CN108588289A - 一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置、抗菌方法、膜法甘蔗制糖系统及处理方法 - Google Patents

一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置、抗菌方法、膜法甘蔗制糖系统及处理方法 Download PDF

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CN108588289A CN201810473527.4A CN201810473527A CN108588289A CN 108588289 A CN108588289 A CN 108588289A CN 201810473527 A CN201810473527 A CN 201810473527A CN 108588289 A CN108588289 A CN 108588289A
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Abstract

本发明提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置、抗菌方法、膜法甘蔗制糖系统及处理方法，所述装置包括加碱单元、换热单元、紫外杀菌单元和膜组件纳米银杀菌单元；加碱单元包括至少两个加碱装置，加碱装置分别位于预处理单元进料口和出料口；换热单元位于预处理单元与澄清膜之间；紫外杀菌单元包括紫外线杀菌灯，紫外线杀菌灯设置于脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中；膜组件纳米银杀菌单元包括载银隔网，载银隔网设置于脱色膜和浓缩膜中。本发明所述装置及方法能够避免细菌生长和繁殖引起的预处理设备损坏、膜通量的下降和膜组件压降的增加以及甘蔗清汁的酸化，从而提高蔗糖回收率，降低膜法甘蔗制糖工艺的运行成本。

Description

一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置、抗菌方法、膜法甘蔗 制糖系统及处理方法
技术领域
本发明属于制糖技术领域，涉及一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置、抗菌方法、膜法甘蔗制糖系统及处理方法，尤其涉及一种利用高温和紫外线杀菌技术抑制膜分离系统中生物污染的抗菌装置、抗菌方法、膜法甘蔗制糖系统及处理方法。
背景技术
目前，甘蔗制糖工艺中的甘蔗混合汁清净工段主要采用亚硫酸法或碳酸法，需要添加大量化学物质和絮凝剂以去除混合汁中的非糖杂质。这种化学清净工艺存在工艺复杂，脱色率低，成品糖质量不稳定以及产品中含硫影响食品安全等问题。针对这些问题，CN105063247A公开了一种利用多级膜过滤技术精制甘蔗混合汁的制糖工艺，所述方法包括如下步骤：将甘蔗混合汁加热后加入碱性物质调节pH值，通过预处理去除甘蔗混合汁中悬浮杂质后，滤液逐级通过微滤和超滤进行澄清和脱色，最后甘蔗清汁经纳滤浓缩同时去除部分还原糖和无机盐进入后续蒸发结晶工段。这种纯物理分离的甘蔗混合汁清净技术(膜法甘蔗制糖技术)具有绿色无害、脱色率高、产品质量稳定和易自动化生产等优点。
但是，由于甘蔗表面裂缝以及砍断口处容易被肠膜明串珠菌感染，这类细菌在甘蔗混合汁中以蔗糖为主要碳源，发酵生成有机酸和葡聚糖，在膜法制糖工艺的预处理工段形成“蔗饭”，导致预处理设备的损坏；肠膜明串珠菌在葡聚糖的包裹下，可耐受80℃～85℃高温，极易进入后续的膜分离系统，并在膜表面和膜组件隔网上快速繁殖，产生的葡聚糖又会进一步产生膜污染并堵塞膜组件内流道，造成膜通量下降和膜组件压降增大，同时导致甘蔗清汁的酸化，给膜法甘蔗制糖工艺的长期稳定运行带来极大的阻碍。CN 105063247A、CN 107937628A和CN 107937625A采用在预处理工段升温和加碱调节pH值的方法抑制肠膜明串珠菌的生长和繁殖，但该细菌会释放出有机酸不断中和加入的碱，并且预处理工段加热温度最高仅为70℃，并不能完全杀死在其胞外产物葡聚糖保护下的细菌。如果将预处理工段温度提高至85℃以上进行杀菌，后续的膜分离工段又无法承受如此高温；进一步提高pH会带来混合汁色值上升以及甘蔗清汁中无机盐含量增加。为了避免细菌在膜分离工段的繁殖，可采用游离氯洗膜杀菌，但超滤和纳滤膜材料均不耐氯。
因此，抑制甘蔗混合汁预处理和膜分离过程中肠膜明串珠菌的生长和繁殖，是保证膜法制糖工艺长期稳定运行、降低蔗糖损失率和提高甘蔗清汁质量的关键。
发明内容
针对现有膜法甘蔗制糖工艺中存在的微生物污染问题，本发明提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置、抗菌方法、膜法甘蔗制糖系统及处理方法。本发明所述装置、系统及方法是基于分段调节pH抑菌、高温杀菌、紫外线杀菌和纳米银抑菌进行微生物污染防控。本发明所述装置及方法能够避免细菌生长和繁殖引起的预处理设备损坏、膜通量的下降和膜组件压降的增加以及甘蔗清汁的酸化，从而提高蔗糖回收率，降低膜法甘蔗制糖工艺的运行成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置，所述装置包括加碱单元、换热单元、紫外杀菌单元和膜组件纳米银杀菌单元；
所述加碱单元包括至少两个加碱装置，加碱装置分别位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元进料口和出料口；
所述换热单元位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元与澄清膜之间；
所述紫外杀菌单元包括紫外线杀菌灯，紫外线杀菌灯设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中；
所述膜组件纳米银杀菌单元包括载银隔网，载银隔网设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色膜和浓缩膜中。
本发明中，所述抗菌装置应用于现有膜法甘蔗制糖系统中，以避免在膜法甘蔗制糖过程中因细菌生长和繁殖引起的预处理设备损坏、膜通量下降和膜组件压降增加以及甘蔗清汁的酸化，从而提高蔗糖回收率，降低膜法甘蔗制糖工艺的运行成本。
现有膜法甘蔗制糖系统包括预处理单元、澄清膜、脱色原料储存容器、脱色膜、浓缩原料储存容器、浓缩膜和甘蔗清汁缓冲容器，所述预处理单元的物料出口与澄清膜的进料口连接，澄清膜的出料口与脱色原料储存容器和脱色膜依次连接，脱色膜的出料口与浓缩原料储存容器和浓缩膜依次连接，浓缩膜的出料口连接甘蔗清汁缓冲容器。
其中，所述预处理单元、澄清膜、脱色膜和浓缩膜可以采用CN 107937628A中所用预处理单元、澄清膜、脱色膜和浓缩膜。
进一步的，所述预处理单元和澄清膜之间还包括澄清原料储存容器。
本发明中，所述加碱装置分别位于膜法甘蔗制糖系统中预处理单元进料口和出料口是指至少有一个加碱装置位于预处理单元的进料口，至少有一个加碱装置位于预处理单元的出料口。
所述升温组件和降温组件位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元与澄清膜组件之间，即预处理单元的出料口与升温组件的进料口相连，升温组件的出料口与降温组件的进料口相连，降温组件的出料口与澄清膜相连。当膜法甘蔗制糖系统包括澄清原料储存容器时，降温组件的出料口与澄清原料储存容器的进料口相连，澄清原料储存容器的出料口与澄清膜相连。
本发明中，由于甘蔗表面感染的肠膜明串珠菌最适生长pH为5.5～6.2，因此在甘蔗混合汁进入预处理前需加碱调节pH值抑制其生长，但在预处理过程中，细菌生长会释放出有机酸使甘蔗混合汁中pH下降，需要在预处理结束后再次加碱调节pH值。
本发明中，通过加热预处理后的甘蔗混合汁以进行灭菌处理，但后续的膜分离系统无法承受大于70℃的高温，因此需要对其进行降温后再进行后续的膜分离系统。
本发明中，由于紫外线无法穿透未澄清的甘蔗混合汁，因此仅在脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器内安装紫外线灭菌灯，抑制原料储存容器内死角的细菌繁殖。
本发明中，由于膜组件的隔网存在众多死角，利于细菌滋生繁殖，将纳米银颗粒粘附在隔网表面可有效抑制细菌生长，避免流道堵塞和甘蔗清汁酸化。由于澄清膜材料可耐受游离氯，将会定期进行次氯酸钠杀菌，因此不需要载银隔网，仅在脱色膜和浓缩膜组件内安装载银隔网。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述加碱装置为加碱泵。
优选地，所述换热单元包括依次连接的升温组件和降温组件，升温组件和降温组件位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元与澄清膜之间。
优选地，所述升温组件为升温换热器。
优选地，所述升温换热器通过蒸汽进行加热。
优选地，所述升温换热器包括列管式换热器和/或板式换热器。
优选地，所述降温组件为降温换热器。
优选地，所述降温换热器包括沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器或套管式换热器中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：沉浸式蛇管换热器和喷淋式蛇管换热器的组合，喷淋式蛇管换热器和套管式换热器的组合，沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器和套管式换热器的组合等。
优选地，所述降温换热器中冷热液体流动方向为逆流方向。
优选地，所述降温组件设置于甘蔗清汁缓冲容器中，甘蔗清汁缓冲容器中液体为膜法甘蔗制糖系统中浓缩膜的出料液体，甘蔗清汁缓冲容器的出料口连接蒸发结晶系统。
本发明将加热后的甘蔗混合汁与甘蔗清汁进行热交换，使甘蔗混合汁温度降低至70℃以下后进入膜分离系统，同时将甘蔗清汁加热至85℃以上，不仅可以抑制细菌的生长还可减少甘蔗清汁蒸发结晶系统的能耗。
作为本发明优选的技术方案，所述紫外线杀菌灯设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中，并固定在脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器的顶部。
优选地，设置于脱色原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个～10个，例如6个、7个、8个、9个或10个等。
优选地，设置于浓缩原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个～10个，例如6个、7个、8个、9个或10个等。
优选地，所述紫外线杀菌灯单支灯管的功率为80W～200W，例如80W、100W、120W、140W、160W、180W或200W等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为150W。
作为本发明优选的技术方案，所述载银隔网包括原料液隔网和透过液隔网，原料液隔网设置于膜原料液一侧，透过液隔网设置于膜透过液一侧。
即当载银隔网设置于脱色膜中，原料液隔网设置于脱色膜原料液一侧，透过液隔网设置于脱色膜透过液一侧；当载银隔网设置于浓缩膜中，原料液隔网设置于浓缩膜原料液一侧，透过液隔网设置于浓缩膜透过液一侧。
优选地，所述载银隔网表面负载纳米银颗粒，纳米银颗粒通过聚多巴胺修饰和银离子原位还原制备得到。具体的制备方法可以参照CN 104888631A中方法进行制备。
第二方面，本发明提供了上述抗菌装置的处理方法，所述方法包括以下步骤：
通过加碱单元分别在甘蔗混合汁进行预处理前后，向甘蔗混合汁中加入碱调节甘蔗混合汁的pH；
通过换热单元对调节pH后的甘蔗混合汁进行换热；
通过紫外杀菌单元对经澄清膜处理后的脱色原料液进行杀菌处理，对经过脱色膜处理后的浓缩原料液进行杀菌处理；
通过膜组件纳米银杀菌单元在脱色膜处理和浓缩膜处理过程中对料液进行杀菌处理，以避免细菌在膜组件内的生长和繁殖。
其中，步骤(1)具体的是指，在甘蔗混合汁进入预处理前向其中投加碱调节pH，在甘蔗混合汁进行预处理后再向其中投加碱调节pH。
本发明中，现有膜法甘蔗制糖系统的处理方法包括：甘蔗混合汁进行预处理后，依次经过澄清膜、脱色膜和浓缩膜进行澄清处理、脱色处理和浓缩处理,浓缩得到的浓缩液进行蒸发结晶制白糖。
作为本发明优选的技术方案，所述碱为氢氧化钠，优选为食品级氢氧化钠。
优选地，在甘蔗混合汁进行预处理前加入碱调节pH至6.8～7.8，例如6.8、7、7.2、7.4、7.6或7.8等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为7.5。
优选地，在甘蔗混合汁进行预处理后加入碱调节pH至6.8～7.8，例如6.8、7、7.2、7.4、7.6或7.8等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为7.5。
优选地，对调节pH后的甘蔗混合汁进行换热包括先对甘蔗混合汁进行升温，再对甘蔗混合汁进行降温。
优选地，所述升温为升温至88℃～100℃，例如88℃、90℃、92℃、94℃、96℃、98℃或100℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为90℃。
优选地，所述降温为降温至55℃～65℃，例如55℃、57℃、60℃、63℃或65℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为60℃。
优选地，所述降温为：与甘蔗清汁缓冲容器中的甘蔗清汁进行换热。
更进一步的，所述抗菌装置的处理方法包括以下步骤：
通过加碱单元在甘蔗混合汁进行预处理前加入碱调节pH至6.8～7.8，在甘蔗混合汁进行预处理后加入碱调节pH至6.8～7.8；
通过换热单元对调节pH后的甘蔗混合汁进行换热，包括先进行升温，升温至88℃～100℃，再进行降温，降温至55℃～65℃；
通过紫外杀菌单元对经澄清膜处理后的脱色原料液进行杀菌处理，对经过脱色膜处理后的浓缩原料液进行杀菌处理；
通过膜组件纳米银杀菌单元在脱色膜处理和浓缩膜处理过程中对料液进行杀菌处理，以避免细菌在膜组件内的生长和繁殖。
第三方面，本发明提供了采用上述抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统，所述膜法甘蔗制糖系统包括加碱单元、预处理单元、换热单元、澄清膜、脱色原料储存容器、脱色膜、浓缩原料储存容器、浓缩膜、紫外杀菌单元和膜组件纳米银杀菌单元；
所述预处理单元的物料出口与换热单元的物料相连，换热单元的物料出口与澄清膜的进料口连接，澄清膜的出料口与脱色原料储存容器和脱色膜依次连接，脱色膜的出料口与浓缩原料储存容器和浓缩膜依次连接，浓缩膜的出料口连接甘蔗清汁缓冲容器；
所述加碱单元包括至少两个加碱装置，加碱装置分别位于预处理单元进料口和出料口；
所述紫外杀菌单元包括紫外线杀菌灯，紫外线杀菌灯设置于脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中；
所述膜组件纳米银杀菌单元包括载银隔网，载银隔网设置于脱色膜和浓缩膜中。
作为本发明优选的技术方案，所述加碱装置为加碱泵。
优选地，所述膜法甘蔗制糖系统还包括原料储存容器，所述澄清原料储存容器的进料口与换热单元的物料出口相连，澄清原料储存容器的出料口与澄清膜的进料口连接。
优选地，所述换热单元包括依次连接的升温组件和降温组件，预处理单元的物料出口与升温组件的进料口相连，降温组件的出料口与澄清膜的进料口连接。
优选地，当膜法甘蔗制糖系统包括原料储存容器时，降温组件的出料口与澄清原料储存容器的出料口相连。
优选地，所述升温组件为升温换热器。
优选地，所述升温换热器通过蒸汽进行加热。
优选地，所述升温换热器包括列管式换热器和/或板式换热器。
优选地，所述降温组件为降温换热器。
优选地，所述降温换热器包括沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器或套管式换热器中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：沉浸式蛇管换热器和喷淋式蛇管换热器的组合，喷淋式蛇管换热器和套管式换热器的组合，沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器和套管式换热器的组合等。
优选地，所述降温换热器中冷热液体流动方向为逆流方向。
优选地，所述降温换热器中冷热液体流动方向为逆流方向。
优选地，所述降温组件设置于甘蔗清汁缓冲容器中，甘蔗清汁缓冲容器中液体为浓缩膜的出料液体，甘蔗清汁缓冲容器的出料口连接蒸发结晶系统。
作为本发明优选的技术方案，所述紫外线杀菌灯设置于脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中，并固定在脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器的顶部。
优选地，设置于脱色原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个～10个，例如6个、7个、8个、9个或10个等。
优选地，设置于浓缩原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个～10个，例如6个、7个、8个、9个或10个等。
优选地，所述紫外线杀菌灯单支灯管的功率为80W～200W，例如80W、100W、120W、140W、160W、180W或200W等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为150W。
优选地，所述载银隔网包括原料液隔网和透过液隔网，原料液隔网设置于膜原料液一侧，透过液隔网设置于膜透过液一侧。
优选地，所述载银隔网表面负载纳米银颗粒，纳米银颗粒通过聚多巴胺修饰和银离子原位还原制备得到。
第四方面，本发明提供了前述膜法甘蔗制糖系统的处理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理的甘蔗混合汁通过加碱单元加入碱调节pH后进入预处理单元进行预处理，再通过加碱单元向经过预处理后的甘蔗混合汁中加入碱调节pH；
(2)步骤(1)调节pH后的经过预处理后的甘蔗混合汁经换热单元进行换热后进入澄清膜中进行澄清处理；
(3)澄清处理后的料液进入脱色原料储存容器中，在脱色原料储存容器中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入脱色膜中进行脱色处理，脱色处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌；
(4)脱色处理后的料液进入浓缩原料储存容器中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入浓缩膜进行浓缩处理，浓缩处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌，浓缩处理得到甘蔗清汁。
优选地，步骤(1)所述碱为氢氧化钠，优选为食品级氢氧化钠。
优选地，步骤(1)在甘蔗混合汁进行预处理前加入碱调节pH至6.8～7.8，例如6.8、7、7.2、7.4、7.6或7.8等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为7.5。
优选地，步骤(1)在甘蔗混合汁进行预处理后加入碱调节pH至6.8～7.8，例如6.8、7、7.2、7.4、7.6或7.8等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为7.5。
优选地，步骤(2)对调节pH后的经过预处理后的甘蔗混合汁进行换热包括先进行升温，再进行降温。
优选地，所述升温为升温至88℃～100℃，例如88℃、90℃、92℃、94℃、96℃、98℃或100℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为90℃。
优选地，所述降温为降温至55℃～65℃，例如55℃、57℃、60℃、63℃或65℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为60℃。
优选地，所述降温为：与甘蔗清汁进行换热。
更进一步的，所述膜法甘蔗制糖系统的处理方法包括以下步骤：
(1)待处理的甘蔗混合汁通过加碱单元加入食品级氢氧化钠调节pH至6.8～7.8后进入预处理单元进行预处理，再通过加碱单元向经过预处理后的甘蔗混合汁中加入食品级氢氧化钠调节pH至6.8～7.8；
(2)步骤(1)调节pH后的经过预处理后的甘蔗混合汁经换热单元先进行升温，升温至88℃～100℃，再与甘蔗清汁进行换热降温，降温至55℃～65℃，进行换热后进入澄清膜中进行澄清处理；
(3)澄清处理后的料液进入脱色原料储存容器中，在脱色原料储存容器中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入脱色膜中进行脱色处理，脱色处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌；
(4)脱色处理后的料液进入浓缩原料储存容器中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入浓缩膜进行浓缩处理，浓缩处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌，浓缩处理得到甘蔗清汁。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述装置通过增设加碱单元将预处理后的甘蔗混合汁的pH稳定在6.8～7.5，可有效抑制细菌在后续膜分离系统中的生长和繁殖；
(2)本发明所述装置通过将预处理后甘蔗混合汁加热至88℃～100℃进行灭菌处理，可以消灭绝大部分细菌，减少后续膜分离系统中的微生物污染，再通过换热系统将甘蔗混合汁温度降至膜分离系统可承受的温度，同时加热甘蔗清汁，减少蒸发浓缩系统的能耗；
(3)所述装置中的紫外线杀菌灯和载银隔网均可有效抑制膜分离系统内死角的细菌繁殖，避免了甘蔗清汁的酸化，减轻膜分离系统的膜污染；
(4)通过本发明所述的抗菌装置可以使膜法甘蔗制糖系统中澄清膜的通量下降速度降低30％～40％，蔗糖损失率下降40％～50％，蔗糖的产率提高0.5％～1.0％。
附图说明
图1是本发明实施例4中所述膜法甘蔗制糖系统的结构示意图；
其中，1-预处理单元，2-澄清原料储存容器，3-澄清膜，4-脱色原料储存容器，5-脱色膜，6-浓缩原料储存容器，7-浓缩膜，8-甘蔗清汁缓冲容器，9-加碱装置，10-升温组件，11-降温组件。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置及其处理方法，所述装置包括加碱单元、换热单元、紫外杀菌单元和膜组件纳米银杀菌单元；
所述加碱单元包括至少两个加碱装置，加碱装置分别位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元进料口和出料口；
所述换热单元位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元与澄清膜之间；
所述紫外杀菌单元包括紫外线杀菌灯，紫外线杀菌灯设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中；
所述膜组件纳米银杀菌单元包括载银隔网，载银隔网设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色膜和浓缩膜中。
其处理方法包括以下步骤：
通过加碱单元分别在甘蔗混合汁进行预处理前后，向甘蔗混合汁中加入碱调节甘蔗混合汁的pH；
通过换热单元对调节pH后的甘蔗混合汁进行换热；
通过紫外杀菌单元对经澄清膜处理后的脱色原料液进行杀菌处理，对经过脱色膜处理后的浓缩原料液进行杀菌处理；
通过膜组件纳米银杀菌单元在脱色膜处理和浓缩膜处理过程中对料液进行杀菌处理。
本发明具体实施方式部分还提供了一种采用前述抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统，所述膜法甘蔗制糖系统包括加碱单元、预处理单元、换热单元、澄清膜、脱色原料储存容器、脱色膜、浓缩原料储存容器、浓缩膜、紫外杀菌单元和膜组件纳米银杀菌单元；
所述预处理单元的物料出口与换热单元的物料相连，换热单元的物料出口与澄清膜的进料口连接，澄清膜的出料口与脱色原料储存容器和脱色膜依次连接，脱色膜的出料口与浓缩原料储存容器和浓缩膜依次连接，浓缩膜的出料口连接甘蔗清汁缓冲容器；
所述加碱单元包括至少两个加碱装置，加碱装置分别位于预处理单元进料口和出料口；
所述紫外杀菌单元包括紫外线杀菌灯，紫外线杀菌灯设置于脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中；
所述膜组件纳米银杀菌单元包括载银隔网，载银隔网设置于脱色膜和浓缩膜中。
所述膜法甘蔗制糖系统的处理方法包括以下步骤：
(1)待处理的甘蔗混合汁通过加碱单元加入碱调节pH后进入预处理单元进行预处理，再通过加碱单元向经过预处理后的甘蔗混合汁中加入碱调节pH；
(2)步骤(1)调节pH后的经过预处理后的甘蔗混合汁经换热单元进行换热后进入澄清膜中进行澄清处理；
(3)澄清处理后的料液进入脱色原料储存容器中，在脱色原料储存容器中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入脱色膜中进行脱色处理，脱色处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌；
(4)脱色处理后的料液进入浓缩原料储存容器中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入浓缩膜进行浓缩处理，浓缩处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌，浓缩处理得到甘蔗清汁。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置，所述装置包括加碱单元、换热单元、紫外杀菌单元和膜组件纳米银杀菌单元；
所述加碱单元包括两个加碱装置，加碱装置分别位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元进料口和出料口；
所述换热单元位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元与澄清膜之间，包括升温组件和降温组件，升温组件为列管式换热器，通过蒸汽进行加热，降温组件为沉浸式蛇管换热器，降温组件中冷热液体流动方向为逆流方向，降温组件设置于甘蔗清汁缓冲容器中，甘蔗清汁缓冲容器中液体为膜法甘蔗制糖系统中浓缩膜的出料液体，甘蔗清汁缓冲容器的出料口连接蒸发结晶系统；
所述紫外杀菌单元包括紫外线杀菌灯，紫外线杀菌灯设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中，并固定在脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器的顶部，脱色原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为8个，浓缩原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为8个；
所述膜组件纳米银杀菌单元包括载银隔网，载银隔网设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色膜和浓缩膜中，载银隔网包括原料液隔网和透过液隔网，原料液隔网设置于膜原料液一侧，透过液隔网设置于膜透过液一侧，载银隔网表面负载纳米银颗粒，纳米银颗粒通过聚多巴胺修饰和银离子原位还原制备得到。
实施例2：
本实施例提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置，所述抗菌装置结构参照实施例1，区别仅在于：升温组件为板式换热器，降温换热器为喷淋式蛇管换热器，脱色原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个，浓缩原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个。
实施例3：
本实施例提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置，所述抗菌装置结构参照实施例1，区别仅在于：降温换热器为套管式换热器，脱色原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为10个，浓缩原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为10个。
实施例4：
本实施例提供了采用实施例1所述抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统，如图1所示，所述系统包括加碱单元、预处理单元1、换热单元、澄清原料储存容器2、澄清膜3、脱色原料储存容器4、脱色膜5、浓缩原料储存容器6、浓缩膜7、甘蔗清汁缓冲容器8、紫外杀菌单元和膜组件纳米银杀菌单元；
所述预处理单元1的物料出口与换热单元的物料相连，换热单元的物料出口澄清原料储存容器2的进料口相连，澄清原料储存容器2的出料口与澄清膜3的进料口连接，澄清膜3的出料口与脱色原料储存容器4和脱色膜5依次连接，脱色膜5的出料口与浓缩原料储存容器6和浓缩膜7依次连接，浓缩膜7的出料口连接甘蔗清汁缓冲容器8，甘蔗清汁缓冲容器8的出料口连接蒸发结晶系统；
所述加碱单元包括两个加碱装置9，加碱装置9分别位于预处理单元1进料口和出料口；
所述换热单元包括升温组件10和降温组件11，降温组件11设置于甘蔗清汁缓冲容器8中；
所述紫外杀菌单元包括紫外线杀菌灯，紫外线杀菌灯设置于脱色原料储存容器4和浓缩原料储存容器6中；
所述膜组件纳米银杀菌单元包括载银隔网，载银隔网设置于脱色膜和浓缩膜中。
采用实施例1所述抗菌装置在上述膜法甘蔗制糖系统中进行处理的方法包括以下步骤：
(1)待处理的甘蔗混合汁通过加碱装置9加入食品级氢氧化钠调节pH值至6.8后送入预处理单元1进行预处理，预处理后的甘蔗混合汁通过加碱装置9加入食品级氢氧化钠调节pH值至6.8；
(2)步骤(1)调节pH后的经过预处理后的甘蔗混合汁在升温组件10中通过蒸汽升温至88℃杀菌，在经过降温组件11与甘蔗清汁缓冲容器8中的甘蔗清汁换热至55℃后进入澄清原料储存容器2，再进入澄清膜3中进行澄清处理；
(3)澄清处理后的料液进入脱色原料储存容器4中，在脱色原料储存容器中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入脱色膜5中进行脱色处理，脱色处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌，其中紫外杀菌单元中单支灯管的功率为150W；
(4)脱色处理后的料液进入浓缩原料储存容器6中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入浓缩膜7进行浓缩处理，浓缩处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌，紫外杀菌单元中单支灯管的功率为150W，浓缩处理得到甘蔗清汁进入甘蔗清汁缓冲容器8中。
经本实施例所述膜法甘蔗制糖系统处理后，澄清膜的通量下降速度降低35％，蔗糖损失率下降40％，蔗糖的产率提高0.8％。
实施例5：
本实施例提供了采用实施例2所述抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统，所述系统结构参照实施例4中结构。
所述膜法甘蔗制糖系统处理方法参照实施例4，区别仅在于：
步骤(1)中待处理的甘蔗混合汁通过加碱装置9加入食品级氢氧化钠调节pH值至7.8后送入预处理单元1进行预处理，预处理后的甘蔗混合汁通过加碱装置9加入食品级氢氧化钠调节pH值至7.8；步骤(2)中在升温组件10中通过蒸汽升温至100℃杀菌，降温组件11与甘蔗清汁缓冲容器8中的甘蔗清汁换热至65℃；步骤(3)中紫外杀菌单元中单支灯管的功率为80W；步骤(4)中紫外杀菌单元中单支灯管的功率为80W。
经本实施例所述膜法甘蔗制糖系统处理后，澄清膜的通量下降速度降低40％，蔗糖损失率下降50％，蔗糖的产率提高1.0％。
实施例6：
本实施例提供了采用实施例3所述抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统，所述系统结构参照实施例4中结构。
所述膜法甘蔗制糖系统处理方法参照实施例4，区别仅在于：
步骤(1)中待处理的甘蔗混合汁通过加碱装置9加入食品级氢氧化钠调节pH值至7.5后送入预处理单元1进行预处理，预处理后的甘蔗混合汁通过加碱装置9加入食品级氢氧化钠调节pH值至7.5；步骤(2)中在升温组件10中通过蒸汽升温至90℃杀菌，降温组件11与甘蔗清汁缓冲容器8中的甘蔗清汁换热至60℃；步骤(3)中紫外杀菌单元中单支灯管的功率为200W；步骤(4)中紫外杀菌单元中单支灯管的功率为200W。
经本实施例所述膜法甘蔗制糖系统处理后，澄清膜的通量下降速度降低37％，蔗糖损失率下降44％，蔗糖的产率提高0.8％。
对比例1：
本对比例提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置及采用该抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统，所述抗菌装置的结构参照实施例1，区别仅在于：抗菌装置中的加碱单元仅包括一个加碱装置，其设置于预处理单元的进料口出，预处理单元出料口不设置加碱装置，换热单元中仅包括升温组件，不包括降温组件。
采用该抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统的结构和处理方法参照实施例4，区别仅在于：不包括二次加碱稳定pH值和降温换热操作，即步骤(1)所述待处理的甘蔗混合汁经一次加碱调节pH值至6.5后进入预处理单元；步骤(2)中预处理后的甘蔗混合汁通过升温组件加热至50℃后进入澄清原料储存容器2进行后续处理。
本对比例中，随着蔗汁处理的进行，澄清膜的通量下降速度相比实施例4高10％～20％，甘蔗清汁的pH下降15％～28％，蔗糖损失率增加5％～8％。
对比例2：
本对比例提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置及采用该抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统，所述抗菌装置的结构参照实施例1，区别仅在于：抗菌装置中不包括紫外杀菌单元，即脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中不设置紫外杀菌单元。
采用该抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统的结构和处理方法参照实施例4，区别仅在于：脱色原料储存容器4和浓缩原料储存容器6中不进行紫外杀菌。
本对比例中，随着蔗汁处理的进行，甘蔗清汁的pH下降10％～15％，蔗糖损失率增加6％～10％。
对比例3：
本对比例提供了一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置及采用该抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统，所述抗菌装置的结构参照实施例1，区别仅在于：所述装置中不包括膜组件纳米银杀菌单元，即脱色膜5和浓缩膜7中不设置膜组件纳米银杀菌单元。
采用该抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统的结构和处理方法参照实施例4，区别仅在于：脱色膜5和浓缩膜7中不进行纳米银杀菌。
本对比例中，随着蔗汁处理的进行，脱色膜5压降增加速度相比实施例1高5％～10％，浓缩膜7的通量下降速度相比实施例1高10％～20％，浓缩膜7压降增加速度相比实施例1高8％～15％，甘蔗清汁的pH下降9％～12％，蔗糖损失率增加6％～9％。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明通过增设二次加碱装置、提高蒸汽加热温度、增设降温换热装置、在脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器内增设紫外线杀菌灯、采用具有载银纳米颗粒隔网的膜组件，有效抑制了细菌在甘蔗混合汁预处理和膜分离过程中的生长和繁殖，避免了甘蔗清汁酸化现象，提高蔗糖回收率，保证了甘蔗混合汁膜法清净工艺的连续稳定运行。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种用于膜法甘蔗制糖系统的抗菌装置，其特征在于，所述装置包括加碱单元、换热单元、紫外杀菌单元和膜组件纳米银杀菌单元；
所述加碱单元包括至少两个加碱装置，加碱装置分别位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元进料口和出料口；
所述换热单元位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元与澄清膜之间；
所述紫外杀菌单元包括紫外线杀菌灯，紫外线杀菌灯设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中；
所述膜组件纳米银杀菌单元包括载银隔网，载银隔网设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色膜和浓缩膜中。
2.根据权利要求1所述的抗菌装置，其特征在于，所述加碱装置为加碱泵；
优选地，所述换热单元包括依次连接的升温组件和降温组件，升温组件和降温组件位于膜法甘蔗制糖系统中的预处理单元与澄清膜之间；
优选地，所述升温组件为升温换热器；
优选地，所述升温换热器通过蒸汽进行加热；
优选地，所述升温换热器包括列管式换热器和/或板式换热器；
优选地，所述降温组件为降温换热器；
优选地，所述降温换热器包括沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器或套管式换热器中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述降温换热器中冷热液体流动方向为逆流方向；
优选地，所述降温组件设置于甘蔗清汁缓冲容器中，甘蔗清汁缓冲容器中液体为膜法甘蔗制糖系统中浓缩膜的出料液体，甘蔗清汁缓冲容器的出料口连接蒸发结晶系统。
3.根据权利要求1或2所述的抗菌装置，其特征在于，所述紫外线杀菌灯设置于膜法甘蔗制糖系统中的脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中，并固定在脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器的顶部；
优选地，设置于脱色原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个～10个；
优选地，设置于浓缩原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个～10个；
优选地，所述紫外线杀菌灯单支灯管的功率为80W～200W，优选为150W。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抗菌装置，其特征在于，所述载银隔网包括原料液隔网和透过液隔网，原料液隔网设置于膜原料液一侧，透过液隔网设置于膜透过液一侧；
优选地，所述载银隔网表面负载纳米银颗粒，纳米银颗粒通过聚多巴胺修饰和银离子原位还原制备得到。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的抗菌装置的处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
通过加碱单元分别在甘蔗混合汁进行预处理前后，向甘蔗混合汁中加入碱调节甘蔗混合汁的pH；
通过换热单元对调节pH后的甘蔗混合汁进行换热；
通过紫外杀菌单元对经澄清膜处理后的脱色原料液进行杀菌处理，对经过脱色膜处理后的浓缩原料液进行杀菌处理；
通过膜组件纳米银杀菌单元在脱色膜处理和浓缩膜处理过程中对料液进行杀菌处理。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠，优选为食品级氢氧化钠；
优选地，在甘蔗混合汁进行预处理前加入碱调节pH至6.8～7.8，优选为7.5；
优选地，在甘蔗混合汁进行预处理后加入碱调节pH至6.8～7.8，优选为7.5；
优选地，对调节pH后的甘蔗混合汁进行换热包括先对甘蔗混合汁进行升温，再对甘蔗混合汁进行降温；
优选地，所述升温为升温至88℃～100℃，优选为90℃；
优选地，所述降温为降温至55℃～65℃，优选为60℃；
优选地，所述降温为：与甘蔗清汁缓冲容器中的甘蔗清汁进行换热。
7.一种采用如权利要求1-4任一项所述的抗菌装置的膜法甘蔗制糖系统，其特征在于，所述膜法甘蔗制糖系统包括加碱单元、预处理单元、换热单元、澄清膜、脱色原料储存容器、脱色膜、浓缩原料储存容器、浓缩膜、紫外杀菌单元和膜组件纳米银杀菌单元；
所述预处理单元的物料出口与换热单元的物料相连，换热单元的物料出口与澄清膜的进料口连接，澄清膜的出料口与脱色原料储存容器和脱色膜依次连接，脱色膜的出料口与浓缩原料储存容器和浓缩膜依次连接，浓缩膜的出料口连接甘蔗清汁缓冲容器；
所述加碱单元包括至少两个加碱装置，加碱装置分别位于预处理单元进料口和出料口；
所述紫外杀菌单元包括紫外线杀菌灯，紫外线杀菌灯设置于脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中；
所述膜组件纳米银杀菌单元包括载银隔网，载银隔网设置于脱色膜和浓缩膜中。
8.根据权利要求7所述的膜法甘蔗制糖系统，其特征在于，所述加碱装置为加碱泵；
优选地，所述膜法甘蔗制糖系统还包括原料储存容器，所述澄清原料储存容器的进料口与换热单元的物料出口相连，澄清原料储存容器的出料口与澄清膜的进料口连接；
优选地，所述换热单元包括依次连接的升温组件和降温组件，预处理单元的物料出口与升温组件的进料口相连，降温组件的出料口与澄清膜的进料口连接；
优选地，当膜法甘蔗制糖系统包括原料储存容器时，降温组件的出料口与澄清原料储存容器的出料口相连；
优选地，所述升温组件为升温换热器；
优选地，所述升温换热器通过蒸汽进行加热；
优选地，所述升温换热器包括列管式换热器和/或板式换热器；
优选地，所述降温组件为降温换热器；
优选地，所述降温换热器包括沉浸式蛇管换热器、喷淋式蛇管换热器或套管式换热器中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述降温换热器中冷热液体流动方向为逆流方向；
优选地，所述降温组件设置于甘蔗清汁缓冲容器中，甘蔗清汁缓冲容器中液体为浓缩膜的出料液体，甘蔗清汁缓冲容器的出料口连接蒸发结晶系统。
9.根据权利要求7或8所述的膜法甘蔗制糖系统，其特征在于，所述紫外线杀菌灯设置于脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器中，并固定在脱色原料储存容器和浓缩原料储存容器的顶部；
优选地，设置于脱色原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个～10个；
优选地，设置于浓缩原料储存容器中的紫外线杀菌灯的个数为6个～10个；
优选地，所述紫外线杀菌灯单支灯管的功率为80W～200W，优选为150W；
优选地，所述载银隔网包括原料液隔网和透过液隔网，原料液隔网设置于膜原料液一侧，透过液隔网设置于膜透过液一侧；
优选地，所述载银隔网表面负载纳米银颗粒，纳米银颗粒通过聚多巴胺修饰和银离子原位还原制备得到。
10.一种如权利要求7-9任一项所述的膜法甘蔗制糖系统的处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理的甘蔗混合汁通过加碱单元加入碱调节pH后进入预处理单元进行预处理，再通过加碱单元向经过预处理后的甘蔗混合汁中加入碱调节pH；
(2)步骤(1)调节pH后的经过预处理后的甘蔗混合汁经换热单元进行换热后进入澄清膜中进行澄清处理；
(3)澄清处理后的料液进入脱色原料储存容器中，在脱色原料储存容器中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入脱色膜中进行脱色处理，脱色处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌；
(4)脱色处理后的料液进入浓缩原料储存容器中通过紫外杀菌单元进行杀菌后进入浓缩膜进行浓缩处理，浓缩处理过程中通过膜组件纳米银杀菌单元与料液接触进行杀菌，浓缩处理得到甘蔗清汁；
优选地，步骤(1)所述碱为氢氧化钠，优选为食品级氢氧化钠；
优选地，步骤(1)在甘蔗混合汁进行预处理前加入碱调节pH至6.8～7.8，优选为7.5；
优选地，步骤(1)在甘蔗混合汁进行预处理后加入碱调节pH至6.8～7.8，优选为7.5；
优选地，步骤(2)对调节pH后的经过预处理后的甘蔗混合汁进行换热包括先进行升温，再进行降温；
优选地，所述升温为升温至88℃～100℃，优选为90℃；
优选地，所述降温为降温至55℃～65℃，优选为60℃；
优选地，所述降温为：与甘蔗清汁进行换热。
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