果葡糖浆中5-HMF生成影响因素及其去除方法

Journal of Advances in Physical Chemistry 物 理 化 学 进 展, 2013, 2, 27-32 http://dx.doi.org/10.12677/japc.2013.23005 Published Online August 2013 (http://www.hanspub.org/journal/japc.html) Influencing Factors and Removing Method of 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) Generated in High Fructose Corn Syrup Jian Zhang, Xueqian Sun *, Qiang Cui, Qiuhong Li, Wei Li, Yi Wang Xiwang Group, Zouping Email: * 454130150@qq.com Received: Apr. 22 nd, 2013; revised: May 15 th, 2013; accepted: May 22 nd, 2013 Copyright 2013 Jian Zhang et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) is a substance generated in the producing process of high fructose corn syrup, which is harmful to the flavor of products and human healthy. Single factor experiment and orthogonal experiment design were adopted to investigate the factors influencing the generation of 5-HMF. The results indicated that 5-HMF increases as the temperature rises. 5-HMF produces less at ph 4-5. The stronger acidity of the syrup leads to generate more 5-HMF. The 5-HMF increases faster at higher concentrations (DS > 70%). The reaction time is proportional to 5-HMF generation. Orthogonal experiments showed that the influencing effects of factor were followed as: temperature > time > concentrations > ph value. Moreover, the removing method of 5-HMF by using granular activated carbons was also studied in the work. The results might be very meaningful to provide evidence for process control of high fructose corn syrup. Keywords: High Fructose Corn Syrup; 5-Hydroxymethylfurfural; Granular Activated Carbons 果 葡 糖 浆 中 5-HMF 生 成 影 响 因 素 及 其 去 除 方 法 张 健, 孙 学 谦 *, 崔 强, 李 秋 红, 李 伟, 王 一 西 王 集 团 有 限 公 司, 邹 平 Email: * 454130150@qq.com 收 稿 日 期 :2013 年 4 月 22 日 ; 修 回 日 期 :2013 年 5 月 15 日 ; 录 用 日 期 :2013 年 5 月 22 日 摘 要 :5- 羟 甲 基 糠 醛 (HMF) 是 在 果 葡 糖 浆 生 产 过 程 中 可 能 产 生 的 一 种 物 质, 会 对 产 品 的 口 感 风 味 和 人 身 健 康 带 来 一 定 的 影 响 本 论 文 通 过 单 因 素 实 验 和 正 交 实 验 设 计, 对 影 响 果 葡 糖 浆 中 HMF 产 生 的 影 响 因 素 进 行 了 研 究 实 验 表 明 : 温 度 越 高 HMF 越 易 产 生 ;ph 控 制 在 4~5 HMF 产 生 较 少, 酸 性 较 强 容 易 产 生 HMF; 干 物 浓 度 较 高 时 (>70%),HMF 产 生 的 速 度 较 快 ; 操 作 时 间 与 HMF 的 产 生 量 成 正 比 关 系 正 交 实 验 显 示, 各 个 影 响 因 素 中 对 HMF 产 生 的 影 响 : 温 度 > 时 间 > 干 物 浓 度 > ph 本 论 文 还 对 颗 粒 活 性 炭 去 除 HMF 的 方 法 进 行 了 简 单 介 绍 和 研 究, 为 公 司 生 产 工 艺 的 控 制 提 供 了 必 要 的 依 据 关 键 词 : 果 葡 糖 浆 ;5- 羟 甲 基 糠 醛 ; 颗 粒 活 性 炭 1. 引 言 果 葡 糖 浆 是 以 葡 萄 糖 为 原 料 生 产 结 晶 果 糖 的 中 间 过 程 产 物, 是 一 种 含 有 果 糖 和 葡 萄 糖 的 混 合 糖 浆, * 通 讯 作 者 也 可 以 作 为 独 立 的 甜 味 剂 商 品 进 行 生 产 果 葡 糖 浆 中 Copyright 2013 Hanspub 27

因 含 有 果 糖 这 种 单 糖 成 分 而 具 有 协 同 增 效 冷 甜 爽 口 在 肝 脏 中 代 谢 较 快 对 胰 岛 素 的 依 赖 较 小 等 特 性 [1] 果 葡 糖 浆 作 为 一 种 能 够 满 足 人 们 健 康 需 求 的 新 型 甜 味 剂, 已 经 被 广 泛 应 用 在 饮 料 生 产 和 食 品 加 工 中, 甚 至 在 医 药 领 域, 果 糖 液 有 取 代 葡 萄 糖 大 输 液 的 迹 象 [2] 5- 羟 甲 基 糠 醛 (5-Hydroxymethylfurfural, 简 称 HMF) 是 在 果 葡 糖 浆 生 产 过 程 中 可 能 产 生 的 一 种 物 质, 会 对 产 品 的 口 感 风 味 带 来 一 定 的 影 响, 特 别 是 国 内 外 均 有 研 究 报 道 HMF 对 人 体 横 纹 肌 及 内 脏 有 损 害, 且 具 有 神 经 毒 性, 能 与 人 体 蛋 白 质 结 合 产 生 蓄 积 中 毒, 甚 至 有 研 究 称 HMF 的 磺 化 作 用 对 实 验 鼠 有 致 突 变 和 致 癌 性 [3,4], 故 在 含 葡 萄 糖 或 其 他 单 糖 的 制 剂 中 HMF 已 经 作 为 一 种 重 要 的 有 关 物 质 加 以 控 制 [5] 如 国 际 蜂 蜜 协 会 制 定 的 限 量 为 80 mg/kg; 欧 盟 规 定 儿 童 用 果 汁 中 HMF 的 限 量 为 20 mg/kg; 国 际 饮 料 科 技 协 会 (ISBT) 规 定 果 葡 糖 浆 中 HMF 的 限 量 为 75 mg/kg 但 是 我 们 国 家 标 准 和 轻 工 行 业 标 准 中 均 未 对 HMF 的 含 量 提 出 技 术 要 求, 只 有 少 数 公 司 明 确 要 求 国 内 果 葡 糖 浆 生 产 商 将 HMF 作 为 产 品 的 检 验 项 目 [1] 随 着 人 们 对 健 康 生 活 产 品 的 追 求, 严 格 控 制 果 葡 糖 浆 中 HMF 的 含 量 就 成 为 必 然, 并 且 在 果 葡 糖 浆 中 HMF 超 标 的 情 况 下, 要 通 过 后 处 理 降 低 果 葡 糖 浆 中 HMF 的 含 量, 以 得 到 合 格 的 果 葡 糖 浆 产 品 国 内 外 关 于 HMF 生 成 的 影 响 因 素 研 究 主 要 集 中 在 葡 萄 糖 注 射 液 方 面 [6,7], 对 于 果 葡 糖 浆 中 HMF 的 生 成 影 响 因 素 没 有 涉 及 对 果 葡 糖 浆 中 HMF 的 去 除 也 只 有 介 绍 粉 末 活 性 炭 去 除 方 法 [8] 本 论 文 对 影 响 果 葡 糖 浆 中 HMF 生 成 的 温 度 干 物 浓 度 ph 值 放 置 时 间 等 因 素 进 行 了 详 细 的 研 究, 并 对 颗 粒 活 性 炭 去 除 果 葡 糖 浆 中 HMF 的 方 法 进 行 了 相 关 研 究, 使 最 终 得 到 的 果 葡 糖 浆 中 HMF 的 含 量 低 于 20 mg/kg, 为 生 产 上 工 艺 条 件 的 控 制 和 HMF 的 去 除 工 艺 提 供 参 考 依 据 2. 主 要 仪 器 和 试 剂 PB-10pH 计 ( 上 海 );B-260 恒 温 水 浴 锅 ( 上 海 ); DT-500 电 子 天 平 ( 常 熟 );WAY-ZT 阿 贝 折 光 仪 ( 上 海 ); BSA224S 分 析 天 平 ( 天 津 );BT300-01 恒 流 泵 ( 保 定 ); UV-7504c 紫 外 分 光 光 度 计 ( 上 海 ) 颗 粒 活 性 炭 ( 食 品 级, 美 国 ); 结 晶 果 糖 ( 食 品 级, 山 东 西 王 药 业 有 限 公 司 生 产 ); 结 晶 葡 萄 糖 ( 食 品 级, 山 东 西 王 糖 业 有 限 公 司 生 产 ); 果 葡 糖 浆 ( 食 品 级, 山 东 西 王 药 业 有 限 公 司 生 产 ) 3. 实 验 方 法 3.1. HMF 的 检 测 方 法 果 葡 糖 浆 样 品 稀 释 至 干 物 浓 度 为 1%, 用 紫 外 可 见 分 光 光 度 计 在 283 nm 处 测 定 吸 光 度, 根 据 下 面 公 式 测 得 糠 醛 含 量 [9] : X = (A 0.749)/C 式 中 : X 5- 羟 甲 基 糠 醛 的 含 量,%; A 样 液 的 吸 光 值 ; 0.749 消 光 系 数 和 其 他 分 子 质 量 单 位 和 体 积 变 化 的 复 合 比 例 常 数 ; C 做 水 分 和 灰 分 校 正 后 的 样 液 的 浓 度, 单 位 为 毫 克 每 毫 升 (mg/ml) 3.2. 各 个 影 响 因 素 对 果 葡 糖 浆 中 HMF 含 量 的 影 响 3.2.1. 温 度 对 HMF 产 生 的 影 响 制 成 干 物 浓 度 为 70% 的 F42 果 葡 糖 浆, 调 节 ph 值 为 5.0, 将 样 品 均 分 为 6 份, 分 别 置 于 30 40 50 60 70 80 水 浴 锅 中 放 置 48 h 后 测 定 不 同 温 度 处 理 的 样 品 的 HMF 值 3.2.2. ph 值 对 HMF 产 生 的 影 响 制 成 干 物 浓 度 为 70% 的 F42 果 葡 糖 浆, 将 样 品 均 分 为 6 份, 调 节 ph 值 分 别 为 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5, 置 于 70 水 浴 锅 中 放 置 48 h 后 测 定 不 同 ph 值 条 件 下 的 样 品 的 HMF 值 3.2.3. 干 物 浓 度 对 HMF 产 生 的 影 响 制 成 干 物 浓 度 分 别 为 30% 40% 50% 60% 70% 80% 的 F42 果 葡 糖 浆, 调 节 样 品 ph 值 为 5.0, 置 于 70 水 浴 锅 中 放 置 48 h 后 测 定 不 同 干 物 浓 度 下 样 品 的 HMF 值 3.2.4. 处 理 时 间 对 HMF 产 生 的 影 响 28 Copyright 2013 Hanspub

制 成 干 物 浓 度 为 70% 的 F42 果 葡 糖 浆, 调 节 ph 值 分 别 为 5.0, 将 样 品 均 分 为 6 份, 于 70 水 浴 锅 中 放 置 24 h 36 h 48 h 60 h 72 h 96 h 后 测 定 不 同 样 品 的 HMF 值 3.2.5. HMF 产 生 影 响 因 素 正 交 试 验 设 计 根 据 单 因 素 实 验 结 果, 进 一 步 验 证 各 个 生 产 条 件 对 果 葡 糖 浆 中 HMF 含 量 的 影 响 大 小, 选 取 温 度 ph 值 干 物 浓 度 和 反 应 时 间 为 实 验 因 素, 进 行 正 交 实 验, 确 定 影 响 HMF 的 显 著 因 素 以 及 各 因 素 影 响 大 小, 设 计 如 表 1 根 据 正 交 实 验 设 计 表 进 行 实 验, 实 验 结 果 如 表 2 所 示 3.3. 颗 粒 活 性 炭 在 果 葡 糖 浆 脱 糠 醛 中 的 应 用 3.3.1. 接 触 时 间 对 颗 粒 活 性 炭 达 到 95% 脱 糠 醛 率 的 影 响 将 经 过 预 处 理 的 干 物 浓 度 在 50% 的 果 葡 糖 浆 65 下 分 别 以 不 同 的 流 速 通 过 雅 克 比 颗 粒 活 性 炭 柱 时 会 有 不 同 的 接 触 时 间, 通 过 测 定 0.5 h 1 h 1.5 h 2 h 等 不 同 接 触 时 间 下, 颗 粒 活 性 炭 达 到 95% 脱 糠 醛 率 时 的 用 炭 量, 确 定 一 个 合 适 的 进 料 速 度 3.3.2. 进 料 温 度 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 的 影 响 预 处 理 6 个 颗 粒 活 性 炭 平 行 碳 柱, 分 别 设 定 不 同 的 温 度 30 40 50 60 70 80, 将 经 过 预 处 理 好 的 干 物 浓 度 为 50% 的 果 葡 糖 浆 以 16 ml/min 的 速 率 通 过 装 有 450 ml 颗 粒 活 性 炭 的 炭 柱, 实 验 开 始 后 每 隔 900 ml(2 BV) 流 出 样, 分 别 在 每 个 柱 子 底 部 取 样 测 糠 醛 含 量, 直 至 出 料 的 糠 醛 含 量 大 于 200 mg/kg, 停 止 取 样 记 录 每 个 炭 柱 的 取 样 总 量, 选 择 合 适 的 进 料 温 度 3.3.3. 进 料 浓 度 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 的 影 响 预 处 理 5 个 颗 粒 活 性 炭 平 行 碳 柱, 分 别 将 预 处 理 Table 1. Orthogonal design for influence factors to HMF content 表 1. HMF 含 量 影 响 因 素 正 交 实 验 设 计 表 因 素 水 平 温 度 / ph 干 物 浓 度 /% 时 间 /h 1 40 2.5 30 24 2 60 3.5 50 36 3 70 4.5 70 48 4 80 5.5 90 60 Table 2. Results of orthogonal experiment 表 2. HMF 影 响 因 素 正 交 实 验 结 果 因 素 实 验 号 干 物 浓 度 实 验 结 果 温 度 / ph 时 间 /h /% (HMF) 实 验 1 40 2.5 30 24 27.71 实 验 2 40 3.5 50 36 24.34 实 验 3 40 4.5 70 48 26.29 实 验 4 40 5.5 90 60 35.27 实 验 5 60 2.5 50 48 211.9 实 验 6 60 3.5 30 60 32.05 实 验 7 60 4.5 90 24 44.55 实 验 8 60 5.5 70 36 32.95 实 验 9 70 2.5 70 60 457 实 验 10 70 3.5 90 48 557.25 实 验 11 70 4.5 30 36 42.84 实 验 12 70 5.5 50 24 43.59 实 验 13 80 2.5 90 36 1408 实 验 14 80 3.5 70 24 415 实 验 15 80 4.5 50 60 1006 实 验 16 80 5.5 30 48 1132 均 值 1 28.403 526.153 308.650 132.713 均 值 2 80.362 257.160 321.457 377.033 均 值 3 275.170 279.920 232.810 481.860 均 值 4 990.250 310.952 511.267 382.58 极 差 961.847 268.993 278.457 349.147 好 的 干 物 浓 度 为 30% 40% 50% 60% 70% 的 果 葡 糖 浆 在 温 度 为 65 条 件 下 以 16 ml/min 的 速 率 通 过 装 有 450 ml 颗 粒 活 性 炭 的 炭 柱, 实 验 开 始 后 每 隔 900 ml(2 BV) 流 出 样, 分 别 在 每 个 柱 子 底 部 取 样 测 糠 醛 含 量, 直 至 出 料 的 糠 醛 含 量 大 于 200 mg/kg, 停 止 取 样, 然 后 将 收 集 到 的 料 液 稀 释 或 者 浓 缩 到 干 物 浓 度 为 50%, 稀 释 或 浓 缩 后 所 得 到 的 体 积 记 为 每 个 颗 粒 活 性 炭 柱 的 料 液 处 理 体 积, 观 察 不 同 的 进 料 浓 度 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 量 的 影 响 3.3.4. 进 料 ph 值 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 的 影 响 预 处 理 4 个 颗 粒 活 性 炭 平 行 碳 柱, 将 干 物 浓 度 为 50% 的 果 葡 糖 浆 分 别 调 至 ph 为 4.5 5.5 6.5 7.5, 然 后 在 温 度 为 65 条 件 下 以 16 ml/min 的 速 率 通 过 装 Copyright 2013 Hanspub 29

有 450 ml 颗 粒 活 性 炭 的 炭 柱, 实 验 开 始 后 每 隔 900 ml(2 BV) 流 出 样, 分 别 在 每 个 柱 子 底 部 取 样 测 糠 醛 含 量, 直 至 出 料 的 糠 醛 含 量 大 于 200 mg/kg, 停 止 取 样 记 录 每 个 炭 柱 的 取 样 总 量, 观 察 进 料 ph 值 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 量 的 影 响 4. 结 果 与 讨 论 4.1. 温 度 对 HMF 产 生 的 影 响 HMF 作 为 糖 的 降 解 产 物, 果 葡 糖 浆 在 高 压 灭 菌 或 储 存 过 程 中, 其 中 的 果 糖 或 葡 萄 糖 在 高 温 的 条 件 下 会 产 生 HMF 一 般 认 为 产 生 HMF 的 反 应 底 物 是 单 糖, 但 也 有 研 究 报 道 是 其 中 的 葡 萄 糖 或 果 糖 置 换 为 蔗 糖, 蔗 糖 在 高 温 条 件 下 产 生 具 有 高 活 性 的 呋 喃 果 糖 基 离 子 造 成 的 HMF 的 产 生 机 理 表 明 温 度 对 果 葡 糖 浆 产 生 HMF 的 影 响 很 大 [10] 由 图 1 可 以 看 出, 温 度 升 高, HMF 含 量 快 速 增 加 当 温 度 低 于 50 时,HMF 产 生 的 速 率 比 较 慢, 当 温 度 高 于 50 时,HMF 产 生 速 率 显 著 增 加, 并 且 温 度 越 高, 越 容 易 产 生 HMF, 因 此 在 生 产 过 程 中 控 制 料 液 温 度 低 于 50 为 宜 4.3. 干 基 浓 度 对 HMF 产 生 的 影 响 当 溶 液 中 葡 萄 糖 浓 度 增 加 时, 单 位 时 间 内 降 解 产 生 的 HMF 越 多 由 图 3 可 以 看 出, 果 葡 糖 浆 干 物 浓 度 超 过 70% 时,HMF 含 量 增 加 明 显, 这 与 国 内 外 的 [12,13] 一 些 研 究 的 结 果 也 较 为 一 致 可 见, 在 食 品 加 工 过 程 中, 适 当 控 制 作 为 食 品 加 工 原 料 的 果 葡 糖 浆 干 物 浓 度 对 于 减 少 HMF 的 生 成 具 有 很 重 要 的 指 导 意 义 4.4. 处 理 时 间 对 HMF 产 生 的 影 响 由 图 4 可 以 看 出, 其 他 条 件 相 同 的 平 行 果 葡 糖 浆 样 品, 放 置 时 间 越 长,5-HMF 的 含 量 越 高, 但 是 比 较 短 的 时 间 内,5-HMF 的 含 量 变 化 并 不 明 显 张 玉 玉 等 [12] 人 的 也 在 其 研 究 中 指 出, 食 品 加 工 环 境 中 的 诸 多 因 素 对 于 糠 醛 及 HMF 的 生 成 量 影 响 显 著, 比 如 在 反 应 温 度 时 间 等 体 系 因 素 改 变 时, 都 会 影 响 HMF 反 应 的 进 程 4.2. ph 值 对 HMF 产 生 的 影 响 由 图 2 可 以 看 出, 当 料 液 的 ph 值 低 于 4.5 时, HMF 的 含 量 变 化 比 较 明 显, 当 ph 值 在 4.5 以 上 时, HMF 含 量 变 化 不 大, 说 明 ph 值 在 4.5~7.5 时 对 葡 萄 糖 分 解 产 物 5-HMF 含 量 的 影 响 不 大 这 个 结 论 与 聂 [11] 小 娃 等 在 文 章 中 表 述 的 H+ 对 果 糖 降 解 为 HMF 的 影 响 机 理 相 一 致 因 此, 生 产 上 应 该 尽 量 避 免 低 ph 值 情 况 的 出 现 Figure 2. Effects of HFCS ph on the HMF content 图 2. 果 葡 糖 浆 ph 值 对 HMF 含 量 的 影 响 Figure 1. Effects of HFCS temperature on the HMF content 图 1. 果 葡 糖 浆 温 度 对 HMF 含 量 的 影 响 Figure 3. Effects of HFCS concentration on the HMF content 图 3. 果 葡 糖 浆 浓 度 对 HMF 含 量 的 影 响 30 Copyright 2013 Hanspub

多,70 以 上 颗 粒 活 性 炭 的 吸 附 力 开 始 下 降, 料 液 处 理 量 减 少, 生 产 上 一 般 选 60 为 进 料 温 度 4.8. 进 料 浓 度 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 的 影 响 根 据 图 6 所 示 的 结 果 : 对 于 一 定 体 积 的 颗 粒 碳 柱, 在 一 定 的 流 量 下, 果 葡 糖 浆 的 浓 度 对 炭 柱 的 料 液 处 理 量 有 很 大 的 影 响 当 料 液 的 干 物 浓 度 低 于 50% 时, 颗 粒 碳 柱 的 处 理 量 变 化 并 不 明 显, 但 是 过 低 的 浓 度 会 使 Table 3. Different contact time corresponding the GAC quantity consumed for the same decolourization ratio 表 3. 不 同 的 接 触 时 间 与 达 到 脱 色 率 要 求 的 用 炭 量 Figure 4. Effects of treating time of HFCS on the HMF content 图 4. 果 葡 糖 浆 处 理 时 间 对 HMF 含 量 的 影 响 4.5. HMF 产 生 影 响 因 素 正 交 试 验 结 果 根 据 单 因 素 实 验 结 果 设 计 了 正 交 实 验, 正 交 实 验 结 果 如 表 2 所 示 从 正 交 实 验 结 果 的 极 差 分 析 看, 各 个 操 作 条 件 中 对 HMF 产 生 的 影 响 主 次 因 素 为 : 温 度 > 时 间 > 干 物 浓 度 > ph 极 差 值 显 示, 温 度 对 HMF 产 生 的 影 响 是 显 著 因 素 其 中, 温 度 越 高 HMF 越 容 易 产 生 ;ph 控 制 在 4~5 左 右 HMF 产 生 较 少, 酸 性 较 强 的 条 件 容 易 产 生 HMF; 从 干 物 浓 度 的 影 响 看, 干 物 浓 度 较 高 时 (>70%),HMF 产 生 的 速 度 较 快 ; 而 操 作 时 间 的 影 响 则 表 现 为 操 作 时 间 短, 产 生 的 HMF 少, 随 着 操 作 时 间 的 延 长 HMF 产 生 的 量 也 增 加 方 差 分 析 表 显 示, 温 度 对 HMF 产 生 的 影 响 是 极 其 显 著 的, ph 干 物 浓 度 和 处 理 时 间 对 HMF 产 生 的 影 响 也 是 显 著 的 因 此, 实 际 生 产 过 程 中 应 严 格 控 制 温 度 4.6. 接 触 时 间 对 雅 可 比 颗 粒 活 性 炭 达 到 95% 脱 糠 醛 率 的 影 响 接 触 时 间 /h 95% 脱 糠 醛 率 用 炭 量 Kg/T( 干 基 ) 0.5 77.96 1 34.65 1.5 29.24 2 27.11 Figure 5. HFCS temperature influence to the GAC effect 图 5. 进 料 温 度 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 的 影 响 由 表 3 不 难 看 出, 接 触 时 间 越 长 所 使 用 的 颗 粒 活 性 炭 量 越 小, 生 产 上 为 了 提 高 效 率, 节 约 缩 短 生 产 周 期, 进 一 步 降 低 糠 醛 的 产 生 率, 一 般 选 用 分 柱 填 充, 降 低 接 触 时 间 的 方 法, 应 结 合 穿 透 曲 线 选 择 合 适 的 接 触 时 间 4.7. 进 料 温 度 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 的 影 响 根 据 图 5 所 示 的 结 果 : 颗 粒 活 性 炭 的 最 佳 吸 附 能 力 发 挥 温 度 为 60 ~70,70 以 下 随 着 温 度 的 升 高, 颗 粒 活 性 炭 对 糠 醛 的 吸 附 量 增 加, 可 处 理 的 料 液 量 Figure 6. HFCS content influence to the GAC effect 图 6. 进 料 浓 度 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 的 影 响 Copyright 2013 Hanspub 31

Figure 7. HFCS ph influence to the GAC effect 图 7. 进 料 ph 值 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 的 影 响 颗 粒 活 性 炭 对 糠 醛 的 吸 附 速 率 变 慢, 操 作 时 间 延 长 并 且 会 增 加 后 处 理 强 度 ; 当 葡 萄 糖 浆 的 干 物 浓 度 超 过 50% 时, 颗 粒 活 性 炭 对 料 液 的 处 理 量 有 明 显 的 减 少, 这 是 因 为 果 葡 糖 浆 的 糠 醛 来 不 及 被 颗 粒 活 性 炭 吸 附 就 随 着 料 液 漏 出, 并 且 高 浓 度 的 果 葡 糖 浆 上 柱 后 容 易 造 成 结 柱, 颗 粒 活 性 炭 分 节 进 气 泡 甚 至 会 浮 起 因 此, 控 制 果 葡 糖 浆 进 料 浓 度 维 持 在 50% 左 右 比 较 有 利 4.9. 进 料 ph 值 对 颗 粒 活 性 炭 除 糠 醛 的 影 响 由 图 7 可 以 看 出 果 葡 糖 浆 的 ph 值 对 颗 粒 活 性 炭 吸 附 糠 醛 的 影 响 不 明 显, 因 此, 生 产 工 艺 中 对 于 颗 粒 活 性 炭 柱 的 进 料 ph 值 并 无 严 格 的 要 求, 进 炭 柱 维 持 异 构 柱 出 料 的 ph 值 即 可 5. 结 论 1) 根 据 果 葡 糖 浆 中 糠 醛 产 生 影 响 因 素 的 单 因 素 实 验 和 正 交 实 验, 各 个 操 作 条 件 中 对 HMF 产 生 的 影 响 : 温 度 > 时 间 > 干 物 浓 度 > ph 其 中, 温 度 越 高 HMF 越 容 易 产 生 ;ph 控 制 在 4~5 左 右 HMF 产 生 较 少, 酸 性 较 强 的 条 件 容 易 产 生 HMF; 从 干 物 浓 度 的 影 响 看, 干 物 浓 度 较 高 时 (>70%),HMF 产 生 的 速 度 较 快 ; 而 操 作 时 间 的 影 响 则 表 现 为 操 作 时 间 短, 产 生 的 HMF 少, 随 着 操 作 时 间 的 延 长 HMF 产 生 的 量 也 增 加 极 差 值 显 示, 温 度 对 HMF 产 生 的 影 响 是 显 著 的 由 于 本 实 验 的 各 个 影 响 因 素 是 对 生 产 过 程 中 容 易 产 生 HMF 的 环 节 进 行 的 模 拟, 但 是 因 为 生 产 过 程 中 各 个 工 段 的 工 艺 条 件 无 法 都 按 此 标 准 进 行, 所 以 此 结 果 只 对 生 产 工 艺 的 制 备 提 供 参 数 指 导 意 义, 具 体 工 艺 参 数 的 确 定 还 要 根 据 生 产 实 际 2) 颗 粒 活 性 炭 正 常 工 作 时 的 工 作 条 件 : 进 料 温 度 一 般 为 65, 进 料 浓 度 为 50% 左 右, 进 料 ph 值 一 般 控 制 在 4.5~5.5, 一 般 选 用 分 柱 填 充, 结 合 穿 透 曲 线 选 择 合 适 的 接 触 时 间 颗 粒 活 性 炭 经 过 70 热 水 处 理 后 可 以 重 复 利 用, 相 较 于 现 在 生 产 中 用 的 粉 末 活 性 炭, 大 大 降 低 了 生 产 成 本, 此 实 验 结 果 可 以 作 为 生 产 工 艺 改 进 的 依 据 由 于 颗 粒 活 性 碳 品 质 的 不 同, 去 除 糠 醛 的 效 率 也 不 一 样, 可 以 对 不 同 品 牌 的 颗 粒 活 性 炭 进 行 对 比 实 验, 选 择 比 较 经 济 的 方 案 参 考 文 献 (References) [1] 郭 峰, 罗 建 勇, 朱 晓 立. 果 葡 糖 浆 中 5- 羟 甲 基 糠 醛 的 检 测 方 法 研 究 进 展 [J]. 农 业 基 础 科 学, 2010, 11: 20-22. [2] 杨 海 军. 前 景 看 好 的 甜 味 剂 果 葡 糖 浆 [J]. 发 酵 科 技 通 讯, 2006, 35(4): 32-35. [3] J. A. Miller. Recent studies on the metabolic activation of chemical carcinogens. Cancer Research, 1994, 54(7): 1879-1881. [4] C. Janzowshi, V. Glaab, E. Sammimi, et al. 5-Hydroxymethyl furfural: Assessment of mutagenicity, DNA-damaging potential and reactivity towards cellular glutathione. Food Chemical Toxicology, 2002, 38(9): 801-809. [5] 吴 立 军. 天 然 药 物 化 学 [M]. 北 京 : 人 民 卫 生 出 版 社, 2004: 73-74. [6] 周 福 富, 廖 爱 国, 刘 风 景 等. 不 同 因 素 对 5- 羟 甲 基 糠 醛 含 量 的 影 响 [J]. 中 国 药 业, 2008, 17(19): 44-45. [7] 梁 振 福, 冯 世 俊, 王 化 河 等. 温 度 和 时 间 对 10- 葡 萄 糖 注 射 液 中 5- 羟 甲 基 糠 醛 含 量 的 影 响 [J]. 开 封 医 专 学 报, 1995, 14(3): 184-186. [8] 王 长 虹, 金 士 朗. 活 性 炭 去 除 含 糖 输 液 中 的 5- 羟 甲 基 呋 喃 甲 醛 的 实 验 研 究 [J]. 新 疆 医 学 院 学 报, 1990, 13(4): 266-269. [9] GB26762-2011. 结 晶 果 糖 固 体 果 葡 糖 [S]. 北 京 : 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局, 2011. [10] F. S. Asghari, H. Yoshida. Kinetics of the decomposition of fructose catalyzed by hydrochloric acid in subcritical water: Formation of 5-hydroxymethylfurfural, levulinic, and formic acids. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2007, 46(23): 7703-7710. [11] 聂 小 娃, 刘 新, 刘 民 等. 果 糖 在 酸 性 环 境 中 脱 水 制 备 5- 羟 甲 基 糠 醛 的 理 论 研 究 [J]. 石 油 学 报, 2010, 26(1): 73-81. [12] 张 玉 玉, 宋 弋, 李 全 宏. 食 品 中 糠 醛 和 5- 羟 甲 基 糠 醛 的 产 生 机 理 含 量 检 测 及 安 全 性 评 价 研 究 进 展 [J]. 食 品 科 学, 2012, 33(5): 275-280. [13] E. Capuano, A. Ferrigno, I. Acampa, et al. Effect of flour type on Maillard reaction and acrylamide formation during toasting of bread crisp model systems and mitigation strategies. Food Research International, 2009, 42(9): 1295-1302. 32 Copyright 2013 Hanspub