CN103710469B - 一种可直接食用糖浆的生产工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可直接食用糖浆的生产工艺及装置。包括如下步骤：将甘蔗通过榨汁装置进行压榨，得到甘蔗汁；甘蔗汁通过粗过滤器进行预过滤后，再送入微滤膜进行过滤，得到蔗糖汁清液；将蔗糖汁清液送入纳滤膜进行浓缩，得到浓缩液；将浓缩液送入第一离子交换树脂塔，得到第一透过液；将第一透过液送入第二离子交换树脂塔中，得到第二透过液；将第二透过液送入蒸发器浓缩，得到精制浓缩液，再加入添加剂，混合均匀即得糖浆。本发明提供的可直接食用糖浆的生产工艺，产品的色度值低、脱盐率高、收率高。

Description

一种可直接食用糖浆的生产工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种可直接食用糖浆的生产工艺及装置，属于制糖技术领域。

背景技术

我国是世界上主要的蔗糖生产和消费大国之一，国内从事蔗糖生产和加工的企业近300家，年产蔗糖近1400万吨。目前在我国常用的蔗糖生产工艺有“一步法”和“两步法”。“一步法”就是将甘蔗压榨后，先通过石灰法沉淀，去除较大的杂质和一部分色素，再通过二氧化硫漂白，最后蒸发、结晶，使产品在色泽和灰分检测指标上达标。“二步法”就是将“一步法”生产出来的蔗糖，再熔化后，进一步除去其中的杂质和色素，同样是通过石灰法沉淀去除较大的杂志、胶体、鞣质和一部分色素，再通过二氧化硫法漂白，最后蒸发、结晶，得到较为纯净的蔗糖产品。

但不论是“一步法”还是“二步法”，其工艺都存在较多的缺点：首先，该工艺生产出来的蔗糖品质不高，难以达到精制糖的标准，尤其是在进入饮料行业时品质难过关；其次，其工艺要采用石灰沉淀法除杂，经过板框压滤后，会产生大量的残渣，对环境污染较严重；第三，该工艺中用到板框等传统机械，过滤精度低，生产效率不高，且工作环境恶劣；第四，该工艺中，预浓缩部分是通过蒸发浓缩的，相对于膜技术来说，能耗很高，增加了生产成本；第五，该工艺的脱色是使用硫熏法，产品中会有硫残余，对人体健康有害，随着国家对食品安全要求的进一步提高，该方法将被限制使用；第六，该方法中用到是石灰需要煅烧，一方面消耗了较大的能量并伴有废弃物排放，同时也增加了一个工序段，增加生产成本；第七，该方法需要将蔗糖升温浓缩，最后结晶、干燥，才能更进一步的除去一部分色素和盐分，勉强大到国家标准，但消耗了大量的水资源和热能，不符合国家《“十二五”发展规划》中关于对企业节能减排的要求，造成企业的生产成本居高不下，产品缺乏竞争力，其实；第八，该工艺相对比较繁杂，设备多，且占地面积大，控制工艺复杂。

食品、饮料业是我国发展最快的行业之一，产值年均增长近20%。2010年饮料行业产量达到1亿吨，对比1978年的20多万吨，改革开放30年来增长了近400倍，现在中国是全球第二大饮料消费市场，并很快会超过美国成为全球第一大消费市场。其中，蔗糖也随着食品、饮料行业的快速发展，恢复了蓬勃生机，平均每年的需求量也在大幅攀升，年增长超过20%，市场潜力巨大。但食品、饮料行业对蔗糖的品质要求也高，对色度、灰分、含硫量都有严格的要求，且随着国家对食品安全越来越重视，该标准会进一步的提高，对企业的生产技术水平要求也越来越高。

在蔗糖生产中，是先制成糖浆，然后再蒸发、结晶、干燥，这样可以进一步去除色素、盐分，以达到国家标准。但在食品、饮料行业实际生产中，在添加蔗糖等调味剂时，是需要再次将蔗糖溶解的，这样 ，一方面浪费了蒸发的热能，另一方面又浪费了水资源。如果能够直接生产糖浆，同时又能保证糖浆的质量达到国家规定的标准，省去了蒸发、结晶、干燥等步骤，这样可以大幅的减少能耗及水耗，真正做到节能减排，降低生产成本，提高企业的竞争力。

有鉴于此，依然有待于提出一种改进的可直接食用糖浆的生产工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种以甘蔗为原料生产出可以直接食用的糖浆的方法，该方法不需要经过结晶、溶解的步骤，系统的集成化程度高、能耗少、成本低。采用的技术方案是：

一种可直接食用糖浆的生产工艺，包括如下步骤：

第1步、将甘蔗通过榨汁装置进行压榨，得到甘蔗汁；

第2步、甘蔗汁通过粗过滤器进行预过滤后，再送入微滤膜进行过滤，得到蔗糖汁清液；

第3步、将蔗糖汁清液送入纳滤膜进行浓缩，得到浓缩液；

第4步、将浓缩液送入第一离子交换树脂塔，得到第一透过液，所述的第一离子交换树脂塔中填充的是大孔强碱性阴离子交换树脂；

第5步、将第一透过液送入第二离子交换树脂塔中，得到第二透过液，所述的第二离子交换树脂塔中填充的是指强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂或者阴阳离子交换树脂的混合床；

第6步、将第二透过液送入蒸发器浓缩，得到精制浓缩液，再加入添加剂，混合均匀，即得糖浆。

本发明的工艺适用于本领域技术人员所理解的各种常规甘蔗原料。收集后首先通过榨汁装置，如榨汁机等，对甘蔗进行压榨，得到甘蔗汁。然后将甘蔗汁经过粗过滤器进行预处理，去除较大的蔗渣，以更好地应用于后续的膜分离操作。此处的粗过滤器包括但并不局限于袋式过滤器或筛网（筛网的孔径优选为100～200目）等，以充分去除蔗渣。

第2步中，微滤膜优选采用陶瓷微滤膜，其具有机械强度高、耐酸碱腐蚀、过滤精度高的优点。微滤膜的作用是去除甘蔗汁中的一些颗粒杂质、胶体等，可以提高产品的纯度和品质。为了使过滤效果更优，采用的微滤膜的平均孔径范围是50～500 nm。如果平均孔径太小，则会导致过滤通量太小，则会导致过滤通量太低，而且一部分较大颗粒的蔗糖会被截留，影响到收率，如果平均孔径太大，会导致一部分杂质透过膜层进入至渗透侧，影响到产品的品质。过滤温度对于产品品质和过滤性能产生影响，虽然过滤温度提高可以降低过滤液的粘度、提高过滤通量，但是如果过滤温度过高，蔗糖汁中的一些物质会发生变性，影响到最终产品的品质，使其不适合于配置食品级的糖浆，过滤温度优选20～90℃，在这个温度段过滤时可以保证过滤通量下降缓慢，同时产品品质好。过滤压力若偏小时，会导致通量低，不合适于工程实际需求，如果压力过大时，会导致一部分大部分杂质被压，透过膜层，导致产品品质不好，而且会产生较严重的膜孔堵塞，使其不易被清洗，优选的过滤压力是0.1～0.5MPa，还可以同时保证过滤通量下降缓慢。

在第3步中，纳滤膜的截留分子量过大时，会导致蔗糖透过膜层，使收率降低，如果截留分子量过小时，会导致过滤通量小，不能达到适宜的浓缩倍数，使后续蒸发过程能耗偏大，优选截留分子量为100～500Da，可以保证膜通量较高、膜污染缓慢，同时膜对蔗糖的截留率很高，蔗糖的收率在99.9%以上。该步骤中优选将蔗糖汁清液的体积浓缩至30%～40%，浓缩倍数较高，既能保证下一工序段离子交换树脂的进料浓度较高，提高生产效率；另一方面脱去2/3的水，可以节省较大的能耗，同时还去除了60%的盐分。纳滤的压力过小时，会导致通量小、浓缩倍数无法得到提升，如果压力过大，会导致一些蔗糖的截留率的下降，而且会导致滤饼层被压实，影响到通量和膜清洗，优选1.0～4.0Mpa，还可以保证平均过滤通量较大，可达20L/m²•h，这样可以有效的提高生产效率。纳滤膜的材质也是需要经过优选的，由于在纳滤分离时，同时存在筛分效应和电荷效应，要同时保证对盐的脱除率高和对蔗糖的截留率高，最优的是采用陶瓷材质、聚醚砜或聚酰胺类材质的纳滤膜。

在第4步中，大孔强碱性阴离子交换树脂的作用是对阴离子进行去除，同时还能起到吸附脱色的作用。更优选的，离子交换树脂吸附塔的径高比为1/3～1/12，流速为2～10BV/h，温度为40～80℃。在一个最优实施例中，在吸附塔径高比为1/8，流速为4BV/h，温度为60℃时，糖液的粘度较小，吸附的效果最佳，既能保证脱色效果，又能保证较高的生产效率，同时能耗相对较低。

在第5步中，离子交换树脂为强酸性或者弱酸性阳离子交换树脂，也可以是阴阳离子交换树脂的混床，所述离子交换树脂吸附塔径高比为1/3～1/10，流速为2～10 BV/h，温度为20～80℃。在一个最优实施例中，在吸附塔径高比为1/8，流速为4 BV/h，温度为50℃时，脱盐的效果最佳，可以脱去92%的盐分，同时蔗糖的收率为99.8%。

第6步中，为了保证糖浆具有合适的粘度、浓度、适于食品制造，优选将蔗糖的质量浓度浓缩至55～65%。添加剂可以采用常规的添加剂，但是最优选的是加入添加剂是分别是精制浓缩液重量5～15%的果糖、0.1～1%的柠檬酸、0.1～0.5%的维生素C、0.05～0.2%的维生素E。可以保证糖浆具有良好的保藏期、口感和粘度。

在本发明的一个最优实施例中，微滤膜的平均孔径是 200 nm，微滤温度是80℃，压力是0.25 MPa；纳滤膜的截留分子量是150 Da，纳滤的压力3.0 MPa，在这个孔径参数下，微滤膜可以截留去除掉蔗糖中的一些脂肪、蛋白质，这可以保证离子交换树脂的寿命延长，而且可以防止树脂被大分子杂质吸附，影响到对于盐和色素的脱除率；纳滤膜的截留率高，产品的收率和纯度都能达到最优。

基于上述的方法，本发明的另外一个目的是提供了一种可直接食用糖浆的生产装置，包括有依次连接的粗过滤器、微滤膜过滤器、纳滤膜过滤器、第一离子交换树脂塔、第二离子交换树脂塔、蒸发器。

所述的粗过滤器是砂滤装置、袋式过滤器、滤布或筛网。

所述的第一离子交换树脂塔中填充的是大孔强碱性阴离子交换树脂。

所述的第二离子交换树脂塔中填充的是强酸性阳离子交换树脂或者弱酸性阳离子交换树脂。

有益效果

本发明提供的糖浆生产方法可以直接以甘蔗为原料，连续生产出可以直接食用的糖浆，浆产品的色度值低、脱盐率高、收率高。

附图说明

图1是本发明涉及的食用糖浆的生产装置示意图。

图2是本发明涉及的食用糖浆的生产工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明所述一种可直接食用糖浆的新工艺包括以下步骤：

A、榨汁：将甘蔗通过榨汁机压榨，得到甘蔗汁；

B、预处理：将步骤A中得到的甘蔗汁通过筛网进行预处理，去除较大的蔗渣，筛网的孔径为100目；

C、微滤膜过滤：将步骤B中收集到的甘蔗汁，分别通过50 nm、200 nm、500nm陶瓷膜微滤，过滤的温度为20℃，过滤压力为0.5Mpa，得到蔗糖汁清液，蔗糖浓度为12%；

D、膜浓缩：甘蔗汁清液进入纳滤膜装置进行浓缩，纳滤膜材质为聚醚砜，截留分子量为100Da，纳滤压力4.0Mpa，将甘蔗汁清液的体积浓缩至30%；

E、一级离子交换脱盐：将步骤D中得到的浓缩后的蔗糖汁用大孔强碱性阴离子交换树脂进行脱盐和脱色，径高比为1/12，流速为10BV/h，温度为40℃；

F、二级离子交换脱盐：将步骤E中得到的脱色后的蔗糖汁，用强酸性阳离子交换柱进行脱盐和脱色，径高比为1/3，流速为2 BV/h，温度为80℃；

G、浓缩：将步骤F中得到的蔗糖汁送入MVR蒸发器，浓缩温度为60℃，得到蔗糖浓缩液，蔗糖浓缩液的质量浓度为60%；

H、复配：将步骤G中得到的蔗糖糖浆加入添加剂，使各添加剂的加入量是蔗糖浓缩液重量15%的果糖、1%的柠檬酸、0.5%的维生素C、0.2%的维生素E，充分混匀；

I、包装：将步骤H中得到的复配糖浆包装。

测定最终得到的糖浆的色值、电导灰分

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从表中可以看出，当使用了较大孔径的微滤膜之后，会导致蔗糖中的一些杂质、胶体等透过膜层，影响到后续的树脂吸附的过程，使树脂易被杂质污染，导致无法对盐份和色素去除，而且可以防止树脂被杂质污染、延长树脂的使用寿命，使用较小孔径的微滤膜，会导致蔗糖的回收率偏低。以上实施例制备得到的糖浆中，未检出二氧化硫，该糖浆成品在放置半年后，未见传统工艺中的返色现象。

实施例2

如图1所示，本发明所述一种可直接食用糖浆的新工艺包括以下步骤：

A、榨汁：将甘蔗通过榨汁机压榨，得到甘蔗汁；

B、预处理：将步骤A中得到的甘蔗汁通过筛网进行预处理，去除较大的蔗渣，筛网的孔径为100目；

C、微滤膜过滤：将步骤B中收集到的甘蔗汁，分别通过200 nm陶瓷膜微滤，过滤的温度为20℃、80℃、90℃，过滤压力为0.1MPa，得到蔗糖汁清液，蔗糖浓度为15%；

D、膜浓缩：甘蔗汁清液进入纳滤膜装置进行浓缩，纳滤膜材质为聚醚砜，截留分子量为500Da，纳滤压力1.0Mpa，将甘蔗汁清液的体积浓缩至40%；

E、一级离子交换脱色：将步骤D中得到的浓缩后的蔗糖汁用大孔强碱性阴离子交换树脂进行脱盐和脱色，径高比为1/3，流速为2BV/h，温度为80℃；

F、二级离子交换脱盐：将步骤E中得到的脱色后的蔗糖汁，用强酸性阳离子交换柱进行脱盐，径高比为1/10，流速为10BV/h，温度为20℃；

G、浓缩：将步骤F中得到的蔗糖汁送入MVR蒸发器，浓缩温度为60℃，得到蔗糖浓缩液，蔗糖浓缩液的质量浓度为60%；

H、复配：将步骤G中得到的蔗糖糖浆加入添加剂，使各添加剂的加入量是蔗糖浓缩液重量5%的果糖、0.1%的柠檬酸、0.1%的维生素C、0.05%的维生素E，充分混匀；

I、包装：将步骤H中得到的复配糖浆包装。

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从表中可以看出，当使用较高的微滤温度之后，会导致一部分杂质分子更容易透过膜层，使工艺的色素去除率偏低，而且导致糖浆产品的色值和电导灰分也偏高；如果使用较低的过滤温度时，使微滤的浓缩倍数低，而且有一部分大颗粒的蔗糖不易透过膜层，导致了蔗糖的回收率偏低。以上实施例制备得到的糖浆中，未检出二氧化硫，该糖浆成品在放置半年后，未见传统工艺中的返色现象。

实施例2

如图1所示，本发明所述一种可直接食用糖浆的新工艺包括以下步骤：

A、榨汁：将甘蔗通过榨汁机压榨，得到甘蔗汁；

B、预处理：将步骤A中得到的甘蔗汁通过筛网进行预处理，去除较大的蔗渣，筛网的孔径为100目；

C、微滤膜过滤：将步骤B中收集到的甘蔗汁，分别通过200 nm陶瓷膜微滤，过滤的温度为80℃，过滤压分别为0.1 MPa、0.25 MPa、0.5MPa，得到蔗糖汁清液，蔗糖浓度为18%；

D、膜浓缩：甘蔗汁清液进入纳滤膜装置进行浓缩，纳滤膜材质为聚醚砜，截留分子量为150Da，纳滤压力3.0MPa，将甘蔗汁清液的体积浓缩至35%；

E、一级离子交换脱色：将步骤D中得到的浓缩后的蔗糖汁用大孔强碱性阴离子交换树脂进行脱盐和脱色，径高比为1/8，流速为4 BV/h，温度为60℃；

F、二级离子交换脱盐：将步骤E中得到的脱色后的蔗糖汁，用强酸性阳离子交换柱进行脱盐，径高比为1/8，流速为4 BV/h，温度为50℃；

G、浓缩：将步骤F中得到的蔗糖汁送入MVR蒸发器，浓缩温度为60℃，得到蔗糖浓缩液，蔗糖浓缩液的质量浓度为55%；

H、复配：将步骤G中得到的蔗糖糖浆加入添加剂，使各添加剂的加入量是蔗糖浓缩液重量10%的果糖、0.5%的柠檬酸、0.3%的维生素C、0.1%的维生素E，充分混匀；

I、包装：将步骤H中得到的复配糖浆包装。

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从表中可以看出，当使用较高的微滤压力之后，有一部分的大分子杂质会受到挤压进入至渗透液中，导致产品的色素去除率降低，如果使用较小的微滤压力，浓缩倍数则不高，导致产品的回收率偏低，最优是采用0.25 MPa的微滤压力。以上实施例制备得到的糖浆中，未检出二氧化硫，该糖浆成品在放置半年后，未见传统工艺中的返色现象，本实施例中，采用0.25 MPa的微滤压力时，各项指标都最优。

Claims (2)

1.一种可直接食用糖浆的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

第1步、将甘蔗通过榨汁装置进行压榨，得到甘蔗汁；

第2步、甘蔗汁通过粗过滤器进行预过滤后，再送入微滤膜进行过滤，得到蔗糖汁清液；所述的粗过滤器是筛网；筛网的孔径为100～200目；

第3步、将蔗糖汁清液送入纳滤膜进行浓缩，得到浓缩液；

第4步、将浓缩液送入第一离子交换树脂塔，得到第一透过液，所述的第一离子交换树脂塔中填充的是大孔强碱性阴离子交换树脂；

第5步、将第一透过液送入第二离子交换树脂塔中，得到第二透过液，所述的第二离子交换树脂塔中填充的是强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂或者阴阳离子交换树脂的混合床；

第6步、将第二透过液送入蒸发器浓缩，得到精制浓缩液，再加入添加剂，混合均匀即得糖浆；

第2步中的微滤膜是指陶瓷微滤膜，平均孔径范围是50～200 nm；微滤的压力范围是0.1～0.25MPa；微滤过程中料液温度20～80℃；

第3步中，纳滤膜的材质是陶瓷、聚醚砜或聚酰胺；纳滤膜的截留分子量为100～500Da；纳滤的压力范围是1.0～4.0Mpa；纳滤将蔗糖汁清液的体积浓缩至30%～40%；

第4步中，第一离子交换树脂吸附塔的径高比为1/3～1/12，流速为2～10BV/h，温度为40～80℃；

第5步中，第二离子交换树脂吸附塔径高比为1/3～1/10，流速为2～10BV/h，温度为20～80℃。

2.根据权利要求1所述的可直接食用糖浆的生产工艺，其特征在于：第6步中，将蔗糖的质量浓度浓缩至55～65%，加入添加剂是分别是精制浓缩液重量5～15%的果糖、0.1～1%的柠檬酸、0.1～0.5%的维生素C、0.05～0.2%的维生素E。