活性炭吸附改善低品質(zhì)深色楓糖漿

　　楓糖漿主要是通過(guò)在早春季節(jié)從楓糖樹(shù)收集的楓樹(shù)汁熱蒸發(fā)而產(chǎn)生的。楓糖漿主要通過(guò)測(cè)量其在560 nm處的透光率來(lái)根據(jù)顏色進(jìn)行分類，可以根據(jù)其吸收可見(jiàn)光的能力高精度地分辨糖漿的質(zhì)量。楓糖漿可以分為超亮，淺色，中等，琥珀色和深色。色澤通常與楓糖漿的味道和口感掛鉤。此外，每年還生產(chǎn)大量沒(méi)有分類的楓糖漿。為了獲得清澈的，具有好口感甜味的高質(zhì)量楓糖漿。我們使用食品級(jí)專用的活性炭吸附劑來(lái)改善楓糖漿。

　　活性炭在糖類產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用

　　活性炭擁有良好的吸附性能。在食品加工中活性炭很早就被用于制糖業(yè)，以提高制白糖業(yè)的工藝效率和產(chǎn)品質(zhì)量。如今，活性炭已用于多種工業(yè)應(yīng)用中，包括氣體和空氣清潔，不同材料和物質(zhì)的純化和回收，環(huán)境保護(hù)以及從化學(xué)反應(yīng)中除去碳?xì)浠�合物和溶劑。此外，活性炭也越�?lái)越多地用于水的處理中，包括飲用水，地下水和廢水。它的主要作用是吸收溶解的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜質(zhì)，并消除所有影響處理后材料的氣味，味道和顏色的物質(zhì)。在脫色方面，活性炭被廣泛用于液體變色，這在食品工業(yè)，包括楓糖漿工業(yè)中特別重要。

　　活性炭如何改善低品質(zhì)深色楓糖漿

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試活性炭使黑楓糖漿變色的機(jī)制，使用食品級(jí)活性炭作為吸附材料，以改善深色楓糖漿的顏色和氣味/味道，從而生產(chǎn)與淡糖漿或琥珀色糖漿。圖1說(shuō)明了該測(cè)試中使用的變色過(guò)程。為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，我們使用了不同量的活性炭(0.01、0.03和0.05 g)，并引入10 mL楓糖漿樣品中，以得到0.1、0.3和0.5g/100 mL的最終濃度。然后，將混合物放入恒溫池中，以便通過(guò)使用電動(dòng)攪拌裝置來(lái)調(diào)節(jié)工作溫度和攪拌速度。攪拌(混合)時(shí)間設(shè)置為20、40和60分鐘。在混合時(shí)間結(jié)束時(shí)，首先通過(guò)使用簡(jiǎn)單的紙過(guò)濾器過(guò)濾混合物，以去除使用過(guò)的活性炭的大顆粒。通過(guò)使用兩個(gè)分別具有45和20μm的篩孔尺寸的注射器過(guò)濾器進(jìn)行第二次過(guò)濾。

　　圖1：用于深色楓糖漿變色的實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。

　　用于糖漿脫色活性炭的特性

　　活性炭是惰性碳質(zhì)材料。它們中的一些具有高度發(fā)達(dá)的固有孔隙率，這使其具有良好的吸附性能，從而有助于將深色楓糖漿中存在的有色顏料固定在其表面上。該特征是由于這些碳中存在微孔。這些微孔的數(shù)量和分布會(huì)顯著影響這些材料的吸附能力�？紫度�(圖2)所示。活性炭具有晶體結(jié)構(gòu)和特定位點(diǎn)，有利于良好的吸附性能。另外，每個(gè)微晶體包括具有高孔隙度的幾個(gè)晶體層的堆疊。

　　圖2：用于楓糖漿脫色的活性炭表面的掃描電子顯微照片。

　　活性炭對(duì)楓糖漿脫色的影響

　　楓糖漿透光率隨混合時(shí)間和添加的活性炭濃度的變化。楓糖漿的透光率隨活性炭混合時(shí)間(20、40和60分鐘)的變化(活性炭類型不同)而變化如圖3所示。獲得的結(jié)果表明，活性炭通過(guò)使用40分鐘的處理時(shí)間，吸附動(dòng)力學(xué)達(dá)到了最大值。在這種情況下，獲得的最大透光率為83.70±0.21%。此后，吸附達(dá)到飽和。但是，在固定使用濃度的活性炭下，混合時(shí)間的影響在20分鐘的處理中最低。混合40至60分鐘之間未觀察到明顯差異。

　　圖3：活性炭在固定混合時(shí)間下的楓糖漿透光率隨活性炭濃度的變化。

　　溫度，活性炭顆粒大小和混合速度的影響，從暗楓糖漿顏色的吸附溫度(40，60，和80°C)通過(guò)使用活性炭的效果示于圖4。溫度的升高導(dǎo)致最終楓糖漿的透光率顯著提高(p<0.001)。溫度的這種升高通過(guò)增加分子的平均速度而引起了吸附反應(yīng)的增加。結(jié)果，有色顏料的分子獲得了足夠的動(dòng)能以與活性炭的吸附表面產(chǎn)生有效的碰撞。粒徑的影響也很明顯(p<0.001)，圖4a–c顯示，透光率的增加會(huì)根據(jù)所用活性炭類型的顆粒而變化。通過(guò)使用25μm的粒徑，最高的透光率達(dá)到了78.37±0.15%的平均值。對(duì)于相同類型的活性炭，使用50和75μm的粒徑分別產(chǎn)生67.48±0.10和62±0.35%的平均透光率。因此，似乎吸附現(xiàn)象通過(guò)增加活性炭的比表面積而增加，其對(duì)應(yīng)于最低粒度。

　　圖4：在固定工作溫度和活性炭粒徑下，透光率與混合速度的關(guān)系：(a)25μm，(b)50μm，(c)75μm。

　　我們使用了活性炭來(lái)改善深色楓糖漿的顏色。深色楓糖漿中著色顏料的吸附導(dǎo)致了深色的高度消除，并且該工藝產(chǎn)生了透光率為83.70±0.2%的糖漿。根據(jù)楓糖漿的分類，該糖漿可以分類為特級(jí)清澈。在以下操作條件下獲得此結(jié)果：活性炭以40%的混合時(shí)間以0.3%的濃度使用。優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件表明，在80°C的工作溫度和200 rpm的混合速度下，25μm的粒徑有利于活性炭表面上著色顏料的吸附。證明活性炭可以很好的處理低品質(zhì)的楓糖漿從而改善色澤和口感。

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