活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附改善低品質深色楓糖漿

　　楓糖漿主要是通過在早春季節從楓糖樹收集的楓樹汁熱蒸發而產生的。楓糖漿主要通過測量其在560 nm處的透光率來根據顏色進行分類，可以根據其吸收可見光的能力高精度地分辨糖漿的質量。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，每年還生產大量沒有分類的楓糖漿。為了獲得清澈的，具有好口感甜味的高質量楓糖漿。我們使用食品級專用的活性炭吸附劑來改善楓糖漿。

　　活性炭在糖類產業的應用

　　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，以提高制白糖業的工藝效率和產品質量。如今，活性炭已用于多種工業應用中，包括氣體和空氣清潔，不同材料和物質的純化和回收，環境保護以及從化學反應中除去碳氫化合物和溶劑。此外，活性炭也越來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/無機雜質，并消除所有影響處理后材料的氣味，味道和顏色的物質。在脫色方面，活性炭被廣泛用于液體變色，這在食品工業，包括楓糖漿工業中特別重要。

　　活性炭如何改善低品質深色楓糖漿

　　根據實驗測試活性炭使黑楓糖漿變色的機制，使用食品級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，從而生產與淡糖漿或琥珀色糖漿。圖1說明了該測試中使用的變色過程。為了進行實驗，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，以便通過使用電動攪拌裝置來調節工作溫度和攪拌速度。攪拌(混合)時間設置為20、40和60分鐘。在混合時間結束時，首先通過使用簡單的紙過濾器過濾混合物，以去除使用過的活性炭的大顆粒。通過使用兩個分別具有45和20μm的篩孔尺寸的注射器過濾器進行第二次過濾。

　　圖1：用于深色楓糖漿變色的實驗裝置的示意圖。

　　用于糖漿脫色活性炭的特性

　　活性炭是惰性碳質材料。它們中的一些具有高度發達的固有孔隙率，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。這些微孔的數量和分布會顯著影響這些材料的吸附能力。孔隙如(圖2)所示。活性炭具有晶體結構和特定位點，有利于良好的吸附性能。另外，每個微晶體包括具有高孔隙度的幾個晶體層的堆疊。

　　圖2：用于楓糖漿脫色的活性炭表面的掃描電子顯微照片。

　　活性炭對楓糖漿脫色的影響

　　楓糖漿透光率隨混合時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。獲得的結果表明，活性炭通過使用40分鐘的處理時間，吸附動力學達到了最大值。在這種情況下，獲得的最大透光率為83.70±0.21%。此后，吸附達到飽和。但是，在固定使用濃度的活性炭下，混合時間的影響在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)通過使用活性炭的效果示于圖4。溫度的升高導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增加分子的平均速度而引起了吸附反應的增加。結果，有色顏料的分子獲得了足夠的動能以與活性炭的吸附表面產生有效的碰撞。粒徑的影響也很明顯(p<0.001)，圖4a–c顯示，透光率的增加會根據所用活性炭類型的顆粒而變化。通過使用25μm的粒徑，最高的透光率達到了78.37±0.15%的平均值。對于相同類型的活性炭，使用50和75μm的粒徑分別產生67.48±0.10和62±0.35%的平均透光率。因此，似乎吸附現象通過增加活性炭的比表面積而增加，其對應于最低粒度。

　　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系：(a)25μm，(b)50μm，(c)75μm。

　　我們使用了活性炭來改善深色楓糖漿的顏色。深色楓糖漿中著色顏料的吸附導致了深色的高度消除，并且該工藝產生了透光率為83.70±0.2%的糖漿。根據楓糖漿的分類，該糖漿可以分類為特級清澈。在以下操作條件下獲得此結果：活性炭以40%的混合時間以0.3%的濃度使用。優化的實驗條件表明，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的楓糖漿從而改善色澤和口感。

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