活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附改善低品质深色枫糖浆

　　枫糖浆主要是通过在早春季节从枫糖树收集的枫树汁热蒸发而产生的。枫糖浆主要通过测量其在560 nm处的透光率来根据颜色进行分类，可以根据其吸收可见光的能力高精度地分辨糖浆的质量。枫糖浆可以分为超亮，浅色，中等，琥珀色和深色。色泽通常与枫糖浆的味道和口感挂钩。此外，每年还生产大量没有分类的枫糖浆。为了获得清澈的，具有好口感甜味的高质量枫糖浆。我们使用食品级专用的活性炭吸附剂来改善枫糖浆。

　　活性炭在糖类产业的应用

　　活性炭拥有良好的吸附性能。在食品加工中活性炭很早就被用于制糖业，以提高制白糖业的工艺效率和产品质量。如今，活性炭已用于多种工业应用中，包括气体和空气清洁，不同材料和物质的纯化和回收，环境保护以及从化学反应中除去碳氢化合物和溶剂。此外，活性炭也越来越多地用于水的处理中，包括饮用水，地下水和废水。它的主要作用是吸收溶解的有机/无机杂质，并消除所有影响处理后材料的气味，味道和颜色的物质。在脱色方面，活性炭被广泛用于液体变色，这在食品工业，包括枫糖浆工业中特别重要。

　　活性炭如何改善低品质深色枫糖浆

　　根据实验测试活性炭使黑枫糖浆变色的机制，使用食品级活性炭作为吸附材料，以改善深色枫糖浆的颜色和气味/味道，从而生产与淡糖浆或琥珀色糖浆。图1说明了该测试中使用的变色过程。为了进行实验，我们使用了不同量的活性炭(0.01、0.03和0.05 g)，并引入10 mL枫糖浆样品中，以得到0.1、0.3和0.5g/100 mL的最终浓度。然后，将混合物放入恒温池中，以便通过使用电动搅拌装置来调节工作温度和搅拌速度。搅拌(混合)时间设置为20、40和60分钟。在混合时间结束时，首先通过使用简单的纸过滤器过滤混合物，以去除使用过的活性炭的大颗粒。通过使用两个分别具有45和20μm的筛孔尺寸的注射器过滤器进行第二次过滤。

　　图1：用于深色枫糖浆变色的实验装置的示意图。

　　用于糖浆脱色活性炭的特性

　　活性炭是惰性碳质材料。它们中的一些具有高度发达的固有孔隙率，这使其具有良好的吸附性能，从而有助于将深色枫糖浆中存在的有色颜料固定在其表面上。该特征是由于这些碳中存在微孔。这些微孔的数量和分布会显着影响这些材料的吸附能力。孔隙如(图2)所示。活性炭具有晶体结构和特定位点，有利于良好的吸附性能。另外，每个微晶体包括具有高孔隙度的几个晶体层的堆叠。

　　图2：用于枫糖浆脱色的活性炭表面的扫描电子显微照片。

　　活性炭对枫糖浆脱色的影响

　　枫糖浆透光率随混合时间和添加的活性炭浓度的变化。枫糖浆的透光率随活性炭混合时间(20、40和60分钟)的变化(活性炭类型不同)而变化如图3所示。获得的结果表明，活性炭通过使用40分钟的处理时间，吸附动力学达到了最大值。在这种情况下，获得的最大透光率为83.70±0.21%。此后，吸附达到饱和。但是，在固定使用浓度的活性炭下，混合时间的影响在20分钟的处理中最低。混合40至60分钟之间未观察到明显差异。

　　图3：活性炭在固定混合时间下的枫糖浆透光率随活性炭浓度的变化。

　　温度，活性炭颗粒大小和混合速度的影响，从暗枫糖浆颜色的吸附温度(40，60，和80°C)通过使用活性炭的效果示于图4。温度的升高导致最终枫糖浆的透光率显着提高(p<0.001)。温度的这种升高通过增加分子的平均速度而引起了吸附反应的增加。结果，有色颜料的分子获得了足够的动能以与活性炭的吸附表面产生有效的碰撞。粒径的影响也很明显(p<0.001)，图4a–c显示，透光率的增加会根据所用活性炭类型的颗粒而变化。通过使用25μm的粒径，最高的透光率达到了78.37±0.15%的平均值。对于相同类型的活性炭，使用50和75μm的粒径分别产生67.48±0.10和62±0.35%的平均透光率。因此，似乎吸附现象通过增加活性炭的比表面积而增加，其对应于最低粒度。

　　图4：在固定工作温度和活性炭粒径下，透光率与混合速度的关系：(a)25μm，(b)50μm，(c)75μm。

　　我们使用了活性炭来改善深色枫糖浆的颜色。深色枫糖浆中着色颜料的吸附导致了深色的高度消除，并且该工艺产生了透光率为83.70±0.2%的糖浆。根据枫糖浆的分类，该糖浆可以分类为特级清澈。在以下操作条件下获得此结果：活性炭以40%的混合时间以0.3%的浓度使用。优化的实验条件表明，在80°C的工作温度和200 rpm的混合速度下，25μm的粒径有利于活性炭表面上着色颜料的吸附。证明活性炭可以很好的处理低品质的枫糖浆从而改善色泽和口感。

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