CN113584233B - 一种亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的方法，混合汁经物理除杂后，先进行第一次浓缩至18～20oBx，浓缩过程产生的甘蔗原水经活性炭和反渗透膜过滤，制成甘蔗植物水，浓缩后的混合汁再按照亚硫酸法制糖工艺生产白砂糖，包括以下步骤：甘蔗提汁、预灰、物理除杂、第一次浓缩、活性炭过滤、反渗透膜过滤、硫熏中和、加热、沉降、第二次浓缩、结晶、分蜜。本方法既可生产甘蔗植物水产品，减少外排的水量，增加经济效益，又可减少后续进行化学澄清过程澄清助剂的消耗量，降低生产成本，极大的提高甘蔗制糖企业的经济效益。

Description

一种亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的方法
技术领域
本发明涉及甘蔗制糖的技术领域，具体是一种亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的方法。
背景技术
甘蔗，(学名：Saccharumofficinarum)甘蔗属，多年生高大实心草本。根状茎粗壮发达。秆高3-6米。蔗适合栽种于土壤肥沃、阳光充足、冬夏温差大的地方。甘蔗是温带和热带农作物，是制造蔗糖的原料，且可提炼乙醇作为能源替代品。甘蔗是我国重要的糖料作物，是食糖的主要来源，食糖是关系国计民生的重要产品，既是食品、饮料、医药等产业不可或缺的基础原料，又是城乡居民的生活必需品，和粮、棉、油同属国家战略物资。甘蔗也是广西种植面积最大的经济作物，据国家统计局2018年数据，广西甘蔗种植面积88.64万公顷（约1330万亩），占全国种植面积的63.05%；甘蔗产量7292.76万吨，占全国甘蔗总产量的67.46%；产糖590万吨，占全国产糖量67.23%。
甘蔗作为大宗农产品加工原料，目前甘蔗制糖主要的生产工艺为亚硫酸法和碳酸法。亚硫酸法工艺流程短、设备简单，国内95%以上甘蔗糖厂采用此工艺，澄清过程中需要添加大量的化学助剂如石灰、磷酸、SO2和聚丙烯酰胺（絮凝剂）等，经絮凝、沉淀和过滤除去混合汁中的色素和杂质，但该工艺存在产品品质低、产品残硫量高及食糖安全隐患等问题。碳酸法产品品质较高、色泽较低，但该法生产流程较长、设备投入大、生产成本高，澄清过程需要添加大量的石灰、CO2及少量的SO2，并存在碱性滤泥量大、污染环境等难以解决的问题。而甘蔗制糖主要以生产白砂糖为主，产品单一，附加值低；其附产品糖蜜仅作为生产酒精或酵母的原料进行销售，价格低廉。如何增加甘蔗制糖企业的利润增长点，改变近几年全行业处于亏损的困境，是当前急需解决的主要问题。
甘蔗中含有70％左右的水分，在甘蔗制糖生产浓缩过程中会产生大量的水分，无论是采用亚硫酸法生产工艺还是采用碳酸法生产工艺，都存在化学助剂残留的可能，现行的处理方法是经过生化处理达标后直接排放江河。这些水是甘蔗植物中的原水，如果充分利用这些水加工成饮用水，将会提高甘蔗的附加值，提高制糖企业的经济效益。以我国年入榨糖料蔗约8000万吨估算，每年可产甘蔗植物水4000万吨，约1200亿瓶，产值超千亿元；将甘蔗水变为生活饮用水，为我国每年新增4000万吨的生活饮用水，必将改变我国水资源匮乏的局面，为全球淡水资源创造可持续性的贡献。公开文献也报道了一些提取甘蔗水生产饮用水的技术，例如：
1、中国专利：一种利用制糖厂蒸发汽凝水生产饮用水的方法，申请号：201010133314.0，申请日：2010.03.26，申请人：广西大学，地址：530004广西壮族自治区南宁市大学东路100号，发明人：陆海勤、杨同香、李凯、李红、谢彩锋、杭方学、李淑贞，摘要：本发明公开了一种利用制糖厂蒸发汽凝水生产饮用水的方法。该方法是将制糖厂蒸发汽凝水，通过砂滤、活性炭、离子交换树脂、反渗透、纳滤装置的一个、两个或两个以上组合处理汽凝水，使其达到饮用水的指标。本发明不仅可以有效的资源化利用汽凝水，增加糖厂综合利用途径，提高经济效益，还可减少糖厂废水排放。
2、中国专利：一种多级膜并行生产甘蔗浓缩汁及甘蔗饮用水的方法，申请号：201510205328.1，申请日：2015.04.27，专利权人：广西大学，地址：530004广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学路100号，发明人：李凯、李文、杭方学、陆海勤、谢彩锋，摘要：一种多级膜并行生产甘蔗浓缩汁及甘蔗饮用水的方法，步骤如下：将甘蔗依次经过烫漂灭酶、压榨提汁以及粗过滤后得到粗滤甘蔗汁；粗滤甘蔗汁经过第一陶瓷膜超滤澄清后得到甘蔗澄清汁；甘蔗澄清汁经过有机纳滤膜浓缩后得到纳滤清液以及纳滤浓缩液；纳滤浓缩液经过第二陶瓷膜超滤除菌以及无菌灌装后得到甘蔗浓缩汁；纳滤清液经过有机反渗透膜纯化后得到反渗透清液；反渗透清液经过第三陶瓷膜超滤除菌以及无菌灌装后得到甘蔗饮用水。本发明基于膜过程分离、浓缩及冷杀菌等功能的集成，以甘蔗为原料并行生产高品质的甘蔗浓缩汁以及甘蔗饮用水，利于产品优化升级以及甘蔗资源的综合利用。
3、中国专利：一种甘蔗饮用水及复配甘蔗汁饮料的生产工艺，申请号：201510105754.8，申请日：2015.03.11，专利权人：广西叶茂机电自动化有限责任公司，地址：530007广西壮族自治区南宁市西乡塘区科园大道58号，发明人：叶丽娜、凌国庆、彭文博、林兴盛、张宇、范克银、陈家权、冯春亚，摘要：本发明公开了一种甘蔗饮用水及复配甘蔗汁饮料的生产工艺，包括甘蔗榨汁、粗甘蔗汁预处理、微滤膜过滤、纳滤膜分离浓缩、反渗透膜过滤和复配等六个步骤，采用微滤膜过滤可以直接滤除甘蔗汁里的微小杂质、细菌、微生物，还可以保持甘蔗汁的原始风味；采用纳滤膜分离浓缩、反渗透膜过滤可以将甘蔗汁分离成甘蔗饮用水和浓缩糖浆，其中甘蔗饮用水可以直接饮用，也可以和浓缩糖浆复配成任意不同甜度的原汁甘蔗汁饮料，以满足不同人群的需要。本工艺生产出来的甘蔗饮用水是纯天然植物水，对人体有益，且实现了对甘蔗水分的资源化利用。本工艺复配出来的甘蔗汁饮料可以有效的保存甘蔗汁中的多种对人体有益的物质，不含苦味，口感好，营养丰富，耐保藏。
4、中国专利：一种利用甘蔗中水分生产瓶装饮用水的方法，申请号：201410204478.6，申请日：2014.05.15，申请人：广西大学，地址：530004广西壮族自治区南宁市西乡塘区大学路100号，发明人：陆海勤、杭方学、李凯、谢彩锋、梁欣泉、陆登俊、邓立高、李红，摘要：本发明公开了一种利用甘蔗中水分生产瓶装饮用水的方法。本发明以甘蔗植株水为原水，采用石英砂、活性炭预处理，经过超滤膜预过滤，反渗透膜技术处理后，杀菌灌装，生产瓶装饮用水。本发明可以丰富饮用水资源、提高甘蔗产业附加值。
经研究发现，利用亚硫酸法或碳酸法糖厂的蒸发汽凝水来制成饮用水，由于制糖生产过程化学澄清工序加入大量化学助剂的原因，导致汽凝水中存在化学助剂残留的可能，生产出来的饮用水口感较差；采用微滤或超滤陶瓷膜对甘蔗混合汁进行物理澄清，再利用纳滤膜提取甘蔗水，都存在纳滤膜清液通量小、效率低、生产成本高、设备投资大的问题，而且纳滤膜未能完全截留小分量的有机物质，造成生产出来的甘蔗水保质期较短。
发明内容
本发明的目的是提供一种亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的方法，该方法是将混合汁经物理除杂后，先浓缩提取无化学助剂添加、无化学助剂残留可能的甘蔗植物水；浓缩后的蔗汁再按照亚硫酸法制糖工艺生产白砂糖，达到节能降耗、提高生产效率、提高经济效益的目的，为甘蔗产业发展谋求新出路，改变甘蔗糖业目前高附加值产品少、竞争力不强、行业效益不稳定的局面，对于推动甘蔗制糖产业健康、稳定的发展具有重大的意义。
本发明是采用以下技术方案实现的：
一种亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的方法，其包括以下步骤：
A、甘蔗提汁：使用常规五座压榨机将甘蔗进行压榨，得到锤度为13～15oBx的混合汁。
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至6.8～7.2。
C、物理除杂：将预灰后的混合汁依次通过滚筒筛、加热撇泡装置、微孔过滤器进行物理除杂，得到过滤清汁。
D、第一次浓缩：使用MVR浓缩器对过滤清汁进行浓缩，得到锤度为18～20oBx的浓缩汁和甘蔗原水。
E、活性炭过滤：使用活性炭过滤器对甘蔗原水进行过滤。
F、反渗透膜过滤：以截留分子量为100Da的有机反渗透膜对经活性炭过滤后的甘蔗原水作进一步的纯化过滤，得到甘蔗植物水。
G、硫熏中和：将第一次浓缩得到的浓缩汁通过硫熏中和器加入二氧化硫，再加入石灰乳调节pH值至6.8～7.3，得到中和汁。
H、加热：将中和汁加热至100～105℃。
I、沉降：向加热后的中和汁中加入絮凝剂，通入沉降器进行沉降分离，得到澄清清汁。
J、第二次浓缩：采用五效浓缩罐对澄清清汁进行浓缩，得到锤度为55～65oBx的糖浆。
K、结晶：按常规白砂糖煮制工艺通过结晶罐将糖浆煮制成糖膏。
L、分蜜：通过离心机将糖膏进行糖蜜分离，得到白砂糖。
进一步优选的：步骤B所述的蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例制成，反应温度为55～58℃，糖浆的锤度为60～65oBx，石灰乳的浓度为12～15oBé。
进一步优选的：所述步骤C中，滚筒筛滤网的孔径为2～5mm，加热撇泡的加热温度为85～95℃，微孔过滤器的过滤精度为20～50μm。
进一步优选的：步骤E所述的活性炭过滤器装填的是颗粒状果壳活性炭，粒径为3～5mm。
进一步优选的：步骤F所述的有机反渗透膜的操作压力为1.5～4.0MPa，操作温度为50～55℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明中，甘蔗混合汁经物理除杂后，可降低混合汁中杂质的含量，先进行第一次浓缩提取甘蔗植物水，还减少了后续进行亚硫酸法澄清的处理量，从而减少澄清化学助剂的消耗量，达到节能降耗的目的，为甘蔗产业发展谋求新出路，改变甘蔗糖业目前高附加值产品少、竞争力不强、行业效益不稳定的局面，对于推动甘蔗制糖产业健康、稳定的发展具有重大的意义。
（2）利用制糖生产浓缩过程中得到的甘蔗原水生产甘蔗植物水，甘蔗植物水的提取效率高、生产成本低、设备投资少。生产甘蔗植物水，把原来需生化处理后排放的甘蔗水变为高附加值生活饮用水，不仅提高制糖企业的经济效益，还可以减少水的排放量，减轻环保压力，实现了对甘蔗中水分的资源化利用。
（3）采用物理澄清工艺提取甘蔗植物水，避免存在化学助剂残留的可能，水中带有甘蔗独特的风味，入口柔顺，品质高，甘蔗植物水经过无菌瓶装密封后，置于阴凉处保存，保质期能达一年以上。
（4）生产的甘蔗植物水来源于植物细胞，其品质优于目前市场上各种来源于地下水源或地表水源的瓶装饮用水，更适合于高端市场，具有极高的市场发展潜力。
附图说明
图1为本亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的工艺流程图；
混合汁经物理除杂后，先进行浓缩提取甘蔗植物水，浓缩后的混合汁再按亚硫酸法制糖工艺生产白砂糖。
具体实施方式
下面结合实施例，对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部的实施例。
实施例1
一种亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的方法，所述方法包括如下步骤：
A、甘蔗提汁：采用常规五座压榨机对甘蔗进行压榨，得到锤度为13～15oBx的混合汁。
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至6.8～7.2。
C、物理除杂：将预灰后的混合汁依次通过滚筒筛、加热撇泡装置、微孔过滤器进行物理除杂，得到过滤清汁。
D、第一次浓缩：使用MVR浓缩器对过滤清汁进行浓缩，得到锤度为19oBx的浓缩汁和甘蔗原水。
E、活性炭过滤：使用活性炭过滤器对甘蔗原水进行过滤。
F、反渗透膜过滤：以截留分子量为100Da的有机反渗透膜对经活性炭过滤后的甘蔗原水作进一步的纯化过滤，得到甘蔗植物水。
G、硫熏中和：将第一次浓缩得到的浓缩汁通过硫熏中和器加入二氧化硫，再加入石灰乳调节pH值至6.8～7.3，得到中和汁。
H、加热：将中和汁加热至100～105℃。
I、沉降：向加热后的中和汁中加入絮凝剂，通入沉降器进行沉降分离，得到澄清清汁。
J、第二次浓缩：采用五效浓缩罐对澄清清汁进行浓缩，得到锤度为55～65oBx的糖浆。
K、结晶：按常规白砂糖煮制工艺通过结晶罐将糖浆煮制成糖膏。
L、分蜜：通过离心机将糖膏进行糖蜜分离，得到白砂糖。
步骤B中，蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例制成，反应温度为55～58℃，糖浆的锤度为60～65oBx，石灰乳的浓度为12～15oBé。
步骤C中，滚筒筛滤网的孔径为3mm，加热撇泡的加热温度为85～90℃，微孔过滤器的过滤精度为30μm。
步骤E中，活性炭过滤器装填提果壳活性炭，粒径为3～5mm。
步骤F中，有机反渗透膜过滤的操作压力为2.0～2.5MPa，操作温度为50～53℃。
本实施例中，甘蔗植物水的产量对蔗比为25%。
实施例2
一种亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的方法，所述方法包括如下步骤：
A、甘蔗提汁：采用常规五座压榨机对甘蔗进行压榨，得到锤度为13～15oBx的混合汁。
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至7.0～7.5。
C、物理除杂：将预灰后的混合汁依次通过滚筒筛、加热撇泡装置、微孔过滤器进行物理除杂，得到过滤清汁。
D、第一次浓缩：使用MVR浓缩器对过滤清汁进行浓缩，得到锤度为20oBx的浓缩汁和甘蔗原水。
E、活性炭过滤：使用活性炭过滤器对甘蔗原水进行过滤。
F、反渗透膜过滤：以截留分子量为100Da的有机反渗透膜对经活性炭过滤后的甘蔗原水进一步的纯化过滤，得到甘蔗植物水。
G、硫熏中和：将第一次浓缩得到的浓缩汁通过硫熏中和器加入二氧化硫，再加入石灰乳调节pH值至6.8～7.3，得到中和汁。
H、加热：将中和汁加热至100～105℃。
I、沉降：向加热后的中和汁中加入絮凝剂，通入沉降器进行沉降分离，得到澄清清汁。
J、第二次浓缩：采用五效浓缩罐对澄清清汁进行浓缩，得到锤度为55～65oBx的糖浆。
K、结晶：按常规白砂糖煮制工艺通过结晶罐将糖浆煮制成糖膏。
L、分蜜：通过离心机将糖膏进行糖蜜分离，得到白砂糖。
步骤B中，蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例制成，反应温度为55～58℃，糖浆的锤度为60～65oBx，石灰乳的浓度为12～15oBé。
步骤C中，滚筒筛滤网的孔径为4mm，加热撇泡的加热温度为90～95℃，微孔过滤器的过滤精度为40μm。
步骤E中，活性炭过滤器装填提果壳活性炭，粒径为3～5mm。
步骤F中，有机反渗透膜过滤的操作压力为2.5～3.0MPa，操作温度为53～55℃。
本实施例中，甘蔗植物水的产量对蔗比为35%。
对比例
目前，国内大部分的甘蔗糖厂采用亚硫酸法制糖工艺，其澄清过程主要是添加石灰、磷酸、二氧化硫、絮凝剂等化学助剂，以去除甘蔗混合汁中的杂质及色素，生产符合国家标准的白砂糖，具体步骤如下：
A、甘蔗提汁：采用常规五座压榨机对甘蔗进行压榨，得到锤度为13～15oBx的混合汁。
B、预处理：将混合汁依次通过滚筒筛、曲筛过滤，去除大颗粒纤维及杂质。
C、预灰：混合汁中先加入磷酸，再加入石灰乳调节pH值至6.8～7.2。
D、第一次加热：预灰后的混合汁加热至60～70℃。
E、硫熏中和：将一次加热后的混合汁通过硫熏中和器加入二氧化硫，再加入石灰乳调节pH值至6.8～7.3，得到中和汁。
F、第二次加热：将中和汁加热至100～105℃。
G、沉降：向加热后的中和汁中加入絮凝剂，通入沉降器内进行沉降分离，得到澄清清汁。
H、浓缩：采用五效浓缩罐对澄清清汁进行浓缩，得到锤度为55～65oBx的糖浆。
I、结晶：按常规白砂糖煮制工艺通过结晶罐将糖浆煮制成糖膏。
J、分蜜：通过离心机将糖膏进行糖蜜分离，得到白砂糖。
步骤B中，滚筒筛滤网的孔径为2～5mm，曲筛的滤网为20～80目。
步骤C中，磷酸的添加量为有效P2O5对蔗比300～350ppm，折成磷酸对蔗比为0.05%～0.06%。
步骤E中，二氧化硫的添加量折成硫磺对蔗比为0.12%～0.14%。
步骤C和步骤E中，石灰乳的添加量折成石灰对蔗比为0.2%～0.3%。
步骤G中，絮凝剂的添加量对蔗比为3～5ppm。
表1为实施例1、实施例2及对比例处理100万吨甘蔗降耗增效的对比。
表2为实施例1、实施例2及对比例的白砂糖的各项理化指标检测结果。
表3为实施例1、实施例2及对比例的白砂糖的二氧化硫含量检测结果。
表4为实施例1、实施例2的甘蔗植物水的感官指标检测结果。
表5为实施例1、实施例2的甘蔗植物水的理化指标检测结果。
表1：处理100万吨甘蔗降耗增效的对比。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
说明1：甘蔗压榨提汁过程采用添加洁净水进行复式渗浸，最终得到的甘蔗混合汁与甘蔗的比例为1:1。
说明2：亚硫酸法澄清处理的混合汁量=压榨混合汁量－甘蔗植物水量，对比例为100万吨，实施例1为75万吨，实施例2为65万吨。
表2：白砂糖的各项理化指标。
Figure 453991DEST_PATH_IMAGE002
表3：白砂糖的二氧化硫含量。
Figure 839973DEST_PATH_IMAGE004
表4：甘蔗植物水的感官指标。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表5：甘蔗植物水的理化指标。
Figure 682027DEST_PATH_IMAGE006
上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种亚硫酸法制糖工艺中降耗增效的方法，其特征在于：操作步骤为：
A、甘蔗提汁：使用常规五座压榨机将甘蔗进行压榨，得到锤度为13～15oBx的混合汁；
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至6.8～7.2；所述的蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例制成，反应温度为55～58℃，糖浆的锤度为60～65oBx，石灰乳的浓度为12～15oBé；
C、物理除杂：将预灰后的混合汁依次通过滚筒筛、加热撇泡装置、微孔过滤器进行物理除杂，得到过滤清汁；滚筒筛滤网的孔径为2～5mm，加热撇泡的加热温度为85～95℃，微孔过滤器的过滤精度为20～50μm；
D、第一次浓缩：使用MVR浓缩器对过滤清汁进行浓缩，得到锤度为18～20oBx的浓缩汁和甘蔗原水；
E、活性炭过滤：使用活性炭过滤器对甘蔗原水进行过滤；所述的活性炭过滤器装填的是颗粒状果壳活性炭，粒径为3～5mm；
F、反渗透膜过滤：以截留分子量为100Da的有机反渗透膜对经活性炭过滤后的甘蔗原水作进一步的纯化过滤，得到甘蔗植物水；所述的有机反渗透膜的操作压力为1.5～4.0MPa，操作温度为50～55℃；
G、硫熏中和：将第一次浓缩得到的浓缩汁通过硫熏中和器加入二氧化硫，再加入石灰乳调节pH值至6.8～7.3，得到中和汁；
H、加热：将中和汁加热至100～105℃；
I、沉降：向加热后的中和汁中加入絮凝剂，通入沉降器进行沉降分离，得到澄清清汁；
J、第二次浓缩：采用五效浓缩罐对澄清清汁进行浓缩，得到锤度为55～65oBx的糖浆；
K、结晶：按常规白砂糖煮制工艺通过结晶罐将糖浆煮制成糖膏；
L、分蜜：通过离心机将糖膏进行糖蜜分离，得到白砂糖。
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