CN116555498A - 加工甘蔗的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加工甘蔗的系统和方法。加工生甘蔗汁的方法包括：将甘蔗汁的pH降低至基本上消除微生物活性的pH；从甘蔗汁中分离叶绿素；从甘蔗汁中分离直径大于0.5微米的颗粒；通过巴氏灭菌使甘蔗汁中的多酚氧化酶(PPO)变性；从甘蔗汁中分离所变性的多酚氧化酶。

Description

加工甘蔗的系统和方法
分案说明
本申请是申请日为2018年4月13日、国家申请号为201880040601.1、发明名称为“加工甘蔗的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及生物质加工，并且具体地涉及生甘蔗的加工。
背景技术
甘蔗是高棵生长的单子叶作物，其在世界热带和亚热带区域栽培，主要是因为其能够在茎节间储存高浓度的蔗糖或糖。高粱是甘蔗的近亲并且与甘蔗一样，高粱的特定品种，称为“甜高粱”，也在其茎中积聚大量的糖。接近颗粒成熟的时间，甜高粱在秸秆汁中具有10％至25％的糖，其中蔗糖是主要的二糖。
典型地，甘蔗在收获之前生长10至18个月，并且成熟的甘蔗高两米至四米并且理想地在糖含量处于最高时收获。在澳大利亚和其他技术先进的国家，甘蔗是由各种机械收割机收获。收割机在靠近地面的其底部切割甘蔗秸秆，并且通过各种切割工具供入甘蔗秸秆，以生产甘蔗坯料，其可容易地收集并运输至磨坊，用于进一步加工。
甘蔗坯料通常收集在料箱中，并且通过各种方法，比如柴油机车等，运送至甘蔗磨坊。通常加工甘蔗使得最早收获的甘蔗首先被加工以保持向磨坊的新鲜甘蔗供应。然后通常在锤磨机中将甘蔗切碎，以将甘蔗切碎成纤维材料。然后通常将切碎的甘蔗通过一系列粉碎机供入以从纤维材料中提取富含糖的汁液。然后通常将汁液通过煮沸而脱水，留下干燥的结晶糖产品。
已经发现，在食用时汁液的非糖部分具有许多积极的健康作用。汁液的这部分具有丰富的维生素和矿物质，包括钙、铬、钴、铜、镁、锰、磷、钾和锌。它也可包含铁和维生素A、C、B1、B2、B3、B5和B6以及高浓度的植物营养素、抗氧化剂和其他促进健康的化合物。
在切割甘蔗后，甘蔗汁的营养价值呈指数下降。将甘蔗加工成最终食品级汁液的传统方法在加工(从收获至终产品输出)的每个步骤期间和之间都带来明显的延迟，从而一路降低终产品的质量和健康效益。另外，传统的加工方法产生的甘蔗汁由于酶性褐变而变色。
本说明书中包括的文件、行为、材料、设备、制品等的任何讨论都不应视为承认这些事项中的任何或全部构成现有技术基础的一部分或本公开相关领域中的公知常识，如同其在本申请的每项权利要求的优先权日之前存在一样。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了加工生甘蔗汁的方法，包括：将甘蔗汁的pH降低至基本上消除微生物活性的pH；从甘蔗汁中分离叶绿素；从甘蔗汁中分离直径大于0.5微米的颗粒；通过巴氏灭菌使甘蔗汁中的多酚氧化酶(PPO)变性；从甘蔗汁中分离所变性的多酚氧化酶。
该方法可进一步包括在使PPO变性之后并且在从甘蔗汁中分离所变性的PPO之前，提高甘蔗汁的pH。
该方法可进一步包括在从降低pH的甘蔗汁分离叶绿素之前，加热降低pH的甘蔗汁至50℃和70℃之间。
该方法可进一步包括：从甘蔗汁中分离叶绿素中的一种或多种、直径大于0.5微米的颗粒的分离和所变性的多酚氧化酶的分离包括离心甘蔗汁。
从甘蔗中分离直径大于0.5微米的颗粒可包括微过滤甘蔗汁或离心除菌(bactofuging)甘蔗汁。
巴氏灭菌可包括下述中的一个或多个：
a)热巴氏灭菌；
b)脉冲电场(PEF)巴氏灭菌；和
c)高压巴氏灭菌。
降低pH可包括降低pH至3.8和4.2之间。
降低生甘蔗汁的pH可包括降低pH至生甘蔗汁中存在的叶绿素的核心成分的等电点。可使用柠檬酸降低pH。
pH的提高可包括提高pH至4.2和7之间。可使用碳酸氢钠提高pH。
过滤可包括去除直径大于0.2微米的颗粒。
巴氏灭菌可包括加热所过滤的甘蔗汁至80℃和100℃之间持续10秒和20秒之间。
巴氏灭菌可包括加热所过滤的甘蔗汁。可在提高所巴氏灭菌的甘蔗汁的pH之前冷却甘蔗汁。
可在降低pH、提高pH和巴氏灭菌中的一个或多个步骤期间搅拌甘蔗汁。
该方法可进一步包括通过蒸发浓缩甘蔗汁以形成浓缩的甘蔗糖浆。
该方法可进一步包括清洁甘蔗；和从所清洁的甘蔗中提取生甘蔗汁。甘蔗的清洁可包括压力清洗、翻滚和/或擦洗甘蔗。甘蔗的清洁可包括用杀生物剂或过氧化物冲洗甘蔗。
提取可包括从所提取的甘蔗汁中分离甘蔗纤维。该方法可进一步包括干燥甘蔗纤维。
该方法可进一步包括，在干燥甘蔗纤维之前，浸泡并清洗甘蔗纤维以去除剩余的糖。可使用热空气干燥甘蔗纤维。
该方法可进一步包括在干燥甘蔗纤维之前，从所清洗的甘蔗纤维中去除过量水分。
在干燥期间可在输送机上运输甘蔗纤维。
该方法可进一步包括将所干燥的甘蔗纤维研磨成粉末。
可将所干燥的甘蔗纤维研磨至1微米和2微米之间。
在一些实施方式中，甘蔗汁的巴氏灭菌和分离中的一个或多个步骤期间产生的过量热能可用于干燥甘蔗纤维。
根据又一方面，提供了用于加工生甘蔗汁的系统，包括：酸化单元，用于将甘蔗汁的pH降低至基本上消除微生物活性的pH；第一分离单元，用于从甘蔗汁中分离叶绿素；第二分离单元，用于从甘蔗汁中分离直径大于0.5微米的颗粒；巴氏灭菌单元，用于通过巴氏灭菌使甘蔗汁中的多酚氧化酶(PPO)变性；第三分离单元，用于从甘蔗汁中分离所变性的多酚氧化酶。
该系统可进一步包括中和单元，用于在使PPO变性之后并且在从甘蔗汁中分离所变性的PPO之前，提高甘蔗汁的pH。
该系统可进一步包括加热器，用于在从降低pH的甘蔗汁分离叶绿素之前，加热降低pH的甘蔗汁至50℃和70℃之间。
第一分离单元、第二分离单元和第三分离单元中的一个或多个可包括离心机。
第二分离单元可包括微过滤单元。
巴氏灭菌单元可包括下述中的一个或多个：
a)热巴氏灭菌器；
b)脉冲电场(PEF)巴氏灭菌器；
c)高压巴氏灭菌器。
酸化单元可配置为降低甘蔗汁的pH至3.8和4.2之间。
酸化单元可配置为降低甘蔗汁的pH至甘蔗汁中存在的叶绿素的核心成分的等电点。
中和单元可配置为提高甘蔗汁的pH至4.2和7之间。
酸化单元可配置为使用柠檬酸降低甘蔗汁的pH。
中和单元可配置为使用碳酸氢钠降低甘蔗汁的pH。
第二分离单元可配置为去除直径大于0.2微米的颗粒。
巴氏灭菌单元可配置为加热所过滤的甘蔗汁至80℃和100℃之间持续10秒和20秒之间。
巴氏灭菌单元可配置为加热所过滤的甘蔗汁。可在提高所巴氏灭菌的甘蔗汁的pH之前冷却甘蔗汁。
该系统可进一步包括一个或多个搅拌器，用于在降低pH、提高pH和巴氏灭菌中的一个或多个步骤期间搅拌甘蔗汁。
该系统可进一步包括白利糖度调整单元，用于通过蒸发浓缩甘蔗汁以形成浓缩的甘蔗糖浆。
该系统可进一步包括清洁单元，用于清洁甘蔗；和提取单元，用于从所清洁的甘蔗中提取生甘蔗汁。
清洁单元可配置为压力清洗、翻滚和/或擦洗甘蔗。
清洁单元可配置为用杀生物剂或过氧化物冲洗甘蔗。
清洁单元可配置为在用杀生物剂或过氧化物冲洗之后，在预定的温度下用水冲洗甘蔗。
提取单元可配置为从所提取的甘蔗汁中分离甘蔗纤维。
该系统可进一步包括干燥单元，用于干燥甘蔗纤维。
该系统可进一步包括制备单元，用于在干燥甘蔗纤维之前，浸泡并清洗甘蔗纤维以去除剩余的糖。
可使用热空气干燥甘蔗纤维。
制备单元可进一步配置为在干燥甘蔗纤维之前，从所清洗的甘蔗纤维中去除过量水分。
该系统可进一步包括输送机，用于运输甘蔗。
该系统可进一步包括研磨单元，用于将所干燥的甘蔗纤维研磨成粉末。
甘蔗汁的巴氏灭菌和分离中的一个或多个步骤期间产生的过量热能用于干燥甘蔗纤维。
贯穿本说明书，词语“包括(comprise)”或比如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变体，将被理解为暗示包含所陈述的要素、整数或步骤，或者要素、整数或步骤的组，但是不排除任何其他要素、整数或步骤，或者要素、整数或步骤的组。
附图说明
现将参考附图，通过非限制性例子，描述本公开的实施方式，其中：
图1为根据本公开的实施方式的甘蔗加工系统的示意图；
图2为由图1的系统的模块进行的工艺的流程图；
图3为图1中显示的纤维处理单元和汁液处理单元的详细示意图；
图4为图3中显示的白利糖度调整模块的详细示意图。
图5为图解加工生甘蔗汁的方法的流程图；
图6为图解使用图5中显示的方法加工的汁液的白利糖度浓度的调整方法的流程图；并且
图7为由图1和图3中显示的纤维处理单元进行的工艺的流程图。
具体实施方式
本公开的实施方式涵盖甘蔗汁和纤维生产的全工艺方法，该方法可实现将新鲜切割的甘蔗高效转化成食品级稳定的甘蔗汁、糖浆和粉末，从而最大化保持甘蔗产品中存在的维生素和矿物质水平。本文所述的实施方式可有助于提高在微生物控制的环境中加工甘蔗的效率，而在终产品中很少或没有损失促进健康的化合物。
例如，发明人已经开发出包括单独的汁液澄清步骤的两阶段工艺。在第一澄清步骤中，将纤维素和叶绿素聚集并从汁液中去除。在第二澄清步骤中，将多酚氧化酶(PPO)从汁液中去除。通过在去除工艺期间使叶绿素和PPO失活，基本上消除酶性褐变。所得的甘蔗汁产品可保持原始生甘蔗中存在的所有类黄酮和矿物质组分，同时与由现有技术工艺制造的汁液相比，可大大改善其澄清度和稳定性。
图1为根据本公开的实施方式的甘蔗加工系统100的示意图。系统100包括生甘蔗制备单元102、汁液处理单元104和纤维处理单元106。甘蔗制备单元102包括甘蔗接收箱108、消毒单元110和甘蔗处理器112。甘蔗制备单元102是可操作的以接收收获的甘蔗并将其转化成生甘蔗汁和生甘蔗纤维，然后生甘蔗汁和生甘蔗纤维分别被传递至汁液处理单元104和纤维处理单元106。
为了最大化保留甘蔗中的促进健康的化合物，重要的是在甘蔗的收获和加工之间尽可能少地延迟。因此，系统100优选地位于紧密邻近被加工的甘蔗的生长位点的位置。
生甘蔗可以以任何适当的方式通过系统100运输。但是，优选地，系统100的多个或所有单元紧密邻近。用于将甘蔗通过每个单元并从一个单元运输到另一个单元的适当的装置包括输送机、发射装置(shoots)、料斗和进料装置。但是，通过系统自动运输甘蔗的其他方法是本领域已知的并且不超出本公开的实施方式的范围。
参考图2，现将描述由甘蔗制备单元102进行的工艺200。在步骤202，在甘蔗接收箱108处接收生甘蔗。可以以收获的坯料或作为整根切割的甘蔗的形式在接收箱108处接收甘蔗。在收获期间，通过去除甘蔗的顶部、叶片末端和一部分最接近地面的甘蔗的下部来产生坯料。然后将剩余的甘蔗剁成短段(长度为20cm-30cm)以形成坯料。如果向接收箱108提供整根切割的甘蔗，则甘蔗秸秆可在通过随后的消毒单元110进行消毒之前或之后，通过切碎机或草料收割台布置在接收箱中或附近分解。在任一种情况下，甘蔗优选地不含任何绿叶(其被称为垃圾)。
农民在收获之前通常灌溉甘蔗地。这样做，甘蔗吸收了来自田地上的腐烂植物的细菌。优选从甘蔗中提取汁液之前尽可能多的去除这种细菌。因此，从接收箱108，甘蔗以任何已知的方式，例如，经输送机，进行到消毒单元110。在消毒单元104中，进行步骤204和206。在步骤204，将生甘蔗清洗、翻滚和擦洗以去除从田间或在收获和运输期间带上的任何过量碎屑和杂质。在一个实施方式中，使用振动清洗筛进行该消毒工艺。优选地在两步工艺中清洗甘蔗。在该工艺的第一步骤206中，可用杀生物剂，比如有机杀生物剂，冲洗甘蔗，其实例为Tsunami(RTM)，以杀菌和消灭甘蔗表面上的任何有害的生物体。在其他实施方式中，可使用过氧化物来清洗甘蔗。在第二步骤208中，仍在清洗筛上的同时，用温水或热水喷射生甘蔗以去除杀生物剂或其他消毒剂并在消毒单元110中保持生物控制。用于清洗生甘蔗的水优选地在30℃和80℃之间的温度。例如，用于清洗甘蔗的水可在小于50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃的温度。对于任何这些温度上限，在适用的情况下，用于清洗甘蔗的水可在大于30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、60℃、65℃的温度。
然后使用，例如，料斗和进料装置将所清洗的甘蔗运输至甘蔗处理器112。然后在步骤210，甘蔗处理器112将甘蔗分离成生汁液和纤维。该工艺可包括以已知的方式切碎和压碎甘蔗，例如，使用提取设备比如压带机、锤、辊、螺旋压榨机、离心分离器或可操作以从生甘蔗汁中提取汁液并分离纤维的任何其他机械汁液提取器设备。
一旦汁液和纤维被提取并分离，则在步骤212将生汁液输出至汁液处理单元104并且在步骤214将生纤维输出至纤维处理单元106以进一步加工。在可替换的实施方式中，将生纤维丢弃并且仅进一步加工生汁液。
输出至汁液处理单元104的生汁液通常具有23°Br的糖浓度和约5.45的pH。
参考图3，显示了汁液处理单元104和纤维处理单元106的详细示意图。汁液处理单元104包括以线连接的多个加工模块(如图3中由其间显示的箭头表示)。可由一个或多个泵(未显示)通过汁液处理单元104泵送汁液。认识到任何适当的泵布置都可用于该目的，只要当通过加工单元104泵送时不损坏汁液。在一些实施方式中，可使用一个或多个叶泵。
汁液处理单元104的组件可包括粗滤器302、酸化单元304、第一容纳罐306、第一澄清器308、微过滤单元310、第二容纳罐312和第二澄清器314。汁液处理单元104可进一步包括白利糖度调整单元316，用于提高甘蔗产品的浓度，如下面将更详细描述的。也可提供巴氏灭菌器(未显示)以对甘蔗汁进行巴氏灭菌。巴氏灭菌器可位于第二澄清器314的输出处，集成到白利糖度调整单元308中，或位于白利糖度调整单元308的输出处。同样地，可在加工单元104中的上述任何位置中提供一个或多个另外的巴氏灭菌单元。
粗滤器302设有汁液输入，用于接收来自甘蔗处理器112的生甘蔗汁。过滤器302配置为从生汁液中去除大颗粒物质，比如从汁液提取中残留在生甘蔗汁中的纤维素或纤维。过滤器302可为网袋或格栅的形式。粗滤器302可配置为去除直径大于10微米并且优选地直径为5微米的颗粒。
有利的是尽早酸化生汁液以防止汁液经历酶性褐变。因此，提供酸化单元304以接收从甘蔗处理器112经粗滤器302输出的汁液。酸化单元304设有配置为与酸注入单元328一起搅拌汁液的一个或多个搅拌器，酸注入单元328配置为将酸，比如食品酸，注入到酸化单元304中以使酸化单元304中的生甘蔗酸化。酸注入单元328可包括一个或多个在线注入器和控制器(未显示)，用于控制酸注入到酸化单元304的速率。酸化单元304也可包括pH计330，其配置为测量酸化单元304中的汁液/酸混合物的pH并将该信息反馈回酸注入单元328。基于该接收到的pH信息，酸注入单元312配置为控制注入到酸化单元的酸的量以便将酸化单元304的内容物的pH保持在预定的pH水平。
第一容纳罐306包括加热器和一个或多个搅拌器，用于加热从酸化单元304输出的汁液。在其他实施方式中，代替第一容纳罐306，可使用酸化单元304本身以在酸化之后加热汁液。
提供第一和第二澄清器308、314以在工艺的各种阶段从汁液中去除聚集的固体，如下面将更详细描述的。优选地，第一和第二澄清器308、314各自包括本领域已知的离心机。可替换地，第一和第二澄清器308、314可包括分离器或倾析器。
微过滤单元310配置为从汁液中去除细颗粒物质。优选地，微过滤单元是可操作的以过滤出直径大于0.5微米的颗粒。通过这样做，细菌和较大蛋白质(其引起汁液变色)可从汁液中过滤出，同时允许类黄酮和矿物质组分通过。
第二容纳罐312接收来自微过滤单元310的汁液，并且包括pH计318，pH计318配置为测量汁液的pH并将该信息反馈回碱注入单元320。基于该接收到的pH信息，碱注入单元312配置为控制注入到酸化单元的碱的量以便将容纳罐312的内容物的pH保持在预定的pH水平。
白利糖度调整单元316在图4中更详细显示出，并且包括蒸发器321，用于提高生甘蔗汁的糖浓度以生产糖浆，以及干燥器323，其配置为从汁液中基本上去除所有水，因此生产干燥粉末。
蒸发器321可为降膜型并且可具有多种效果。换句话说，蒸发器321可包括多个降膜蒸发器，第一降膜蒸发器(称为第一效果)的冷凝物向第二降膜蒸发器(称为第二效果)提供输入，以此类推。优选地，蒸发器321包括多效降膜蒸发器，包括三种或更多种效果。
干燥器323是可操作的以从蒸发器321输出的甘蔗糖浆中生产干燥粉末。在一些实施方式中，干燥器323为喷雾干燥器。
现将参考图5中显示的流程图描述根据实施方式的图3和图4中显示的汁液处理单元104的操作。
在步骤402，使用粗滤器302过滤从甘蔗处理器112接收的生甘蔗汁，以从汁液提取中去除生甘蔗汁中剩余的纤维素或纤维。
然后在步骤404，通过由酸注入单元312添加酸将粗滤的甘蔗汁酸化。汁液的pH至少降低至微生物活性基本上停止的点，即低于pH 4.2。
优选地，汁液的pH降低至基本上处于叶绿素的等电点。通过这样做，叶绿素的净电荷可降低至基本上为零，使叶绿素能够在澄清期间更容易被去除。叶绿素的等电点为约3.86，但是可取决于被加工的甘蔗中存在的糖的量而变化，而糖的量反过来可取决于甘蔗的成熟度(其中当收获时处于其发育周期)和土壤中存在的硝酸盐的量。因此，可调整目标pH以考虑提供至甘蔗制备单元102的甘蔗的季节变化和成分变化。因此，在一些实施方式中，汁液的pH可降低并保持在3.7和4之间。
除了上述之外，降低汁液的pH至低于4.0使汁液中存在的任何多酚氧化酶(PPO)失活，从而在随后的加工步骤期间基本上降低汁液的PPO相关的酶性褐变；在工艺开始时酸化汁液的另外的益处。
发明人已经发现，以高浓度添加相对弱的酸允许更好地控制pH。适当的弱酸的实例为抗坏血酸，其可由酸注入单元312注入到酸化单元302中。在一些实施方式中，使用约20％浓度的抗坏血酸的溶液。在一个实施方式中，通过将600克的抗坏血酸与2400克的水结合在50℃下制备该溶液。在其他实施方式中，可使用柠檬酸。可替代地，可使用相对酸性的果汁比如柠檬汁或酸橙汁以降低甘蔗汁的pH。
随着甘蔗汁产品的pH降低至a)微生物活性基本上停止、b)PPO失活和c)汁液中的叶绿素基本上为零净电荷的点，在步骤406，可将汁液加热至50℃和70℃之间，优选60℃至70℃并且更优选65℃的温度。通过提高汁液的温度，一方面提高了叶绿素与任何剩余的纤维素之间的密度差，并且另一方面提高了叶绿素与水性汁液溶液之间的密度差。这导致在工艺400的下一步的制备中叶绿素聚集并且絮凝，在工艺400中从汁液中去除叶绿素。
在步骤408，在第一澄清器308中将酸化的汁液中存在的叶绿素和剩余的纤维素从汁液产品中分离。该步骤优选地通过离心机，但是可以可替代地使用过滤器进行。
在步骤410，汁液从第一澄清器308进入微过滤单元306，其中细颗粒物质，比如蛋白质，从汁液中分离。优选地，在该阶段，直径大于0.5微米的颗粒物质从汁液中分离。这可包括细菌和直径大于0.5微米但是相对于在步骤408在第一澄清器308中要分离的大量水性汁液不具有足够大的密度差的颗粒物质。可使用离心机，比如离心除菌机，代替使用微过滤设备来从汁液中分离该物质。
应注意，一方面从汁液中分离叶绿素以及另一方面从汁液中分离其他细颗粒物质的步骤408、410，在两个单独的步骤中进行。但是，在其他实施方式中，这两个步骤可组合成单个步骤，其中叶绿素和直径大于例如0.5微米的其他细颗粒物质同时从汁液中分离。在这样的实施方式中，可使用离心除菌机进行该工艺。
在步骤410的微过滤的结果为包含糖、类黄酮、矿物质和失活的PPO的酸化的汁液产品。在这一点上，汁液通常具有低于4.0的pH以便使汁液中存在的PPO失活。但是，在不去除PPO的情况下，升高汁液的pH至中性状态将使PPO和其他酶活化并开始使汁液褐变至其受损的过程。
因此，在步骤412，将汁液加热至使汁液中存在的任何PPO酶和其他酶变性的温度。在一些实施方式中，将汁液加热至95℃的温度10分钟。但是，可使用任何热处理工艺，只要它导致汁液中包含的PPO和其他酶变性，同时不影响汁液的类黄酮和矿物质组分。因此，在一些实施方式中，可将汁液加热至80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃。汁液维持在那些温度中的任一个的时间例如可为5秒、10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、35秒、40秒、45秒或50秒。
该热处理步骤412可在第二容纳罐312中或者，可替代地，在位于微过滤单元310和第二容纳罐312之间的分离容纳罐中进行。在任一种情况下，其中跨越加热汁液的罐壁的温度差ΔT优选地保持到尽可能低以防止来自罐壁的汁液的糖焦糖化。因此，在一些实施方式中，搅拌罐和/或为罐设有水套。可替代地，汁液可穿过热交换器以升高其温度。
尽管本文所述的实施方式使用高温、短时间(HTST)热处理，但在可替代的实施方式中，可实施代替热巴氏灭菌或除了热巴氏灭菌之外的其他热处理方法，包括但不限于脉冲电场巴氏灭菌和高压加工。巴氏灭菌步骤可包括这些巴氏灭菌技术中的一种或多种。例如，巴氏灭菌可采用热巴氏灭菌与脉冲电场巴氏灭菌组合。
上述热处理步骤414之后，在步骤414汁液可冷却(被动地或主动地)至其热处理之前的温度。例如，汁液可冷却至50℃和70℃之间，优选60℃至70℃并且更优选65℃。该冷却可在容纳罐312中或在分离罐(未显示)中进行或者可使用热交换器比如管状热交换器进行。
现在PPO酶(和汁液中存在的其他酶)不再存活，在步骤416，可升高汁液的pH而不存在由于酶性褐变而破坏汁液的澄清度的风险。取决于期望的终产品的白利糖度浓度，可将汁液的pH升高至4和7之间。将汁液的pH升高至6.5使汁液能够与具有等电点为约6.5的关键成分的产品混合。
优选地，使用弱碱升高汁液的pH以防止汁液中的糖在与碱接触时燃烧。在一些实施方式中，使用8％的碳酸氢钠饱和溶液(具有7.7的pH)。即使使用弱碱比如碳酸氢钠，也有利于搅拌汁液碱混合物以防止汁液中的分子糖燃烧并确保碱在溶液中的均匀分布。在其他实施方式中，强碱可用于中和酸化汁液。在这种情况下，可使用涡轮混合器等再次将碱添加至汁液，以防止汁液中的糖燃烧。
应认识到，在一些实施方式中，可期望pH为约4的终产品。提高汁液的pH的步骤416是任选的，因而，可不包含在工艺400中。
不仅制备用于白利糖度调整的汁液，而且升高汁液的pH也引起其中包含的所变性的PPO酶聚集，这反过来在随后的工艺步骤中提高了去除这种PPO酶的效率。为了进一步改进从汁液中分离PPO的效率，可将中和的汁液可静置(不搅拌)以允许絮凝的PPO酶沉降在罐底。然后在步骤418，可在澄清之前，例如在第二澄清器314中将汁液从大部分PPO中分离。
在步骤418，在澄清期间将汁液从剩余的PPO、其他酶和汁液中仍剩余的绝大多数微生物生物体中分离。可在沉降期间酶的絮凝之后通过离心、过滤和/或通过倾析上清液汁液进行在步骤418的澄清。
在步骤418澄清之后的所得汁液产品为基本上透明的水性甘蔗产品，不含纤维素、叶绿素和PPO酶而富含生甘蔗汁中最初存在的类黄酮和矿物质。
在步骤418已经澄清汁液之后，汁液然后可进入白利糖度调整单元316以被加工成终产品，无论是汁液、糖浆或粉末。白利糖度调整单元316可配置为将生汁液加工成全部三种终产品或汁液、糖浆和粉末中的一种或两种。
现参考图6，如果期望的终端产品是甘蔗汁，则汁液的白利糖度浓度可通过在步骤420添加水调整至8°Br和12°Br之间。终产品为具有高的矿物质和维生素含量的食品级、无菌甘蔗汁。汁液可经工业标准无菌灌装机排放到散装容器或冷藏罐中，这取决于分配要求。可使用本领域已知的任何适当的工艺包装最终汁液产品。
如果期望的最终产品是甘蔗糖浆，则在步骤422，将汁液泵入蒸发单元321以通过从汁液蒸发出水来提高汁液中的糖浓度(白利糖度)。选择蒸发温度以限制对汁液的损坏同时仍实现所需的蒸发。在示例中，蒸发器可在40℃和45℃之间，45℃和50℃之间，55℃和60℃之间，60℃和65℃之间，或65℃和70℃之间操作。为了降低蒸发单元321中水的蒸发温度，可提高蒸发单元321中的压力。在使用降膜蒸发器的情况下，在甘蔗精华的生产中可使用来自每个结果的蒸汽。
应认识到，相对于提供至蒸发单元321的甘蔗汁，由于其浓度提高，蒸发单元321中产生的浓缩的甘蔗糖浆将具有降低的pH。所以并且如上述，在步骤416，调整汁液的pH以考虑步骤422期间的蒸发。
浓缩的糖浆可任选地通过加热至60℃和120℃之间持续10秒和50秒之间进行巴氏灭菌。在各种实施方式中，可将糖浆加热至60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃。糖浆保持在那些温度中的任一种的时间可为10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、35秒、40秒、45秒或50秒。
无论是否进行上述巴氏灭菌步骤，都可将糖浆然后排放到无菌灌装机中以根据需要进行分配(瓶装、放入散装容器、冷藏罐等中)。
如果期望的最终产品是干燥形式的甘蔗粉末，则在步骤416，将蒸发单元321中产生的糖浆输入到干燥器323中并使用喷雾器雾化，比如旋转盘或高压单或两流体喷嘴，随着糖浆供入热蒸气流并汽化喷雾器将糖浆喷成雾状。由于水的高表面张力，随着水分快速离开雾化的液滴而形成固体，从而形成干燥的固体，其落到干燥器323的底部。
在一些实施方式中，喷雾器为两流体喷嘴雾化器。在这种情况下，提供作为第二流体的加压的气体，比如二氧化碳，与糖浆(第一流体)组合。
应认识到，汁液处理单元104可并行地生产汁液和糖浆/粉末终产品。
除了生产精制的甘蔗汁和/或糖浆之外，还可通过纤维处理单元106加工在甘蔗处理器112分离的纤维。纤维处理单元106包括制备单元321、输送机322、一个或多个甘蔗干燥器324和研磨单元326。图5显示通过纤维处理单元106进行工艺500的流程图。在步骤501，生甘蔗纤维通过纤维处理单元106从甘蔗处理器112接收并进入制备单元321，制备单元321配置为从纤维中去除任何过量的糖，否则会引起纤维的褐变。加工单元321包括浸渍器，该浸渍器浸泡纤维以降低纤维的颗粒尺寸。这改善了通过纤维的水传输，其反过来提高了效率并从纤维中去除糖。加工单元321进一步包括清洗机，比如逆流清洗机。在步骤502，通过清洗机清洗纤维以去除过量的糖。另外，制备单元321可进一步包括倾析器或用于在干燥之前从纤维中去除过量水分的其他装置。从糖纤维中提取的汁液可在汁液处理单元104中在加工期间任选地添加至甘蔗汁中。例如，从制备单元321提取的汁液可如由箭头323表示供入酸化单元304中，或经粗滤器302供入到酸化单元304中。关于是否将制备单元中提取的汁液添加至汁液处理单元104中正在加工的汁液的决定可基于去除的糖的质量和正在加工的汁液的用途。
可从制备单元321，将生甘蔗通过输送机322上的纤维处理单元106运输。在步骤503，当甘蔗沿着输送机322移动时，将浸泡并清洗的生甘蔗通过一个或多个甘蔗干燥器324输出的热空气干燥。然后输送机322将所干燥的甘蔗运输至研磨单元326，其中，在步骤504，将甘蔗以任何已知的方式研磨。优选地，将纤维研磨至1微米和2微米之间，2微米和3微米之间，3微米和4微米之间或4微米和5微米之间。然后在步骤506将干燥研磨的甘蔗纤维输出并且以任何已知的方式包装。
应认识到，容纳罐306、312、蒸发单元321和干燥器323的效率不是100％，因而在使用中它们各自产生至少一些过量的热。发明人已经确定，可利用该损失的热能将热提供至纤维处理单元106，因此降低整体功耗。在一些实施方式中，可将来自汁液处理单元中的装置的热辐射引导至纤维处理单元中，并用于加热或预热进入甘蔗干燥器324的空气，以便降低其中设置的加热器上的负荷。另外或可替代地，该暖空气可通过位于纤维处理单元106中的热交换器供入以提高其中的环境温度，从而再次降低甘蔗干燥器324上的负荷(并且所以降低能量消耗)。
本领域技术人员应认识到，在不背离本公开的广泛一般范围的情况下，可对上述实施方式进行许多变化和/或修改。所以，本实施方式在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (56)

1.一种加工生甘蔗汁的方法，包括：
将所述甘蔗汁的pH降低至基本上消除微生物活性的pH；
从所述甘蔗汁中分离叶绿素；
从所述甘蔗汁中分离直径大于0.5微米的颗粒；
通过巴氏灭菌使所述甘蔗汁中的多酚氧化酶(PPO)变性；
从所述甘蔗汁中分离所变性的多酚氧化酶。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在使所述PPO变性之后并且在从所述甘蔗汁中分离所述变性的PPO之前，提高所述甘蔗汁的所述pH。
3.根据权利要求1所述的方法，包括：在从降低pH的甘蔗汁分离所述叶绿素之前，加热所述降低pH的甘蔗汁至50℃和70℃之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中从所述甘蔗汁中的所述叶绿素的所述分离、所述直径大于0.5微米的颗粒的所述分离和所述变性的多酚氧化酶的所述分离中的一种或多种包括离心所述甘蔗汁。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中从所述甘蔗中分离所述直径大于0.5微米的颗粒包括微过滤所述甘蔗汁或离心除菌所述甘蔗汁。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述巴氏灭菌包括下述中的一个或多个：
a)热巴氏灭菌；
b)脉冲电场(PEF)巴氏灭菌；
c)高压巴氏灭菌。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中降低所述pH包括降低所述pH至3.8和4.2之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中降低所述生甘蔗汁的所述pH包括降低所述pH至所述生甘蔗汁中存在的叶绿素的核心成分的等电点。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其中提高所述pH包括提高所述pH至4.2和7之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中降低所述pH包括使用柠檬酸降低所述pH。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的方法，其中提高所述pH包括使用碳酸氢钠提高所述pH。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述颗粒的所述分离包括去除直径大于0.2微米的颗粒。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述巴氏灭菌包括加热所述甘蔗汁至80℃和100℃之间持续10秒和20秒之间。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的方法，其中所述巴氏灭菌包括加热所述甘蔗汁；并且其中在提高所巴氏灭菌的甘蔗汁的所述pH之前冷却所述甘蔗汁。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在降低pH、提高pH和巴氏灭菌中的一个或多个步骤期间搅拌所述甘蔗汁。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：
通过蒸发浓缩所述甘蔗汁以形成浓缩的甘蔗糖浆。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括：
清洁甘蔗；
从所清洁的甘蔗中提取所述生甘蔗汁。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述甘蔗的所述清洁包括压力清洗、翻滚和/或擦洗所述甘蔗。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述甘蔗的所述清洁包括：
用杀生物剂或过氧化物冲洗所述甘蔗。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述甘蔗的所述清洁包括：
用所述杀生物剂或过氧化物冲洗之后，在预定的温度下用水冲洗所述甘蔗。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其中所述提取包括从所提取的甘蔗汁中分离甘蔗纤维；并且其中所述方法进一步包括干燥所述甘蔗纤维。
22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括，在干燥所述甘蔗纤维之前，浸泡并清洗所述甘蔗纤维以去除剩余的糖。
23.根据权利要求22所述的方法，其中使用热空气干燥所述甘蔗纤维。
24.根据权利要求22或23所述的方法，进一步包括在干燥所述甘蔗纤维之前，从所清洗的甘蔗纤维中去除过量水分。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其中在所述干燥期间在输送机上运输所述甘蔗纤维。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的方法，进一步包括将所干燥的甘蔗纤维研磨成粉末。
27.根据权利要求26所述的方法，其中将所述干燥的甘蔗纤维研磨至1微米和2微米之间。
28.根据权利要求21至27中任一项所述的方法，其中在所述甘蔗汁的巴氏灭菌和分离中的一个或多个步骤期间产生的过量热能用于干燥所述甘蔗纤维。
29.一种用于加工生甘蔗汁的系统，包括：
酸化单元，用于将所述甘蔗汁的pH降低至基本上消除微生物活性的pH；
第一分离单元，用于从所述甘蔗汁中分离叶绿素；
第二分离单元，用于从所述甘蔗汁中分离直径大于0.5微米的颗粒；
巴氏灭菌单元，用于通过巴氏灭菌使所述甘蔗汁中的多酚氧化酶(PPO)变性；
第三分离单元，用于从所述甘蔗汁中分离所变性的多酚氧化酶。
30.根据权利要求29所述的系统，进一步包括：
中和单元，用于在使所述PPO变性之后并且在从所述甘蔗汁中分离所述变性的PPO之前，提高所述甘蔗汁的所述pH。
31.根据权利要求29所述的系统，包括加热器，用于在从降低pH的甘蔗汁中分离所述叶绿素之前，加热所述降低pH的甘蔗汁至50℃和70℃之间。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的系统，其中所述第一分离单元、所述第二分离单元和所述第三分离单元中的一个或多个包括离心机。
33.根据权利要求29至32中任一项所述的系统，其中所述第二分离单元包括微过滤单元。
34.根据权利要求29至33中任一项所述的系统，其中所述巴氏灭菌单元包括下述中的一个或多个：
a)热巴氏灭菌器；
b)脉冲电场(PEF)巴氏灭菌器；
c)高压巴氏灭菌器。
35.根据权利要求29至34中任一项所述的系统，其中所述酸化单元配置为降低所述甘蔗汁的所述pH至3.8和4.2之间。
36.根据权利要求29至35中任一项所述的系统，其中所述酸化单元配置为降低所述甘蔗汁的所述pH至所述甘蔗汁中存在的叶绿素的核心成分的等电点。
37.根据权利要求30至36中任一项所述的系统，其中所述中和单元配置为提高所述甘蔗汁的所述pH至4.2和7之间。
38.根据权利要求29至37中任一项所述的系统，其中所述酸化单元配置为使用柠檬酸降低所述甘蔗汁的所述pH。
39.根据权利要求30至38中任一项所述的系统，其中所述中和单元配置为使用碳酸氢钠降低所述甘蔗汁的所述pH。
40.根据权利要求29至39中任一项所述的系统，其中所述第二分离单元配置为去除直径大于0.2微米的颗粒。
41.根据权利要求29至40中任一项所述的系统，其中所述巴氏灭菌单元配置为加热所过滤的甘蔗汁至80℃和100℃之间持续10秒和20秒之间。
42.根据权利要求30至41中任一项所述的系统，其中所述巴氏灭菌单元配置为加热所述过滤的甘蔗汁；并且其中在提高所巴氏灭菌的甘蔗汁的所述pH之前冷却所述甘蔗汁。
43.根据权利要求29至42中任一项所述的系统，进一步包括一个或多个搅拌器，用于在降低pH、提高pH和巴氏灭菌中的一个或多个步骤期间搅拌所述甘蔗汁。
44.根据权利要求29至43中任一项所述的系统，进一步包括：
白利糖度调整单元，用于通过蒸发浓缩所述甘蔗汁以形成浓缩的甘蔗糖浆。
45.根据权利要求29至44中任一项所述的系统，进一步包括
清洁单元，用于清洁甘蔗；和
提取单元，用于从所清洁的甘蔗中提取所述生甘蔗汁。
46.根据权利要求45所述的系统，其中所述清洁单元配置为压力清洗、翻滚和/或擦洗所述甘蔗。
47.根据权利要求45或46所述的系统，其中所述清洁单元配置为：
用杀生物剂或过氧化物冲洗所述甘蔗。
48.根据权利要求47所述的系统，其中所述清洁单元配置为：
用所述杀生物剂或过氧化物冲洗之后，在预定的温度下用水冲洗所述甘蔗。
49.根据权利要求45至48中任一项所述的系统，其中所述提取单元配置为从所提取的甘蔗汁中分离甘蔗纤维；并且所述系统进一步包括干燥单元，用于干燥所述甘蔗纤维。
50.根据权利要求49所述的系统，进一步包括制备单元，用于在干燥所述甘蔗纤维之前，浸泡并清洗所述甘蔗纤维以去除剩余的糖。
51.根据权利要求50所述的系统，其中使用热空气干燥所述甘蔗纤维。
52.根据权利要求50或51所述的系统，其中所述制备单元进一步配置为在干燥所述甘蔗纤维之前，从所清洗的甘蔗纤维中去除过量水分。
53.根据权利要求49至52中任一项所述的系统，进一步包括输送机，用于运输所述甘蔗。
54.根据权利要求49至53中任一项所述的系统，进一步包括研磨单元，用于将所干燥的甘蔗纤维研磨成粉末。
55.根据权利要求54所述的系统，其中所述研磨单元配置为将所述干燥的甘蔗纤维研磨至1微米和2微米之间。
56.根据权利要求49至55中任一项所述的系统，其中在所述甘蔗汁的巴氏灭菌和分离中的一个或多个步骤期间产生的过量热能用于干燥所述甘蔗纤维。
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