专利名称：超低硫白砂糖的制糖生产新方法
技术领域：
本发明涉及一种以甘蔗为原料，用碳酸法工艺生产超低含硫量的白砂糖生产新方法。
背景技术：
一般甘蔗糖厂分为碳酸法和亚硫酸法，两种方法都需要不同程度地加入二氧化硫进行脱色，此过程称为硫熏。硫熏分两次进行，蒸发前的清汁硫熏是为了降低色值并抑制高温蒸发时新的色素生成，蒸发后的糖浆硫熏有利于进一步降低煮糖清浆的色值，生产出符合色值指标的成品白砂糖。
硫熏对产品质量具有正反两方面作用，其一，硫熏可以降低成品糖色值；其二，硫熏增加了成品糖的SO2含量(简称含硫量)。如何解决硫熏这个矛盾体，使之既达到降低成品糖色值又不增高成品糖的含硫量，是制糖生产多年来面对的非常棘手的问题。长期以来，国家白砂糖的卫生质量标准之一SO2含量为精制糖10ppm以下、优级糖20ppm以下、一级糖40ppm以下。之所以允许白砂糖较高的含硫量，主要是考虑低硫量无法同时也达到低色值的目的，两者之间必须求得平衡，尤其是对占糖厂多数的亚硫酸法生产工艺。一般来讲，一定的甘蔗制糖生产方法，对应一定的白砂糖级别和一定范围内的色值与含硫量。就甘蔗碳酸法制糖来说，尽其最大能力只能生产色值为80-140IU(国际单位)的一级白砂糖或含少量80IU以下的优级糖，此时对应的成品糖含硫量一般为10ppm以上，亚硫酸法糖厂就更高。如果再进一步降低含硫量，则由于硫熏不足，成品糖的色值必然升高，无法达到一级白砂糖标准。要在现有碳酸法制糖工艺中将色值稳定在100IU左右的一级白砂糖的含硫量控制在8ppm以下，难度是非常大的。
白砂糖产品中含硫量偏高，不仅对消费者的健康产生不良影响，同时也影响了以白砂糖为生产原料的各种饮料、食品等产品质量。随着人们对绿色、营养、健康食品的日益追求，从2002/2003榨季起，国家将白砂糖的主导产品一级糖的SO2含量从40ppm调整为30ppm，并且要求逐年降低。而国内外一些生产高级饮料的企业，如可口可乐、百事可乐等公司则更要求白砂糖SO2含量为5ppm以下，实为超低白砂糖，因此探索超低硫白砂糖的生产新技术是整个制糖行业一项刻不容缓的任务。
技术内容为掌握超低硫白砂糖的生产方法，本发明人经过大量试验、改进和生产实践，发明了一套完备的碳酸法工艺生产超低硫白砂糖的革新技术。本发明是在原有的工艺过程的基础上，即维持原碳酸法蔗汁澄清技术，如一碳加灰饱充、一碳过滤、二碳饱充、二碳过滤、清汁硫熏、糖浆硫熏等基本流程不变，但对其中一些具体工艺条件进行了革新和对设备进行改进，成功地将白砂糖色值控制在100IU左右，含硫量5ppm以下。
为了达到上述的将白砂糖色值控制在100IU左右，含硫量5ppm以下的技术指标，本发明人在大量的研究、试验和生产实践当中，发现了几个重要的事实依据其一，在煮糖过程中，糖膏和结晶糖中的含硫量主要与蒸发后的糖浆硫熏强度成正比，与蒸发前的清汁硫熏强度关系不大。这是因为，尽管相对于糖浆硫熏来说，清汁硫熏要加入更多的SO2，但在随后的蒸发过程中，大部分没有参与脱色反应的残余SO2一部分挥发掉，另一部分被高温氧化，对成品糖的含硫量贡献不大。而糖浆硫熏的SO2虽然用量少，但反应后的残余部分却全部进入煮糖过程。大量试验结果表明，清汁硫熏仅使白砂糖含硫量达2-3ppm，其增高部分全部来自于糖浆硫熏。其二，从脱色效果上看，清汁硫熏的脱色率高达50％，糖浆硫熏的脱色率却小于15％。因此要保证一般成品糖的低含硫量，只需考虑如何降低糖浆硫熏，但要生产低于5ppm的超低硫白砂糖，就必须同时考虑糖浆和清汁硫熏的双重影响。其三，要降低两次硫熏的强度，其前面的一碳、二碳饱充必须达到较高的清净效率和脱色率，减低硫熏的脱色负担，同时二碳汁的最终碱度要低于传统的最佳PH值，使清汁硫熏的起点和终点PH值范围减小。可见，要达到生产超低硫白砂糖的目的，就必须对整个制糖清净过程进行综合改进。
本发明的技术方案如下超低硫白砂糖的制糖生产新方法包括碳酸法白砂糖生产过程的蔗汁澄清的一碳加灰饱充、一碳过滤、二碳饱充、二碳过滤、清汁硫熏和糖浆硫熏的工艺，其改进的工艺是在一碳加灰饱充过程采用强制混合、外部回流循环的加灰充气；在二碳加灰饱充过程延长凝聚时间；降低清汁和糖浆硫熏强度；强化硫熏过程液-气的混合与反应过程。
以上所述的一碳加灰饱充过程采用强制混合、外部回流循环的加灰充气的工艺是在一碳加灰饱充罐内将CO2气体以强制循环的方式与饱充罐内的糖汁混合，这种强制混合、外部回流循环的方式有几种形式1.CO2气体与饱充罐内的糖汁形成旋流混合；2.使饱充汁形成均匀细小泡沫；3.将饱充罐内的糖汁回流强制循环。这3种形式可以采用其中的一种或二种或三种。
以上所述的在二碳加灰饱充过程延长凝聚时间的工艺是在现有饱充和收集桶之后增加一个凝聚容器，二碳汁在此容器中停留10-20分钟。
以上所述的降低清汁和糖浆硫熏强度的工艺是将清汁硫熏的起始和终点范围从PH8.4-6.8左右减至PH8.2-7.0左右，糖浆硫熏的终点从PH6.2左右升至PH6.6左右。即按每单位体积清汁和糖浆的两次硫熏SO2总用量比现有技术减少40％左右。
以上所述的强化硫熏过程液—气的混合与反应过程的工艺是采用强制混合的方式使清汁或糖浆和SO2气体进行反应。
根据上述发明方法采用的设备如下1.强制混合、外部回流循环的一碳加灰饱充罐，其结构特点是在一碳饱充罐底部的CO2气体通气总管中接出2-10根支管插入罐内，代替传统的环式鼓泡器，罐内设有循环井，循环井有一个多孔盖板，并采用外部回流强制循环结构，例如用泵将糖汁抽出，再循环经入汁管回到饱充罐内的。
2.增加二碳凝聚容器，在原二碳管道饱充和收集桶之后增加一个凝聚容器，使二碳汁在此容器中停留10-20分钟。
3.设计一根静态混合器，置放在糖浆管道硫熏器之中，它是一只由多个互成90度角的螺旋体串连而成，也可以采用其它形式的设备，如在糖浆管道中设计一些强制混合的装置。
本发明的原理如下(a)改造强制混合、外部回流循环工艺，一碳加灰饱充是糖汁清净的最主要工艺过程，为使加入的石灰和CO2能形成大量坚实的碳酸钙颗粒吸附非糖份和色素，饱充罐内要具备强烈、瞬间、均匀的气液混合。为此，本发明人设计了在一碳饱充罐底部的CO2气体通气总管中接出2-10根支管插入罐内，与饱充罐内的糖汁形成旋流混合，代替传统的环式鼓泡器，强化了一碳饱充反应；罐内循环井上部加一个多孔盖板，使上升的饱充汁形成均匀细小泡沫，增大气、液吸收面积；变内井式自然循环为外部回流强制循环，循环比为50％，其晶核作用使沉淀颗粒更为坚实，气、液、固的三相反应更为快速。通过以上改进措施，最大限度地提高了蔗汁清净效率和脱色率。
(b)增加二碳凝聚容器，二碳饱充的关键是控制终点PH值，最佳值一般为8.4左右，低于此值将发生过饱充现象，使已经沉淀的碳酸钙重溶成碳酸氢钙，降低清净效率。为防止过饱充，一般操作往往超过PH8.4，或因无法准确控制，使最终的二碳汁成为PH值忽高忽低的混合物。本发明人在原二碳管道饱充和收集桶之后增加了一个凝聚容器，二碳汁在此容器中停留10-20分钟，它的后絮凝作用可有效抑制不溶性钙盐向可溶性钙盐的转化。反应后的二碳汁PH值可以低到8.1-8.3而不会形成过饱充，为缩小清汁硫熏的PH值范围，从而减少了SO2残留量提供保证。
(c)降低清汁和糖浆硫熏强度，清汁硫熏所加入的SO2除参与脱色反应和挥发、氧化以外，仍有少部分残留量，糖浆硫熏的残留量就更高，而且SO2加入量对含硫量的负面影响几倍于对脱色效果的正面影响。实施上述技术(1)和(2)之后，免去了降低硫熏强度的后顾之忧，使清汁硫熏的起始和终点范围从PH8.4-6.8左右减至PH8.2-7.0左右，糖浆硫熏的终点从PH6.2左右升至PH6.6左右，两次硫熏SO2总用量比现有技术减少近40％。
(d)改造硫熏设备，糖浆硫熏时，由于高浓度使SO2的溶解度增大，大部分没有参与脱色反应的SO2残余进入随后的煮糖过程中，是白砂糖含硫量的主要成因。因此要控制白砂糖的含硫量，除了降低清汁和糖浆硫熏强度以外，更重要的是减少SO2的残留量。为此，本发明人设计了一根静态混合器，置放在糖浆管道硫熏器之中。它是一只由多个互成90度角的螺旋体串连而成，形式多样，常见于化工行业管道的液-液、液-气反应过程。它的机理是当糖浆和SO2气体从管道一端进入后，经过多次漩流和切割，强化了液-气的混合与反应过程，增加了SO2参与脱色反应的比例，减少了残留量。
3.本发明与现有技术相比其实质性特点和显著的进步如下现有的制糖生产过程为追求一定范围内的成品糖色值，往往用高硫熏作为脱色的最终保证手段，对传统设备的缺陷、工艺条件的关联和含硫量的成因缺乏深刻了解，导致白砂糖含硫量普遍偏高。本发明通过对澄清过程的一碳、二碳、糖浆硫熏等设备的全面改造和相应工艺条件的改革，可以最大限度地提高糖汁的清净效率和脱色率、减少SO2的残留量，为降低两次硫熏强度进而生产出超低硫白砂糖提供先决条件。新方法保证产品白砂糖在色值不增高的情况下，含SQ2量低于5ppm，不但远优于国内一级白砂糖的要求指标，而且优于国际上对精制糖10ppm的要求标准。新的制糖技术使本发明单位生产的“桂花”牌一级白砂糖多年来蝉联全国质量评比第一名。定期全国抽样化验结果表明，其含硫量全部稳定在5ppm以下，而同比的其它碳酸法糖厂的一级糖含硫量大多在10-15ppm范围内。
图1是本发明的工艺流程图；图2是图1中一饱充罐底部的俯视图(A-A图)。
如图所示，本发明的超低硫白砂糖的制糖生产新方法与改造前的工艺相比，除了包括碳酸法白砂糖生产过程的蔗汁澄清的一碳加灰饱充、一碳过滤、二碳饱充、二碳过滤、清汁硫熏、糖浆蒸发和糖浆硫熏的过程以外，在一碳加灰饱充过程采用强制混合、外部回流循环的加灰充气的措施，具体是改造一碳加灰饱充的设备结构，即在一碳饱充罐1底部的CO2气体通气总管5中接出2-10根支管4插入罐内，罐内所设循环井的上部有一个多孔盖板6，代替传统的环式鼓泡器；在二碳管道饱充和收集桶之后增加了一个凝聚罐2，使二碳加灰饱充过程延长凝聚时间；改造二次硫熏设备，将一个由多个互成90度角的螺旋体串连而成的静态混合器置放在糖浆管道硫熏器3之中，强化硫熏过程液-气的混合与反应过程。
具体实施例方式
方法实施例在饱充罐底部的CO2气体通气总管接出6根支管呈切向方向插入罐内，罐内所设循环井的上部有一个多孔盖板；饱充汁外部50％强制回流循环；在原二碳管道饱充和收集桶之后增加了一个凝聚容器；将一个由多个互成90度角的螺旋体串连而成的静态混合器置放在糖浆管道硫熏器之中；清汁硫熏PH值8.2；糖浆硫熏PH值6.7；所生产的白砂糖色值为72IU，白砂糖含硫量4.4ppm。
应用实施例之一根据2003年2月8日生产日报表(此时为榨季中期，甘蔗质量较好)，蔗汁的清净效率35.44％，一碳汁色值47.53°St，二碳汁色值43.80°St，硫熏清汁色值23.68°St(50％脱色率)，蒸发糖浆色值29.33°St，硫熏糖浆色值27.64°St(9％脱色率)，白砂糖色值69IU，白砂糖含硫量4.1ppm。
应用实施例之二根据2003年4月25日生产日报表(此时为榨季末期，甘蔗质量很差)，蔗汁的清净效率29.25％，一碳汁色值52.20°St，二碳汁色值46.78°St，硫熏清汁色值25.89°St(55％脱色率)，蒸发糖浆色值28.44°St，硫熏糖浆色值24.24°St(9％脱色率)，白砂糖色值97IU，白砂糖含硫量4.6ppm。
新技术实施后，无论甘蔗质量如何变化，澄清过程的各种中间汁色值都相当低，生产出的白砂糖色值大多在100IU以下，含硫量全部在5ppm以下。新技术与原有技术相比，上述所有工艺指标都有大幅度提高。
权利要求
1.一种超低硫白砂糖的制糖生产新方法，包括碳酸法白砂糖生产过程的蔗汁澄清的一碳加灰饱充、一碳过滤、二碳饱充、二碳过滤、清汁硫熏和糖浆硫熏的工艺，其特征在于在一碳加灰饱充过程采用强制混合、外部回流循环的加灰充气；在二碳加灰饱充过程延长凝聚时间；降低清汁和糖浆硫熏强度；强化硫熏过程液-气的混合与反应过程。
2.根据权利要求1所述的超低硫白砂糖的制糖生产新方法，其特征在于一碳加灰饱充过程采用强制混合、外部回流循环的加灰充气的工艺包括CO2气体与饱充罐内的糖汁形成旋流混合；使饱充汁形成均匀细小泡沫；将饱充罐内的糖汁回流强制循环三种方案的其中一种或二种或三种。
3.根据权利要求1所述的超低硫白砂糖的制糖生产新方法，其特征在于在二碳加灰饱充过程延长凝聚时间的工艺是在现有管道饱充和收集桶之后增加一个凝聚容器，二碳汁在此容器中停留10-20分钟。
4.根据权利要求1所述的超低硫白砂糖的制糖生产新方法，其特征在于降低清汁和糖浆硫熏强度的工艺是将清汁硫熏的起始和终点范围从PH8.4-6.8左右减至PH8.2-7.0左右，糖浆硫熏的终点从PH6.2左右升至PH6.6左右。
5.根据权利要求1所述的超低硫白砂糖的制糖生产新方法，其特征在于强化硫熏过程液-气的混合与反应过程的工艺是采用强制混合的方式使清汁或糖浆和SO2气体进行强烈反应。
6.一种如权利要求1所述的超低硫白砂糖的制糖生产新方法采用的设备，其特征在于在一碳加灰饱充过程采用强制混合、外部回流循环的一碳加灰饱充罐，在二碳加灰饱充的延长凝聚时间过程中采用在原二碳管道饱充和收集桶之后增加一个凝聚容器，强化硫熏的液-气混合与反应过程采用在糖浆管道硫熏器之中增加一个静态混合器。
7.根据权利要求6所述的超低硫白砂糖的制糖生产新方法采用的设备，其特征在于在一碳加灰饱充过程采用强制混合、外部回流循环的加灰充气的过程采用强制混合、外部回流循环的一碳加灰饱充罐是在一碳饱充罐底部的CO2气体通气总管中接出2-10根支管插入罐内，罐内所设循环井的上部有一个多孔盖板，代替传统的环式鼓泡器，并采用外部回流强制循环结构。
8.根据权利要求6所述的超低硫白砂糖的制糖生产新方法采用的设备，其特征在于增加二碳凝聚容器是在原二碳管道饱充和收集桶之后增加一个凝聚罐。
9.根据权利要求6所述的超低硫白砂糖的制糖生产新方法采用的设备，其特征在于强化硫熏的液-气混合与反应过程采用在糖浆管道硫熏器之中增加一个静态混合器是设计一只由多个互成90度角的螺旋体串连而成的混合器，置放在糖浆管道硫熏器之中，或者采用在糖浆管道中设计一些强制混合的装置的设备。
全文摘要
本发明是一种对传统制糖生产工艺条件、相关设备以及操作方式进行改进，生产出超低硫白砂糖的新方法，它在原有碳酸法生产白砂糖工艺流程的基础上，通过对一碳饱充、二碳饱充、糖浆硫熏的设备和工艺条件进行改造，即一碳加灰饱充过程采用强制混合、外部回流循环的加灰充气；在二碳加灰饱充过程延长凝聚时间，最大限度地提高蔗汁清净效率和脱色率；再通过改造硫熏器的结构，达到强化硫熏反应、减少SO
文档编号C13B10/00GK1487094SQ0312522
公开日2004年4月7日 申请日期2003年8月2日 优先权日2003年8月2日
发明者杨和荣, 杨万善, 段宁, 闵亚光, 蓝贤州, 李政, 元炯亮, 刘景洋 申请人:广西贵糖(集团)股份有限公司, 中国环境科学研究院