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        一種改進的甘蔗糖廠亞硫酸法新工藝

        2010-07-26 13:52:46高正卿何桂源李亞昆
        中國糖料 2010年3期
        關(guān)鍵詞:亞硫酸制糖糖廠

        高正卿,陳 勇,何桂源,李亞昆,秦 牧

        (云南省輕工業(yè)科學研究院,昆明650034)

        食糖是人民生活必需品之一,隨著人民生活水平的提高,食糖的消費量隨之增加,食糖仍將是人類食品中不可替代的甜味劑。我國食糖的生產(chǎn)除少數(shù)采用碳酸法工藝外,絕大部分甘蔗糖廠采用亞硫酸法工藝生產(chǎn)。亞硫酸法糖廠由于生產(chǎn)不穩(wěn)定,清凈效率較低,質(zhì)量波動較大,生產(chǎn)的白糖質(zhì)量普遍不高,主要是成品糖色值、混濁度及SO2含量較高,產(chǎn)品缺乏競爭力。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,人民對食糖的質(zhì)量要求也越來越高。因此,改進亞硫酸法工藝生產(chǎn)高品質(zhì)白糖是甘蔗糖業(yè)需要研究的一個重要課題。

        云南省輕工業(yè)科學研究院針對目前我國亞硫酸法糖廠普遍存在產(chǎn)品質(zhì)量較差、進行工藝改造迫在眉睫的現(xiàn)狀,在云南省科技創(chuàng)新強省計劃項目的支持下,提出一種改進亞硫酸法新工藝:利用糖廠廢棄物——蔗渣生產(chǎn)制糖專用吸附劑,借助制糖專用吸附劑來對蔗汁進行脫色、脫硫處理,使色源物質(zhì)和色素、殘硫吸附后除去,同時大量除去膠體物質(zhì),提高清凈效率,生產(chǎn)出低硫、低色值、低濁度的優(yōu)質(zhì)糖,從根本上達到提高白砂糖質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的目的,實現(xiàn)用簡單、經(jīng)濟的辦法解決長期困擾制糖工業(yè)界的二次硫熏問題,使亞硫酸法工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品能夠滿足食品工業(yè)的發(fā)展、人們生活水平的提高及新標準《〈白砂糖〉GB317-2006》對食糖質(zhì)量的要求,徹底改變亞硫酸法工藝及設(shè)備不能穩(wěn)定生產(chǎn)高質(zhì)量白砂糖的歷史。

        1 國內(nèi)外改進亞硫酸法工藝的研究動態(tài)

        由于生產(chǎn)和產(chǎn)品存在很多問題,如何改造亞硫酸法工藝一直是糖業(yè)研究的一個重點。1994年,云南省輕工研究院完成了云南省科技廳“八五”攻關(guān)項目“低溫強堿改進亞硫酸法工藝”。該工藝曾在幾個糖廠推廣應(yīng)用,但還存在一些如浮渣和濾泥的過濾、積垢等問題需進一步研究解決。1999年,南寧糖業(yè)進行了“低溫磷浮法”改造碳酸法的中試,取得了較好成效。近年來,一些糖廠采用糖漿上浮技術(shù),也取得一定效果。據(jù)介紹,采用該技術(shù)糖漿脫色率在20%左右,混濁度降低50%以上;成品糖色值降低20~30 IU,SO2含量≤10 mg/kg。2002年底,某糖廠借鑒北方甜菜糖廠碳酸法生產(chǎn)的經(jīng)驗,欲采用酒精發(fā)酵產(chǎn)生的CO2對糖漿進行飽充,以期得到高質(zhì)量的糖漿,生產(chǎn)高質(zhì)量糖。但該方法存在過濾、運行穩(wěn)定性及需大量硫熏而使產(chǎn)品SO2偏高等問題。

        近年來,有的糖廠煮糖時通過添加蔗糖脂降低糖膏粘度、提高結(jié)晶速度來取消二次硫熏、降低產(chǎn)品色值和SO2,雖然有的廠在一定時期有一定的效果,但作用有限,其原理決定了該法只能是一種輔助方法。有的糖廠用H2O2進行脫色,但H2O2進行脫色作用在不同的糖廠效果不一樣,使用效果不穩(wěn)定,最大的缺點是H2O2對設(shè)備的腐蝕極為嚴重,糖廠使用后得不償失。在南非,研究人員用臭氧對糖漿進行脫色試驗,但近年未見有進一步報道。

        上述方法都是針對亞硫酸法的缺陷進行的一些改進,都有一定的理論依據(jù)。但是這些方法也存在一些的缺點:投資大,技術(shù)不成熟,使用成本高,效果不明顯等??傮w來看,這些方法都難以使糖廠的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量上一個大的臺階,局限性依然較大。因此,如何改進甚至替代亞硫酸法依然需要進一步探索。

        2 新工藝提出的思路

        甘蔗經(jīng)過壓榨后蔗汁中的非糖雜質(zhì)大致可以分為四大類:一是蔗渣、蔗糠、泥沙等不溶物和懸浮物;二是蛋白質(zhì)、蔗蠟、蔗脂、樹膠、葡聚糖等膠體物質(zhì);三是葉綠素、葉黃素、酚類、黃酮類等色素物質(zhì);四是包括無機酸鹽、有機酸鹽在內(nèi)的鹽類。目前,國內(nèi)甘蔗糖廠生產(chǎn)白砂糖主要采用亞硫酸法和碳酸法澄清工藝。下面對兩種工藝清凈效果進行比較。

        表1 亞硫酸法和碳酸法清凈效率比較

        無論是亞硫酸法,還是碳酸法,對不溶物和懸浮物的去除率均較高,對膠體、色素的去除率亞硫酸法較低,而對于鹽類亞硫酸法工藝非但去除不理想,反而增加,亦即去除其他雜質(zhì)是以增加灰分(鈣鹽)為代價的。亞硫酸法澄清工藝是通過添加磷酸、石灰、二氧化硫等化學試劑與蔗汁中的物質(zhì)相互反應(yīng),生成磷酸鈣、亞硫酸鈣等沉淀,以吸附蔗汁中膠體、色素等雜質(zhì)而將其去除,這一過程在絮凝劑的輔助下最終在沉降器中完成??傮w來看,碳酸法的清凈效率要比亞硫酸法高,其產(chǎn)品質(zhì)量也較好。但碳酸法投資較大,流程較長,成本較高,特別是其濾泥的污染問題難以解決,迫于環(huán)保的壓力,國內(nèi)已有多個碳酸法甘蔗糖廠改用亞硫酸法。

        如果去除蔗汁中的雜質(zhì)不是采用在沉降器中一次完成,而是根據(jù)不同雜質(zhì)的性質(zhì)采用不同的方法進行有針對性的處理,可能效果將有所不同。例如去除不溶物和懸浮物可采用沉降或過濾的方法,去除率可達95%;去除膠體可采用膜分離技術(shù),去除率可達99%;去除色素可用離子交換或活性炭,其中離子交換技術(shù)的色素去除率在90%以上,活性炭的色素去除率可達85%;去除鹽類可采用離子交換,去除率可高達99%。很明顯,如果將這些方法在充分考慮技術(shù)、經(jīng)濟可行性的前提下有機地結(jié)合起來集成應(yīng)用,則澄清的效果將大大提高,生產(chǎn)高質(zhì)量糖將可通過“一步法”完成。本新工藝的提出就是基于這樣的認識,試圖在這方面進行一些探索。

        3 新工藝流程及技術(shù)指標

        3.1 工藝流程

        新工藝流程見圖1。

        圖1 新工藝流程圖

        3.2 技術(shù)指標

        糖廠使用新工藝后,根據(jù)使用不同配方的吸附劑能穩(wěn)定達到如下技術(shù)指標:清汁脫色率30%-85%,混濁度去除率90%~99%,可取消二次硫熏;白砂糖色值120~30 IU以下;SO210~5 mg/kg以下,能保證糖廠全榨季穩(wěn)定生產(chǎn)一級糖、優(yōu)級糖、飲料糖,甚至生產(chǎn)色值在30 IU以下的極低色值糖。

        4 新工藝的技術(shù)原理和技術(shù)成熟度

        制糖專用吸附劑是一種具有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的無定形碳,是一種混合物。由于具有較高的表面積、孔隙率、較寬的孔徑分布,同時在表面上含有大量的含氧基團,使其具備很強的選擇性吸附能力。本工藝采用的吸附劑是專門針對糖汁中的葉綠素、葉黃素、鐵多酚絡(luò)合物、類黑精及焦糖色素這些主要色源物質(zhì)及色素研制的。制糖專用吸附劑孔徑分布和表面特性對不同物質(zhì)的選擇性吸附起到關(guān)鍵作用。用該吸附劑對糖汁進行處理后,可使色源物質(zhì)和色素、SO2被吸附而大量去除。同時吸附劑對糖汁中的膠體物質(zhì)、表面活性雜質(zhì)有較好的吸附作用,可大量去除此類物質(zhì)。因此,本技術(shù)能達到從根本上提高白砂糖質(zhì)量的目的。

        云南省輕工研究院自科技創(chuàng)新強省項目“甘蔗糖業(yè)循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”實施以來,對該項目進行全面、系統(tǒng)、深入的研究,通過實驗室試驗(昆明),選定了利用糖廠廢棄的蔗渣生產(chǎn)制糖專用吸附劑回用于糖廠清汁脫色、脫硫、除膠體以取消糖廠二次硫熏、提高產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)路線,在某糖廠進行小試(擴大),結(jié)果與實驗室試驗相似,建立了小試工藝流程,在另一糖廠進行了中試,中試規(guī)模為3 m3/h。中試實現(xiàn)了設(shè)備及工藝的安全、穩(wěn)定、連續(xù)運行。中試達到了預(yù)期目的,取得了滿意的效果。

        總之,新工藝嚴格遵循科技開發(fā)的一般規(guī)律,通過實驗室試驗、小試及其擴大、中試的不斷改進和完善,借鑒了相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗,該技術(shù)已趨成熟,具備產(chǎn)業(yè)化條件。新工藝技術(shù)特點:(l)大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量,增加產(chǎn)品品種,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),是本研究的一個突出特點;(2)工藝簡單,操作方便,清凈效率高,回收率高,處理效果穩(wěn)定,節(jié)能降耗,自動化程度高,技術(shù)先進適用;(3)投資少,成本低,效益好,安全可靠;(4)可以減少剩余蔗渣對環(huán)境的污染,實現(xiàn)廢物的資源化利用;(5)可以拓展糖蜜的利用空間,提高糖蜜的利用效益。

        5 結(jié)論

        應(yīng)用新工藝改造糖廠,既是一個糖廠工藝技術(shù)改造研究,又是一個綜合利用研究,還是一個環(huán)境污染治理研究。研究既提高了糖廠的產(chǎn)品質(zhì)量,又使廢棄物得到充分利用,使污染得到資源化治理,變廢為寶。新工藝技術(shù)有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益,隨著生態(tài)工業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟的興起,可以預(yù)見新工藝將有較好的應(yīng)用推廣前景。

        [1]無錫輕工學院,華南工學院.甘蔗制糖工藝學[M].北京:輕工業(yè)出版社,1983.

        [2]陳其斌,周重吉,高大維.甘蔗制糖手冊[M].廣州:華南理工大學出版社,1993.

        [3]霍漢鎮(zhèn).制糖工藝與裝備的新概念和新實踐[M].廣州:全國甘蔗糖業(yè)信息中心,2002.

        [4]李志風,等.低溫強堿工藝改進亞硫酸法制糖[C].全國甘蔗糖學會——廣東省制糖學會聯(lián)合年會論文選集.1991.

        [5]鄭必勝.制糖工業(yè)的最新進展[C].新世紀國外糖業(yè)技術(shù)與經(jīng)濟論文選集.廣東省制糖學會,2003.

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