浅谈离子交换树脂在精制糖行业中的应用

潘小铭

摘 要：利用离子交换树脂纯化和分离的方法，在精制糖行业中的应用已经有了几十年的工作经验，按照已有的开发技术，采用离子交换树脂的方法进行糖浆的转换，使用离子和碳，减少灰分和颜色，生产出的糖的溶液质量稳定。通过蛋白质、交换过程中去除灰分等过程，不必加入二氧化硫也能够达到增加糖浆色泽，保持长期稳定的目的。使用离子交换树脂，经历脱钙、除盐、脱色、色谱分离的过程，最终在精制糖的生产应用上发挥作用。

关键词：离子交换树脂；精制糖；除盐脱色

随着科学技术的发展，当前糖的生产技术已经较为成熟，包括酶法液化、糖化等，达到葡萄糖的异构化转化，采用无机分子筛以及功能性离子交换树脂的方法，将高葡萄糖分离出来。采用固定化酶的方法应用在制糖工业上。

1、离子交换树脂工作原理

离子交换树脂的性能主要有物理性能和吸附性能两方面衡量。物理性能包括外形、粒度、顏色、密度、颗粒溶胀度、机械强度和热稳定性等，吸附性能包括全交换容量。在不同介质、PH值下的容量，吸附平衡速度以及解吸性能。外形离子交换树脂的外形多为球形，在聚合时直接成型，球形率可达90%以上。球形树脂的填充状态好，耐磨性也比其他形状好。

粒度是树脂在水中充分膨胀后的颗粒直径。水处理中，常用的树脂颗粒为0.3～1.2mm。树脂颗粒的大小和均匀程度相对离子交换水处理工艺有较大的影响[1]。

树脂有透明和不透明的，颜色有多种，如乳白、浅黄、深黄甚至深褐色。凝胶型树脂多呈透明或半透明，大孔型树脂呈不透明状态。树脂颜色并不能反映树脂的性能，即使同一型号不同批次的树脂产品在颜色上也可能也有差别，但若在使用过程树脂发生变化，则往往是由于树脂受到污染，应引起注意。密度树脂密度可分为干态密度和湿态密度。由于水处理中树脂均在湿态下使用，所以湿态密度更具有实际意义。树脂的惰性骨架通常是疏水性的，而树脂内的交换基团具有相当的化学活性，离子交换树脂是亲水性的。

糖的生产过程中，原料的成分很复杂，杂质中有无机盐、脂肪、有色物质等，对于糖浆的质量有着影响，要去除杂质，就要利用离子交换树脂的吸附作用。经过树脂吸附脱色，糖转化为液，去除了几乎全部的灰色和有机酸等。形成了精致化的糖浆。工艺流程是阳-阴两床两套并联使用，或者阳阴阳阴四床串联使用等。经过树脂吸附的糖化液，降温达到40摄氏度的视乎，采用串联使用的方法驱动离子交换树脂床，充分发挥其交换能力。

2、制糖工业对离子交换树脂的要求

树脂必须是无毒残留物，按照食品生产要求特殊进行处理，具有较高的交换容量，能够很好地进行无机盐的交换，对大的有机分子有交换和吸附能力，交换速度较快，能够缩短交换的周期，提高设备的利用率[2]。

阴离子交换柱以NaOH水溶液为流动相，糖在阴离子交换树脂上洗脱顺序为多元醇、单糖和低聚糖，但改变流动相组成或改变柱温可以改变保留顺序。

阳离子交换柱阳离子交换树脂柱以4%～l0%交联磺化的聚苯乙烯一二乙烯基苯（PS/ DVB）共聚物为基质，树脂通常吸附Ca，Pb，Ag，Na ，H， 等金属离子为金属抗衡离子，以蒸馏水作流动相，在80-90℃温度下来分离糖。钙型阳离子交换树脂柱，以纯水水溶液为流动相可分离蔗糖，果糖，葡萄糖，等或以含EDTA.Ca水溶液作流动相可分离单糖、双糖。氢型阳离子交换树脂柱应用也很多，以0.04 mol/L H3PO4水溶液或pH为2.5硫酸水溶液为流动相可分离乳糖、葡萄糖和果糖等，以H3PO4水溶液为流动相分离一些糖和有机酸。

3、离子交换树脂的使用注意事项

3.1离子交换树脂含有一定水份，不宜露天存放，储运过程中应保持湿润，以免风干脱水，使树脂破碎，如贮存过程中树脂脱水了，应先用浓食盐水（10%）浸泡，再逐渐稀释，不得直接放入水中，以免树脂急剧膨胀而破碎。

3.2冬季储运使用中，应保持在5-40℃的温度环境中，避免过冷或过热，影响质量，若冬季没有保温设备时，可将树脂贮存在食盐水中，食盐水浓度可根据气温而定。

离子交换树脂的工业产品中，常含有少量低聚合物和未参加反应的单体，还含有铁、铅、铜等无机杂质，当树脂与水、酸、碱或其它溶液接触时，上述物质就会转入溶液中，影响出水质量，因此，新树脂在使用前必须进行预处理，一般先用水使树脂充分膨胀，然后，对其中的无机杂质（主要是铁的化合物）可用4-5%的稀盐酸除去，有机杂质可用2-4%稀氢氧化钠溶液除去，洗到近中性即可。如在医药制备中使用，须用乙醇浸泡处理。

3.3树脂在使用中，防止与金属（如铁、铜等）油污、有机分子微生物、强氧化剂等接触，免使离子交换能力降低，甚至失去功能，因此，须根据情况对树脂进行不定期的活化处理，活化方法可根据污染情况和条件而定，一般阳树脂在软化中易受Fe的污染可用盐酸浸泡，然后逐步稀释，阴树脂易受有机物污染，可用10%NaC1+2-5%NaOH混合溶液浸泡或淋洗，必要时可用1%双氧水溶液泡数分钟，其它，也可采用酸碱交替处理法，漂白处理法，酒精处理及各种灭菌法等等[3]。

3.4新树脂的预处理：离子交换树脂的工业产品中，常含有少量低聚物和未参加反应的单体，还含有铁、铅、铜等无机杂质。当树脂与水、酸、碱或其它溶液接触时，上述物质就会转入溶液中，影响出水质量。因此，新树脂在使用前必须进行预处理。一般先用水使树脂膨胀，然后，对其中的无机杂质（主要是铁的化合物）可用4-5%的稀盐酸除去，有机杂质可用2-4%稀氢氧化钠溶液除去洗到近中性即可。

结语：

利用离子交换树脂的方法，对糖进行纯化和分离，从糖化的过程中得到含有灰分的糖浆、有机酸、有色体，这些杂质的产生，影响的糖的品质，因此，在进行糖的异构化深加工的时候，要对离子交换树脂的方法进行改良，例如用碳和离子交换的方法减少颜色和灰分，生产质量稳定的精制糖。

参考文献：

[1]张一帆，王志伟，安莹， 等.离子交换树脂吸附铵性能研究[J].环境工程，2014，（1）：55-59.

[2]胡瑞云，沈石妍，李艳芳， 等.离子交换树脂再生方法的优化[J].中国糖料，2017，（5）：20-22，29.

[3]龚殿婷，张宏军.离子交换树脂吸附法提纯硼酸[J].硅酸盐通报，2013，（1）：166-171.