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活性炭在食品工業中的應用

發布時間:2021/6/29 15:23:44 瀏覽次數:87
文章來源:嵩山科技網絡部 作者:嵩山科技小編

一、蔗糖

我國是世界第四大產糖國,每年的食糖總產量約為1300t。澄清工藝是制糖生產的第 一環節,也是關鍵環節,對于提高產品質量和糖分回收具有重要作用。吸附脫色是一種重要的澄清工藝。在活性炭未出現時,主要是用骨炭來處理。骨炭是由牛骨干燥破碎后,于600~850℃下隔絕空氣干餾制得,收率為65%左右。由于骨炭的灰分含量大,含碳量低,脫色效果比較差。之后逐漸被活性炭所取代。

從20世紀初成功制造活性炭開始,首先進入應用領域的是蔗糖脫色精制。蔗液的精制有許多步驟。首先以石灰來澄清,再濃縮結晶出初步精制的糖,稱粗糖,純度約96%。經洗滌的結晶再溶解在水中,成為50%~60%的糖液。再下一個步驟就是澄清,主要是加入石灰使糖液成微堿性,再用磷酸中和,生成的磷酸鈣可吸附雜質,用過濾法除去,然后用活性炭脫色。

我國蔗糖盛產于華南地區,其生產方法很少采用由紅糖加工精制成白糖,所以沒有大量使用骨炭或活性炭。糖廠都采用二氧化硫漂白,將色素還原,這就有可能在以后同空氣接觸的過程中,顏色會泛黃。但大部分的有色膠體都能被所形成的亞硫酸鈣吸附除去。不過當糖色重時,以活性炭脫色還是很必要的,并還有脫臭作用。而二氧化硫漂白,既不環保又對人體有危害,應加以改進。

利用活性炭脫色時,糖液的pH值至關重要。偏酸性時易引起糖的轉化,但脫色效果好,因此控制pH=7為佳。糖液稀有利脫色,但使以后的蒸發負荷加大,一般控制濃度在50%左右。溫度70-80℃。一個應引起注意的問題是活性炭在脫色過程會使PH值下降,也就是說會使轉化糖增加,因此應隨時檢測糖液的pH值。

從20世紀50~60年代開始,美洲國家紛紛采用顆?;钚蕴窟B續脫色,使大規模、連續化脫色成為可能,經脫色失效的活性炭還可再生回用。脫色裝置除了常規的吸附塔外,日本于1963年還創建了一種脈沖吸附塔,稱為國產號裝置(設在原新日本制糖股份公司的扇橋工廠)。糖液由脈沖塔下部進入,經與塔內的顆?;钚蕴棵}沖接觸后由塔頂排出。塔zui下部位的吸附色素負荷zui重的活性炭每日定時排出,同時新炭(或經再生的炭)與排出炭等量從塔頂加入?;钚蕴康姆懦龊吞钸M在幾分鐘內完成作業。卸出的廢炭經洗滌后熱風干燥到水分達45%送入再生爐再生。

二、葡萄糖

目前,全世界用于葡萄糖脫色的活性炭達到數萬噸,活性炭是葡萄糖工業發展過程中不可或缺的材料?;钚蕴吭谄咸烟且好撋珒艋^程中起著關鍵的作用,主要是去除高分子和低分子色素,這些顏色一部分是由原料中來,一部分是制造過程所形成的。

玉米淀粉采用鹽酸或酶的水解轉化成單糖,這就是所謂的酸法或酶法。酸法的糖液的顏色要比酶法的深,用炭量要多些。用活性炭處理,除了脫色外,還要減少蛋白質、戊羥甲基糖醛(5-hydroxy methyl fur-fural,HMF)、發泡物質和鐵質等,其中HMF如不有效地除去,則成品葡萄糖在儲存過程或遠洋運輸過程中會發黃。因此,HMF被認為是一種潛伏色素,要除去HMF這種低分子物質。HMF,屬于低分子物質,應采用微孔發達的活性炭;而色素,其分子均較大,因此要使用大孔或過渡孔發達的活性炭。

化學法,比如磷酸法或氯化鋅法,制備得到的活性炭,含有豐富的過渡孔,適用于色素的脫除。所以,在脫色工藝中,化學法制備的活性炭具有良好的應用效果。但是該類炭對于像HMF這種小分子物質的吸附能力較差。實踐證明,采用高溫水蒸氣活化的所謂物理法活性炭,含有大量的微孔,對HMF有較高的親和力。

三、乳酸

乳酸的學名為α-羥基丙酸,是一種重要的有機酸,廣泛應用于食品、醫藥、日化、生物降解材料等領域。發酵法是工業上生產乳酸的主要方法,在酸性條件下菌類的作用會停止,故加入碳酸鈣或氫氧化鈣來中和所生成的乳酸,反應實際上生成的是乳酸鈣。當發酵完成后,加熱至90℃使溶液中的?類沉淀出來,并過濾分離。

乳酸鈣可轉化成其他乳酸鹽或乳酸,也可用多種方法凈化,活性炭就是其中的一種。將乳酸鈣經過濾除去朊類后加入活性炭脫色,然后過濾分離活性炭,調節溶液呈弱酸性,使用活性炭再次處理。經處理后的溶液濃度縮至15°Bé并冷卻使乳酸鈣結晶出來。之后將結品溶于65℃水中,用活性炭處理。

生產乳酸鈉時,由于乳酸銨溶液中所含的雜質(如鈣鹽和硫酸鹽等)不利于其結晶,所以可以利用活性炭去除雜質,過濾,之后濃縮到60%~75%結晶析出,通過過濾去除,之后稀釋到50%。

乳酸產品是由乳酸鈣同硫酸作用產生,反應生成的硫酸鈣經過濾除去,所得乳酸在加熱條件下用活性炭脫色除雜,然后再經離子交換樹脂吸附交換以除去一些金屬離子。此外,還存在一些不溶于乙醚的雜質,可能是殘留未發酵完全的糖類或中間產物,可通過分子蒸餾或膜分離去除而凈化之。

四、檸檬酸

檸檬酸是重要的有機酸,易溶于水,在食品行業、化妝行業等領域具有重要的用途。檸檬酸的生產分為發酵和提取兩部分。在生產工藝中,活性炭的作用是除去膠質、蛋白質和脫色。檸檬酸液中的色素有羅維邦紅色素和黃色素,活性炭對紅色素有較好的去除效果,而對黃色素卻很難去除。因此,當使用市售普通活性炭時,經脫色處理后的檸檬酸往往殘留黃色素而影響結晶色品。近年國內研究成功能易于去除黃色素的專用活性炭。但當將檸檬酸制成檸檬酸鈉時,則應選用另外的專用活性炭處理。

五、味精

味精,學名谷氨酸鈉,問世將近百年。20世紀20年代,吳蘊初先生在上海首創天廚味精廠,是我國制造味精的先驅者。起初,因味精價格貴,使用量不大,產量較小。隨著人們生活水平的提高,味精工業迎來了發展期。20世紀80年代,我國味精工業快速發展,并逐漸成為食品行業中一個重要的分支。

味精脫色工藝是味精生產過程中一個重要的環節,采用活性炭脫色是常用的脫色方法。以麩筋為原料,經水解得到谷氨酸,經氫氧化鈉中和并經活性炭脫色除雜,zui后獲得白色谷氨酸鈉結晶。味精料液的濃度、含量、溫度、酸堿度以及脫色時間都影響活性炭的脫色效果,實踐表明,同一品質的活性炭對不同料液其脫色凈化效果也不同?;钚蕴吭谖竭^程中,可以采取單次吸附法也可以采取多次吸附法。單次吸附法按照設定的投發量一次性投料,這種方法簡單,但是需求料液質量好且穩定,適用于使用變晶工藝生產的麩酸。多次吸附法是將設定的投炭量分為兩次或三次投料,第 一次投料zui佳時間是料液PH值為5.9~6.0,投入50%的活性炭進行脫色,之后根據麩酸的特性再將剩余活性炭投入。多次吸附法不僅有助于避免活性炭的浪費,還能夠提高脫色、過濾的效果。

從20世紀70年代后期開始,國內出現用顆?;钚蕴垦b填吸附塔進行連續股色精制,所用的是杏核為原料采用高溫水蒸氣活化的無定形顆粒。首先在廣州味精廠運轉,由于效果明顯,此后逐步得到推廣應用。也有將粉炭和顆?;钚蕴拷M合使用,先用粉炭脫色,再經顆粒炭精制。

六、食用油脂

油脂的主要成分是脂肪酸甘油酯,也含有少量的游離脂肪酸和其他雜質。雜質的種類和數量受油脂原料影響,因此油脂的精制方法就各不相同。雜質是動植物在生命過程中新陳代謝的產物,對其生命活動具有重要意義,尤其是抗氧性雜質,能夠防止油脂氧化酸敗。油脂精制,除去有害成分、保留有益成分,通常精制方法有三個步驟,即中和、脫色、除臭。中和一般是使用氫氧化鈉去除游離脂肪酸,亦有除去蛋白質和膠狀物的功能,并使雜色降低。要使油品成為淡色,則要做進一步的處理。處理方法可通過化學劑的作用,但普通使用的是利用吸附劑?;钚园淄梁突钚蕴康榷际怯椭I不可缺少的吸附劑。白土主要起脫色作用,活性炭主要是脫臭、除氣味和脫色。

對活性炭類型的選擇也很重要,不同活化方法所制得的活性炭產品其性能迥異、適應不同油品的脫色,使用前先進行試驗為好?;钚蕴康膒H值應控制在5~8之間,堿性太大或酸性太大可使油品發生不良變化。

1.椰子油

椰子油呈現的雜色和存在的雜質,使用活性炭可發揮良好的精制作用,無需與其他材料混合使用。對于一般的椰子油,活性炭的添加量小于1%就可以獲得良好的精制效果;但是對于品質不好的粗油,則需要增加活性炭的添加量,活性炭種類的選擇至關重要,不同活性炭品種對于脫色、去雜質的效果影響顯著。

2.棉籽油

棉籽油成分復雜,含有棉酚、多種糖類、樹脂、葉黃素、葉綠素等,所以需要聯合使用白土和活性炭從而達到滿意的處理效果?;钚蕴颗c白土的比例一般為1:(4~5),根據油品的質量而定。白土可以除去黃色素,活性炭去除紅色和綠色,兩者優勢互補?;钚蕴窟€可消除因使用白土帶來的泥土味,并且也可除去很微量的物質,諸如皂素、磷脂、膠質等,在棉籽油處理過程中,不宜使用酸性白土,因它易于分解油類,并具有促進氧化的作用。

3.花生油

一般的花生油,品質相對較好,只需要活性炭脫色即可達到效果。如果是暗深色的花生油,則需要聯合使用白土和活性炭來達到良好效果。

4. 大豆油

大豆油既可供食用,也可用在油漆上。當供作食用時,除了使用活性炭與白土較高比值的吸附劑外,其他與處理棉籽油的方法相似,特別是當油品的綠色很深時就更當如此?;钚蕴靠扇コ善酚椭心墚a生不良氣味的物質。

5.橄欖油

橄欖油由于其壓榨工藝和提取工藝的不同,品質也不同。優 質的橄欖油特別是從第 一次壓榨得到的橄欖油是不需要脫色的。質次的橄欖油可用白土和活性炭混合處理。而用二硫化碳提取法制得橄欖油往往帶有深綠色,可用白土和活性炭混合吸附劑處理改善,使其成為金黃色產品。

6.玉米油

玉米油可用白土和活性炭混合物處理,但活性炭占的比例需比其他的油少些。有人認為應在部分真空及80℃或更低些的溫度下處理。

7. 酒類

活性炭處理酒的功能,主要是去除雜色(指白酒)、不良雜質和促使陳化(酯化)。木炭或骨炭用于酒處理在歐洲已有很久的歷史,現今均已被活性炭所取代。在應用過程中,活性炭要先制成稀漿狀,緩慢地加入和混合,避免大量的空氣進入?;钚蕴康募尤肓扛鶕煌木祁惗紤袊栏竦目刂?,否則會使酒中天然的香味消失,失去了某些酒獨有的特色。某種酒應該加入多少活性炭要經過試驗確定,并應嚴格選擇炭種。

制造啤酒時,在加入酒花前,用活性炭處理尚未發酵的浸汁,可以降低其中蛋白質的含量,并能改良其保持泡沫的性質以及熟啤酒的香味。如用活性炭處理帶苦味的浸汁則更有效。發酵后用活性炭處理,可改善啤酒特有的香味和發泡起沫的性質,也可加速啤酒的陳化。

隨著技術的發展,在酒類處理中,已經形成了專用活性炭品種,如酒精處理專用活性炭、濃香型曲酒處理專用活性炭、清香型酒類處理專用活性炭、瓜渣酒處理專用活性炭等。專用活性炭品種的開發和應用不僅豐富了活性炭產品線,也有助于提高其應用性能。

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