CN104805226A - 一种制糖澄清工艺 - Google Patents

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Abstract

一种制糖澄清工艺，步骤如下：往甘蔗混合汁中加入石灰乳至pH＝7.5～7.8后得加灰甘蔗汁；加灰甘蔗汁经卧螺式离心机过滤后得到粗滤甘蔗汁；将粗滤甘蔗汁加热至55～65℃后得到第一次加热甘蔗汁；第一次加热甘蔗汁经SO2硫熏至硫熏强度为4～6mL后得到硫熏甘蔗汁；将硫熏甘蔗汁加热至80～90℃后得到第二次加热甘蔗汁；第二次加热甘蔗汁经陶瓷膜超滤澄清后即可得到甘蔗澄清汁及膜浓缩液；膜浓缩液经板框压滤机过滤后回到粗滤甘蔗汁储存箱。本发明将传统的亚硫酸法制糖澄清工艺与膜分离技术耦合，开发出一种新的制糖澄清工艺，利用本发生产出的甘蔗澄清汁色值低、纯度高、浊度低，所制得的白砂糖品质好。

Description

一种制糖澄清工艺
技术领域
本发明涉及一种制糖澄清工艺，属于制糖工程技术领域。
技术背景
我国是世界上第三大产糖大国，年产白砂糖已超过1000万吨。目前，根据制糖澄清工艺的不同，生产耕地白砂糖的方法主要有两种：第一是亚硫酸法，第二是碳酸法。这两种方法虽然都能生产出符合国家质量标准的白砂糖，但是不论是亚硫酸法还是碳酸法都存在或多或少的不足之处。亚硫酸法在澄清过程中加入了较多SO2作为澄清剂，导致成品糖中有较多硫的残留，对于高端客户来说存在一定的局限性；而碳酸法则需要大量的石灰作为澄清剂，并产生大量的强碱性滤泥难以处理，不利于生态环保。这也是导致近些年来国内的一些糖厂采用“二步法”生产高品质白砂糖的原因，但是“二步法”生产工艺流程较长，设备投资成本大，能耗高，不能被广泛采用。
随着社会的发展以及科学技术的不断进步，膜分离技术这个物理分离过程开始引起了制糖人士的广泛关注。分离膜根据其制造材料的不同可分为无机膜和有机膜两种。基于无机陶瓷膜具有机械强度大、化学稳定性高、耐高温、耐腐蚀、耐氧化、抗微生物能力强、分离精密度高以及易清洗等优点，因此其被广泛认为是最适合制糖工业化生产的膜材料。
据相关文献报道，有甘蔗糖厂将混合汁(甘蔗汁)依次经过加灰、粗滤、陶瓷膜超滤澄清后得到的澄清甘蔗汁送去蒸发、煮糖。这种方法将陶瓷膜直接过滤甘蔗汁获得澄清汁，省去了制糖过程加硫、加灰、沉淀等一系列复杂的澄清工序，从而大大缩短了整个制糖工艺流程，但是这种方法仍有较多不足之处：(1)这中方法虽然能获得色泽清亮透明、浊度极小的甘蔗澄清汁，但是由于陶瓷膜超滤很难截留一些分子量较小的色素，且这些小分子色素在蔗糖结晶过程是一类极易附着在蔗糖晶体表面的色素，因此这种方法生产出的白砂糖色值较高，其色值在500～600IU之间，很难达到国家一级白砂糖色值(≤150IU)的要求；(2)在传统的亚硫酸法制糖澄清工艺中，虽然其对有色物质的去除率也较小，但是由于其引入的SO2对糖品中的色素通过氧化还原反应的作用对其漂白，因而抑制了制糖结晶过程小分子色素在蔗糖晶体表面的附着，并且糖汁中氨基酸和还原糖极易发生美拉德反应生成美拉德色素，美拉德色素亦是一种极易在蔗糖晶体表面附着的色素，而硫的存在能够抑制美拉德反应的发生，因此传统的亚硫酸法制糖澄清工艺所制得的白砂糖的色值比上述膜法澄清工艺低得多。因此，这种方法得到的糖只能当作原糖，经过再一步的精炼才能获得高品质的糖，但是这必定大大增加了生产成本，不为糖厂普遍接受。
为了使膜过滤得到的甘蔗澄清汁能加工出质量较好的白砂糖，发明专利CN 103725802A中，发明人将甘蔗汁依次经过粗过滤、陶瓷膜精过滤、有机膜预浓缩、离子交换树脂除盐脱色、MVR蒸发浓缩、结晶后得到精制糖。这种方法虽然能够得到品质较好的精制糖，但是其亦存在着较多问题：(1)甘蔗汁的pH值普遍在5.6左右，显酸性，发明人未用石灰乳(或其它物质)将甘蔗汁的pH调节至中性左右后再处理，这会导致蔗糖在加工过程严重转化损失，从而降低蔗糖的回收率；(2)采用有机纳滤或者有机反渗透膜浓缩甘蔗汁，通量较小、浓缩倍数低、易污染，这不仅增加了蔗糖加工的时间，导致蔗糖转化较多，而且增加了设备的投资成本；(3)离子交换树脂脱色属于精脱色，甘蔗汁的色值普遍在1500～2500IU，色值较高，这不仅增加了离子交换树脂的负荷还降低了离子交换树脂的寿命，并且树脂污染快，再生较困难；(4)甘蔗汁的电导率在3000～6000us/cm，要将甘蔗汁中的盐分除去会使得脱盐树脂的负荷较大，设备投资成本较大，并且甘蔗汁的电导率虽然较大，但是其对制糖过程影响较小，不必花费高额成本将其除去；(5)蒸发工段是用蒸汽加热蔗汁，使蔗汁沸腾后，水分挥发，达到浓缩的目的，目前糖厂普遍采用五效压力真空蒸发系统，从清汁变成糖浆要蒸发的水分约为65％～80％，需要消耗较多的蒸汽，同时也产生大量的二次蒸汽(汁汽)，这些产生的二次蒸汽温度还很高，可供糖汁加热或者煮糖使用，因此蒸发工段既是蒸汽的消费者，又是低压蒸汽的供应站，同时还供给糖厂其他部门热水，故有糖厂第二锅炉之称，MVR蒸发器取代了传统的制糖过程的五效压力真空蒸发虽然能获得较低的蒸发温度，从而获得质量较好的糖浆，但是MVR蒸发的温度较低，其产生的二次蒸汽的压力和温度都比五效压力真空蒸发低得多，可利用的效率较低，如果直接抽用来自锅炉降温减压的乏汽作为加热或煮糖用汽，能耗会非常高。
因此，如能将传统的亚硫酸法制糖澄清工艺与膜分离技术耦合，在甘蔗汁进入陶瓷膜之前先将甘蔗汁的pH值调节至中性偏碱，然后再将甘蔗汁进行低强度的硫熏，使甘蔗汁的硫熏强度为4～6mL，再进入陶瓷膜超滤澄清得到甘蔗澄清汁，最后再将甘蔗澄清汁送去蒸发浓缩、煮糖结晶，即可得到质量较好的白砂糖。这种方法得到的甘蔗汁因有少量的硫护色，既能抑制美拉德色素的生成，又能防止小分子色素在蔗糖晶体表面附着，生产出的甘蔗澄清汁色值低、纯度高、浊度低，最终便可得到与碳酸法相媲美的高品质的耕地白砂糖。
发明内容
本发明的目的是提供一种制糖澄清工艺，解决了传统的亚硫酸法制糖澄清工艺澄清效果较差、所得成品糖含硫量高、品质低以及传统膜分离技术处理甘蔗汁得到的成品糖色值高的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种制糖澄清工艺，包括如下步骤：
(1)加灰：往甘蔗混合汁中加入石灰乳，将甘蔗混合汁的pH值调节至7.5～7.8，得到加灰甘蔗汁；
(2)粗滤：利用孔径为50.0～150.0μm的卧螺式离心机对加灰甘蔗汁进行过滤，得到粗滤甘蔗汁；
(3)第一次加热：将粗滤甘蔗汁加热至55～65℃，得到第一次加热甘蔗汁；
(4)硫熏：利用硫熏装置对第一次加热甘蔗汁进行硫熏，得到硫熏强度为4～6mL的硫熏甘蔗汁；
(5)第二次加热：将硫熏甘蔗汁加热至80～90℃，得到第二次加热甘蔗汁；
(6)陶瓷膜超滤澄清：将第二次加热甘蔗汁泵送至陶瓷膜超滤工作罐，以膜孔径为0.05～0.10μm的多级陶瓷膜超滤系统对第二次加热甘蔗汁进行超滤澄清，得到澄清甘蔗汁和膜浓缩液；
(7)蒸发、结晶：澄清甘蔗汁经蒸发浓缩和煮糖结晶后，即可得到白砂糖；
(8)膜浓缩液回收：利用板框压滤机对膜浓缩液进行过滤，并将过滤液与粗滤甘蔗汁混合，重复步骤(3)～(7)。
步骤(1)所述的石灰乳的浓度为7.0～9.0°Be。
步骤(4)所述的硫熏装置为两个并联的立式硫熏器，其中有一个硫熏器起轮洗更换作用。
步骤(6)所述的陶瓷膜的操作参数为：跨膜压差为0.1～0.3MPa、膜面流速为4～5m/s、过滤温度为80～90℃。
步骤(6)所述的多级陶瓷膜超滤系统为五级并联的陶瓷超滤膜，每级陶瓷膜由两个膜组件组成，其中有一级起轮洗更换作用。
步骤(8)所述的板框压滤机需要硅藻土助滤。
与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：
(1)在甘蔗混合汁澄清过程只添加了少量的石灰和SO2，由于所加入的SO2较少，所得成品糖中含硫量极少，且色值低、纯度高、灰分低，从而保证了成品糖能够满足高端客户的需求。另外，在甘蔗汁澄清过程采用了陶瓷膜超滤澄清，由于陶瓷膜上结垢造成的膜阻力较小，因此陶瓷膜过滤甘蔗汁的膜渗透通量较大，且陶瓷膜通量衰减速度慢，可维持较高的膜通量过滤，从而延长膜清洗周期和减少膜清洗频率。
(2)采用了由五级并联的陶瓷超滤膜组成的多级陶瓷膜超滤系统，每级由两个膜组件组成，有一级起更换轮洗作用，保证了陶瓷膜超滤系统能够长时间稳定的运行。
(3)采用了卧螺式离心机粗滤甘蔗汁，相对于传统甘蔗汁的粗滤设备滚筒筛、曲筛以及振动筛等，卧螺式离心机具有结构紧凑、分离效率高、出产能力大、附属设备少等优点。
(4)在甘蔗汁进入陶瓷膜超滤系统澄清之前，先将甘蔗汁的pH值调节至7.5～7.8，然后再对甘蔗汁进行低强度的硫熏，使甘蔗汁的硫熏强度控制在4～6mL之间，其具有如下好处：a.加入石灰乳调节后蔗汁的pH值为微碱性，经过硫熏、加热、超滤等工序后，其pH值会下降至7.0～7.2，然后再将澄清后的甘蔗汁送去蒸发浓缩、煮糖结晶，从而便可防止了甘蔗汁在加工过程由于pH较低导致蔗糖转化较多的技术问题；b.在传统的亚硫酸法制糖澄清工艺中需要加入较多的SO2(硫熏强度为25～30mL)与石灰乳反应生成较多的CaSO3沉淀来吸附蔗汁中的非糖杂质，来达到澄清甘蔗汁的目的，由于加入的硫较多往往导致最终成品糖中硫的残留较多，从而影响了成品糖的品质，而本发明在现有的亚硫酸法制糖澄清工艺的基础上，用陶瓷超滤膜来除去蔗汁中绝大部分非糖杂质，并往甘蔗汁中加入少量的SO2，甘蔗汁因有硫护色，既能抑制美拉德色素的生成，又能防止小分子色素在蔗糖晶体表面附着，生产出的甘蔗澄清汁色值低、纯度高、浊度低，最终便可得到与碳酸法相媲美的高品质的耕地白砂糖。
(5)将膜浓缩液经板框压滤机处理后，再回流到粗滤甘蔗汁储存箱中，避免将浓缩液直接排掉，造成浪费的问题。
附图说明
图1为本发明所述制糖澄清工艺流程图。
图2为本发明所述制糖澄清工艺使用的生产线示意图。
图中：甘蔗糖厂压榨提汁工段1；石灰乳罐2；混合汁箱3；卧螺式离心机4；第一缓冲箱5；第一列管式换热器6；第二列管式换热器7；第三列管式换热器8；第一立式硫熏器9；第二立式硫熏器10；第二缓冲箱11；第四列管式换热器12；第五列管式换热器13；第六列管式换热器14；第三缓冲箱15；多级陶瓷膜超滤系统16；甘蔗澄清汁储箱17；板框压滤机18；蒸发浓缩、煮糖结晶工段19；二氧化硫供气源20。
具体实施方式
实施例1
一种制糖澄清工艺，包括如下步骤：
(1)加灰：往甘蔗糖厂的混合汁中加入浓度为8.0°Be石灰乳，调节甘蔗汁的pH值至7.6，防止甘蔗汁中的蔗糖在酸性条件下转化，导致蔗糖分损失，得到加灰甘蔗汁；
(2)粗滤：利用孔径为50.0μm的卧螺式离心机对加灰甘蔗汁进行过滤，得到粗滤甘蔗汁；
(3)第一次加热：用列管式换热器将粗滤甘蔗汁加热至55℃，利于下一步硫熏过程蔗汁对SO2的吸收，得到第一次加热甘蔗汁；
(4)硫熏：利用硫熏装置对第一次加热甘蔗汁进行硫熏，得到硫熏强度为4mL的硫熏甘蔗汁；
(5)第二次加热：用列管式换热器将硫熏甘蔗汁加热至80～90℃，得到第二次加热甘蔗汁；
(6)陶瓷膜超滤澄清：将第二次加热甘蔗汁泵送至陶瓷膜超滤工作罐，以膜孔径为0.05μm的多级陶瓷膜超滤系统对第二次加热甘蔗汁进行超滤澄清，得到澄清甘蔗汁和膜浓缩液；
(7)蒸发、结晶：澄清甘蔗汁经蒸发浓缩和煮糖结晶后，即可得到白砂糖；
(8)膜浓缩液回收：利用板框压滤机对膜浓缩液进行过滤，并将过滤液与粗滤甘蔗汁混合，重复步骤(3)～(7)。
步骤(4)所述的硫熏装置为两个并联的立式硫熏器，其中有一个硫熏器起轮洗更换作用。
步骤(6)所述的陶瓷膜的操作参数如下：跨膜压差为0.1～0.3Mpa，膜面流速为4～5m/s、过滤温度为80～90℃。
步骤(6)所述的多级陶瓷膜超滤系统为五级并联的陶瓷超滤膜，每级陶瓷膜由两个膜组件组成，其中有一级起轮洗更换作用。
步骤(8)所述的板框压滤机需要硅藻土助滤。
实施例1加工出的白砂糖各理化指标如下表所示：
*中华人民共和国国家标准GB317-2006
实施例2
一种制糖澄清工艺，包括如下步骤：
(1)加灰：往甘蔗糖厂的混合汁中加入浓度为8.5°Be石灰乳，调节甘蔗汁的pH值至7.5，防止甘蔗汁中的蔗糖在酸性条件下转化，导致蔗糖分损失，得到加灰甘蔗汁；
(2)粗滤：利用孔径为150.0μm的卧螺式离心机对加灰甘蔗汁进行过滤，得到粗滤甘蔗汁；
(3)第一次加热：用列管式换热器将粗滤甘蔗汁加热至65℃，利于下一步硫熏过程蔗汁对SO2的吸收，得到第一次加热甘蔗汁；
(4)硫熏：利用硫熏装置对第一次加热甘蔗汁进行硫熏，得到硫熏强度为6mL的硫熏甘蔗汁；
(5)第二次加热：用列管式换热器将硫熏甘蔗汁加热至80～90℃，得到第二次加热甘蔗汁；
(6)陶瓷膜超滤澄清：将第二次加热甘蔗汁泵送至陶瓷膜超滤工作罐，以膜孔径为0.10μm的多级陶瓷膜超滤系统对第二次加热甘蔗汁进行超滤澄清，得到澄清甘蔗汁和膜浓缩液；
(7)蒸发、结晶：澄清甘蔗汁经蒸发浓缩和煮糖结晶后，即可得到白砂糖；
(8)膜浓缩液回收：利用板框压滤机对膜浓缩液进行过滤，并将过滤液与粗滤甘蔗汁混合，重复步骤(3)～(7)。
步骤(4)所述的硫熏装置为两个并联的立式硫熏器，其中有一个硫熏器起轮洗更换作用。
步骤(6)所述的陶瓷膜的操作参数为：跨膜压差为0.1～0.3MPa、膜面流速为4～5m/s、过滤温度为80～90℃。
步骤(6)所述的多级陶瓷膜超滤系统为五级并联的陶瓷超滤膜，每级陶瓷膜由两个膜组件组成，其中有一级起轮洗更换作用。
步骤(8)所述的板框压滤机需要硅藻土助滤。
实施例2加工出的白砂糖各理化指标如下表所示：
*中华人民共和国国家标准GB317-2006
实施例1和实施例2所述工艺使用的生产线如下：
一种制糖澄清生产线，包括依次连接的混合汁箱3、卧螺式离心机4、第一加热装置、硫熏装置、第二加热装置、多级陶瓷膜超滤系统16以及板框压滤机18。
所述卧螺式离心机4与第一加热装置之间连接有第一缓冲箱5，硫熏装置与第二加热装置之间连接有第二缓冲箱11，第二加热装置与多级陶瓷膜超滤系统之间连接有第三缓冲箱15。
混合汁箱3进口与甘蔗糖厂压榨提汁工段1和石灰乳罐2连接，混合汁箱3出口与卧螺式离心机4进口连接，卧螺式离心机4出口与第一缓冲箱5进口连接，第一缓冲箱5出口与第一加热装置入口连接，第一加热装置出口与硫熏装置糖汁入口连接，硫熏装置糖汁出口与第二缓冲箱11入口连接，第二缓冲箱11出口与第二加热装置入口连接，第二加热装置出口与第三缓冲箱15入口连接，第三缓冲箱15出口与多级陶瓷膜超滤系统16入口连接，多级陶瓷膜超滤系统16透过液出口与甘蔗澄清汁储箱17入口连接，甘蔗澄清汁储箱17出口与蒸发浓缩、煮糖结晶工段19连接，多级陶瓷膜超滤系统16浓缩液出口与板框压滤机18入口连接，板框压滤机18滤液出口连接至第一缓冲箱5入口。
所述第一加热装置包括串联的第一列管式换热器6、第二列管式换热器7以及第三列管式换热器8，其中有一个加热器起轮洗更换作用。
所述第二加热装置包括串联的第四列管式换热器12、第五列管式换热器13以及第六列管式换热器14，其中有一个加热器起轮洗更换作用。
所述硫熏装置包括并联的第一立式硫熏器9和第二立式硫熏器10，其中有一个硫熏器起轮洗更换作用。
所述硫熏装置的硫气入口与二氧化硫供气源20连接。
所述的多级陶瓷膜超滤系统16为五级并联的陶瓷超滤膜，每级陶瓷膜由两个膜组件组成，其中有一级起轮洗更换作用。

Claims (6)

1.一种制糖澄清工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)加灰：往甘蔗混合汁中加入石灰乳，将甘蔗混合汁的pH值调节至7.5～7.8，得到加灰甘蔗汁；
(2)粗滤：利用孔径为50.0～150.0μm的卧螺式离心机对加灰甘蔗汁进行过滤，得到粗滤甘蔗汁；
(3)第一次加热：将粗滤甘蔗汁加热至55～65℃，得到第一次加热甘蔗汁；
(4)硫熏：利用硫熏装置对第一次加热甘蔗汁进行硫熏，得到硫熏强度为4～6mL的硫熏甘蔗汁；
(5)第二次加热：将硫熏甘蔗汁加热至80～90℃，得到第二次加热甘蔗汁；
(6)陶瓷膜超滤澄清：将第二次加热甘蔗汁泵送至陶瓷膜超滤工作罐，以膜孔径为0.05～0.10μm的多级陶瓷膜超滤系统对第二次加热甘蔗汁进行超滤澄清，得到澄清甘蔗汁和膜浓缩液；
(7)蒸发、结晶：澄清甘蔗汁经蒸发浓缩和煮糖结晶后，即可得到白砂糖；
(8)膜浓缩液回收：利用板框压滤机对膜浓缩液进行过滤，并将过滤液与粗滤甘蔗汁混合，重复步骤(3)～(7)。
2.如权利要求1所述的制糖澄清工艺，其特征在于，步骤(1)所述的石灰乳的浓度为7.0～9.0°Be。
3.如权利要求1所述的制糖澄清工艺，其特征在于，步骤(4)所述的硫熏装置为两个并联的立式硫熏器，其中有一个硫熏器起轮洗更换作用。
4.如权利要求1所述的制糖澄清工艺，其特征在于，步骤(6)所述的陶瓷膜的操作参数为：跨膜压差为0.1～0.3MPa、膜面流速为4～5m/s、过滤温度为80～90℃。
5.如权利要求1所述的制糖澄清工艺，其特征在于，步骤(6)所述的多级陶瓷膜超滤系统为五级并联的陶瓷超滤膜，每级陶瓷膜由两个膜组件组成，其中有一级起轮洗更换作用。
6.如权利要求1所述的制糖澄清工艺，其特征在于，步骤(8)所述的板框压滤机需要硅藻土助滤。
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