一种对甜菜制糖清汁提纯浓缩的方法以及采用该方法的制糖方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种膜分离技术应用于甜菜制糖清汁提纯浓缩的方法以及采用该方 法的制糖方法，属于甜菜制糖加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 糖用甜菜是制糖工业的主要原料之一，其块根中含糖量较高。中国甜菜主要种植 在北炜40°以北，包括西北、华北和东北三大产区。其中，西北产区因具有日照长的特点，甜 菜单产和含糖量均较高。
[0003] 甜菜制糖过程主要包括洗菜、切丝、提汁、澄清、蒸发浓缩、蒸发结晶、分离糖蜜、白 砂糖装包等工序。因甜菜渗出汁中的非糖成分（包括悬浮颗粒、色素物质、盐类物质、还原 糖、果胶、甜菜碱等）会影响糖品质量，并增加废蜜量和糖分损失，因此在进行糖汁浓缩和 结晶之前，需要对渗出汁进行澄清，除去一部分非糖杂质，以得到更纯净的糖汁。甜菜制糖 澄清工艺的目的是将非糖杂质尽可能多的去除，以使糖汁纯度提高、粘度和色值降低，为煮 糖（结晶）制备优质的原料糖浆。糖汁澄清工序是制糖过程中最重要的工序，澄清效果的 好坏直接决定白砂糖的品质和得率。
[0004] 糖汁澄清通过加入澄清剂来实现，常用的澄清剂有生石灰（CaO)、二氧化碳和二氧 化硫。按照所用主要澄清剂的不同，糖汁澄清工艺有碳酸法、亚硫酸法和石灰法三类。目前， 甜菜糖厂通常采用碳酸法对糖汁进行澄清。
[0005] 如图1所示，碳酸法澄清工艺首先对渗出汁进行预加灰（以石灰乳形式加入，向渗 出汁中加入对甜菜重量0. 12-0. 24Ca0%的石灰，使pH值达到8. 5-11左右），以中和酸度并 促进胶体（蛋白质、果胶质等）凝聚，同时沉淀浸出汁中的酸根离子（包括草酸根、酒石酸 根、柠檬酸根等），最大限度地凝聚和沉淀非糖成分（主要是胶体等高分子物质）。随后调 整温度至80°C_85°C，再加入相对于甜菜重量2-3Ca0%的石灰乳，即主加灰。主加灰使碱度 达到1. 6-2. 4CaO% /100ml糖汁），作用时间是15-20分钟，其作用是：1)使非糖成分在强 碱高温作用下分解，提高糖汁的热稳定性；2)为后续碳酸饱充时产生一定数量的碳酸钙沉 淀而提供足够的氢氧化钙。经过上述过程之后，得到主灰汁。
[0006] 该主灰汁经加热到90°C后，进行C02饱充（本文中，有时也简称为"碳酸饱充"）。 第一次充入二氧化碳气（本发明中，也简称为"一碳饱充"）至pH值达到10. 8-11.0左右， 使氢氧化钙生成不溶解的碳酸钙，从而除去石灰和石灰盐。新生成的碳酸钙对非糖成分具 有良好的吸附作用，与饱充至最佳碱度下凝聚的非糖成分结成颗粒沉淀，并且具有助滤的 作用。经板框过滤除去非糖成分沉淀（滤泥）后，将糖浆加热到95°C以上，并进行第二次碳 酸饱充（本发明中，也简称为"二碳饱充"）至pH值9. 0-9. 2左右，以使糖汁中剩余的氢氧 化钙和钙盐量降至最低限度。糖浆中非糖成分含量的降低有助于在蒸发结晶过程中结晶出 更多的蔗糖，而且能降低废蜜量，减少工艺糖分损失。二碳饱充完成后，经板框或其他过滤 方式过滤后得到的糖汁即为清汁。在本发明中，所述清汁是指如上所述的双碳酸饱充（本 文中，有时进一步简称为"双碳饱充"）和过滤之后、硫漂之前的糖汁。通过之前的加灰、加 热和双碳饱充工序，甜菜渗出汁中的多种非糖杂质（包括悬浮颗粒、色素物质、还原糖、甜 菜碱、果胶等）得到了有效去除。
[0007] 如上所述的双碳饱充澄清法通常能够除去渗出汁中30wt% -45wt%的非糖成分， 尽管澄清效率仍然有限，但通过非糖成分的去除，已可满足结晶工序对糖汁的要求。双碳饱 充法的简明工艺流程如图1所示。
[0008] 通过上述工艺制备得到的甜菜制糖清汁的典型成分如表1所示，由表1可知，经双 碳饱充澄清和过滤工艺后，清汁中的水分和主要非糖成分（包括无机盐、含氮物质、还原糖 等）的分子量均明显低于蔗糖的分子量。另外，清汁经过滤后，其不溶沉淀物、悬浮物等指 标已经达到纳滤膜的进料标准，因此无需增加预处理工序。
[0009] 表1甜菜制糖清汁典型成分表
[0010]
[0011] 在目前的传统制糖工艺中，将如上得到的清汁进行硫漂脱色后，即可进行后续的 蒸发浓缩和结晶（如图3第一列所示），最终得到糖产品。
[0012] 然而，上述传统制糖工艺的缺点在于：清汁中的锤度（Brix)、糖度以及纯度均不 够高，后续蒸发负荷重、能耗高、制糖效率低，因此，有必要对这一传统工艺进行改进。
【发明内容】
[0013] 本发明提供一种采用纳滤技术对甜菜制糖清汁进行提纯和浓缩的方法，所述方法 能耗低，得到的糖产品品质高。
[0014] 本发明所提供的采用纳滤技术对甜菜制糖清汁进行提纯和浓缩的方法，包括如下 步骤：
[0015] (1)获得适于纳滤的甜菜制糖清汁；
[0016] (2)将所述清汁温度从90°C左右降低至不低于30°C;
[0017] (3)使用截留分子量220Da-500Da的纳滤膜，在10Bar-40Bar压力下对所述清汁进 行过滤浓缩，得到浓缩提纯后的甜菜制糖清汁。
[0018] 本发明还涉及一种制糖方法，所述方法包括：
[0019] (1)获得适于纳滤的甜菜制糖清汁；
[0020] (2)将所述清汁的温度从90°C左右降低至不低于30°C;
[0021] (3)使用截留分子量220Da-500Da的纳滤膜，在10Bar-40Bar压力下对所述清汁进 行过滤浓缩，得到浓缩提纯后的甜菜制糖清汁；
[0022] (4)将得到的所述甜菜制糖清汁进行硫漂脱色，蒸发浓缩，结晶，得到糖产品。
[0023] 本发明提供的甜菜制糖清汁提纯浓缩方法对传统工艺改变较小，所需设备改造工 作较小，方法简单可靠、操作方便、无环境污染。与纳滤处理前的甜菜制糖清汁相比，得到的 浓缩清汁锤度（Brix)提高4Brix-7Brix，糖度提高4wt% -7wt%，同时，纯度提高1-2个百 分点。同时，锤度的提高可使蒸发负荷降低百分比达30% -50%。
【附图说明】
[0024] 图1表示双碳饱充澄清法的工艺流程图。
[0025]图2表示甜菜制糖清汁膜分离操作的一种实施方式的示意图。
[0026] 图3表示相比于传统提纯浓缩制糖工艺，本发明的清汁纳滤提纯浓缩制糖新工艺 示意图（上列为传统提纯浓缩工艺，下列为本发明的清汁纳滤提纯浓缩制糖新工艺）。
【具体实施方式】
[0027] 本发明所提供的一种对甜菜制糖清汁进行提纯浓缩的方法，包括如下步骤：
[0028] (1)获得适于纳滤的甜菜制糖清汁；
[0029] (2)将所述清汁温度从90°C左右降低至不低于30°C;
[0030] (3)使用截留分子量220Da-500Da的纳滤膜，在10Bar-40Bar压力下对所述清汁进 行过滤浓缩，得到浓缩提纯后的甜菜制糖清汁。
[0031] 本发明中，所述的"纳滤"为一种膜分离技术，其截留分子量通常在150-1000Da左 右，膜的孔径为几个纳米，因此，称为"纳滤"。
[0032] 其中，步骤（1)中，所述适于纳滤的甜菜制糖清汁中，鹿糖占10wt% -15wt%，水分 占84wt% -89wt%，蔗糖纯度为85wt% -92wt% (其中，蔗糖纯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，经双碳饱充澄清和过滤工艺后，清汁中的水分和主要非糖成分（包 括无机盐、含氮物质、还原糖）的分子量均明显低于蔗糖的分子量。因此，清汁体系的物料 特性适于采用本发明的纳滤技术对其进行提纯浓缩。虽然，双碳饱充澄清法为现有技术，但 为了制备得到适于纳滤的甜菜制糖清汁，使用双碳饱充澄清法是优选的步骤。经过双碳饱 充澄清法处理后获得的甜菜制糖清汁是特别适于纳滤的甜菜制糖清汁，因而是特别优选的 获得本发明的甜菜制糖清汁的途径。
[0034] 步骤（2)中，优选将所述清汁温度从90°C左右降低至不低于30°C，优选降低至 40°C_45°C。一方面，从工艺角度来说，为避免造成不必要的热损失，将温度降至过低并不优 选。另一方面，从纳滤膜的过滤特性和稳定性的角度考虑，适合的温度范围是40°C-90°C、 优选 40°C-60°C，特别优选 40°C-45°C。
[0035] 步骤（3)中，在纳滤提纯浓缩处理时，需要使用截留分子量与蔗糖分子量相接近 的纳滤膜分离技术，在截留蔗糖的同时，使水分子和小分子非糖成分杂质透过纳滤膜，从 而实现清汁的提纯和浓缩。若选择的截留分子量过大，则会造成更多糖分透过纳滤膜进 入到透过水中，使糖分损失增大；若截留分子量过小，则会降低非糖分的滤出比率，降低 提纯效果。基于上述考虑，所述纳滤膜的截留分子量优选为220Da-500Da，进一步优选为 350Da-450Da，进一步优选 400Da。
[0036] 对纳滤压力，可以使用适合于纳滤工艺的通常的压力范围，优选为10Bar-40Bar 之间。若压力过大，连接管件受力过大，会对设备造成损害。所述过滤压力优选为 10Bar_40Bar，进一步优选为 20Bar。
[0037]图2表示甜菜制糖清汁膜分离操作的一种实施方式的示意图。本方法采