胡箭衛(wèi)，繆正瀛，程瑛，李旭濤，毛玉花，馮國強(qiáng)

甘肅省養(yǎng)蜂研究所

摘要 淺色蜂蜜，由于味道清香和香味純正，不僅深受我國南方和東南亞廣大消費(fèi)者的青睞，而且由于色澤基本一致，工業(yè)適用性大，其價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于深色蜂蜜。為此，我們借鑒離子交換樹脂技術(shù)在制糖行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，提出了離子交換技術(shù)用于蜂蜜脫色的可行性及探索性的研究試驗(yàn)。

      據(jù)文獻(xiàn)記載，早在古代人類就已開始使用陽離子交換劑，而一直到1935年Adams和Holmes發(fā)明了合成陰離子交換劑之后，才開創(chuàng)了研制和應(yīng)用離子交換樹脂的新局面，以后隨著各種類型的離子交換樹脂的相繼出現(xiàn)，應(yīng)用技術(shù)不斷得到改善，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大，并充分顯示出了離子交換樹脂的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿?。目前，離子交換樹脂的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)形成一個(gè)獨(dú)特的化工操作單元。其應(yīng)用范圍也由最初主要用于水處理工業(yè)而發(fā)展到化工、電子、環(huán)境科學(xué)、濕法冶金、分析化學(xué)、食品加工、醫(yī)制劑衛(wèi)生等領(lǐng)域中。

      離子交換樹脂與甜味之間的緊密聯(lián)系，使其在現(xiàn)代制糖工業(yè)中得到極為廣泛的應(yīng)用。在制糖生產(chǎn)過程中，用離子交換樹脂交換、吸附有色物質(zhì)，既可提高清凈效率，又可降低糖蜜中非糖成份，增加糖份回收率。在提高蔗糖和甜菜糖質(zhì)量的同時(shí)，還可增加白糖產(chǎn)量，獲得制糖業(yè)的雙贏態(tài)勢。

    1 離子交換樹脂

      離子交換樹脂是一種球形網(wǎng)狀固體的高分子共聚物，通常呈半透明或不透明的淺黃、黃色或棕色。不溶于酸、堿和水，但吸水膨脹。對(duì)有，機(jī)溶劑、氧化劑、還原劑有一定的穩(wěn)定性，對(duì)熱穩(wěn)定。樹脂分子含有一定極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)兩部分，膨脹后，極性基團(tuán)上可交換的離子與溶液中的離子起交換作用，而非極性團(tuán)則為離子交換樹脂的骨架。它具有交換容量高，機(jī)械強(qiáng)度好，膨脹性能好，能長期使用等優(yōu)點(diǎn)。

      離子交換樹脂的分類法有兩種。一是按樹脂的物理結(jié)構(gòu)，可將離子交換樹脂分為凝膠性、大孔性及載體性等三類；二是根據(jù)樹脂所帶交換基團(tuán)的性質(zhì)不同，而將其分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂和其它樹脂等。

    2 糖類色素的來源及樹脂脫色原理

      糖類色素來源于不同的有機(jī)物的混合物。其中一部分為甘蔗色素、黃酮類化合物、花色苦酚。某些酚可以發(fā)生酶促反應(yīng)或與金屬化合物(如鐵)反應(yīng)生成有色化合物。其它類型的色素是糖與有色物質(zhì)前體反應(yīng)的產(chǎn)物。例如，類黑色素則是糖與氨基酸作用生成的，另一類色素則是糖受熱降解產(chǎn)生的(如焦糖)。有些有色物質(zhì)是在堿性條件下產(chǎn)生的，如己糖降解產(chǎn)物。這些有機(jī)化合物在堿性介質(zhì)中一般呈陰離子，具有兩親性質(zhì)，既有親水性，又有疏水性。

      關(guān)于離子交換樹脂的作用原理文獻(xiàn)中已有記述。離子交換反應(yīng)通常是指離子交換樹脂與溶液中的離子互換反應(yīng)。隨著離子交換樹脂物理化學(xué)結(jié)構(gòu)不同或溶液中離子體系不同，可發(fā)生中性鹽的分解反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)、成鹽反應(yīng)等。當(dāng)離子交換樹脂與溶液接觸時(shí)，它具有從溶液中吸附諸多非電解質(zhì)的吸附功能。

      離子交換脫色作用包括靜電作用和疏水結(jié)合力。糖漿色素主要通過兩種反應(yīng)機(jī)制與強(qiáng)堿性陰離子樹脂結(jié)合：其中，樹脂上的陰離子以離子鍵形式與色素陰離子交換；其二，色素的非極性部分與樹脂基質(zhì)中的二乙烯基苯基團(tuán)以疏水力結(jié)合(可以理解為吸附作用)。若用R＝N比代表多孔強(qiáng)堿陰離子交換樹脂，糖漿色素以F表示，則糖漿的脫色反應(yīng)為R≡NCL＋F＝R≡NF＋LCL，當(dāng)然吸附的色素并不呈現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)(沒有質(zhì)的變化)，只是由于色素對(duì)R≡NCL大孔樹脂的親和力大于糖漿中其它介質(zhì)，而被牢固吸附到樹脂的孔中而起到脫色作用。

    3 離子交換樹脂用于蜂蜜脫色的可行性

      ⑴蜂蜜是蜜蜂采集了植物的花蜜或分泌物，經(jīng)過充分釀造而貯存在巢脾內(nèi)的甜物質(zhì)。如同白糖的色素取決于其色素一樣，淺色蜂蜜由于其味清淡，而深色蜂蜜味重濃烈，所以淺色蜂蜜的商業(yè)價(jià)值大于深色蜂蜜。這就為蜂蜜脫色處理提出了質(zhì)的規(guī)定性。

      ⑵蜂蜜是一種高度復(fù)雜的糖類混合物，成熟蜂蜜總含糖量達(dá)75％以上，占干物質(zhì)的95％～99％。蜂蜜的前身主要是花蜜，蜂蜜的色澤與蜜蜂采集的蜜源植物有直接的關(guān)系。這一點(diǎn)又與白糖色素主要來源于糖源植物基本相似。無論是白糖還是蜂蜜中的礦物質(zhì)(灰分)含量都是影響糖色度和品質(zhì)的因素之一。大量的文獻(xiàn)資料和實(shí)驗(yàn)研究提示，離子交換樹脂用于糖漿脫色凈化已獲成功，并投入制糖工業(yè)生產(chǎn)。這就從理論和實(shí)踐上給我們以啟迪，將離子交換樹脂用于蜂蜜脫色不僅必要，而且是可行的。

      ⑶色澤是衡量蜂蜜質(zhì)量的一項(xiàng)感官指標(biāo)，一般淺色蜂蜜優(yōu)于深色蜂蜜，因而在國內(nèi)和國際市場上都有較大的需求量，價(jià)格也看好，這對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)西部大開發(fā)建設(shè)，滿足人們物質(zhì)生活增高的需要是十分重要的，市場的需求就是我們的科研方向。因此，我們要以一種高度責(zé)任感和使命感，積極投身離子交換樹脂用于蜂蜜脫色、凈化的研究。

      以上三條充分說明離子交換樹脂用于蜂蜜脫色的研究，既是應(yīng)時(shí)之舉，又切可行，而且勢在必行。

      離子交換樹脂用于蜂蜜脫色的研究是一項(xiàng)創(chuàng)新性研究。由此可見，我們從事的這項(xiàng)研究工作，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，需要我們?nèi)ラ_拓和創(chuàng)新。目前我們對(duì)離子交換技術(shù)的理論還知之不多，實(shí)驗(yàn)裝備也較落后，需更新，實(shí)驗(yàn)技術(shù)也有待提高，我們只有加強(qiáng)對(duì)離子交換技術(shù)的理論學(xué)習(xí)，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技術(shù)的操作，做好精神和物質(zhì)方面的充分準(zhǔn)備，全身心投入到研究中去，才可望獲得成功。

      離子交換樹脂用于蜂蜜脫色的研究是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，無論從研究內(nèi)容上還是它的意義上都不容低估。它們內(nèi)容廣泛、深重，涉及化學(xué)、物理等多種學(xué)科領(lǐng)域，需要我們曠日持久的探索。這項(xiàng)研究包含不同的層次，近期研究主要是實(shí)驗(yàn)階段，包括建立實(shí)驗(yàn)方法，選擇適用的樹脂，尋找脫色離子交換樹脂再生的有效的新方法。進(jìn)而確證脫色處理提高蜂蜜的色度，減少灰分等非糖雜質(zhì)，而又無損蜂蜜的營養(yǎng)含有。在提高糖業(yè)品質(zhì)的同時(shí)，還可從糖液中回收多種有用物質(zhì)。遠(yuǎn)期研究也是更深層次的研究，即擴(kuò)大試驗(yàn)研究成果進(jìn)入放大試驗(yàn)階段，亦即把第一階段的研究成果擴(kuò)大運(yùn)用到工廠化的蜂蜜脫色生產(chǎn)中去，直到熟練掌握該項(xiàng)技術(shù)而帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。