（制糖工程专业论文）蔗汁的ph特性与蔗糖转化机理的研究.pdf

广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成 果和相关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经 发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研 究工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：年月日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：奎抵仟导师签名：主、1 年月日 蔗汁的p h 特性与蔗糖转化影响因素的研究 摘要 中国的甘蔗制糖企业多采用亚硫酸法澄清工艺，糖液的p h 值是 亚硫酸法最重要的工艺参数之一。在糖厂的生产线上，许多地方需要 测量糖汁的p h 值，比如预加灰p h 、中和汁p h 、清汁p h 、糖浆p h 等。这些测量点糖物料p h 值的准确测量和精确控制在制糖厂生产中 起着非常重要的作用，更重要的是，蔗汁的p h 值变化还直接影响到 蔗糖转化速率和还原糖的分解速率，最终会影响到白砂糖的品质和产 量。因此系统研究蔗汁的p h 特性是十分必要的。 针对p h 对亚硫酸法生产工艺的重要性，本论文对蔗汁的p h 变 化规律研究包括各主要成分p h 的变化规律，以及对蔗汁在加热、预 加灰、硫熏等重要工艺环节处理前后p h 的变化规律进行了研究；并 在此基础上探索p h 对蔗糖转化的影响。试图为制糖生产过程的准确 控制p h 值提供参考依据，为有效地降低成品糖的灰分和色值，提高 蔗糖回收率打好基础。 本课题的主要研究内容及结果如下： 1 通过对蔗汁各主要成分酸碱性质的研究来分析蔗汁p h 特性的 本质。蔗汁的p h 性质是蔗汁各成分p h 的总的表现。要分析蔗汁的 p h 的性质，从本质上了解这种性质产生的原因，就要从构成蔗汁的 t 各成分解离出氢离子的能力进行分析，研究各个成分的p h 性质，以 及这些成分对蔗汁p h 的影响和贡献。根据蔗汁中各种成分的比例， 进行模拟糖汁的实验得到蔗汁主要成分的p h 范围：蔗糖( 6 5 “6 7 ) 、 还原糖( 6 8 6 9 ) 、淀粉( 6 5 “6 7 ) 、乳酸( 2 8 ”3 2 ) 、醋酸( 3 1 ”3 5 ) 、 草酸( 1 9 ”2 6 ) 、氯化钾( 5 8 “6 4 ) 、氯化钙( 6 5 6 7 ) 、氯化镁( 5 9 ”6 1 ) 、 氯化铁( 2 6 3 1 ) 、天冬氨酸( 3 4 “3 8 ) 、谷氨酸( 3 5 “3 9 ) 、赖氨 酸( 8 9 ”9 1 ) 、丙氨酸( 6 6 ”6 8 ) 。由此可看出，对蔗汁p h 贡献度 最高的是各种有机酸，酸性氨基酸和铁盐等。通过对各种主要成分的 解离度的分析得到以下结论：当p h 在5 ”7 变化时，蔗糖、乌头酸、 柠檬酸和醋酸，铁盐以及酸性氨基酸处于部分电离状态，具有一定的 缓冲性，能够随着p h 升高继续释放出氢离子。主要酸性物质电离范 围如下：柠檬酸二级( - - 级3 5 1 ”5 9 7 ) 、柠檬酸三级( 4 1 7 ”6 5 3 ) ， 乌头酸二级( 3 2 2 ”5 6 8 ) 、乌头酸三级( 4 5 9 “7 0 3 ) 、醋酸( 3 5 2 ”5 9 8 ) 、 草酸二级( 2 9 7 ”5 4 3 ) 、氯化铁( 3 3 4 ”5 5 0 ) ，即当这些物质处于这个 p h 范围时有缓冲作用。当碱性和中性氨基酸在p h 范围为5 到7 之间 时，是稳定的离子或分子状态，只有酸性氨基酸未解离完全，在蔗汁 中有极微弱的缓冲性。其他无机盐、草酸、乳酸、中性和碱性氨基酸 等则完全解离出氢离子或者完全不解离的状态，不具有缓冲性，对 p h 的变动无影响。如将蔗汁当作一种弱酸，实验得到蔗汁的解离度c f 为2 8 8 x 1 0 。 2 对蔗汁经过各种工艺处理后，其p h 的变化规律进行分析。通 过实验模拟糖厂生产，记录蔗汁进行各种处理后p h 的变化规律，建 立与之对应的数学模型。 ( 1 ) 蔗汁在某p h 值下的电离出氢离子能力方程： p h = - 0 0 0 2 1 d 2 + o 2 0 0 1 d + 6 0 5 0 7 ( 2 ) 加热对蔗汁p h 值特性的影响，得到蔗汁p h 一温度的回归方 程为： p h - - - - 0 0 0 21 t + 5 8 5 7 6 ( 3 ) 加入石灰乳后蔗汁p h 值的变化情况，加石灰量同p h 的关 系方程： p h = - 4 1 7 3 6 1 0 4 d 2 + o 0 9 0 7 d + 5 8 8 7 1 ( 4 ) 加入亚硫酸蔗汁p h 值的变化情况，亚硫酸p h 关系方程为： p h = - 0 0 0 0 7 d 2 + o 1 3 0 8 d + 2 2 5 5 4 ( 5 ) 加入磷酸后蔗汁p h 值的变化情况，得到磷酸一p h 关系方程： p h = - 0 0 0 1 8 d 3 + 0 0 6 6 6 d 2 0 8 1 7 4 d + 5 5 0 3 4 在p h 小于1 0 时，蔗汁具有明显的缓冲作用；加热对p h 测量的 结果有一定影响，随着温度的升高，p h 逐渐降低；加石灰乳、亚硫 酸和磷酸均会使蔗汁p h 发生较大变化，因蔗汁中含有缓冲物质的缘 故，p h 变化速率远不及这些物质加入到蒸馏水中的变化速率。 3 研究蔗糖转化的影响因素。通过试验说明影响不纯糖液中蔗糖 i i i 分解速度常数的显著因素为p h 、温度，而其他非糖分在蔗糖转化过 程中的影响作用都是不显著的。推导出特定温度下p h 变化时蔗糖转 化反应常数简化公式： k = 口旧+ 】_ 口* 1 0 一面( a 为常数) 重点研究了蔗糖在6 0 。c 、9 0 。c 时的转化规律，建立对应的指数 回归模型： v l = 2 4 7 1 0 1 4 e 之1 8 8 ， ，r 2 = 0 9 7 6 v 2 = 913 6 4 6 8 4 e - 2 3 5 2 p h ，r 2 = 0 9 9 3 此模型用以提供生产中蔗糖转化的速率，便于计算生产中蔗糖的 转化量。 关键词：亚硫酸法蔗汁p h 蔗糖分解数学模型 i v s t u d yo nt h ep hc h a ra c t e r i s t i c so fs u g a r c a n e 儿j i c ea n di n f l u e n c ef a c t o r so fs u c r o s e c o n v e r s i o n a b s t r a c t c u r r e n t l y ，s u l f i t i o np r o c e s si sw i d e l ya p p l i e di nc a n es u g a ri n d u s t r y o fc h i n a sg u a n g x i ，w h i c hh a sav e r yh i g hr e q u i r e m e n tw i t hp h i nt h e p r o d u c t i v ep r o c e s s ，p hi s d e t e c t e di nd i f f e r e n tl i n k ，i n c l u d i n gd e f e c a t e d j u i c e 、n e u t r a lj u i c e 、c l a r i f i e dj u i c e 、c l a r i f i e ds y r u p t h ed e t e c ta n d c o n t r o l o fp hi si m p o r t a n t ，e s p e c i a l l yc l a r i f i e ds t a g e ，t h es i z eo ft h ep hh a v e i n f l u e n c eo nc a l c i u m ，p h o s p h a t es u l f l t eo fc a l c i u ms a l t 、t h er e m o v a lr a t eo f s u g a r 、p i g m e n tc a r g o e sa n d s oo n a c c o r d i n gt ot h ei m p o r t a n c eo fp ht os u l f i t i o np r o c e s s ，t h i sp a p e r s t u d yo nt h ep hp r o p e r t i e so ft h em a i nc o m p o n e n t so fs u g a r c a n ej u i c e ， p r o p e r t i e so fs u l p h u rf u m i g a t e dh e m i n gp r e s t r e s s i n gg r e ye t c a f t e rt h e p hc h a n g ea n dt r a n s f o r m a t i o no f s u c r o s ep hw a ss t u d i e d ，i tw i l lp r o v i d e t h ea c c u r a t ec o n t r o lo fp u r ec r a f ta n dg u a r a n t e ef o rr e d u c i n ge f f e c t i v e l y t h ef i n i s h e dp r o d u c t ，a s ha n ds u g a r t h em a i nc o n t e n t so ft h i sp a p e ra n dt h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 1 a n a l y s i so ft h em a j o rc o m p o n e n t so fa c i dj u i c e n a t u r e t o a n a l y z et h en a t u r eo fs u g a r c a n ej u i c e ，p h ，e s s e n t i a l l yt ou n d e r s t a n dt h e c a u s e so ft h i sn a t u r e ，w em u s ta n a l y z et h ev a r i o u sc o m p o n e n t sc o n s t i t u t e t h ej u i c e n e e dt os t u d yt h en a t u r eo ft h ev a r i o u sc o m p o n e n t so ft h ep h a n dt h ec o m p o s i t i o no ft h ej u i c ep hi n f l u e n c ea n dc o n t r i b u t i o n b y v s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s ，ig o tj u i c ep hr a n g eo ft h em a i nc o m p o n e n t s ： s u c r o s e ( 6 5 6 7 ) ，s u g a r ( 6 8 6 9 ) ，s t a r c h ( 6 5 6 7 ) ，l a c t a t e ( 2 8 3 2 ) ， a c e t i ca c i d ( 3 1 3 5 ) ，o x a l i ca c i d ( 1 9 2 6 ) ，p o t a s s i u mc h l o r i d e ( 5 8 6 4 ) ，c a l c i u mc h l o r i d e ( 6 5 6 7 ) ，m a g n e s i u mc h l o r i d e ( 5 9 6 1 ) ，f e r r i c c h l o r i d e ( 2 6 3 1 ) ，a s p a r t a t e ( 3 4 3 8 ) ，g l u t a m a t e ( 3 5 3 9 ) ，l y s i n e ( 8 9 9 1 ) ，a l a n i n e ( 6 6t o6 8 ) t h e r e f o r e ，t h ec o n t r i b u t i o no f t h eh i g h e s t j u i c ep ho fv a r i o u so r g a n i ca c i d s ，a c i d i ca m i n oa c i d sa n di r o ns a l t s ， e t c b ya n a l y z i n gt h em a j o rc o m p o n e n t so ft h el i b e r a t i o nd e g r e e ，ig e tt h e f o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ：w h e nt h ep hc h a n g e si nt h e5 t o7 ，s u c r o s e ， a c o n i t i ca c i d ，c i t r i ca c i da n da c e t i ca c i d ，i r o ns a l t s ，a n da c i d i ca m i n oa c i d i si nas t a t eo fp a r t i a li o n i z a t i o n ，t h e yh a v eac e r t a i nb u f f e rc a nb e i n c r e a s e da st h ep hc o n t i n u e dt or e l e a s eh y d r o g e ni o n s t h em a i na c i d i o n i z a t i o na sf o l l o w s ：c i t r i ca c i d2 ( 23 51 5 9 7 ) ，c i t r i ca c i d3 ( 4 1 7 6 5 3 ) ，a c o n i t i ca c i d2 ( 3 2 2 5 6 8 ) ，a c o n i t i ca c i d3 ( 4 5 9 7 0 3 ) ，a c e t i c a c i d ( 3 5 2 5 9 8 ) ，o x a l i ca c i d2 ( 2 9 7 5 4 3 ) f e r r i cc h l o r i d e ( 3 3 4 5 5 0 ) ， t h a ti s ，w h e nt h e s es u b s t a n c e sa r ei nt h ep hr a n g e ，t h e r ei sab u f f e r w h e n t h ea l k a l i n ea n dn e u t r a la m i n oa c i d si nt h ep hr a n g eo f5t o7 ，w h i c hi sa s t a b l ei o no rm o l e c u l a rs t a t e d i s s o c i a t i o no fa c i d i ca m i n oa c i di sn o to n l y c o m p l e t e l y , i nt h ej u i c ei nw h i c ht h e yh a v eav e r yw e a kb u f f e r o t h e r i n o r g a n i cs a l t s ，o x a l i ca c i d ，l a c t i ca c i d ，n e u t r a la n db a s i ca m i n oa c i d sa r e c o m p l e t e l yd i s s o c i a t e dh y d r o g e ni o n s o u to fs o l u t i o n ，o rc o m p l e t e l y s e p a r a t e df r o mt h es t a t e ，d o e sn o th a v et h eb u f f e r j u i c ei saw e a ka c i d ，i t s d i s s o c i a t i o nd e g r e ea = 2 8 8 x 1 0 o nt h eb a c eo f p h = 5 5 2 o nt h eb a c eo fs u g a rm i l lp r o c e s s ，a n a l y s i st h ep ho fs u g a r c a n e j u i c e a f t e rv a r i o u sp r o c e s s i n gc o n d i t i o n s ，e s t a b l i s ht h ec o r r e s p o n d i n g m a t h e m a t i c a lm o d e l ( 1 ) t h ei o n i z i n gh y d r o g e ni o n se q u a t i o no fs u g a r c a n ej u i c eu n d e ra c e r t a i np hi s ： p h = - 0 0 0 2 1 d 2 + 0 2 0 0 1 d + 6 0 5 0 7 ( 2 ) t h er e g r e s s i o ne q u a t i o nb e t w e e np ha n dt e m p e r a t u r eo f s u g a r c a n ej u i c e l s ： p h = 一0 0 0 2 1 t + 5 8 5 7 6 ( 3 ) t h ee q u a t i o nb e t w e e np ha n dl i m ei so fs u g a r c a n ej u i c ei s ： p h = 一4 1 7 3 6x 1 0 4 d 2 4 d 2 + o 0 9 0 7 d + 5 8 8 7 1 ( 4 ) t h ee q u a t i o nb e t w e e np ha n ds u l f i t ei so fs u g a r c a n ej u i c ei s ： p h = - 0 0 0 0 7 d 2 + 0 1 3 0 8 d + 2 2 5 5 4 ( 5 ) t h ee q u a t i o nb e t w e e np ha n dp h o s p h a t ei so fs u g a r c a n ej u i c ei s ： p h = - 0 0 0 1 8 d 3 + 0 0 6 6 6 d 2 0 8 1 7 4 d + 5 5 0 3 4 t h e s u g a r c a n ej u i c eh a sas i g n i f i c a n tb u f f e r i n ge f f e c tw h e n i t sp hi s l e s st h a n10 ；t h em e a s u r e m e n to fp hh a sac e r t a i nr e l a t i o n s h i pw i t h h e a t i n g ，a st h et e m p e r a t u r ei n c r e a s e s ，p hd e c r e a s e s ；a d d i n gm i l ko fl i m e ， s u l f u r i ca c i da n dp h o s p h o r i ca c i dw i l lm a k ej u i c ep hc h a n g e dg r e a t l y ，b u t i tc o n t a i n s b u f f e rs u b s t a n c e s ，p hc h a n g er a t ei sf a rl e s st h a nt h es u b s t a n c e t ot h ec h a n g ei nt h er a t eo fd i s t i l l e dw a t e r 3 s t u d yt h ef a c t o ro f s u c r o s ec o n v e r s i o n p ha n dt e m p e r a t u r ea r e s i g n i f i c a n tf a c t o r sw h i c h h a si m p a c to nt h ed e c o m p o s i t i o nr a t eo f s u c r o s es u g a r , o t h e rn o n - s u g a ri sm i n o r e s p e c i a l l yc e r t a i nt e m p e r a t u r e t s i m p l i f i e df o r m u l a o fs u c r o s ec o n v e r s i o nr e a c t i o nc o n s t a n ti s ： k = a h + 】_ a 木1 0 一肋 f o c u s e so nt r a n s f o r m a t i o nr u l eo fs u c r o s ec o n v e r s i o na t6 0 ，9 0 l a w , e s t a b l i s ht h ec o r r e s p o n d i n gi n d e xr e g r e s s i o nm o d e l ： v v l = 2 4 7 1 0 1 4 e - 2 1 8 8 p h ，r 2 = 0 9 7 6 v 2 = 9 1 3 6 4 6 8 4 e 之3 5 2 p h ，r 2 = 0 9 9 3 i tw i l l p r o v i d es u g a rc o n v e r s i o nr a t e ，c o m p u t et h ec o n v e r s i o n c a p a c i t yo fs u g a rp r o d u c t i o n k e y w o r d ： s u l f i f i o n p r o c e s s ；s u g a r c a n ej u l c e ；p h ；s u c r o s e d e c o m p o s i t i o n ；m a t h e m a t i c a lm o d e l 目录 摘要i a b s t r a c t v 第一章绪论。l 1 1 课题的背景1 1 2p h 简介1 1 2 1p h 的定义1 1 2 2p h 检测电极2 1 2 3p h 值的测量方法。4 1 3p h 值测定在制糖工业的重要性4 1 3 1 预加灰s d p h 的关系5 1 3 2 硫熏中和和p h 的关系6 1 3 3 糖浆硫熏和p h 的关系7 1 3 4 糖浆磷浮和p h 的关系7 1 3 5 色值和p h 的关系7 1 4 研究现状8 1 4 1 对蔗汁p h 澳j j 量影响因素的研究8 1 4 2 对蔗汁处理后p h 变化的研究9 1 4 3p h 、温度和蔗糖转化关系的研究状况1 0 1 5 本课题的研究意义、目的和研究内容1 1 1 5 1 研究的意义1 1 1 5 2 研究的内容1 l 第二章蔗汁主要成分的p h 特性1 2 2 1 概j 盎1 2 2 1 1 分析方法1 2 2 1 2 解离度1 3 2 2 实验方法1 4 2 2 1 主要实验仪器和试剂1 4 2 2 2 酸度计的校正1 4 2 2 3 实验步骤1 5 2 2 3 材料选取的方法1 6 2 3 蔗汁主要成分的p h 性质分析1 6 2 3 1 蔗糖、还原糖和多糖溶液的p h 特性1 7 2 3 2 有机酸的p h 特性2 1 2 3 3 无机盐的p h 特性2 9 2 3 4 含氮化合物的p h 特性3 3 2 4 新鲜蔗汁的解离度4 0 2 4 1 实验数据4 0 2 4 2 新鲜蔗汁的解离度4 0 2 5 本章小结4 0 i x 第三章制糖生产中p h 的主要变化分析和建模4 2 3 1 内容概述和数据分析方法一4 2 3 1 1 概述4 2 3 1 2 数学模型的建立4 2 3 2 新鲜蔗汁的p h 特性4 4 3 2 1 数据分析4 4 3 2 2 曲线拟合模型。4 6 3 2 3 模型应用4 7 3 3 加热对蔗汁p h 的影响。4 7 3 3 1 加热对蔗糖溶液p h 的影响4 8 3 3 2 数据分析4 9 3 3 3 一次曲线拟合过程5 0 3 4 加石灰乳蔗汁的p h 变化5 2 3 4 1 数据分析5 3 3 4 2 二次曲线拟合过程5 5 3 4 3 模型应用5 6 3 5 硫熏蔗汁的p h 值变化5 7 3 5 1 数据分析5 7 3 5 2 曲线拟合模型。5 8 3 6 蔗汁中加入磷酸5 9 3 6 1 数据分析6 0 3 6 2 曲线拟合模型6 0 3 7 本章小结6 2 第四章蔗糖转化的影响因素及其和p h 关系6 3 4 1 概述6 3 4 1 1 实验药品和仪器设备6 3 4 1 2 实验步骤6 3 4 1 3 检测方法6 4 4 2 非糖分对蔗糖分解的影响( 单因素) 6 4 4 3 一些非糖分对蔗糖分解的影响( 正交试验) 6 5 4 3 1 实验结果6 5 4 3 2 数据分析6 6 4 3 2 数据分析6 7 4 4 实验验证6 8 4 4 1 实验流程6 8 4 4 2 实验结果6 8 4 5 本章小结7 2 第五章结论与展望7 3 5 1 结论7 3 5 2 本课题的创新点7 4 5 3 展望7 5 x 参考文献7 6 致谢8 0 攻读硕士学位期间发表的学术论文8 l 附录1 拟合曲线计算表格。8 2 附录2 滴定数据8 4 附录3 氨基酸电离情况分析程序8 6 x i 汁的p i t 特性与蔗糖转化审u 里的研究 1 1 课题的背景 第一章绪论 制糖工业是广西的支柱产业，在国民经济中占有举足轻重的地位。广话食糖 产量从1 9 9 3 1 9 9 4 年榨季开始多年来一直稳居全国第一【1 】。从长远来看，广西制 糖产业的发展前景是十分广阔的，因此提高糖业工艺管理水平促进糖业技术进步 对提高白砂糖的质量和产量有着十分重要的意义。 在制糖生产的过程中，p h 值是最重要的工艺参数之一。在糖厂的生产线上， 许多地方需要测量糖汁的p h 值，比如预加灰p h 、中和汁p h 、清汁p h 、清糖浆 p h 等。蔗汁的p h 直接关系着非糖分的除去率，对清汁含钙量、清汁色值和残留 亚硫酸量的影响很大。更重要的是，蔗汁的p h 值变化还直接影响到蔗糖转化速 率和还原糖的分解速率，最终会影响到白砂糖的品质和产量f 2 】。因此准确地检测 和控制p h 值，可为准确控制清净工艺条件提供保证，为有效地除去蔗汁中非糖 物质，提高蔗糖收回率打好基础。 根据搜索到的资料，在过去的研究中，人们多注重蔗汁p h 值变化对生产工 艺的造成影响，较少关注蔗汁自身的酸度特性，然而蔗汁p h 是由蔗汁复杂的多 种物质酸度的综合表现，蔗汁p h 的变化和整个生产工艺息息相关；也没有系统 的归纳和总结对蔗汁处理过程，蔗汁p h 的变化规律的深入研究报道，因此开展 这方面的系统研究是很有必要的。本课题将针对前人研究工作的薄弱方面，开展 系统深入的研究。 1 2p h 简介 p h 值对溶液的物理、化学性质和化学反应以及生成物有很大影响，在工业过 程检测控制中就占有举足轻重的地位，因此，在许多方面都需要准确测量和控制 p h 值。 1 2 1p h 的定义 p h 值是溶液的酸度标度单位。p h 的概念是1 9 0 9 年丹麦科学家索伦森提出 l 广西大增明甄士掌位论文 曩悖t 的p h 特性与蔗糖幸化和u 里的研究 的，测量溶液的p h 值实际上就是测量溶液的氢离子活度，所以p h 值是表征各 种溶液酸碱度的一个重要物理化学参数。 在水中，氢离子或者氢氧根离子浓度的改变能引起水的解离平衡点移动。在 纯水中，氢离子的量和氢氧根离子的量相等；如果在水中加入了少量的酸或者碱 形成稀溶液后，氢离子和氢氧根离子的量将发生变化，当它们达到新的平衡后， 两者的量不再相等，但是只要温度不变， c ( h 3 0 + ) c ( o h 一) ) = k w 仍是不变，意思是 只要温度不变，两者的离子浓度乘积仍然为常数。所以只要知道溶液中氢离子和 氢氧根离子两个中一个的浓度就可以求出另一个的浓度。【3 1 溶液中氢离子或氢氧根的浓度反应了溶液酸碱性的强弱。一般的稀溶液中， 氢离子的浓度范围在( 1 0 - 1 1 0 1 4 ) 摩尔每升之间。在化学中，通常用 c ( h 3 0 + ) ) 的负对数来表示这样小的数量级。即： p h = 一i g c ( h 3 0 + ) 与p h 对应的还有p o h ，即： p o h = 一i g c ( o h 。) ) p h 是用来表示水溶液酸碱性的一种标度，p h 越小，c ( h 3 0 + ) 越大，溶液的酸 性越强，碱性越弱。 判断溶液的酸性或碱性： 酸性溶液：p h 1 0 7m o l l 中性溶液：p h - - - - 7 0 ，c ( h 3 0 + ) = 1 0 - 7m o l l 碱性溶液：p h 7 0 ，c ( h 3 0 + ) 乌头酸 柠檬酸 乳酸 醋酸 在蔗汁中，它们并没有电离完全，因此又具有了一定的缓冲能力。蔗汁缓冲 能力越强，中和时需要的加灰量就约多。通过前面的计算和对表2 - 2 ，表2 3 ， 表2 - 4 ，表2 5 的比较可以得到含有等量情况下，中和蔗汁中这几种有机酸的耗 碱量依次为： 乌头酸 柠檬酸 醋酸 草酸 g k 酸 这亦是蔗汁中几种有机酸的缓冲能力大小的顺序。 因此，当蔗汁中含有较多的乌头酸、柠檬酸、醋酸时，蔗汁清净就需要更多 的石灰乳，使加灰量增多。除了草酸可以和钙离子反应生成沉淀外，其他有机酸 和钙离子形成的钙盐均可溶于水，这些钙盐容易沉积在蒸发罐和结晶罐壁，减小 传热能力；使成品糖中的灰分和不溶物超标；加大结晶过程的造蜜能力等等，造 成很大的危害。因此在生产中需要尽量减少或避免产生有机酸。 2 r 蘑汁的p h 特性与蔗糖辛r f 匕审l | 重的研究 2 3 3 无机盐的p h 变化特性 蔗汁中含有多种无机物，具体的成分和含量与甘蔗种类，种植的环境有关。 蔗汁中无机物的阴离子主要有硫酸根、磷酸根、硅酸根，氯离子等，阳离子主要 是钾离子、钙离子、镁离子、铁离子等。本小节对蔗汁中无机物进行分析，力求 找出无机盐的p h 变化特性，及其在蔗汁中的解离范围。 2 3 3 1 数据分析 ( 1 ) 钾盐和钠盐的p h 值变化特性 钾是蔗汁中含量最多的无机物之一。正常蔗汁中，钾的含量约为0 1 到0 3 之间，但咸水蔗汁可高达1 8 ，钠盐含量较钾盐低得多，一般低于0 1 b x 。从 图2 1 0 中的实验结果可知：钾盐溶液的p h 在5 8 到6 2 之间。随着溶液中氯化 钾含量的增加，p h 没有明显的变化趋势。 图2 - 1 0 氯化钾的p h f i g 2 1 0t h ep ho fk c ls o l u t i o n ( 2 ) 钙盐的p h 值变化特性 蔗汁中钙的含量在o 1 o 2 之间，咸水地区的含钙量会少一点。在制糖 的澄清工段中会加入大量的石灰，一般澄清后钙盐都会增加。从图2 1 1 中可知， 随着加入量的增加，氯化钙溶液的p h 稳定在6 6 左右，变化不明显，前后相差 2 9 广西大掌硕士掌位论文 蘑汁的p h 特性与蘑糖转化机理的研完 不大，且接近中性。钙盐和蔗糖混合溶液的p h 在6 2 左右，同氯化钙溶液比较 有明显的下降，钙盐含量在1 8 0 m g 1 0 0 m l 时，p h 较低，属于实验误差。因此， 影响此p h 值的因子是蔗糖，不是氯化钙。可见氯化钙对蔗汁p h 的影响不大。 图2 - 1 1 氯化钙溶液的p h f i g 2 - 11t h ep ho f c a c l 2s o l u t i o n ( 3 ) 镁盐的p h 值变化特性 蔗汁中亦含有不少镁盐，蔗汁中镁盐的含量一般在o 1 o 4 之间。亚硫 酸法清净工艺中，镁盐很难被除去。在糖厂分析灰分时，用m g o 来计算含量， 但氧化镁是不溶于水的固体，因此实验用硫酸镁代替。从图2 1 2 的实验结果可 知：按照蔗汁中硫酸镁的含量添加后，溶液的p h 在5 9 5 到6 1 5 之间。随着硫 酸镁量的增加，溶液的p h 逐渐下降。镁盐和蔗糖混合溶液的性质和单纯硫酸镁 溶液相近，按照硫酸镁的增多p h 呈现出递减的规律，酸度比硫酸镁溶液低约o 1 ， 在5 8 到6 之间。 3 0 藤汁的p h 特性与蔗糖转化机理的研究 图2 - 1 2 氯化镁溶液的p h f i g 2 。12t h ep ho fb i t t e rs a l ts o u t i o n ( 4 ) 铁盐的p h 值变化特性 铁盐在甘蔗原汁中含量较低，广州甘科所分析两个糖厂的初压汁含量为9 1 和1 5 5 m g l ，混和汁含量为1 7 4 和2 4 0 m g l ，变化较大。经过清净工艺后会除 去大部分，含量约为3 0 m g l 。在糖厂分析灰分时，用氧化铁来计算含量，但氧 化铁是不溶于水的固体，因此实验时换算成氯化铁代替。由图2 1 3 可知：按照 蔗汁中氯化铁的含量添加后，溶液的p h 在2 6 到3 1 之间。随着氯化铁量的增 加，溶液的p h 逐渐下降。混合溶液的性质和单纯氯化铁溶液有一定差别，但都 按氯化铁的增多p h 呈现出递减的规律。因为氯化铁具有很强的酸性，致使p h 过低，导致蔗糖分子不能解离出氢离子。 3 l l * - 西大掌硕士掌位论文 蘑汁的p h 特性与蔗糖转化机理的研究 图2 - 1 3 三氯化铁溶液的p h f i g 2 - 13t h ep h o ff e r r i cc h l o r i d e ss o l u t i o n 2 3 - 3 2 解离度计算 ( 1 ) 实验选取的几种无机盐，只有铁盐呈现出较明显的酸性，其他几种酸 性都较弱，对p h 的贡献不大。铁离子解离方程： f e ( h 2 0 ) 6 】3 + hh + + 【f e ( o h ) ( h 2 0 ) 5 】2 + 其解离常数k = 7 7 1 0 3 。 2 3 1 通过计算得到表2 - 6 。由表中结果可知：氯化铁起缓冲作用的p h 范围在o 8 8 到3 3 4 之间，即当p h 在0 8 8 到3 3 4 之间时，氯化铁处于分子和离子同时存在 的状态，只有一部分氯化铁分子电离出氢离子，此时氯化铁溶液才具有缓冲性； 如果p h 高于3 3 4 ，则氯化铁一级电离完全，成离子状态；如果p h 低于o 8 8 ， 醋酸则基本不电离，成分子状态。新鲜蔗汁的p h 在5 5 左右，此时氯化铁一级 电离完全。所以此时蔗汁里的铁离子都会是 f e ( o h ) ( h 2 0 ) 5 】2 + 这种结构。此时的 铁离子不再具有缓冲性质。 3 2 广西，o 鳟蠕甄士掌位论文囊 汁的p h 特性与囊 l 转化机理的研究 ( 2 ) 结论 所研究的几种无机盐中，只有硫酸镁和氯化铁具有一定的酸性( 硫酸根和氯 离子的酸性强，镁和铁离子的碱性不够强) 。其他几种都呈中性。氯化铁的缓冲 范围在制糖生产的p h 变动范围之外，对糖液p h 变动影响不大；硫酸镁虽在变 化范围之内，但因酸性较弱，同样对糖液p h 影响不大。 2 3 4 含氮化合物的p h 变化特性 甘蔗中的含氮化合物主要有蛋白质，氨基酸和酰胺等。含氮化合物占蔗汁固 溶物含量的0 3 到0 5 之间。蔗汁中氨基酸的含量如下表所示，它对p h 的测 量影响中起到了主要作用。本节选取四种蔗汁中含量较大的氨基酸