一種對甜菜制糖清汁提純濃縮的方法以及采用該方法的制糖方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種膜分離技術(shù)應(yīng)用于甜菜制糖清汁提純濃縮的方法以及采用該方 法的制糖方法，屬于甜菜制糖加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 糖用甜菜是制糖工業(yè)的主要原料之一，其塊根中含糖量較高。中國甜菜主要種植 在北煒40°以北，包括西北、華北和東北三大產(chǎn)區(qū)。其中，西北產(chǎn)區(qū)因具有日照長的特點，甜 菜單產(chǎn)和含糖量均較高。
[0003] 甜菜制糖過程主要包括洗菜、切絲、提汁、澄清、蒸發(fā)濃縮、蒸發(fā)結(jié)晶、分離糖蜜、白 砂糖裝包等工序。因甜菜滲出汁中的非糖成分（包括懸浮顆粒、色素物質(zhì)、鹽類物質(zhì)、還原 糖、果膠、甜菜堿等）會影響糖品質(zhì)量，并增加廢蜜量和糖分損失，因此在進行糖汁濃縮和 結(jié)晶之前，需要對滲出汁進行澄清，除去一部分非糖雜質(zhì)，以得到更純凈的糖汁。甜菜制糖 澄清工藝的目的是將非糖雜質(zhì)盡可能多的去除，以使糖汁純度提高、粘度和色值降低，為煮 糖（結(jié)晶）制備優(yōu)質(zhì)的原料糖漿。糖汁澄清工序是制糖過程中最重要的工序，澄清效果的 好壞直接決定白砂糖的品質(zhì)和得率。
[0004] 糖汁澄清通過加入澄清劑來實現(xiàn)，常用的澄清劑有生石灰（CaO)、二氧化碳和二氧 化硫。按照所用主要澄清劑的不同，糖汁澄清工藝有碳酸法、亞硫酸法和石灰法三類。目前， 甜菜糖廠通常采用碳酸法對糖汁進行澄清。
[0005] 如圖1所示，碳酸法澄清工藝首先對滲出汁進行預(yù)加灰（以石灰乳形式加入，向滲 出汁中加入對甜菜重量0. 12-0. 24Ca0%的石灰，使pH值達到8. 5-11左右），以中和酸度并 促進膠體（蛋白質(zhì)、果膠質(zhì)等）凝聚，同時沉淀浸出汁中的酸根離子（包括草酸根、酒石酸 根、檸檬酸根等），最大限度地凝聚和沉淀非糖成分（主要是膠體等高分子物質(zhì)）。隨后調(diào) 整溫度至80°C_85°C，再加入相對于甜菜重量2-3Ca0%的石灰乳，即主加灰。主加灰使堿度 達到1. 6-2. 4CaO% /100ml糖汁），作用時間是15-20分鐘，其作用是：1)使非糖成分在強 堿高溫作用下分解，提高糖汁的熱穩(wěn)定性；2)為后續(xù)碳酸飽充時產(chǎn)生一定數(shù)量的碳酸鈣沉 淀而提供足夠的氫氧化鈣。經(jīng)過上述過程之后，得到主灰汁。
[0006] 該主灰汁經(jīng)加熱到90°C后，進行C02飽充（本文中，有時也簡稱為"碳酸飽充"）。 第一次充入二氧化碳?xì)猓ū景l(fā)明中，也簡稱為"一碳飽充"）至pH值達到10. 8-11.0左右， 使氫氧化鈣生成不溶解的碳酸鈣，從而除去石灰和石灰鹽。新生成的碳酸鈣對非糖成分具 有良好的吸附作用，與飽充至最佳堿度下凝聚的非糖成分結(jié)成顆粒沉淀，并且具有助濾的 作用。經(jīng)板框過濾除去非糖成分沉淀（濾泥）后，將糖漿加熱到95°C以上，并進行第二次碳 酸飽充（本發(fā)明中，也簡稱為"二碳飽充"）至pH值9. 0-9. 2左右，以使糖汁中剩余的氫氧 化鈣和鈣鹽量降至最低限度。糖漿中非糖成分含量的降低有助于在蒸發(fā)結(jié)晶過程中結(jié)晶出 更多的蔗糖，而且能降低廢蜜量，減少工藝糖分損失。二碳飽充完成后，經(jīng)板框或其他過濾 方式過濾后得到的糖汁即為清汁。在本發(fā)明中，所述清汁是指如上所述的雙碳酸飽充（本 文中，有時進一步簡稱為"雙碳飽充"）和過濾之后、硫漂之前的糖汁。通過之前的加灰、加 熱和雙碳飽充工序，甜菜滲出汁中的多種非糖雜質(zhì)（包括懸浮顆粒、色素物質(zhì)、還原糖、甜 菜堿、果膠等）得到了有效去除。
[0007] 如上所述的雙碳飽充澄清法通常能夠除去滲出汁中30wt% -45wt%的非糖成分， 盡管澄清效率仍然有限，但通過非糖成分的去除，已可滿足結(jié)晶工序?qū)μ侵囊?。雙碳飽 充法的簡明工藝流程如圖1所示。
[0008] 通過上述工藝制備得到的甜菜制糖清汁的典型成分如表1所示，由表1可知，經(jīng)雙 碳飽充澄清和過濾工藝后，清汁中的水分和主要非糖成分（包括無機鹽、含氮物質(zhì)、還原糖 等）的分子量均明顯低于蔗糖的分子量。另外，清汁經(jīng)過濾后，其不溶沉淀物、懸浮物等指 標(biāo)已經(jīng)達到納濾膜的進料標(biāo)準(zhǔn)，因此無需增加預(yù)處理工序。
[0009] 表1甜菜制糖清汁典型成分表
[0010]
[0011] 在目前的傳統(tǒng)制糖工藝中，將如上得到的清汁進行硫漂脫色后，即可進行后續(xù)的 蒸發(fā)濃縮和結(jié)晶（如圖3第一列所示），最終得到糖產(chǎn)品。
[0012] 然而，上述傳統(tǒng)制糖工藝的缺點在于：清汁中的錘度（Brix)、糖度以及純度均不 夠高，后續(xù)蒸發(fā)負(fù)荷重、能耗高、制糖效率低，因此，有必要對這一傳統(tǒng)工藝進行改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明提供一種采用納濾技術(shù)對甜菜制糖清汁進行提純和濃縮的方法，所述方法 能耗低，得到的糖產(chǎn)品品質(zhì)高。
[0014] 本發(fā)明所提供的采用納濾技術(shù)對甜菜制糖清汁進行提純和濃縮的方法，包括如下 步驟：
[0015] (1)獲得適于納濾的甜菜制糖清汁；
[0016] (2)將所述清汁溫度從90°C左右降低至不低于30°C;
[0017] (3)使用截留分子量220Da-500Da的納濾膜，在10Bar-40Bar壓力下對所述清汁進 行過濾濃縮，得到濃縮提純后的甜菜制糖清汁。
[0018] 本發(fā)明還涉及一種制糖方法，所述方法包括：
[0019] (1)獲得適于納濾的甜菜制糖清汁；
[0020] (2)將所述清汁的溫度從90°C左右降低至不低于30°C;
[0021] (3)使用截留分子量220Da-500Da的納濾膜，在10Bar-40Bar壓力下對所述清汁進 行過濾濃縮，得到濃縮提純后的甜菜制糖清汁；
[0022] (4)將得到的所述甜菜制糖清汁進行硫漂脫色，蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶，得到糖產(chǎn)品。
[0023] 本發(fā)明提供的甜菜制糖清汁提純濃縮方法對傳統(tǒng)工藝改變較小，所需設(shè)備改造工 作較小，方法簡單可靠、操作方便、無環(huán)境污染。與納濾處理前的甜菜制糖清汁相比，得到的 濃縮清汁錘度（Brix)提高4Brix-7Brix，糖度提高4wt% -7wt%，同時，純度提高1-2個百 分點。同時，錘度的提高可使蒸發(fā)負(fù)荷降低百分比達30% -50%。
【附圖說明】
[0024] 圖1表示雙碳飽充澄清法的工藝流程圖。
[0025]圖2表示甜菜制糖清汁膜分離操作的一種實施方式的示意圖。
[0026] 圖3表示相比于傳統(tǒng)提純濃縮制糖工藝，本發(fā)明的清汁納濾提純濃縮制糖新工藝 示意圖（上列為傳統(tǒng)提純濃縮工藝，下列為本發(fā)明的清汁納濾提純濃縮制糖新工藝）。
【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明所提供的一種對甜菜制糖清汁進行提純濃縮的方法，包括如下步驟：
[0028] (1)獲得適于納濾的甜菜制糖清汁；
[0029] (2)將所述清汁溫度從90°C左右降低至不低于30°C;
[0030] (3)使用截留分子量220Da-500Da的納濾膜，在10Bar-40Bar壓力下對所述清汁進 行過濾濃縮，得到濃縮提純后的甜菜制糖清汁。
[0031] 本發(fā)明中，所述的"納濾"為一種膜分離技術(shù)，其截留分子量通常在150-1000Da左 右，膜的孔徑為幾個納米，因此，稱為"納濾"。
[0032] 其中，步驟（1)中，所述適于納濾的甜菜制糖清汁中，鹿糖占10wt% -15wt%，水分 占84wt% -89wt%，蔗糖純度為85wt% -92wt% (其中，蔗糖純度指清汁中蔗糖成分占可溶 固形物的重量比）。
[0033] 如上文所述，經(jīng)雙碳飽充澄清和過濾工藝后，清汁中的水分和主要非糖成分（包 括無機鹽、含氮物質(zhì)、還原糖）的分子量均明顯低于蔗糖的分子量。因此，清汁體系的物料 特性適于采用本發(fā)明的納濾技術(shù)對其進行提純濃縮。雖然，雙碳飽充澄清法為現(xiàn)有技術(shù)，但 為了制備得到適于納濾的甜菜制糖清汁，使用雙碳飽充澄清法是優(yōu)選的步驟。經(jīng)過雙碳飽 充澄清法處理后獲得的甜菜制糖清汁是特別適于納濾的甜菜制糖清汁，因而是特別優(yōu)選的 獲得本發(fā)明的甜菜制糖清汁的途徑。
[0034] 步驟（2)中，優(yōu)選將所述清汁溫度從90°C左右降低至不低于30°C，優(yōu)選降低至 40°C_45°C。一方面，從工藝角度來說，為避免造成不必要的熱損失，將溫度降至過低并不優(yōu) 選。另一方面，從納濾膜的過濾特性和穩(wěn)定性的角度考慮，適合的溫度范圍是40°C-90°C、 優(yōu)選 40°C-60°C，特別優(yōu)選 40°C-45°C。
[0035] 步驟（3)中，在納濾提純濃縮處理時，需要使用截留分子量與蔗糖分子量相接近 的納濾膜分離技術(shù)，在截留蔗糖的同時，使水分子和小分子非糖成分雜質(zhì)透過納濾膜，從 而實現(xiàn)清汁的提純和濃縮。若選擇的截留分子量過大，則會造成更多糖分透過納濾膜進 入到透過水中，使糖分損失增大；若截留分子量過小，則會降低非糖分的濾出比率，降低 提純效果。基于上述考慮，所述納濾膜的截留分子量優(yōu)選為220Da-500Da，進一步優(yōu)選為 350Da-450Da，進一步優(yōu)選 400Da。
[0036] 對納濾壓力，可以使用適合于納濾工藝的通常的壓力范圍，優(yōu)選為10Bar-40Bar 之間。若壓力過大，連接管件受力過大，會對設(shè)備造成損害。所述過濾壓力優(yōu)選為 10Bar_40Bar，進一步優(yōu)選為 20Bar。
[0037]圖2表示甜菜制糖清汁膜分離操作的一種實施方式的示意圖。本方法采