田秋礼
秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司，河北 秦皇岛 066300
摘要：玉米淀粉作为制糖工业的原料，是依靠淀粉水解酶的水解作用，将淀粉分子水解为单个的葡萄糖分子，再进一步利用。应用离子交换树脂方式能够实现对原料的纯化与分离，所生产的糖浆质量稳定、颜色浅、灰分少，因不用加入二氧化硫成分，因此避免了人体接触后过敏反应的出现。以下将针对离子交换树脂进行阐述，分析其在玉米淀粉糖中的应用。
关键词：离子交换树脂；玉米淀粉糖；生产应用
前言
利用离子交换树脂方法(IERS)纯化和分离淀粉糖,在50年代初就得到了应用。从淀粉水解、糖化而得到的糖浆含有灰份、有机酸、有色体、蛋白质、氨基酸等杂质,这些杂质将产生无法接受的色泽、味道及气味,影响最终产物的品质,且在异构化时影响酶的作用。不论糖浆经蒸发浓缩得到的最终产品或继续以异构化深加工,必须采用精制工序除去这些可溶性组分。玉米糖浆的色泽稳定性也可以用二氧化硫处理得到,但产生的亚硫酸盐对人体有害。因此,这种方法就被离子交换法代替,用碳和离子交换处理减少其颜色和灰分,生产出一种质量稳定的特种甜味剂产品。
1 玉米淀粉糖概述
随着制糖工艺水平的提升，糖行业中淀粉糖的制作逐渐成为主要生产方式。淀粉糖获取途径较多，且所生产产品口感好、成本低，因此极受人们欢迎。以玉米为原材料所生产出的玉米淀粉糖是其中主要原料之一，其生产过程如下：
（1）玉米粒的浸渍。当去除玉米粒中含有的杂质后，将其浸泡在含有亚硫酸的溶液中，使玉米粒得到软化；（2）分离。需要将软化的玉米粒进行破碎，使其分离成壳皮、淀粉、胚芽以及面筋，并分离其中具有较高含油量的胚种，将其应用于玉米油的提取工作中；（3）回收纤维。研磨含有已破碎玉米粒中成分的悬浮液，然后分离其中的壳皮；（4）分离面筋和淀粉。使用离心设备分离面筋和淀粉，然后分离其中蛋白；（5）液化。将所得固体淀粉进行调浆工作，使用酸或酶进行分解产生糊精，对糊精进行液化；（6）糖化。使用酸或者酶水解糊精，使其分解为三聚糖、二聚糖、单糖等低聚糖成分；(7)过滤:用过滤机除去糖化液中的淀粉、油、蛋白质、糊精或其它不溶性物质；(8)脱色:用碳或树脂除去过滤后糖浆色泽、气味、有臭物质；(9)除盐精制:用离子交换树脂除去淀粉糖浆中的灰分、蛋白质、有机酸及色泽,使产品的色泽及气味稳定,提高产品的质量稳定性；(10)异构化:葡萄糖用酶异构化成果糖(42%果糖),以增加甜度；(11)除盐精制:用离子交换树脂除去色泽及在异构化时加入的盐类；(12)浓缩:稀糖浆经蒸发增加浓度；(13)色谱分离:果糖/葡萄糖混合物(42HFCS)用色谱分离树脂分成高果糖液体(90%果糖或90HFCS)及高葡萄糖液体；(14)精处理/脱色:以离子交换树脂除去色泽、羟甲基糠醛(HMF),然后再将高含量果糖液体调成55HFCS；(15)蒸发:将糖液蒸发浓缩。除果葡糖浆以外,其它精制过程不用经过(10)到(14)过程。
2 离子交换树脂的应用
离子交换树脂具有离子交换和吸附作用,淀粉糖化液经活性炭或树脂吸附剂脱色后,再用离子交换树脂精制,能除去几乎全部的灰分和有机酸及色素等杂质,进一步提高纯度。离子交换树脂精制过的糖化液生产糖浆、结晶葡萄糖或果葡糖浆,产品质量都大大提高,糖浆的灰分含量降低到约0.05%以下,仅约为普通糖浆的十分之一。因为有色物质和灰分被除的彻底,糖浆放置很久也不变色。生产结晶葡萄糖,会使结晶速度快,产品质量和产率都高;而生产果葡糖浆,由于灰分等杂质对异构酶稳定性有不利影响,也需要离子交换树脂精制糖化液。
在淀粉糖生产过程中，受其原料、催化剂和水的影响，其成分中会含有较多杂质，这些杂质成分及其复杂，通常有无机盐、有机酸、有色物质、含氮物质等，在糖浆生产过程中以上杂质的出现会给糖浆质量带来严重影响，不利于其纯度的提升，会使结晶稳定性降低。
因此有必要过滤杂质，使糖浆得到精制。离子交换树脂在应用过程中能够实现良好的吸附以及离子交换工作，在使用树脂吸附剂或者活性炭对玉米淀粉糖化液进行脱色工作后，应用离子交换树脂对糖浆进行精制，能够实现大多数杂质的去除。
其中含有的色素、有机酸以及灰分等基本被清除，使糖浆纯度得到提升。在长期应用实践中发现，采取离子交换树脂对糖浆进行分离和纯化后，所得到的产品质量都有明显提升，若对糖浆成分进行检测可发现，其中灰分含量基本不超过0.05%，与未经过精制的糖浆相比，灰分含量大大降低。糖浆中灰分和有色物质使影响糖浆颜色的主要成分，经过精制工作后，糖浆中杂质得到去除，因此即使放置很长时间，糖浆也不会出现变色反应。生产结晶葡萄糖,会使结晶速度快,产品质量和产率都高；而生产果葡糖浆,由于灰分等杂质对异构酶稳定性有不利影响,也需要离子交换树脂精制糖化液。
用离子交换树脂精制淀粉糖化液,目前应用较普遍的工艺流程为阳阴两床两套并联使用；或者阳阴阳阴四床串联使用,另有一对床再生待使用；个别也有采用阳阴阴阳和阳阴(阳阴)混床工艺流程。糖化液经过滤除杂后,用活性炭或树脂吸附剂脱色,然后降温至40℃左右,流经离子交换树脂床。两对阳阴离子交换树脂床串联使用,为了充分发挥每台的交换能力,当第一对阳阴床能力消失后,停止使用,进行再生；将第二对阳阴床当做第一对床使用,将再生好的一对当做第二对使用。这种使用方法生产能力较小,但节省酸碱消耗,树脂利用率高,使用寿命长。而阳阴、阳阴两套四床并联使用,生产能力大,但树脂利用率低,使用寿命稍短。两种方法设备投资差不多。
在同一种工艺下,离子交换树脂的使用周期长短与再生好坏和糖浆中杂质含量有关。再生彻底,糖浆中杂质含量低,则使用周期长。离子交换树脂精制的糖浆质量高,无色透明,pH值在4.5～6.0之间波动。有的工厂用两对阳阴离子交换树脂床加一级混合床串联使用。糖液流经两对阳阴离子交换床,再流经混合床,糖液质量更好。需要了解离子交换树脂的性质和糖液的组成、性质,选择使用。阴、阳离子交换树脂使用一段时间后,其离子交换能力和脱色能力都降低,再生处理后,也不能恢复其原有的能力,这时需更换新的离子交换树脂。
3 制糖工业对离子交换树脂的要求
(1)树脂无毒残留物,按食品生产要求特殊处理;
(2)具有较高的交换容量,能较好地交换无机盐类和有机非糖分;
(3)对大的有机分子有交换、吸附能力,有较强的脱色能力;
(4)交换速度快,以缩短交换周期,提高设备利用率;
(5)耐污染能力强,容易再生,再生剂耗量低,水耗低;
(6)具有较高的机械强度,较长的使用寿命;
(7)颗粒均匀,水力学性能好,便于操作。
4 结语
离子交换树脂在玉米淀粉糖生产中的应用能够提高糖浆精制水平，有效去除其中所含杂质。其所生产出的产品质量稳定、不易变色、纯度较高，因此需要对离子交换树脂的应用方式进行深入分析，使其在玉米淀粉生产中的应用水平得到进一步提升，为糖行业发展与经济水平提高提供条件。
参考文献：
[1]徐小卫.离子交换树脂在糖行业中的应用[C].中国国际淀粉糖技术交流会.2010.
[2]宋宝恳.离子交换树脂在糖液脱色上的应用[C].中国国际淀粉糖技术交流会.2011.
[3]叶红玲.全酶法制备超高麦芽糖浆工艺的研究[D].合肥：安徽农业大学,2010年.