本發(fā)明屬于制糖工程技術領域，特別涉及一種改性甜菜粕纖維吸附劑及其制備方法與在糖液脫色中的應用。

背景技術：

甜菜粕是一種來源廣泛、成本低廉的農業(yè)副產(chǎn)物，其干物質中含73％以上的膳食纖維，其主要成分為纖維素、半纖維素、果膠及少量蛋白等成分。甜菜粕纖維素是由許多β-吡喃葡萄糖通過β-(1-4)-糖苷鍵連接的聚合物，分子內含有大量的親水性羥基基團，這一結構特點使其可以作為吸附劑應用于多種吸附行業(yè)中。由于甜菜纖維呈線性結構，所以纖維分子可以在平面內進行任意方向的彎曲，這使得其分子結構具有一定的靈活彎曲性。但由于纖維素具有活性多羥基結構，其羥基很容易與別的羥基形成氫鍵，形成特殊的分子間和分子內氫鍵構型，這種氫鍵作用增強了纖維素分子鏈線性結構的穩(wěn)定性，呈現(xiàn)高度有序的結晶區(qū)，而吸附過程主要發(fā)生在無定形區(qū)，這種結晶區(qū)阻礙了吸附過程，吸附效果受到很大程度的限制。

目前，在糖液脫色領域，常用的脫色方法有活性炭法、骨炭法、硅藻土法、臭氧法、膜分離法、過氧化氫法以及離子交換樹脂或離子交換纖維法等。部分方法在實驗室研究過程中表現(xiàn)出較佳的效果，但由于制備成本高或對設備要求嚴格或受外界條件的影響而未能應用在實際生產(chǎn)中?，F(xiàn)在糖廠常用活性炭、離子交換樹脂以及吸附法對糖液進行脫色，其中吸附法已被認為是除去糖液中非糖分最經(jīng)濟最有效的方法之一。

綜上所述，為了提高纖維吸附能力，實現(xiàn)甜菜粕纖維作吸附劑的循環(huán)使用，需要對甜菜粕纖維素進行一系列的化學改性。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種改性甜菜粕纖維吸附劑的制備方法。本發(fā)明制備方法以甜菜粕為原料，通過酸提醇沉法去除果膠，得到甜菜粕纖維，再進行堿預處理，將預處理之后的纖維進行環(huán)氧化和胺化等化學改性，得到改性甜菜粕纖維吸附劑。

本發(fā)明另一目的在于提供上述方法制備的改性甜菜粕纖維吸附劑。本發(fā)明改性甜菜粕纖維吸附劑為吸附力強且可再生循環(huán)利用的新型吸附劑，大大提高了甜菜粕的利用效率。

本發(fā)明再一目的在于提供上述改性甜菜粕纖維吸附劑在糖液脫色中的應用。利用本發(fā)明改性甜菜粕纖維吸附劑對糖液進行脫色可實現(xiàn)高達64.6％的脫色率，且脫色后改性甜菜粕纖維吸附劑可進行再生循環(huán)用于脫色，其再生率達到98.42％，利用效率高。

本發(fā)明的目的通過下述方案實現(xiàn)：

一種改性甜菜粕纖維吸附劑的制備方法，包括下述步驟：

(1)甜菜粕纖維的制備與預處理：采用酸提醇沉的方法除去甜菜粕中的果膠，得到甜菜粕纖維；將其與堿液混合反應，得到堿預處理后的甜菜粕纖維；

(2)甜菜粕纖維的改性：包括環(huán)氧化和胺化，

其中，環(huán)氧化包括以下步驟：將堿預處理后的甜菜粕纖維、環(huán)氧氯丙烷混合，在堿性條件下加熱反應，得到環(huán)氧化甜菜粕纖維；

胺化包括以下步驟：將環(huán)氧化甜菜粕纖維、碳酸氫鈉和乙二胺在水溶液體系中反應，得到改性甜菜粕纖維吸附劑。

步驟(1)中所述甜菜粕纖維與堿液的質量體積比為1:10g/mL～1:100g/mL。

所述混合反應的時間優(yōu)選為5～300min。

所述的堿液優(yōu)選為NaOH溶液，更優(yōu)選為濃度0.1～0.8mol/L的NaOH溶液。

所述堿預處理后的甜菜粕纖維優(yōu)選洗滌至中性并烘干備用。

所述甜菜粕優(yōu)選進行粉碎、過篩后再進行使用。

步驟(2)中所用甜菜粕纖維、環(huán)氧氯丙烷的質量體積比為1:3g/mL～1:8g/mL。

所述加熱反應優(yōu)選為在30～90℃條件下攪拌1～7h。

所述堿性條件優(yōu)選通過添加堿液調節(jié)。所用堿液與環(huán)氧氯丙烷的體積比為10:1～10:7。所述的堿液優(yōu)選為NaOH溶液，更優(yōu)選為濃度0.1～1.0mol/L的NaOH溶液。

所述得到環(huán)氧化甜菜粕纖維優(yōu)選洗滌至中性后置于45℃下干燥24h備用。

所用環(huán)氧化甜菜粕纖維、碳酸氫鈉和乙二胺的質量比為(1～10)：(1～10)：(10～120)。

所述胺化的反應體系中，所述乙二胺的濃度優(yōu)選為5～60wt％。所述碳酸氫鈉的濃度優(yōu)選為0.5～5wt％。

所述胺化的改性中，所述反應優(yōu)選為在0℃～100℃反應0.5h～8h。

本發(fā)明方法得到的改性甜菜粕纖維吸附劑為新型纖維類吸附劑，陽離子型吸附劑，其穩(wěn)定性高、雜質少、吸附容量大、吸附力強，可應用于糖液脫色中，實現(xiàn)高達64.6％的脫色率，簡單且有效地降低甘蔗原糖色值，且脫色后改性甜菜粕纖維吸附劑可進行再生循環(huán)用于脫色，其再生率達到98.42％，利用效率高，大大提高甜菜粕的附加值，拓寬了纖維素在化工、材料領域的應用。

所述應用于糖液脫色中可通過以下方法實現(xiàn)：將本發(fā)明改性甜菜粕纖維吸附劑加入甘蔗原糖液中，攪拌脫色，得到脫色后糖液。

本發(fā)明改性甜菜粕纖維吸附劑在脫色后可利用再生劑進行處理實現(xiàn)再生，從而循環(huán)利用于糖液脫色中。所述的再生劑為氯化鈉溶液，優(yōu)選為濃度4～12wt％的氯化鈉溶液。具體可為：將本發(fā)明脫色后的改性甜菜粕纖維吸附劑浸泡于氯化鈉溶液，分離，即可得到再生的改性甜菜粕纖維吸附劑。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及有益效果：

(1)本發(fā)明對甜菜粕纖維素進行一系列的化學改性，得到了一種穩(wěn)定性高、雜質少、吸附容量大、成本低的新型吸附劑。

(2)將本發(fā)明改性甜菜粕纖維吸附劑應用到糖液脫色中，脫色率高達64.6％。再將吸附后的改性甜菜粕纖維進行再生，再生率達到98.42％。

(3)整個糖液脫色過程無添加任何有毒有害化學試劑，無有毒有害物質產(chǎn)生。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

下列實施例中使用的試劑均可從商業(yè)渠道獲得。

實施例1

如圖1所示，一種改性甜菜粕纖維的制備方法和應用，具體步驟如下：

(1)甜菜粕纖維的制備和預處理：甜菜干粕經(jīng)挑揀，粉碎，過60目篩，采用酸提醇沉的方法去除果膠，得到甜菜粕纖維。將甜菜粕纖維與0.1mol/L的NaOH溶液按1:20g/mL的比例混合1h，得到預處理甜菜粕纖維，洗滌至中性，烘干備用；

(2)甜菜粕纖維的環(huán)氧化改性：將20g預處理過后的甜菜粕纖維加入2000mL圓底燒瓶中，依次加入1000mL 0.1mol/L的NaOH溶液和100mL環(huán)氧氯丙烷，在50℃條件下攪拌6h，反應結束后，將產(chǎn)物流洗至中性，得到環(huán)氧化甜菜粕纖維，置于45℃下干燥24h，備用。

(3)胺化改性：取5g環(huán)氧化甜菜粕纖維加入200mL去離子水中浸泡30min，然后以質量體積比計算，加入30％的乙二胺和1.5％的碳酸氫鈉，在80℃下反應7h，反應結束后，將產(chǎn)物抽濾，用丙酮和去離子水輪流洗到中性，得到改性甜菜粕纖維，置于45℃烘箱中干燥24h，備用。

(4)糖液脫色：準備100mL錘度15°Brix和色值1106IU的糖液，加入5.0g改性甜菜粕纖維，調節(jié)混合液的pH值為5.0，置于80℃下反應30min(攪拌220rpm)。反應結束后，冷卻至室溫，調整其pH值至7.0±0.1，然后過0.45μm的膜處理，除去改性甜菜粕纖維，測量脫色后糖液遮光錘度以及吸光度。經(jīng)計算在此脫色條件下，改性甜菜粕纖維對糖液脫色率達到60.8％。將脫色之后的吸附劑用12％氯化鈉溶液再生，再生率達到98.42％。

實施例2

本實施例與實施例1的不同之處在于：

將步驟(1)中甜菜粕纖維與NaOH溶液添加量分別改為10g和500mL。步驟(3)中環(huán)氧化甜菜粕纖維調整為10g，加入200mL去離子水中浸泡30min，然后加入20％的乙二胺和1.0％的碳酸氫鈉，在60℃下反應5h，反應結束后，將產(chǎn)物抽濾，用丙酮和去離子水輪流洗到中性，得到改性甜菜粕纖維，置于45℃烘箱中干燥24h，備用。

在步驟(4)中，通過計算，改性甜菜粕纖維對糖液脫色率達到52.2％。將脫色之后的吸附劑用6％氯化鈉溶液再生，再生率達到87.42％。

實施例3

本實施例與實施例1的不同之處在于：

將步驟(1)中甜菜粕纖維與NaOH溶液混合反應時間調整為3h，將步驟(3)中的環(huán)氧化甜菜粕纖維調整為20g，加入200mL去離子水中浸泡30min，然后加入40％的乙二胺和2.0％的碳酸氫鈉，在80℃下反應8h，反應結束后，將產(chǎn)物抽濾，用丙酮和去離子水輪流洗到中性，得到改性甜菜粕纖維，置于45℃烘箱中干燥24h，備用。

在步驟(4)中，通過計算，改性甜菜粕纖維對糖液脫色率達到60.4％。將脫色之后的吸附劑用8％氯化鈉溶液再生，再生率達到97.73％。

實施例4

本實施例與實施例1的不同之處在于：

將步驟(1)中甜菜粕纖維與NaOH溶液添加量分別改為10g和1000mL，混合反應時間調整為3h，將步驟(3)中的加入的乙二胺和的碳酸氫鈉分別調整為25％和2.0％，在80℃下反應7h，反應結束后，將產(chǎn)物抽濾，用丙酮和去離子水輪流洗到中性，得到改性甜菜粕纖維，置于45℃烘箱中干燥24h，備用。

在步驟(4)中，通過計算，改性甜菜粕纖維對糖液脫色率達到56.9％。將脫色之后的吸附劑用7％氯化鈉溶液再生，再生率達到89.35％。

實施例5

本實施例與實施例1的不同之處在于：

將步驟(2)中預處理過后的甜菜粕纖維調整為10g，加入2000mL圓底燒瓶中，將NaOH溶液和環(huán)氧氯丙烷的添加量分別改為1000mL和300mL，在50℃條件下攪拌6h，反應結束后，將產(chǎn)物流洗至中性，得到環(huán)氧化甜菜粕纖維，置于45℃下干燥24h，備用。

在步驟(4)中，通過計算，改性甜菜粕纖維對糖液脫色率達到62.5％。將脫色之后的吸附劑用11％氯化鈉溶液再生，再生率達到98.06％。

實施例6

本實施例與實施例1的不同之處在于：

將步驟(2)中預處理過后的甜菜粕纖維調整為40g。步驟(3)中環(huán)氧化甜菜粕纖維添加量調整為10g，加入200mL去離子水中浸泡30min，然后將加入的乙二胺和碳酸氫鈉分別調整為40％和3.0％，在80℃下反應7h，反應結束后，將產(chǎn)物抽濾，用丙酮和去離子水輪流洗到中性，得到改性甜菜粕纖維，置于45℃烘箱中干燥24h，備用。

在步驟(4)中，通過計算，改性甜菜粕纖維對糖液脫色率達到49.8％。將脫色之后的吸附劑用9％氯化鈉溶液再生，再生率達到95.43％。

實施例7

本實施例與實施例1的不同之處在于：

將步驟(1)中甜菜粕纖維與NaOH溶液混合添加量調整為20g和800mL，將步驟(2)中的預處理過后的甜菜粕纖維調整為30g，步驟(3)中環(huán)氧化甜菜粕纖維添加量調整為10g，加入200mL去離子水中浸泡30min，然后將加入的乙二胺和碳酸氫鈉分別調整為28％和2.5％，在80℃下反應7h，反應結束后，將產(chǎn)物抽濾，用丙酮和去離子水輪流洗到中性，得到改性甜菜粕纖維，置于45℃烘箱中干燥24h，備用。

在步驟(4)中，通過計算，改性甜菜粕纖維對糖液脫色率達到64.6％。將脫色之后的吸附劑用10％氯化鈉溶液再生，再生率達到97.73％。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。