高正卿，陳 勇，何桂源，李亞昆，秦 牧

（云南省輕工業(yè)科學(xué)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(fèi)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(jì)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(jìn)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(xué)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(jìn)行工藝改造迫在眉睫的現(xiàn)狀，在云南省科技創(chuàng)新強(qiáng)省計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，提出一種改進(jìn)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(jìn)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(shí)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(dá)到提高白砂糖質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的目的，實(shí)現(xiàn)用簡單、經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)《〈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(jìn)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(diǎn)。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(xiàng)目“低溫強(qiáng)堿改進(jìn)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(jìn)一步研究解決。1999年，南寧糖業(yè)進(jìn)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(yàn)，欲采用酒精發(fā)酵產(chǎn)生的CO2對糖漿進(jìn)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(yùn)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(shí)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(shí)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(jìn)行脫色，但H2O2進(jìn)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(diǎn)是H2O2對設(shè)備的腐蝕極為嚴(yán)重，糖廠使用后得不償失。在南非，研究人員用臭氧對糖漿進(jìn)行脫色試驗(yàn)，但近年未見有進(jìn)一步報(bào)道。

上述方法都是針對亞硫酸法的缺陷進(jìn)行的一些改進(jìn)，都有一定的理論依據(jù)。但是這些方法也存在一些的缺點(diǎn)：投資大，技術(shù)不成熟，使用成本高，效果不明顯等。總體來看，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(jìn)甚至替代亞硫酸法依然需要進(jìn)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(jī)酸鹽、有機(jī)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(jìn)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(jià)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(xué)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。總體來看，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(jìn)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(dá)95%；去除膠體可采用膜分離技術(shù)，去除率可達(dá)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(dá)85%；去除鹽類可采用離子交換，去除率可高達(dá)99%。很明顯，如果將這些方法在充分考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性的前提下有機(jī)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(rèn)識，試圖在這方面進(jìn)行一些探索。

3 新工藝流程及技術(shù)指標(biāo)

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(biāo)

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(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：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(shí)在表面上含有大量的含氧基團(tuán)，使其具備很強(qiáng)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(jìn)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(shí)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(dá)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(qiáng)省項(xiàng)目“甘蔗糖業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”實(shí)施以來，對該項(xiàng)目進(jìn)行全面、系統(tǒng)、深入的研究，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)（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(jìn)行小試（擴(kuò)大），結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)相似，建立了小試工藝流程，在另一糖廠進(jìn)行了中試，中試規(guī)模為3 m3/h。中試實(shí)現(xiàn)了設(shè)備及工藝的安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行。中試達(dá)到了預(yù)期目的，取得了滿意的效果。

總之，新工藝嚴(yán)格遵循科技開發(fā)的一般規(guī)律，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、小試及其擴(kuò)大、中試的不斷改進(jìn)和完善，借鑒了相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，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(diǎn)：（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(diǎn)；（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(jìn)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(shí)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(jì)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(jì)的興起，可以預(yù)見新工藝將有較好的應(yīng)用推廣前景。

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