环境友好型絮凝剂代替碱性醋酸铅在糖料甘蔗试验中的应用研究

李焘 谢丽萍 闫飞燕 韦宇宁 宁德娇 肖艳妮 唐莉

摘 要：以环境友好型絮凝剂代替碱性铅粉进行糖料甘蔗试验分析，为减少糖料甘蔗品质分析中碱性铅粉的使用提供参考。结果表明，13种絮凝剂中，以乙酸锌和氢氧化钙的过滤效果相对较好；复合型絮凝剂（乙酸锌+氢氧化钙）中乙酸锌和氢氧化钙加入量与蔗汁比例分别为0.5%和0.4%时，可代替碱性铅粉满足糖料甘蔗试验要求，加入混合絮凝剂后有利于沉降速度的提高 ，减少蔗汁在沉降池中的停留时间，甘蔗品质参数蔗汁糖度、蔗糖分检测结果与碱性铅粉处理结果误差为：蔗汁糖度0.001～0.008（允许误差0.01），蔗汁蔗糖分0.001～0.006（允许误差0.02），满足国家标准GB/T 10499—2014《糖料甘蔗试验》要求。

关键词：糖度；蔗糖分；絮凝剂；糖料甘蔗

中图分类号：S566.109.9                           文献标志码：A 文章编号：2095-820X（2023）03-0005-05

0 引言

糖料甘蔗是我国主要生产食用糖的作物，产糖量占全国食糖的90%［1］，广西作为全国最大的甘蔗生产区域，甘蔗产量居全国之首，维持在全国总产量的60%以上［2，3］。目前，甘蔗产业已成为广西区域经济发展的重要支柱和农民增收的主要来源，广西蔗糖产业已发展成为千亿元产业［4，5］。糖料甘蔗评价指标主要以甘蔗糖度和蔗糖分为主，指标分析一般参照国家标准GB/T 10499—2014《糖料甘蔗试验》（以下简称“国标”）。在糖料甘蔗试验中，甘蔗蔗汁自身色泽、澄清度会影响甘蔗糖度和蔗糖分的分析结果，为保证蔗汁糖分结果准确，目前国标使用碱性醋酸铅粉末（以下简称“碱性铅粉”）作为检测蔗汁糖度、蔗糖分时的蔗汁絮凝沉淀剂。碱性铅粉与蔗汁（主要成分为蔗糖、果糖、葡萄糖、有机酸、氨基酸、蛋白质、黏液质、鞣质、酸性物质、胶体物质）形成有机胶体吸附［6，7］，团聚下沉，起到澄清作用。但重金属铅是一种稳定不可降解的污染物，在环境中可长期积累，对人体也有一定毒害作用［8，9］，且作为实验室废弃物，处理要求高、成本开支大，对环境污染严重。目前广西有80多家制糖企业，均涉及甘蔗品质分析，该过程需使用大量碱性铅粉，不仅增加实验室废弃物处理成本，加大保护环境压力，同时对检测操作人员的身体产生不可逆危害。因此，寻找高效、无毒、环境友好型的絮凝剂代替碱性铅粉进行蔗汁品质分析，不仅对检测人员身体健康有益，还可减少环境污染、降低处理成本，有着显著的社会、生态和经济意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

前期筛选试验采用的甘蔗品种为桂糖42；后期对比试验采用的甘蔗品种包括桂糖29（1）、桂糖44（2）、桂糖57（3）、桂糖49（4）、桂糖55（5）、桂糖58（6）、桂糖60（7）和柳城05-136（8），括号中为其对应编号。

絮凝剂共13种，包含乙酸钙、乙酸锌、氧化钙、氢氧化钙、碳酸氢钠、氧化镁、二氧化硅、活性炭、高岭土、硫酸铜、碳酸钠、草酸和碳酸钙。

1.2 试验方法

1.2.1 絮凝剂初筛试验

采集糖料甘蔗样品，按照国标方法榨取蔗汁，试验过程中仅在加入碱性铅粉步骤用絮凝剂代替。取蔗汁样液，每份300 mL，置于洁净的锥形瓶内，各取3 g絮凝剂分别加入不同锥形瓶内对甘蔗汁进行沉淀过滤试验。以絮凝时间和过滤效果为基准进行筛选。

1.2.2 絮凝剂二次筛选试验

以初筛结果为基础，对筛选出的絮凝剂或组合进行二次筛选，对比其絮凝时间和过滤速度。

1.2.3 絮凝剂用量比例试验

以澄清过滤300 mL甘蔗汁的过滤效果、时间为目标，以碱性铅粉过滤滤液的检测结果为对照，设不同比例絮凝剂组合，探索絮凝剂适宜用量。

1.3 测定指标及方法

参照国标方法计算蔗汁糖度和蔗糖分，数值以%表示，计算结果保留小数点后2位。糖度精密度：在重复性条件下获得的2次独立测定结果绝对差值不超过算术平均值的1%。蔗糖分精密度：在重复性条件下获得的2次独立测定结果绝对差值不超过算术平均值的2%。

1.4 统计分析

采用Excel 2019进行试验数据的整理和制表。

2 結果与分析

2.1 絮凝剂初筛结果

试验初筛结果发现，13种絮凝剂中，以乙酸锌和氢氧化钙的过滤效果相对较好，絮凝时间较短，滤液颜色为青绿色或褐色，滤液澄清；其他絮凝剂的效果相对较差（表1）。因此，选取乙酸锌和氢氧化钙进行二次筛选试验。

2.2 絮凝剂二次筛选结果

以初筛结果为基础，结合乙酸锌和氢氧化钙与碱性铅粉有相似的化学性质，以乙酸锌+氢氧化钙混合絮凝剂、乙酸锌、氢氧化钙、碱性乙酸铅为试验对象进行沉淀过滤试验，比较其过滤效果。以絮凝沉淀300 mL蔗汁样品为目标，混合沉淀剂中每种成分各1.5 g，乙酸锌、氢氧化钙、碱性铅粉各3.0 g，过滤结果如表2所示。从絮凝时间和10 min过滤体积对比其过滤速度，各处理表现为：碱性铅粉>乙酸锌+氢氧化钙>乙酸锌>氢氧化钙。结果表明，乙酸锌和氢氧化钙混合物的过滤效果优于二者单独使用。

2.3 乙酸锌与氢氧化钙混合比例筛选结果

2.3.1 乙酸锌用量筛选

以3.0 g碱性铅粉为对照（记为处理0），固定氢氧化钙含量为1.5 g，分别与0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g乙酸锌组成不同絮凝剂组合（记为处理1～5）进行试验，以计算乙酸锌的适宜使用量，结果如表3所示。从表3可知，在不同样品中，澄清过滤300 mL蔗汁，乙酸锌使用量在1.5 g及以上时，蔗汁蔗糖分、蔗汁糖度的检测结果与碱性铅粉的结果误差均在国标要求误差范围内（蔗汁糖度相对误差0.01、蔗汁蔗糖分相对误差0.02，下同），符合国标检测精密度要求。从保证检测结果的准确性及最小环境影响、低成本角度考虑，1.5 g乙酸锌即满足检测结果要求，因此乙酸锌的适宜使用固液比为0.5%。

2.3.2 氢氧化钙用量筛选

由于氢氧化钙能使溶液颜色加深，设氢氧化钙用量分别为0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、2.0 g与1.5 g乙酸锌组成不同絮凝剂组合（记为处理1～5），以3.0 g碱性铅粉为对照（记为处理0），以计算氢氧化钙的适宜使用量，结果如表4所示。当氢氧化钙用量为1.25 g时，3个甘蔗样品的蔗汁糖度、蔗糖分检测结果与碱性铅粉的结果误差在国标要求误差范围内，其余组的结果误差在不同样品中部分超出标准精确度要求。从保证检测结果的准确性及最小环境影响、低成本角度考虑，1.25 g氢氧化钙即满足检测结果要求，因此氢氧化钙在混合絮凝剂中的适宜使用固液比约为0.4%。

2.4 乙酸锌+氢氧化钙组合与碱性铅粉结果对比

2.4.1 组合絮凝剂与碱性铅粉过滤时间对比

各选取3份不同糖料甘蔗样品，分别使用碱性铅粉与混合絮凝剂进行过滤，并按国标步骤进行过滤时间对比试验，分别记录过滤50、100和150 mL滤液所用时间。由表5可知，乙酸锌+氢氧化钙处理提高了甘蔗汁的过滤速度，过滤等量滤液所用时间明显减少，降低了糖料甘蔗品质分析时间，提高了分析效率。

2.4.2 组合絮凝剂与碱性铅粉蔗汁糖度、蔗糖分测定精密度对比

选取8份不同糖料甘蔗样品，分别使用碱性铅粉和混合絮凝剂进行过滤，并按国标步骤进行试验，计算蔗汁糖度、蔗糖分及相关检测精密度，结果如表6所示。絮凝剂处理8个样品（1B～8B）2次平行结果蔗汁糖度误差分别为：-0.001、0.000、0.000、0.000、0.000、0.000、0.000和0.000；蔗汁蔗糖分误差分别为：-0.002、0.000、-0.001、0.000、0.000、0.000、0.004和0.001；蔗汁糖度和蔗糖分误差均小于允许误差0.01，符合标准规定精密度要求。

使用混合絮凝剂与国标检测方法分别测定蔗汁糖度的相对误差为：0.007、0.001、0.007、0.007、0.007、0.003、0.002和0.008，均小于允许误差0.01，符合标准精密度要求；测定蔗汁蔗糖分相对误差分别为：0.004、0.006、0.006、0.006、0.005、0.001、0.004和0.005，均小于允许误差0.02，符合标准精密度要求。

3 讨论与结论

甘蔗汁的主要成分为水、糖分（蔗糖、果糖、葡萄糖）、非糖分（胶体物质、无机物、有机酸、氨基酸、蛋白质、黏液质、鞣质、酸性物质等）等，试验分析中需保留蔗汁中糖分物质，而絮凝沉淀去除各种非糖分及夹杂物。本研究加入乙酸锌和氢氧化钙能有效絮凝沉淀蔗汁中的非糖分物质，可能是蔗汁中带负电荷的胶体颗粒、氨基酸、蛋白质与带正电荷的钙离子、锌离子在氢氧根离子存在环境下发生桥连作用，促进了非糖分胶体的絮凝，乙酸根离子也能与非糖分有机物发生吸附作用，促进絮凝加速。

本研究结果表明，组合絮凝剂乙酸锌0.5%+氢氧化钙0.4%，能满足国标的试验要求，确保结果的准确性、有效性，且在沉降速度、澄清效果、环保效益等方面均优于碱性铅粉，降低了有害重金属铅的使用，也极大降低了环境成本，有助于糖料甘蔗检测的绿色可持续发展。

参考文献

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［9］ Jones E A，Wright J M，Rice G，et al. Metal exposures in an inner-city neonatal population［J］. Environment International，2010，36（7）： 649-654.

（责任编辑 王 晖）