糖品科学与工程 终极复习版本.doc

1. 甘蔗的组成及主要成分含量、工艺特性:甘蔗可分成蔗汁和纤维分两部分，纤维分包括10%-16%的纤维素，聚戊糖、木质素，蔗汁则包含73%76%的水分和10%16%的溶于水的糖分、非糖分等固溶物及蔗蜡、胶质等悬浮杂质。工艺特性：(1) 糖分分布不均：下端糖分高，末梢蔗糖分低、还原糖和杂质较高(2) 纤维分的组成与分布: 纤维素, 聚戊糖, 木质素含量较高，其中纤维素，木质素含量蔗皮大于蔗心，聚戊糖蔗心大于蔗皮（3）纤维分含量越大，压榨量越低，糖分抽出率越低。（4）木质素使组织硬而韧，难榨，它聚集在纤维腊的同心层中，减少细胞空间，深色蔗皮含较多的木质素，小茎蔗木质化细胞多，难榨。（5）细胞压破后会适度回吸。（6）须用劈、扭、撕、压等力和渗浸水多重提糖。2.糖的来源：生产蔗糖的制糖原料有甘蔗、甜菜、淀粉、其它糖料(糖高粱、糖枫、糖椰棕树)、糖与淀粉的转化、碳水化合物代谢机制。3. 糖汁的提取方法,甘蔗与甜菜的区别：制糖工业中，糖汁的提取方式一般采用机械压榨和用温水渗出两款。糖料压榨提汁理论是基于不完全弹性植物纤维细胞在辊压提汁过程中的体积缩涨；而糖料渗析和沥洗作用的理论基础则是传质过程的糖分扩散。区别:根据甘蔗的结构，必须以劈、撕、压等方式破坏其组织，辅以加水渗浸、沥洗，同时要反复多重压榨，尽量避免重吸，才能把甘蔗所含糖分最大限度地提取出来。甜菜的植物结构决定其应采用渗出法提糖。这就要求将原料甜菜切成菜丝，为糖分渗出提供最大的扩散表面积，使菜丝与渗浸水接触面大，单位时间内渗出糖分多，提高糖分的抽出率。4. 压榨过程的重吸现象：从压榨机排出的蔗渣实物体积V1大于压榨辊工作开口在运转时展开的空间体积V0，而它们的比率(V1/ V0)就称为重吸系数，以符号表示。实际压榨机的值通常在1.11.5之间，它随多种相关因素而变，这是由于压榨辊间蔗层中的蔗汁受到高压作用，以很高的速度穿过纤维组织，一部分向后通过工作开口，被重新膨胀的蔗渣所吸收，使蔗渣总体积增大。5. 多重压榨和复式渗透过程：多重压榨:采用累加压力法，逐座增加末座受力最大，使b最大，才能榨出残糖液。多重压榨的蔗渣纤维的变化：多重压榨所得蔗汁和蔗渣量可作为评价压榨效率的依据。根据公式- m: 末座蔗渣纤维分 f:甘蔗纤维分可见要进一步提高糖分抽出率，势必应用其他的强化手段，如采用复式多重渗浸系统、改进提汁设备和应用新技术等。复式多重渗浸系统：利用渗浸水的稀释浸取作用，将经破坏后的甘蔗细胞组织内的残存糖分稀释，再压时把糖分榨出；同时，在压榨过程中渗浸水与蔗渣细胞的接触时间比较短，用热水时能产生一定的渗透作用；此外，甘蔗柔组织中残留的未破坏的活细胞，在温度69时可以全部被杀死，渗浸水可将其中所含的糖汁自细胞内浸洗出来。经过上述三种作用，可以把压榨后残存在蔗渣中难于收回的糖分提取出来。6. 甜菜渗出过程及其影响因素: 以水为溶剂将菜丝中糖分提取出来的过程称渗出，得到的含糖水溶液叫渗出汁，提取糖分后的菜丝叫废粕。渗出中要求以一定量的水最大限度地将菜丝中糖分提取出来，而非糖分则尽量保留在废粕中。甜菜中的蔗糖存在于细胞液中，切成菜丝后菜丝表面上许多细胞被切破，渗出时糖分连同非糖分被浸出。但菜丝内部细胞中的糖分被包在细胞壁内，必须使构成细胞壁的原生质发生变性才能通过细胞壁渗析出来。用加热的方法可使原生质凝固，菜丝被水浸泡时糖分借助渗析作用扩散到水中，水则渗透到细胞内,这样菜丝中的糖分不断进入汁中，直到汁中的糖分浓度接近菜丝中的时为止。影响因素：渗出中菜丝质量、温度、时间、提汁率、菜丝与汁的接触方式、微生物活动等都是重要控制因素。7.甘蔗压榨提汁过程的强化：根据提汁过程原理，从传质的角度看，影响糖汁中所提取的糖分S的因素，可通过费克定律的表达式进行分析：由费克定律可知，要提高提取的糖分量S，可通过下列的途径来实现：（1）增大糖料的破碎度：增大的糖料破碎度，意味着增加糖料与浸液的接触面，加大传质通道的截面积F；同时，也减少传质的距离x，使单位时间内能抽提出更多的糖分。（2）优化工艺及操作条件：可通过适当控制渗出水量即提汁率a来控制传质过程有较高的的浓度差C；采用复式渗透能使整个提汁过程都处于较高的均衡C，增强糖分渗出效果；适当提高渗出时间和渗出温度T，也能增加糖分的抽出量。（3）改善设备的结构及效率：设备是实现工艺要求的工具，提汁设备，包括糖料预处理设备的结构及功效都直接影响糖分的抽出。采用性能优良的高效提汁设备，可保证整个提汁过程有较高的C、较大的F、较小的x和较均匀的传质速率，以及较稳定的提汁效果。（4）提高扩散系数：在糖料的破碎度、提汁的工艺和设备因素确定的条件下，还可从提高扩散系数D的角度采取措施。8蔗汁的主要成份及含量、在制糖过程中的变化：从糖料作物提取的糖汁是一种天然溶液，其溶剂为水，溶质包括糖分、有机非糖分（果胶、色素、蛋白质、脂质、有机酸及其盐类等）和无机非糖分。糖汁的组分在制糖过程的变化:传统的制糖过程，不但蔗糖分稍有损失，而且非糖分的除去率很低，甚至反而有所增加。制糖过程糖汁组分的变化糖汁组份水糖分胶体物非氮有机酸无机灰蔗糖还原糖原生胶新生胶阳离子阴离子过程变化减少稍减有增减减少增加稍减增加工艺要求除去保留除去除去除去9. 糖汁胶体的稳定性、胶体物质在制糖过程中的变化：天然糖汁是一种含糖类为主的高分子溶液，属胶态分散体系。糖汁中的蛋白质、果胶等高度水化胶质含有OH、CO、COO、NH、NH2等亲水基，也有色素、含水硅胶等轻度水化胶质，故所成的溶液体系多为亲水性的乳胶质。糖汁复杂的胶体体系使糖液形成一定的浑浊度和粘度，由于胶体分子的随机热运动，以及亲水胶体粒子表面水化膜的阻隔和电荷粒子的同性相斥，使胶粒之间难以聚沉。所以，胶体体系能在一定时间内保持相对稳定状态制糖过程中的变化：糖汁原有的胶体包括亲水胶和疏水胶大部分可在澄清过程被除去，但在制糖过程又有新生一部分胶质物,如还原糖碱性降解物，胶菌产物，多元酚化合物以及蔗糖衍生物等。10. 色素的来源及在制糖过程中的分布、如何防止：。这些有色物质一部分是从原来糖料带来而经提汁工段得到的，如花果色素，叶绿素、叶黄素、胡萝卜素；另一部分是在制糖过程新产生的，包括原来无色而在过程反应能生成有色物质的多元酚、氨基化合物，以及原有糖分及杂质经反应而新生成的有色物质，如糖类的降解产物、美拉德反应产物和焦糖等热缩合产物。色素在制糖过程中的分布: 叶绿素等不溶于水，可与其它不溶物一起在清净过程除去；可溶性花色素、多酚类与铁生成的深色化合物留在糖汁中；蒸发时局部高温产生的焦糖经结晶工序进入结晶或糖蜜中；蒸发、煮糖时还原糖与氨基化合物产生棕色反应物会带到糖浆和糖蜜中；蔗糖转化和还原糖降解产生有色物质可能被包裹进入结晶或留在糖蜜中。防止的方法和措施主要有：控制加热温度，避免高温下糖分的分解和焦化；保持溶液接近中性，减少糖分的转化或降解；缩短工艺流程，减少生产过程停留时间；尽量保持操作稳定，避免浓度、温度、pH等的急剧波动；采用新技术和新设备，保证实现良好工艺的要求。11. 糖液的清净机理：在现有糖厂中，糖汁清净包括化学反应、热交换、固液分离（沉降、过滤）等化工过程,粗糖汁通过加热和添加各种澄清剂，为中和提供适当的反应条件，将非糖杂质沉淀或吸附出来，生成的沉淀物经沉降和过滤分离，最终得到清净的糖汁。12. 亚硫酸法和碳酸法澄清过程简单流程，两者对比：亚硫酸法清净流程： SO2糖汁加灰中和加热沉降清汁 坭渣过滤碳酸法清净流程 CO2 CO2 糖汁加灰饱充过滤饱充过滤清汁 滤坭 滤坭13.生产精糖的清净方法：1.骨炭脱色法：吸附脱色，过滤除浊2.离子交换法: 吸附脱色, 树脂除灰3.磷浮法:沉淀吸附,浮渣吸附4.其它新方法:电澄清法,色层分离法,膜分离法,气浮法.14了解糖液提纯新技术：电解清净法,薄膜分离法,电渗析除盐法,离子交换法,离子排斥(色层分离)法.15. 了解几种主要的固液分离过程：均相分离:1.平衡分离：蒸馏，分凝，吸收，萃取，吸附2.速率分离：膜分离，气体扩散，热扩散3.分级分离：筛分;非均相分离1.沉降分离：重力沉降, 离心沉降，旋流分离2.吸附分离：泡沫分离，浮选, 吸附富集3.过滤分离：筛滤, 滤芯过滤, 袋滤,滤饼过滤, 深床过滤，膜滤4.电磁分离：电除尘，磁分离16. 沉降分离过程动力学及影响沉降速度的因素，强化途径：对于粒径为d，密度为的球形刚性粒子，其在粘度为，密度为0的液体介质中的自由沉降速度可用Stokes沉降方程式表示：影响沉降速度的因素：（1）颗粒的密度：沉降速度与沉淀物和蔗汁的密度差成正比，所以沉淀颗粒密度越大，蔗汁的密度越小，沉降速度越快。（2）颗粒的直径：颗粒的大小与形状也是影响沉降速度的重要因素，颗粒大并接近球形时沉降得最快。（3）温度和粘度:温度对沉降速度影响很大，温度高则蔗汁密度降低，粘度减少，沉降速度因而增大。17深床过滤，泡沫分离，旋流分离技术：深床过滤原理:在水处理领域,对含有固体悬浮微粒的水混凝后,不经沉淀即直接进入滤池的过滤,称为直接过滤。采用床深超过118 m的过滤装置,对水及废水中的固体悬浮物进行分离,称之为深床过滤.泡沫分离：泡沫分离是根据吸附的原理，向含表面活性物质的液体中鼓泡，使液体内的表面活性物质聚集在气液界面上，在液体主体上方形成泡沫层，将泡沫层和液相主体分开，就可以达到浓缩表面活性物质和净化液相主体的目的。旋流分离技术：旋流器与离心机都是利用离心沉降的工作原理，只是产生物料高速旋转的方法不同。旋流器内的物料是由切线方向进料引起的。所以，旋流器没有旋转或运动的部件，其有结构简单，工作连续可靠，应用范围广，适应性好，具有剪切、洗涤作用，易于洗涤等优点。18. 晶体及其表征：晶体是由晶面构成的具有点阵结构的多面体。晶体三要素：晶面，晶棱，晶角 。晶体特性：1.宏观均匀性2.各向异性3. 结构对称性。晶系分：正方，立方，斜方，六方，三角，三斜，单斜。19. 晶面、米勒指数，晶面的命名方法：国际上，晶面的相对位置一般用米勒指数表示。以单位长度为a,b,c的三条晶轴为坐标轴，设某个晶面截于a,b,c三条轴的m,n,o处，则该晶面可用指数（h,k,l）表示，其中：实测表明，这些数字都为整数。20.蔗糖晶体的成核过程：成核过程 ：运动单元线体簇晶胚晶核晶体蔗糖溶液的相图 图一：为蔗糖溶液的相图，表明蔗糖溶液体系中的固相、液相与温度和浓度之间的关系。图二：不饱和区: 在溶解度曲线（1）以下部分。该区内为溶液状态，没有蔗糖晶体存在。介稳区: 在溶解度曲线和过饱和度曲线=1.2之间。在此区间内，已存在的晶体可以长大，但没有新晶核生成。中间区: 在过饱和系数1.21.3之间。在中间区内，不但能使已有的晶体继续长大，同时也能产生新的晶核。易变区: 进入过饱和系数1.3的区域。此区域因过饱和度太高，很不稳定，不但能自发生成大量晶核，而且因过饱和的糖分大部分用于生成新晶核而妨碍已存在晶体的长大。21：晶体的生长及其影响因素：晶体长大过程：蔗糖分子扩散 到达晶体表面 堆积到晶格上晶体长大。影响晶体生长的因素：1. 过饱和浓度与温度 2. 固液相的相对速度3. 晶体表面特性 4.杂质对结晶速度和晶形的影响5.物理因素6.化学因素.22. 杂质对结晶速度和晶形的影响：1.对结晶速度的影响：杂质主要是通过改变蔗糖的溶解度和糖液的粘度来影响蔗糖的结晶速度。2.杂质对晶形的影响：氧化钡，氧化锶杂质使蔗糖晶体沿b 轴有伸长趋势,含有酒石酸盐或醋酸盐杂质的糖液则可能生成带上前正轴坡面的蔗糖片状结晶。23. 杂质在晶体中的分布：分为晶体表面液膜和生长过程形成包裹体两部分。晶体表面液膜：1.分蜜不彻底在表面的残留糖蜜2.存在