活性炭在食品工业中的应用

一、蔗糖

我国是世界第四大产糖国，每年的食糖总产量约为1300t。澄清工艺是制糖生产的第 一环节，也是关键环节，对于提高产品质量和糖分回收具有重要作用。吸附脱色是一种重要的澄清工艺。在活性炭未出现时，主要是用骨炭来处理。骨炭是由牛骨干燥破碎后，于600～850℃下隔绝空气干馏制得，收率为65％左右。由于骨炭的灰分含量大，含碳量低，脱色效果比较差。之后逐渐被活性炭所取代。

从20世纪初成功制造活性炭开始，首先进入应用领域的是蔗糖脱色精制。蔗液的精制有许多步骤。首先以石灰来澄清，再浓缩结晶出初步精制的糖，称粗糖，纯度约96％。经洗涤的结晶再溶解在水中，成为50％～60％的糖液。再下一个步骤就是澄清，主要是加入石灰使糖液成微碱性，再用磷酸中和，生成的磷酸钙可吸附杂质，用过滤法除去，然后用活性炭脱色。

我国蔗糖盛产于华南地区，其生产方法很少采用由红糖加工精制成白糖，所以没有大量使用骨炭或活性炭。糖厂都采用二氧化硫漂白，将色素还原，这就有可能在以后同空气接触的过程中，颜色会泛黄。但大部分的有色胶体都能被所形成的亚硫酸钙吸附除去。不过当糖色重时，以活性炭脱色还是很必要的，并还有脱臭作用。而二氧化硫漂白，既不环保又对人体有危害，应加以改进。

利用活性炭脱色时，糖液的pH值至关重要。偏酸性时易引起糖的转化，但脱色效果好，因此控制pH＝7为佳。糖液稀有利脱色，但使以后的蒸发负荷加大，一般控制浓度在50%左右。温度70-80℃。一个应引起注意的问题是活性炭在脱色过程会使PH值下降，也就是说会使转化糖增加，因此应随时检测糖液的pH值。

从20世纪50～60年代开始，美洲国家纷纷采用颗粒活性炭连续脱色，使大规模、连续化脱色成为可能，经脱色失效的活性炭还可再生回用。脱色装置除了常规的吸附塔外，日本于1963年还创建了一种脉冲吸附塔，称为国产号装置（设在原新日本制糖股份公司的扇桥工厂）。糖液由脉冲塔下部进入，经与塔内的颗粒活性炭脉冲接触后由塔顶排出。塔zui下部位的吸附色素负荷zui重的活性炭每日定时排出，同时新炭（或经再生的炭）与排出炭等量从塔顶加入。活性炭的放出和填进在几分钟内完成作业。卸出的废炭经洗涤后热风干燥到水分达45％送入再生炉再生。

二、葡萄糖

目前，全世界用于葡萄糖脱色的活性炭达到数万吨，活性炭是葡萄糖工业发展过程中不可或缺的材料。活性炭在葡萄糖液脱色净化过程中起着关键的作用，主要是去除高分子和低分子色素，这些颜色一部分是由原料中来，一部分是制造过程所形成的。

玉米淀粉采用盐酸或酶的水解转化成单糖，这就是所谓的酸法或酶法。酸法的糖液的颜色要比酶法的深，用炭量要多些。用活性炭处理，除了脱色外，还要减少蛋白质、戊羟甲基糖醛（5-hydroxy methyl fur-fural，HMF）、发泡物质和铁质等，其中HMF如不有效地除去，则成品葡萄糖在储存过程或远洋运输过程中会发黄。因此，HMF被认为是一种潜伏色素，要除去HMF这种低分子物质。HMF，属于低分子物质，应采用微孔发达的活性炭；而色素，其分子均较大，因此要使用大孔或过渡孔发达的活性炭。

化学法，比如磷酸法或氯化锌法，制备得到的活性炭，含有丰富的过渡孔，适用于色素的脱除。所以，在脱色工艺中，化学法制备的活性炭具有良好的应用效果。但是该类炭对于像HMF这种小分子物质的吸附能力较差。实践证明，采用高温水蒸气活化的所谓物理法活性炭，含有大量的微孔，对HMF有较高的亲和力。

三、乳酸

乳酸的学名为α-羟基丙酸，是一种重要的有机酸，广泛应用于食品、医药、日化、生物降解材料等领域。发酵法是工业上生产乳酸的主要方法，在酸性条件下菌类的作用会停止，故加入碳酸钙或氢氧化钙来中和所生成的乳酸，反应实际上生成的是乳酸钙。当发酵完成后，加热至90℃使溶液中的䏓类沉淀出来，并过滤分离。

乳酸钙可转化成其他乳酸盐或乳酸，也可用多种方法净化，活性炭就是其中的一种。将乳酸钙经过滤除去朊类后加入活性炭脱色，然后过滤分离活性炭，调节溶液呈弱酸性，使用活性炭再次处理。经处理后的溶液浓度缩至15°Bé并冷却使乳酸钙结晶出来。之后将结品溶于65℃水中，用活性炭处理。

生产乳酸钠时，由于乳酸铵溶液中所含的杂质（如钙盐和硫酸盐等）不利于其结晶，所以可以利用活性炭去除杂质，过滤，之后浓缩到60％～75％结晶析出，通过过滤去除，之后稀释到50％。

乳酸产品是由乳酸钙同硫酸作用产生，反应生成的硫酸钙经过滤除去，所得乳酸在加热条件下用活性炭脱色除杂，然后再经离子交换树脂吸附交换以除去一些金属离子。此外，还存在一些不溶于乙醚的杂质，可能是残留未发酵完全的糖类或中间产物，可通过分子蒸馏或膜分离去除而净化之。

四、柠檬酸

柠檬酸是重要的有机酸，易溶于水，在食品行业、化妆行业等领域具有重要的用途。柠檬酸的生产分为发酵和提取两部分。在生产工艺中，活性炭的作用是除去胶质、蛋白质和脱色。柠檬酸液中的色素有罗维邦红色素和黄色素，活性炭对红色素有较好的去除效果，而对黄色素却很难去除。因此，当使用市售普通活性炭时，经脱色处理后的柠檬酸往往残留黄色素而影响结晶色品。近年国内研究成功能易于去除黄色素的专用活性炭。但当将柠檬酸制成柠檬酸钠时，则应选用另外的专用活性炭处理。

五、味精

味精，学名谷氨酸钠，问世将近百年。20世纪20年代，吴蕴初先生在上海首创天厨味精厂，是我国制造味精的先驱者。起初，因味精价格贵，使用量不大，产量较小。随着人们生活水平的提高，味精工业迎来了发展期。20世纪80年代，我国味精工业快速发展，并逐渐成为食品行业中一个重要的分支。

味精脱色工艺是味精生产过程中一个重要的环节，采用活性炭脱色是常用的脱色方法。以麸筋为原料，经水解得到谷氨酸，经氢氧化钠中和并经活性炭脱色除杂，zui后获得白色谷氨酸钠结晶。味精料液的浓度、含量、温度、酸碱度以及脱色时间都影响活性炭的脱色效果，实践表明，同一品质的活性炭对不同料液其脱色净化效果也不同。活性炭在吸附过程中，可以采取单次吸附法也可以采取多次吸附法。单次吸附法按照设定的投发量一次性投料，这种方法简单，但是需求料液质量好且稳定，适用于使用变晶工艺生产的麸酸。多次吸附法是将设定的投炭量分为两次或三次投料，第 一次投料zui佳时间是料液PH值为5.9～6.0，投入50％的活性炭进行脱色，之后根据麸酸的特性再将剩余活性炭投入。多次吸附法不仅有助于避免活性炭的浪费，还能够提高脱色、过滤的效果。

从20世纪70年代后期开始，国内出现用颗粒活性炭装填吸附塔进行连续股色精制，所用的是杏核为原料采用高温水蒸气活化的无定形颗粒。首先在广州味精厂运转，由于效果明显，此后逐步得到推广应用。也有将粉炭和颗粒活性炭组合使用，先用粉炭脱色，再经颗粒炭精制。

六、食用油脂

油脂的主要成分是脂肪酸甘油酯，也含有少量的游离脂肪酸和其他杂质。杂质的种类和数量受油脂原料影响，因此油脂的精制方法就各不相同。杂质是动植物在生命过程中新陈代谢的产物，对其生命活动具有重要意义，尤其是抗氧性杂质，能够防止油脂氧化酸败。油脂精制，除去有害成分、保留有益成分，通常精制方法有三个步骤，即中和、脱色、除臭。中和一般是使用氢氧化钠去除游离脂肪酸，亦有除去蛋白质和胶状物的功能，并使杂色降低。要使油品成为淡色，则要做进一步的处理。处理方法可通过化学剂的作用，但普通使用的是利用吸附剂。活性白土和活性炭等都是油脂工业不可缺少的吸附剂。白土主要起脱色作用，活性炭主要是脱臭、除气味和脱色。

对活性炭类型的选择也很重要，不同活化方法所制得的活性炭产品其性能迥异、适应不同油品的脱色，使用前先进行试验为好。活性炭的pH值应控制在5～8之间，碱性太大或酸性太大可使油品发生不良变化。

1．椰子油

椰子油呈现的杂色和存在的杂质，使用活性炭可发挥良好的精制作用，无需与其他材料混合使用。对于一般的椰子油，活性炭的添加量小于1％就可以获得良好的精制效果；但是对于品质不好的粗油，则需要增加活性炭的添加量，活性炭种类的选择至关重要，不同活性炭品种对于脱色、去杂质的效果影响显著。

2．棉籽油

棉籽油成分复杂，含有棉酚、多种糖类、树脂、叶黄素、叶绿素等，所以需要联合使用白土和活性炭从而达到满意的处理效果。活性炭与白土的比例一般为1：（4～5），根据油品的质量而定。白土可以除去黄色素，活性炭去除红色和绿色，两者优势互补。活性炭还可消除因使用白土带来的泥土味，并且也可除去很微量的物质，诸如皂素、磷脂、胶质等，在棉籽油处理过程中，不宜使用酸性白土，因它易于分解油类，并具有促进氧化的作用。

3.花生油

一般的花生油，品质相对较好，只需要活性炭脱色即可达到效果。如果是暗深色的花生油，则需要联合使用白土和活性炭来达到良好效果。

4. 大豆油

大豆油既可供食用，也可用在油漆上。当供作食用时，除了使用活性炭与白土较高比值的吸附剂外，其他与处理棉籽油的方法相似，特别是当油品的绿色很深时就更当如此。活性炭可去除成品油中能产生不良气味的物质。

5．橄榄油

橄榄油由于其压榨工艺和提取工艺的不同，品质也不同。优 质的橄榄油特别是从第 一次压榨得到的橄榄油是不需要脱色的。质次的橄榄油可用白土和活性炭混合处理。而用二硫化碳提取法制得橄榄油往往带有深绿色，可用白土和活性炭混合吸附剂处理改善，使其成为金黄色产品。

6.玉米油

玉米油可用白土和活性炭混合物处理，但活性炭占的比例需比其他的油少些。有人认为应在部分真空及80℃或更低些的温度下处理。

7. 酒类

活性炭处理酒的功能，主要是去除杂色（指白酒）、不良杂质和促使陈化（酯化）。木炭或骨炭用于酒处理在欧洲已有很久的历史，现今均已被活性炭所取代。在应用过程中，活性炭要先制成稀浆状，缓慢地加入和混合，避免大量的空气进入。活性炭的加入量根据不同的酒类都应有严格的控制，否则会使酒中天然的香味消失，失去了某些酒独有的特色。某种酒应该加入多少活性炭要经过试验确定，并应严格选择炭种。

制造啤酒时，在加入酒花前，用活性炭处理尚未发酵的浸汁，可以降低其中蛋白质的含量，并能改良其保持泡沫的性质以及熟啤酒的香味。如用活性炭处理带苦味的浸汁则更有效。发酵后用活性炭处理，可改善啤酒特有的香味和发泡起沫的性质，也可加速啤酒的陈化。

随着技术的发展，在酒类处理中，已经形成了专用活性炭品种，如酒精处理专用活性炭、浓香型曲酒处理专用活性炭、清香型酒类处理专用活性炭、瓜渣酒处理专用活性炭等。专用活性炭品种的开发和应用不仅丰富了活性炭产品线，也有助于提高其应用性能。