隨著制糖工藝的日益精進(jìn)，玉米淀粉糖成為糖漿制造中備受青睞的原料。傳統(tǒng)糖漿制備主要采用酶或酸催化玉米淀粉糖轉(zhuǎn)化，容易導(dǎo)致糖漿品質(zhì)參差不齊。相比之下，離子交換樹脂技術(shù)的應(yīng)用為原材料提供了卓越的純化與分離效果，產(chǎn)出的糖漿品質(zhì)穩(wěn)定、色澤清淺，且灰分含量極低。尤為重要的是，該技術(shù)無需添加二氧化硫，有效規(guī)避了可能引發(fā)的過敏反應(yīng)，保障了消費(fèi)者的健康安全。本文深入探討并研究了離子交換樹脂在玉米淀粉糖生產(chǎn)流程中的具體應(yīng)用及其優(yōu)勢。

一、玉米淀粉糖概述

玉米淀粉糖以玉米為原料，通過濕磨或干磨工藝打碎成粉末狀，并與水混合進(jìn)行水化處理，使淀粉顆粒膨脹，方便后續(xù)糖化反應(yīng)。水化后的玉米淀粉進(jìn)入糖化階段，而糖化是將淀粉分解為低聚糖和單糖的關(guān)鍵步驟。常見的糖化方法包括酶法和酸法，其中酶法水解因溫和的反應(yīng)條件和較高的選擇性逐漸成為主流。酶法糖化中，α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶是常用的催化酶，分別負(fù)責(zé)淀粉的大分子鏈斷裂和產(chǎn)物的進(jìn)一步水解。酸法糖化主要使用稀硫酸或鹽酸作為催化劑，在高溫下水解，生成的糖液須經(jīng)過中和處理以去除酸性物質(zhì)。

糖化后的產(chǎn)物是含有葡萄糖、麥芽糖等糖類的液體混合物，需要進(jìn)一步處理以去除雜質(zhì)，比如溶解性的蛋白質(zhì)、脂肪及其他非糖物質(zhì)。在分離與精制階段，常采用離子交換、吸附、過濾等手段去除糖液中的雜質(zhì)，并通過蒸發(fā)濃縮提高糖液的糖度。

對于不同用途的玉米淀粉糖，精制過程可能還涉及脫色和脫臭，其中脫色主要使用活性炭或離子交換樹脂去除糖液中的色素物質(zhì)，提升產(chǎn)品的外觀和質(zhì)量。經(jīng)過精制后的糖液可根據(jù)需要進(jìn)行濃縮、干燥，得到玉米糖漿或結(jié)晶葡萄糖等最終產(chǎn)品。

該工藝不僅要求高效的催化和分離技術(shù)，還需精細(xì)控制反應(yīng)條件和溫度，以確保最終產(chǎn)品的純度和品質(zhì)。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，酶法糖化、離子交換樹脂純化等新技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，顯著提升了玉米淀粉糖生產(chǎn)的效率和環(huán)保性。

二、離子交換樹脂及其作用

離子交換樹脂外觀呈顆粒圓球狀，有助于提升樹脂與溶液的接觸面積，提高離子交換效率。它的工作機(jī)制基于離子置換原理，強(qiáng)調(diào)將樹脂中的離子與溶液中的目標(biāo)離子進(jìn)行交換，從而實(shí)現(xiàn)對溶液中特定離子的吸附與去除。該過程類似于一塊智能海綿，能自主選擇在溶液中吸附何種離子。離子交換樹脂的具體作用如下：

（一）去除水中陰、陽離子

離子交換樹脂憑借高效的離子去除能力，成為水處理領(lǐng)域不可或缺的材料。當(dāng)樹脂被應(yīng)用于水中時(shí)，能替代活性炭等傳統(tǒng)材料，有效吸附并去除水中的陰、陽離子，包括金屬離子（如鐵、錳離子等）、氯離子、鎂離子、鈣離子等，從而達(dá)到凈化水質(zhì)、去除污染物、消除異味與色度的目的。此外，離子交換樹脂還能對水進(jìn)行軟化處理，使其達(dá)到飲用或工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，為水資源的可持續(xù)利用提供了有力支持。

（二）提取、分離、濃縮、提純離子

離子交換樹脂還被應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)，通過精確控制樹脂的離子交換性能，可實(shí)現(xiàn)對藥物離子的高效分離與提純，從而提高藥物的純度和療效。隨著中藥現(xiàn)代化進(jìn)程加速，離子交換樹脂在中藥提純方面的應(yīng)用也日益廣泛，為中藥產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了有力支撐。

（三）水解、合成處理

離子交換樹脂還可應(yīng)用于食品行業(yè)。以糖漿生產(chǎn)為例，淀粉原料首先經(jīng)過水解處理，將淀粉分解為葡萄糖等單糖，隨后通過離子交換樹脂進(jìn)行置換與合成處理，實(shí)現(xiàn)提純并優(yōu)化糖漿品質(zhì)。這一過程不僅提高了糖漿的產(chǎn)量和質(zhì)量，還降低了生產(chǎn)成本，為食品行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

（四）可作為催化劑，進(jìn)行酯化、酯交換、水合反應(yīng)

離子交換樹脂在合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)中可作為催化劑，參與酯化、酯交換、水合等化學(xué)反應(yīng)。與傳統(tǒng)無機(jī)酸或堿相比，離子交換樹脂具有更高的催化效率和更廣的適用范圍，能顯著降低反應(yīng)溫度和壓力，提高反應(yīng)速率和產(chǎn)率。

三、離子交換樹脂精制工藝

離子交換樹脂通過與液體中的離子進(jìn)行交換，可去除不需要的離子和分子。樹脂的種類和結(jié)構(gòu)決定了其特定的交換能力，常用的離子交換樹脂包括陽離子交換樹脂（如強(qiáng)酸型樹脂等）和陰離子交換樹脂（如弱堿型樹脂等）。陽離子樹脂主要用于去除糖液中的鈣、鎂、鈉等金屬離子，陰離子樹脂則負(fù)責(zé)去除有機(jī)酸、色素和其他帶負(fù)電荷的雜質(zhì)。通過陽離子樹脂和陰離子樹脂的串聯(lián)或并聯(lián)使用，能高效去除糖化液中的雜質(zhì)。在此過程中，糖化液在預(yù)處理如使用活性炭或樹脂吸附劑進(jìn)行脫色處理后，經(jīng)過離子交換樹脂床，可最大程度地去除雜質(zhì)，而樹脂床的選擇、排列及使用方式會直接影響精制效果。

離子交換樹脂精制工藝流程有多種，最為普遍的是“陽→陰→兩床兩套并聯(lián)使用”和“陽→陰→陽→陰四床串聯(lián)使用”兩種方式。前者主要通過兩對陽陰樹脂床并聯(lián)工作，當(dāng)一對床的樹脂交換能力衰減時(shí)，另一對床繼續(xù)工作，從而確保生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性；后者則主要使用四床串聯(lián)的方式，進(jìn)一步增加了樹脂的交換能力和處理效果。

對于特定工藝，還可采用混合床的方式，旨在通過陽陰樹脂床和混合床的結(jié)合提升糖液純度。其中，陽床和陰床的配置直接關(guān)系著樹脂的使用效率。陽床使用強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂，去除水中的陽離子；陰床則使用弱堿性陰離子交換樹脂，去除陰離子雜質(zhì)。兩者的相互配合，能實(shí)現(xiàn)對雜質(zhì)的全面去除，確保糖液質(zhì)量穩(wěn)定。

在淀粉糖的生產(chǎn)過程中，糖漿會受到原料、催化劑和水等因素的影響而產(chǎn)生雜質(zhì)，包括無機(jī)鹽、有機(jī)酸、有色物質(zhì)以及含氮化合物等，不僅降低了糖漿的質(zhì)量和純度，還影響了結(jié)晶的穩(wěn)定性。對此，離子交換樹脂憑借卓越的吸附與離子交換能力，在糖漿的精制過程中起到了至關(guān)重要的作用。經(jīng)樹脂吸附劑或活性炭脫色后的玉米淀粉糖化液，通過使用離子交換樹脂精制，可高效去除大部分雜質(zhì)，尤其是色素、有機(jī)酸和灰分等關(guān)鍵成分，顯著提升糖漿的純度。

經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用驗(yàn)證，采用離子交換樹脂進(jìn)行分離與純化后的糖漿品質(zhì)提升效果顯著。對經(jīng)過精制的糖漿進(jìn)行成分分析，結(jié)果顯示，其中的灰分含量極低，普遍維持在0.05%以下的水平。鑒于灰分與有色物質(zhì)是決定糖漿色澤的關(guān)鍵因素，精制后的糖漿即便在長時(shí)間的儲存過程中也能保持色澤穩(wěn)定，不發(fā)生變色現(xiàn)象。

此外，離子交換樹脂的應(yīng)用還顯著加快了結(jié)晶過程，提高了整體產(chǎn)率。在果葡糖漿的生產(chǎn)領(lǐng)域，由于灰分等雜質(zhì)會對異構(gòu)酶的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅，對糖化液實(shí)施離子交換樹脂的精制處理同樣不可或缺，這是確保最終產(chǎn)品既優(yōu)質(zhì)又穩(wěn)定的關(guān)鍵步驟。

四、離子交換樹脂在玉米淀粉糖生產(chǎn)中的應(yīng)用

（一）離子交換樹脂在麥芽糖和飴糖生產(chǎn)中的應(yīng)用

離子交換樹脂在麥芽糖和飴糖生產(chǎn)中主要用于精制糖液、去除雜質(zhì)，如灰分、色素、蛋白質(zhì)和有機(jī)酸等，進(jìn)而提高最終產(chǎn)品的純度和透明度。在生產(chǎn)過程中，糖液經(jīng)過液化和糖化處理后會使用離子交換樹脂作進(jìn)一步精制，而離子交換樹脂主要通過交換溶液中的陽離子和陰離子去除雜質(zhì)。強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂能與糖液中的鈉、鈣、鎂等陽離子發(fā)生交換，將其置換為氫離子，形成低pH環(huán)境，助力去除蛋白質(zhì)及其他不溶性雜質(zhì)；弱堿性陰離子交換樹脂可去除無機(jī)酸、典型有機(jī)酸和色素，進(jìn)一步提高糖液的清澈度。在實(shí)際應(yīng)用中，強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂通常結(jié)合使用，前者用于去除中性鹽，后者則進(jìn)一步吸附陰離子，達(dá)到更高的精制效果。離子交換樹脂的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在高效去除雜質(zhì)，還憑借其再生能力降低了生產(chǎn)成本，樹脂經(jīng)過酸洗再生后能恢復(fù)交換能力，保持精制工藝的高效性。

（二）離子交換樹脂在葡萄糖生產(chǎn)中的應(yīng)用

在葡萄糖的生產(chǎn)過程中，淀粉可通過酸或酶的水解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為葡萄糖溶液，但由于原料淀粉的來源不同，水解后的葡萄糖液中含有多種雜質(zhì)，包括無機(jī)鹽、電解質(zhì)、色素、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、氨基酸、脂肪、單寧類物質(zhì)等。這些雜質(zhì)成分復(fù)雜，分子量大小不一，既有小分子化合物，又有大分子膠體物質(zhì)，不僅影響了葡萄糖的純度和質(zhì)量，還可能對后續(xù)加工工藝產(chǎn)生不利影響。因此，精制葡萄糖液以去除雜質(zhì)是生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

離子交換樹脂因強(qiáng)大的雜質(zhì)去除能力，在葡萄糖生產(chǎn)中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，能高效去除葡萄糖液中的電解質(zhì)雜質(zhì)、無機(jī)物、有機(jī)酸、色素、蛋白質(zhì)以及某些高分子物質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中，離子交換樹脂先用于去除葡萄糖液中的無機(jī)鹽和電解質(zhì)成分，再通過陽離子和陰離子交換反應(yīng)去除其他雜質(zhì)。一方面，陽離子交換樹脂通過將葡萄糖液中的鈉、鈣、鎂等陽離子與樹脂上的氫離子交換，降低液體中的鈣離子和鎂離子濃度，實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)去除；另一方面，陰離子交換樹脂用于去除葡萄糖液中的有機(jī)酸、色素以及一些極性有機(jī)物。通過離子交換作用，樹脂能夠吸附葡萄糖液中的酸性物質(zhì)，減少酸味并去除色素，從而提高葡萄糖的透明度和純度。

在離子交換樹脂使用前需要進(jìn)行預(yù)處理，以提高精制效果。例如，使用活性炭對葡萄糖液進(jìn)行脫色處理，活性炭能吸附和去除葡萄糖液中的色素、某些有機(jī)物和蛋白質(zhì)，從而減少雜質(zhì)的干擾。脫色效果會受到活性炭種類、用量、溫度、時(shí)間等因素的影響，合理調(diào)整這些條件可在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的脫色效果?；钚蕴康氖褂貌粌H為后續(xù)離子交換樹脂處理提供了一個(gè)清潔的基質(zhì)，還有效提高了最終葡萄糖產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。

在離子交換樹脂的選擇上，常用的是強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂具有較強(qiáng)的交換能力，能快速、有效地去除葡萄糖液中的鈉、鈣、鎂等陽離子，減少無機(jī)鹽的干擾；弱堿性陰離子交換樹脂主要用于去除有機(jī)酸和色素，能顯著改善葡萄糖液的色澤和口感。兩者結(jié)合使用，能實(shí)現(xiàn)對葡萄糖液的全面精制，提高糖液的純度和透明度。

綜上所述，離子交換樹脂不但能有效去除糖漿中的多種雜質(zhì)，尤其是色素、有機(jī)酸、灰分及無機(jī)鹽等，顯著提高糖漿的純度和結(jié)晶的穩(wěn)定性，而且操作簡便、效果顯著，具有較高的選擇性和重復(fù)使用性，可減少生產(chǎn)成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。未來，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，離子交換樹脂的性能會得到進(jìn)一步優(yōu)化，從而在食品工業(yè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

作者簡介：湯桂標(biāo)（1972—），男，漢族，廣東五華人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)槭称饭に嚬こ獭?/p>

黃彩平（1987—），女，漢族，廣東湛江人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)槭称饭に嚬こ獭?/p>

吳華維（1977—），男，漢族，廣東吳川人，助理工程師，大學(xué)專科，研究方向?yàn)槭称饭に嚒?/p>