| 单词 | 蔗糖提取与精制 |
| 释义 | 【蔗糖提取与精制】 拼译：extraction and refinement of sucrose 蔗糖是天然产物，它主要以溶液状态积聚在植物纤维的细胞中，与其它有机和无机组份并存。蔗糖提取与精制的研究是以甘蔗和甜菜等富含蔗糖的糖料植物的汁液为研究对象，研究内容包括糖汁提取、糖液清净、蔗糖结晶等。涉及破碎、压榨、渗浸、中和反应、气体吸收、两相流、物理与化学吸附、沉降、过滤、传热、蒸发、结晶、固液分离、干燥、筛分等化工过程和单元操作。蔗糖的提取与精制的研究目的是在糖料植物的加工过程中能最有效和最大限度地提取糖份，制成纯净且颗粒均匀的蔗糖晶体群，尽量避免或减少提炼过程中的糖份损失。由于蔗糖是世界上产量最多的典型高纯度的有机结晶产品之一，故蔗糖提取与精制的研究在学术上和技术进步上对促进天然溶液的抽提、溶液提纯与分离、工业溶液结晶等化工领域的发展都具有重大的意义。 蔗糖是存在于植物中的一种天然甜味剂。中国是世界上最早从事甘蔗制糖的国家之一。早在西汉时期杨孚在《异物志》中就提到用甘蔗制“石蜜”。北魏后期贾思勰在《齐民要术》中就有蔗糖生产方法的简单叙述。在唐、宋年间，中国手工制糖业已很兴盛，北宋王灼的《糖霜谱》被认为是世界上第一部关于甘蔗制糖的专著，书中总结概括了当时的蔗糖生产方法，介绍了从甘蔗品种选择、预备处理、牛拉石辊压榨甘蔗、蔗汁的收集、浓缩，以及在陶罐中静置结晶和最终产品在阳光下晒干的“糖霜”加工全过程。明朝宋应星在18卷巨著《天工开物》的《甘嗜》中，详细叙述甘蔗制糖的生产方法，并总结了添加石灰及蛋白澄清糖液、用糖漏分离砂糖等技艺。这种作坊式的生产基本方法一直在中国民间沿用。到20世纪初期，国外工业化制糖技术才传入中国，建立了机械制糖厂，才开始了中国蔗糖现代化生产阶段。一些发达国家的机械化制糖也是近百年来才发展起来的。随着蔗糖生产的不断发展，对蔗糖提取与精制的研究也日趋深入地进行着。目前，虽然工业化的制糖生产方法已基本定型，但新的工艺技术和生产设备、自动控制装备等仍层出不穷，有关的理论研究工作已越来越广泛和深入。糖汁提取是研究甘蔗和甜菜等糖料植物中含蔗糖的溶液提取方法。甘蔗的提汁一般是采用压榨法，虽已积累了丰富的操作经验，但缺乏系统和深入的理论研究。直到20世纪20年代，诺蒂亚(Noel Deerr)才初步阐述了压缩机理，明确了压力对蔗料体积压缩的指数关系和压力与蔗汁压出量的比例关系。到了40、50年代，雨戈(E．Hugot)经过进一步研究，发现了压缩后的蔗渣有回胀重吸蔗汁的现象，指出必须通过多重压榨和加入渗浸水才能将甘蔗的糖份充分抽提出来。随后，杜兰(L．A．Tromp)、默利(C．R．Murry)等人也做了不少研究工作，并提出了一些蔗丝压缩理论的修正式。由甜菜制糖是从19世纪开始的。甜菜提汁采用渗出法，而对渗出理论的研究是在20世纪中叶才引起重视。西林(П．M．Cилин)通过系统研究，提出菜丝中蔗糖浓度梯度近似呈直线变化的假设，创立了连续式逆流渗出数学模型。奥普拉特卡(Oplatka)、葛罗文(П．B．Гoлoвин)等人对甜菜糖份渗出过程进行大量的数理分析，在甜菜渗出法提汁研究与应用的基础上，进行了甘蔗渗出法提汁的实践与理论研究。60年代初，雨戈、盖尼埃(G．V．Genie)等人曾拟出有关甘蔗渗出的数理方程。中国华南理工大学陈树功等也曾对影响甘蔗渗出的参数进行测定，深入研究了渗出机理。不少糖厂还进行了甘蔗丝连续渗出法的生产试验，并开展过甘蔗压榨和渗出综合提汁的试验研究。典型的甘蔗提汁设备为三辊式压榨机，澳大利亚的糖厂70年代开始采用喂料器(上送辊、下送辊)与传统三辊压榨机组成多辊式压榨机，并配合使用高位槽，使压榨机的生产能力和提汁效率大为提高。中国轻工总会甘蔗糖业科学研究所曾进行甘蔗高效破碎和多辊式提汁的研究，取得良好效果。近年来，中国华南理工大学还进行二辊式新型压榨机研究。糖液清净是研究将天然糖汁中的有机、无机非糖份等妨碍蔗糖结晶的杂质除去的糖液提纯理论和技术。糖汁的成份相当复杂，是一种不稳定的胶体体系。因此，糖液清净的研究涉及广泛的理论和技术领域，包括溶液理论、电离理论、胶体科学和化工过程等，给科技人员提出艰巨的研究任务和大量的研究课题。目前，糖汁的清净一般是借助化学方法、物理方法、物理化学方法或生物方法来进行的。在蔗糖生产中得到广泛应用的糖汁化学清净方法主要有以石灰为主澄清剂的石灰法、以二氧化硫和石灰为主澄清剂的亚硫酸法、以二氧化碳和石灰为主澄清剂的碳酸法等，已形成系统的制糖澄清工艺理论。随着对糖汁清净要求的不断提高，国内外的研究人员不断对传统澄清工艺进行改善，提出了中间汁法、磷酸浮清法和Talofloc法等新工艺，可以提高糖汁的清净效率。此外，还研制了不少新设备，如中国轻工总会甘蔗糖业科学研究所研制的蔗汁管道中和器、轻工总会广州设计院研制的糖汁快速沉降器、以及各国研制的不同类型连续自动过滤设备等。对于澄清剂和絮凝剂的研究也是国内外的热门课题，日本学者研制的氧化镁澄清剂，能够有效地提高精炼糖厂的澄清效果；中国华南理工大学天然溶液电磁处理研究室经过长时间的研究，成功地研制出高离子澄清剂G409，得到相当广泛的应用；还有各种糖用絮凝剂，如聚丙烯酰胺、Talodura、Taloflote等，也纷纷问世并投入使用。从20世纪40、50年代开始，人们就着手研究非化学的糖汁清净方法，提出了离子交换法、离子排斥法、电渗法、电解法、反渗透法等。中国在糖汁清净新方法及清净机理等方面做了大量的理论研究工作，取得了不同程度的进展。如蔗汁组份分析、糖汁色素的研究、蔗汁电解澄清法的研究、电渗析法的研究、磁场处理对糖汁沉降过程的作用、高频电场的澄清作用、深床过滤研究、反渗透除盐澄清研究等，有关成果已引起关注。蔗糖结晶是研究溶液中的蔗糖经相变析出晶体及其生长过程，包括蔗糖溶液的相变规律、成核机理及晶体的结构、晶体生长与强化、晶体分离等。库赫连柯(J．A．Kucharenko)等最早从事蔗糖溶解度的系统研究；奥斯特瓦尔德(W．Ostwald)等应用了超溶解度理论来说明蔗糖的结晶过程；20世纪30年代吉布斯(Gibbs)和沃尔默(M．Volmer)等建立和发展了结晶的热力学理论，用能量变化的观点研究一般的起晶过程；50年代，凯利(F．H．C．Kelly)等从相律的观点探讨结晶的相变过程和糖蜜生成的原因；波波夫(B．Д．Пoпoв)对糖膏中蔗糖结晶热力学进行专门的研究；敦宁(W．J．Dunning)和范霍克(A．VanHook)在糖液的表面张力及结晶生成速度等方面做了许多研究工作；西林对蔗糖结晶的传质过程也做过相当系统的研究；日威尔布良斯基(Ю．M．Жвир6лянcкий)对不纯糖液中蔗糖结晶动力学进行研究；20世纪60～70年代鲍尔(Power)、怀特(E．T，Mhite)和赖特(P．G．Mright)等对蔗糖的包裹现象和晶体生长分散现象进行开拓性研究；曼托凡尼(G．Wantovani)对蔗糖晶体的结构和色素在蔗糖晶体中的包裹规律也作了深入的研究；伦道夫(A．D．Randolph)则深入地探讨了乙醇等有机溶剂对过饱和糖液的成核作用等。中国的研究起步则较晚，50年代初总结的“五一”煮糖法是溶解度和起晶理论与生产实际相结合的产物；60年代陈树功等开始进行应用声场强化蔗糖结晶过程的研究，发现声波能促进低过饱和度的糖液起晶，超声波具有分散均化的作用，研究出溶剂——超声波协同起晶法；80年代，郭祀远对杂质在蔗糖晶体中的分布及蔗糖晶体质量进行深入系统的研究，提出用密度梯度柱测量蔗糖晶体的密度及蔗糖结晶中包裹体含量的新方法。此外，华南理工大学还开展了与蔗糖结晶有关的新课题研究，如速度场、磁场等对蔗糖结晶过程的影响；激光、红外光在蔗糖结晶测量中的应用；蔗糖冷却结晶和连续结晶的机理性研究等。在国际上，对连续煮糖、连续助晶、连续离心分蜜及新型干燥技术的研究也有很大发展。蔗糖提取与精制的深入研究，促进了蔗糖生产技术的不断发展，而生产上的进步又对科学研究工作提出了新的要求，也赋予蔗糖提取与精制研究新的内容。当前研究的主要发展方向是生产过程的强化及其相应的理论，它包括现有生产技术和效率的提高以及新技术的引进和应用等。主要的研究热点有：(1)高效节能提汁设备的研究；(2)新型澄清剂的研制及应用；(3)突破传统生产流程的糖汁清净新方法的研究；(4)外加物理场对蔗糖提取与精制过程影响及其应用技术的研究；(5)高效蔗糖提纯、分离和结晶等过程设备的研究；(6)提高蔗糖产品质量的研究；(7)蔗糖产品多样化的研究；(8)蔗糖生产过程的连续化与自动化研究。【参考文献】：1 Honig P．Principles of Sugar Technology．Amsterdam：Elsevier，19532 Jenkins G H．Introduction to Cane Sugar Technology．Amsterdam：Elsevier，19663 Chen C P．Cane Sugar Hand book，10th Ed，New York：John Wiley & Sons，19774 陈树功．现代制糖工艺理论．北京：轻工业出版社，19885 陈树功，郭祀远．甘蔗糖业，1990，1∶32～366 Chang L T．International Sugar Journal，1992，94(1123)∶155～1567 李琳，蔡妙颜，郭祀远．华南理工大学学报(自然科学版)，1992，20(3)∶41～488 霍汉镇，陈树功，郭祀远，等．现代制糖工业技术(第1分册)，北京：中国轻工业出版社，1992(华南理工大学博士生导师郭祀远教授、博士生导师李琳副教授撰；陈树功教授审) |
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