮凝、吸附等途径分离杂质 • 采用手段：添加澄清剂、絮凝剂，改变 温度、pH、浓度，或外加物理场处理等
糖汁的电化学性质
糖汁中杂质的电离
• 平衡常数K ： BmAn → mB+ + nA←
[B ]m [ A ]n K [B m A n ]
• 多元酸有多个电离平衡常数 ： K1，K2，K3…
糖汁的电化学性质
糖汁的电动现象
• 双电层 • 电动电位 ζ ζ
d
+φ
4 d D
0

——界面的电荷密度
mMA nA n x M

胶核 离子 吸附层
x
xM

扩散层
胶团
M+
结构模型
M+
+ M+ M M+ M+ + - + M AA-AAA M -
M+ M+ M+
A - AA-m[MA] AAM+ AA AA- -A-AAA M+
M+
M+ M+
M+
M+
制糖过程胶体的变化
制糖过程的变化
糖中的有色物质
防止措施
• 防止高温
• 避免氧化
• 保持中性
• 缩短流程
第二章 糖汁的清净理论
第一节 第二节 第三节 第四节 糖汁的特性 糖液的清净机理 糖汁清净过程 传统清净方法的改进
第二节 糖液的清净机理
糖汁的清净 糖汁胶体的聚凝 糖汁清净电化学 表面吸附 沉淀物的絮凝

Objects of Clarification
H O H H-H-+ + + + +
O
O--H H H H H-O H--O H H
O
水的特性
水的特殊物化性质
• 高介电常数 D = 78 • 高沸点、高熔点
分子
NH3
-33 -77
HF
-19.5 -83.1
H2S
-60.7 -85.5
H2O
100 0
b.p m.p
水的特性
水的特殊物化性质
• 密度、比热随温度的变化
因 A、B 结合而诱导 A、C 结合
表面吸附
吸附脱色
• 通CO2至含0.3～0.4 CaO%糖液中，生成CaCO3 吸附脱色
饱充时间（min） 0 10 0.107 16 25 27
比吸光指数(-log t) 0.190
0.104 0.100 0.098
表面吸附
吸附脱色
• 磷酸钙对60oBx复筛糖浆的脱色作用 P2O5 % 0.01 0.02 0.03 0.05
胶体物
原 生 胶 新 生 胶
非 氮 有 机 酸 0.5
电解质
无机灰 阳 阴 离 离 子 子
含量 82-88
%
12-18
0.5-1
0.5-1
电解质
电性 电解质 非电解质 带电体
糖汁的组分
在制糖过程的变化
糖分 组 份 水 胶体物 原 生 胶 新 生 胶
蔗 糖
还 原 糖 有 增 减
非 氮 有 机 酸 稍 减 除去
(丙烯醇酸)
糖汁的电化学性质
水的离解
•
H2O → H+ + OH- → 2H+ + O2← ← 2H2O → H2O + H+ + OH- → H3O+ + OH← ←
•KW
[H ][OH ] K H 2O [H 2O]
22℃时 Kw = 1×10-14
•
1 pH log log[ H ] [H ]
（18 ℃ ）
K1
K2
[H ][SO 2 ] 3 K2 1.2 10 6 [HSO ] 3
（18 ℃ ）
糖汁清净电化学
电离与离子平衡
• 饱充: CO2 + H2O → H2CO3 ← ← → H+ +