淺談離子交換樹脂在精制糖行業中的應用

潘小銘

摘 要：利用離子交換樹脂純化和分離的方法，在精制糖行業中的應用已經有了幾十年的工作經驗，按照已有的開發技術，采用離子交換樹脂的方法進行糖漿的轉換，使用離子和碳，減少灰分和顏色，生產出的糖的溶液質量穩定。通過蛋白質、交換過程中去除灰分等過程，不必加入二氧化硫也能夠達到增加糖漿色澤，保持長期穩定的目的。使用離子交換樹脂，經歷脫鈣、除鹽、脫色、色譜分離的過程，最終在精制糖的生產應用上發揮作用。

關鍵詞：離子交換樹脂；精制糖；除鹽脫色

隨著科學技術的發展，當前糖的生產技術已經較為成熟，包括酶法液化、糖化等，達到葡萄糖的異構化轉化，采用無機分子篩以及功能性離子交換樹脂的方法，將高葡萄糖分離出來。采用固定化酶的方法應用在制糖工業上。

1、離子交換樹脂工作原理

離子交換樹脂的性能主要有物理性能和吸附性能兩方面衡量。物理性能包括外形、粒度、顏色、密度、顆粒溶脹度、機械強度和熱穩定性等，吸附性能包括全交換容量。在不同介質、PH值下的容量，吸附平衡速度以及解吸性能。外形離子交換樹脂的外形多為球形，在聚合時直接成型，球形率可達90%以上。球形樹脂的填充狀態好，耐磨性也比其他形狀好。

粒度是樹脂在水中充分膨脹后的顆粒直徑。水處理中，常用的樹脂顆粒為0.3～1.2mm。樹脂顆粒的大小和均勻程度相對離子交換水處理工藝有較大的影響[1]。

樹脂有透明和不透明的，顏色有多種，如乳白、淺黃、深黃甚至深褐色。凝膠型樹脂多呈透明或半透明，大孔型樹脂呈不透明狀態。樹脂顏色并不能反映樹脂的性能，即使同一型號不同批次的樹脂產品在顏色上也可能也有差別，但若在使用過程樹脂發生變化，則往往是由于樹脂受到污染，應引起注意。密度樹脂密度可分為干態密度和濕態密度。由于水處理中樹脂均在濕態下使用，所以濕態密度更具有實際意義。樹脂的惰性骨架通常是疏水性的，而樹脂內的交換基團具有相當的化學活性，離子交換樹脂是親水性的。

糖的生產過程中，原料的成分很復雜，雜質中有無機鹽、脂肪、有色物質等，對于糖漿的質量有著影響，要去除雜質，就要利用離子交換樹脂的吸附作用。經過樹脂吸附脫色，糖轉化為液，去除了幾乎全部的灰色和有機酸等。形成了精致化的糖漿。工藝流程是陽-陰兩床兩套并聯使用，或者陽陰陽陰四床串聯使用等。經過樹脂吸附的糖化液，降溫達到40攝氏度的視乎，采用串聯使用的方法驅動離子交換樹脂床，充分發揮其交換能力。

2、制糖工業對離子交換樹脂的要求

樹脂必須是無毒殘留物，按照食品生產要求特殊進行處理，具有較高的交換容量，能夠很好地進行無機鹽的交換，對大的有機分子有交換和吸附能力，交換速度較快，能夠縮短交換的周期，提高設備的利用率[2]。

陰離子交換柱以NaOH水溶液為流動相，糖在陰離子交換樹脂上洗脫順序為多元醇、單糖和低聚糖，但改變流動相組成或改變柱溫可以改變保留順序。

陽離子交換柱陽離子交換樹脂柱以4%～l0%交聯磺化的聚苯乙烯一二乙烯基苯（PS/ DVB）共聚物為基質，樹脂通常吸附Ca，Pb，Ag，Na ，H， 等金屬離子為金屬抗衡離子，以蒸餾水作流動相，在80-90℃溫度下來分離糖。鈣型陽離子交換樹脂柱，以純水水溶液為流動相可分離蔗糖，果糖，葡萄糖，等或以含EDTA.Ca水溶液作流動相可分離單糖、雙糖。氫型陽離子交換樹脂柱應用也很多，以0.04 mol/L H3PO4水溶液或pH為2.5硫酸水溶液為流動相可分離乳糖、葡萄糖和果糖等，以H3PO4水溶液為流動相分離一些糖和有機酸。

3、離子交換樹脂的使用注意事項

3.1離子交換樹脂含有一定水份，不宜露天存放，儲運過程中應保持濕潤，以免風干脫水，使樹脂破碎，如貯存過程中樹脂脫水了，應先用濃食鹽水（10%）浸泡，再逐漸稀釋，不得直接放入水中，以免樹脂急劇膨脹而破碎。

3.2冬季儲運使用中，應保持在5-40℃的溫度環境中，避免過冷或過熱，影響質量，若冬季沒有保溫設備時，可將樹脂貯存在食鹽水中，食鹽水濃度可根據氣溫而定。

離子交換樹脂的工業產品中，常含有少量低聚合物和未參加反應的單體，還含有鐵、鉛、銅等無機雜質，當樹脂與水、酸、堿或其它溶液接觸時，上述物質就會轉入溶液中，影響出水質量，因此，新樹脂在使用前必須進行預處理，一般先用水使樹脂充分膨脹，然后，對其中的無機雜質（主要是鐵的化合物）可用4-5%的稀鹽酸除去，有機雜質可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去，洗到近中性即可。如在醫藥制備中使用，須用乙醇浸泡處理。

3.3樹脂在使用中，防止與金屬（如鐵、銅等）油污、有機分子微生物、強氧化劑等接觸，免使離子交換能力降低，甚至失去功能，因此，須根據情況對樹脂進行不定期的活化處理，活化方法可根據污染情況和條件而定，一般陽樹脂在軟化中易受Fe的污染可用鹽酸浸泡，然后逐步稀釋，陰樹脂易受有機物污染，可用10%NaC1+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗，必要時可用1%雙氧水溶液泡數分鐘，其它，也可采用酸堿交替處理法，漂白處理法，酒精處理及各種滅菌法等等[3]。

3.4新樹脂的預處理：離子交換樹脂的工業產品中，常含有少量低聚物和未參加反應的單體，還含有鐵、鉛、銅等無機雜質。當樹脂與水、酸、堿或其它溶液接觸時，上述物質就會轉入溶液中，影響出水質量。因此，新樹脂在使用前必須進行預處理。一般先用水使樹脂膨脹，然后，對其中的無機雜質（主要是鐵的化合物）可用4-5%的稀鹽酸除去，有機雜質可用2-4%稀氫氧化鈉溶液除去洗到近中性即可。

結語：

利用離子交換樹脂的方法，對糖進行純化和分離，從糖化的過程中得到含有灰分的糖漿、有機酸、有色體，這些雜質的產生，影響的糖的品質，因此，在進行糖的異構化深加工的時候，要對離子交換樹脂的方法進行改良，例如用碳和離子交換的方法減少顏色和灰分，生產質量穩定的精制糖。

參考文獻：

[1]張一帆，王志偉，安瑩， 等.離子交換樹脂吸附銨性能研究[J].環境工程，2014，（1）：55-59.

[2]胡瑞云，沈石妍，李艷芳， 等.離子交換樹脂再生方法的優化[J].中國糖料，2017，（5）：20-22，29.

[3]龔殿婷，張宏軍.離子交換樹脂吸附法提純硼酸[J].硅酸鹽通報，2013，（1）：166-171.