技术领域本实用新型涉及一种固体饮料的加工装置，尤其是涉及一种固体蔗汁的加工装置。
背景技术：
甘蔗(Saccharumofficinarum)是多年生高大实心草本，根状茎粗壮发达，茎高达3--6米，表皮一般为紫色和绿色两种常见颜色，也有红色和褐色，但比较少见。主产地为温带和热带，全球一百多个国家生产甘蔗，其中最大的是巴西、印度和中国；中国广西、云南、福建、广东、海南、台湾、四川等地区广泛种植。甘蔗是制造蔗糖的主要原料，近年也有用于直接转化为乙醇作为能源替代品。甘蔗是唯一的茎用水果，是含纤维最多的水果之一，含有丰富的糖分、水分，以及对人体新陈代谢非常有益的各种维生素、脂肪、蛋白质、有机酸、钙、铁等物质，甘蔗汁不但具有甜味，而且还可以提供人体所需的营养和热量，且有解渴、解酒、解毒、清热、利尿等功能，是深受群众喜爱的水果之一。作为食疗品，甘蔗味甘、涩，性平，无毒，主治下气和中，助脾气，利大肠，消痰止渴，除心胸烦热，解酒毒；还可治呕吐反胃，宽胸膈。甘蔗具有独特的清新、芬芳风味，甜度高，是其它水果无法代替的。但甘蔗皮质坚硬，直接食用不便，且不易保存，食用变质的甘蔗后会导致中毒，严重的造成终身残疾甚至危及生命。用小型压榨机压榨的新鲜甘蔗汁，方便饮用，能满足小部分消费者的需求，但只能在数小时内保持原有风味，而且小型压榨机体积较大，清洗较困难，不宜家用。目前，国内外有一些企业和研究机构进行了大量的研究开发工作，如印度科学与工业研究会[1]的甘蔗汁饮料粉，美国KimDorrellLarsen[2]等的植物提取汁干燥粉，广西大学[3]的甘蔗汁固体饮料等等。上述文献公开了把甘蔗汁干燥后制成固态形式，但[1]添加了阿拉伯树胶、抗结剂、防腐剂等加工助剂和食品添加剂，[2]通过浓缩、转化、结晶、固体化和粉体化而得到，[3]通过浓缩、起砂、冷却后用模具制成块状，饮用时需用热水溶解。上述产品制备过程采用浓缩蒸发步骤，且整个工艺经历的高温时间过长，是产品的营养、风味物质损失较大，不能保留甘蔗原汁的营养、风味，产品品质大打折扣。膜分离是近二十年来发展很快的一种新技术。由于它工作时无需加热，不会引起被加工物质的相变，不仅节约能源，还能完好地保持物料原有的特性。因此，它被广泛应用于食品加工领域，特别在果汁澄清方面有它独特的优势。果汁中含有大量的果胶、鞣质，纤维素，淀粉等大分子以及单宁，蛋白质的络合物等，这些物质在汁液中进行缓慢的物理变化和化学反应，导致果汁在加工和存储期间变色、变浑，有时是加工过程或使用时有高温，更加促使果汁变色、变浑。因此，果汁的澄清效果直接影响到制品的透光率、粘度和沉淀等主要理化指标。因此采用适宜的澄清过滤技术显得尤为重要。超滤技术在果汁的澄清过滤显示了独特的优越性，具有分离精度高，不影响风味，可在常温低压下过滤和连续使用等优点，并具有一定的除菌能力。要提高超滤速率和延长膜的使用寿命，就需要在超滤工序之前经过预处理，如，粗滤、离心、微滤，酶解等。现有技术中，已有在甘蔗浓缩汁或固体蔗汁的制备中使用了膜超滤技术，如中国专利CN103330250A在制备甘蔗浓缩汁时采用了孔径为0.01-0.1微米的超滤膜进行超滤，中国专利CN102489155A在制备甘蔗营养糖的制备中采用了孔径为0.1～1μm的超滤膜超滤，中国专利CN104824778A在制备固体蔗汁中采用了孔径为0.02～0.10μm的多级陶瓷膜超滤系统进行超滤澄清，美国专利US20120251665A1公开了一种保质期长的植物提取汁的制备方法采用了孔径为0.05到0.14微米的膜进行超滤。但是以上采用的膜滤级数有限或者多级膜滤的组合不够理想，如多级膜单并联组合导致通量大的时候过滤程度不够，多级超滤膜单串联组合导致过滤慢，膜负担大，更换膜周期短，不能连续生产。而单一的多级膜并联只能增加膜通量，并不能提过膜过滤效果。而在把甘蔗汁干燥后制成固态形式的装置研究方面，国内外鲜有报道，如中国专利CN104720071A公开了一种甘蔗汁固体饮料的加工装置，包括有依次连接的粗滤设备、第一换热器、第二换热器、多级陶瓷膜超滤设备、降膜式三效真空蒸发设备、真空浓缩设备、干燥成形设备以及水喷射冷凝器。其中多级陶瓷膜超滤设备为五级并联的陶瓷超滤膜。该装置中降膜式三效真空蒸发设备、真空浓缩设备(煮糖罐)是将膜滤后的甘蔗汁加热蒸发，再煮糖浓缩，经历了较长时间的60-80℃加热过程。并且该过程的多级陶瓷膜超滤采用了五级并联组合，仅仅只是增加了膜通量以及轮换清洗作用，并不能起到增强过滤效果的作用。另外，该装置在膜滤设备之前只有粗滤设备，没有其他更多减轻后续膜滤负担的措施设备，会导致后续膜滤的膜容易堵塞，寿命短，生产效率下降。故为了满足高端消费者对产品品质的需求，需要开发一种制造营养和风味跟新鲜甘蔗原汁接近，澄清度高的高品质固体蔗汁产品的加工装置。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，解决现有技术中装置加工过程中高温时间过长导致产品营养成分和风味物质损失较大，以及生产的产品饮用时澄清度不够高，品相不好的问题。为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁加热灭酶设备、蔗汁离心设备、蔗汁多级混合膜滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。优选地，蔗汁加热灭酶设备采用高温瞬时灭酶设备，灭酶温度140-180℃，时间3-6秒。优选地，蔗汁多级混合膜滤设备中采用多级串联与并联组合形式。优选地，蔗汁多级混合膜滤设备种采用微滤与超滤组合。优选地，蔗汁多级混合膜滤设备为2-6级并联的微滤与单级超滤串联组合或者单级微滤与2-6级并联的超滤串联组合或者2-6级并联的微滤与2-6级并联的超滤串联组合中的一种。优选地，蔗汁多级混合膜滤设备采用3级并联的微滤与单级超滤串联组合或者单级微滤与3级并联的超滤串联组合或者3级并联的微滤与3级并联的超滤串联组合中的一种。发明人在多年对甘蔗的研究过程中发现，要使最后制备所得的固体蔗汁冲泡后保持澄清透明，还要保持新鲜甘蔗汁的营养成分和风味物质，在制备过程中，膜滤设备的设计和避免高温时间过长为最重要的因素，同时在其他设备采取恰当的配合下，产品能达到澄清、保持营养成分及保持原有风味的效果。如前所述膜滤应用于果汁澄清可以过滤掉影响本实用新型产品澄清度、色值、沉淀物含量等理化性质的果胶、鞣质，纤维素，淀粉等大分子以及单宁，蛋白质的络合物等，同时分离精度高，整个过程在常温和低压下过滤，从而很好保留甘蔗汁的营养物质和风味。利用本实用新型装置加工过程经过了粗滤，除去了蔗渣等物质，高温灭酶使甘蔗汁中果胶、鞣质，纤维素，淀粉等析出部分，再采用离心，除去大部分析出物，然后再用多级混合膜过滤，从而降低了膜的负担，提升了小孔径的膜过滤效率，延长了过滤膜的寿命和更换周期。为了使过滤效果更好，优选多级混合膜组合采用先微滤再超滤组合模式，先通过微滤除去大粒径不溶固形物，再通过超滤膜过滤小粒径不溶固形物，从而更大程度减轻后续超滤膜负担，同时提高过滤效果。再优选微滤采用多级并联，从而提升微滤的膜通量；超滤采用多级并联，提升超滤的膜通量。通过上述膜过滤多级组合方式与前期工艺的配合达到过滤效果好的同时提升了过滤效率，即保障了产品品质的同时提高了生产效率。另外，利用本装置加工制备固体蔗汁的过程中灭酶和喷雾干燥过程高温时间极短，没有一般工艺的高温浓缩蒸发过程，产品中的营养成分和风味物质损失很少，极大保留了新鲜甘蔗汁原有的营养和风味。多次实验结果对比显示，本实用新型生产的产品与其他固体蔗汁相比，其冲泡后水溶液澄清度高，且与新鲜压榨所得的甘蔗汁相比，色、香、味相似度高达90％以上，与现有技术产品相比具有显著性差异，因此本技术方案具有显著性进步。本实用新型提供的多级混合膜滤固体蔗汁加工装置具有以下优点：1、本实用新型装置通过各设备的有机配合，有效去除杂质、不溶固形物，制备得到的固体蔗汁冲泡后澄清度高，溶液澄清透明，色泽金黄，品相好。2、本实用新型装置膜滤设备采用多级混合膜串、并联组合方式，通过合理设计，利用微滤减轻超滤膜负担，提高膜通量，延长膜寿命，提高生产效率。3、利用本实用新型装置制备固体蔗汁，灭酶采用高温瞬时技术，干燥采用喷雾干燥技术，均可在数秒内完成高温工序，整个加工过程无长时间加热工序，从而最大限度保留了甘蔗的营养物质和清香气味。附图说明图1-9为本实用新型所述多级混合膜滤固体蔗汁加工装置各种连接关系示意图。其中：图1膜滤组合形式为：单级微滤串联单级超滤；图2膜滤组合形式为：单级微滤串联2级并联超滤；图3膜滤组合形式为：单级微滤串联3级并联超滤；图4膜滤组合形式为：单级微滤串联6级并联超滤；图5膜滤组合形式为：2级并联微滤串联单级超滤；图6膜滤组合形式为：3级并联微滤串联单级超滤；图7膜滤组合形式为：6级并联微滤串联单级超滤；图8膜滤组合形式为：3级并联微滤串联3级并联超滤；图9膜滤组合形式为：6级并联微滤串联6级并联超滤。具体实施方式以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。实施例1如图1所示一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、单级膜微滤串联单级膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，得压榨汁；2)压榨汁经20目筛网粗滤后得滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为180℃，时间为3s；4)灭酶后的蔗汁以转速为21000转/分钟的离心机进行离心，得澄清液；5)澄清液先经单级孔径为10μm的膜微滤后再经单级孔径为0.1μm的膜超滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为180℃，出风温度为70℃的，风速为1.0m3/min，入料流量为5000mL/h，入料浓度为20％，压力为-300pa，收集产品，即得。实施例2如图2所示一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、单级膜微滤串联2级并联膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，得压榨汁；2)将压榨汁经25目筛网粗滤后得滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为175℃，时间为3s；4)灭酶后的蔗汁以转速为20000转/分钟的离心机进行离心，得澄清液；5)澄清液先经单级孔径为9μm的膜微滤后再经2级并联的孔径为0.09μm的膜超滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为175℃，出风温度为70℃的，风速为0.9m3/min，入料流量为4500mL/h，入料浓度为18％，压力为-280pa。收集产品，制成颗粒状，即得。实施例3如图3所示一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、单级膜微滤串联3级并联膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，取压榨汁；2)将压榨汁经30目筛网粗滤后得滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为170℃，时间为3.5s；4)灭酶后的蔗汁以转速为19000转/分钟的离心机进行离心，得澄清液；5)澄清液先经单级孔径为8μm的膜微滤后再经3级并联的孔径为0.08μm的膜超滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为170℃，出风温度为65℃的，风速为0.8m3/min，入料流量为4000mL/h，入料浓度为16％，压力为-260pa，收集产品制成片状，即得。实施例4如图4所示一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、单级膜微滤串联6级并联膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，取压榨汁；2)将压榨汁经35目筛网粗滤后得滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为165℃，时间为3.5s；4)灭酶后的蔗汁以转速为18000转/分钟的离心机进行离心，得澄清液；5)澄清液先经单级孔径为7μm的膜微滤后再经6级并联的孔径为0.07μm的膜超滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为165℃，出风温度为65℃的，风速为0.7m3/min，入料流量为3500mL/h，入料浓度为14％，压力为-240pa，收集产品制成块状，即得。实施例5如图5所示一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、2级并联膜微滤串联单级膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，取压榨汁；2)将压榨汁经45目筛网粗滤后得滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为160℃，时间为4s；4)灭酶后的蔗汁以转速为17000转/分钟的离心机进行离心，得澄清液；5)澄清液先经2级并联的孔径为6μm的膜微滤后再经单级孔径为0.06μm的膜超滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为160℃，出风温度为60℃的，风速为0.6m3/min，入料流量为3000mL/h，入料浓度为12％，压力为-220pa，收集产品即得。实施例6如图6所示一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、3级并联膜微滤串联单级膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，取压榨汁；2)将压榨汁经50目筛网粗滤后得滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为155℃，时间为4s；4)灭酶后的蔗汁以转速为16000转/分钟的离心机进行离心，得澄清液；5)澄清液先经3级并联的孔径为5μm的膜微滤后再经单级孔径为0.05μm的膜超滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为155℃，出风温度为60℃的，风速为0.5m3/min，入料流量为2500mL/h，入料浓度为10％，压力为-200pa，收集产品即得。实施例7如图7所示一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、6级并联膜微滤串联单级膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，取压榨汁；2)将压榨汁经60目筛网粗滤后得滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为150℃，时间为5s；4)灭酶后的蔗汁以转速为15000转/分钟的离心机进行离心，得澄清液；5)澄清液先经6级并联的孔径为4μm的膜微滤后再经单级孔径为0.04μm的膜超滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为150℃，出风温度为55℃的，风速为0.4m3/min，入料流量为2000mL/h，入料浓度为8％，压力为-250pa，收集产品即得。实施例8如图8所示一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、3级并联膜微滤串联3级并联膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，得压榨汁；2)将压榨汁经70目筛网粗滤后取滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为145℃，时间为5s；4)灭酶后的蔗汁以转速为14000转/分钟的离心机进行离心，取澄清液；5)澄清液先经3级并联的孔径为3μm的膜微滤后再经3级并联的孔径为0.03μm的膜超滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为145℃，出风温度为55℃的，风速为0.3m3/min，入料流量为2000mL/h，入料浓度为6％，压力为-250pa。收集产品，即得。实施例9如图9所示一种多级混合膜滤固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、6级并联膜微滤串联6级并联膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，得压榨汁；2)将压榨汁经80目筛网粗滤后取滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为140℃，时间为6s；4)灭酶后的蔗汁以转速为13000转/分钟的离心机进行离心，取澄清液；5)澄清液先经6级并联的孔径为2μm的膜微滤后再经6级并联的孔径为0.02μm的膜超滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为140℃，出风温度为50℃的，风速为0.2m3/min，入料流量为2000mL/h，入料浓度为5％，压力为-250pa。收集产品，即得。对比例1：(1)粗过滤：将甘蔗汁依次经过滚筒筛以及100目曲筛过滤，得到粗滤甘蔗汁；(2)灭酶：将粗滤甘蔗汁送入第一换热器加热到100℃并保持2min，再送入第二换热器在60秒内冷却至80℃，得到灭酶甘蔗汁；(3)陶瓷膜超滤：将灭酶甘蔗汁送至陶瓷膜超滤工作罐，以膜孔径为0.02μm的五级并联陶瓷膜超滤系统进行超滤澄清，跨膜压差为0.4MPa、膜面流速为5.0m/s、过滤温度为80℃得到浊度小于1.00NTU的甘蔗澄清汁；(4)真空蒸发：将澄清甘蔗汁送入降膜式三效真空蒸发系统，蒸发温度为80℃、真空度为0.08Mpa，将其蒸发浓缩至65.0°Bx，得到甘蔗浓缩汁；(5)真空浓缩：将甘蔗浓缩汁送入真空煮糖罐中进一步蒸发浓缩，蒸发温度为75℃，真空度为0.08Mpa，得到96.0°Bx的糖膏；(6)冷却成型：将糖膏从煮糖罐中取出，搅拌至糖膏起幼砂后倒入磨具中，冷却至室温后，切成块状，得到甘蔗汁饮料；(7)干燥包装：甘蔗汁固体饮料经干燥包装后即得成品。对比例2：一种固体蔗汁加工装置，包括依次管线连接的甘蔗压榨设备、蔗汁粗滤设备、蔗汁高温瞬时灭酶设备、蔗汁离心设备、单级膜超滤设备、蔗汁喷雾干燥设备。上述甘蔗原汁的加工装置操作方法如下：1)新鲜甘蔗经甘蔗压榨机压榨，得压榨汁；2)压榨汁经20目筛网粗滤后得滤液；3)滤液经高温瞬时灭酶设备灭酶，温度为180℃，时间为3s；4)灭酶后的蔗汁以转速为21000转/分钟的离心机进行离心，得澄清液；5)澄清液经单级孔径为10μm的膜微滤；6)滤液经喷雾干燥设备干燥，进风温度为180℃，出风温度为70℃的，风速为1.0m3/min，入料流量为5000mL/h，入料浓度为20％，压力为-300pa，收集产品，即得。实验例：不同制备方法所得产品的对比对以上1-4实施例制备所得的产品与对比例1、2制备所得产品以及鲜榨蔗汁进行检测，通过结果比较不同制备方法所得产品的色泽、浊度、风味。对比方法：实施例1-9及对比例1、2的固体蔗汁分别用重量比为20倍20℃的水溶解后，与新鲜甘蔗汁直接对比。对比结果见表1。表1不同制备方法所得产品对比表1结果显示：对比例1除了浊度大于本发明外，产品的风味还存在以下严重缺陷：其采用5级并联膜超滤后，再用真空干燥浓缩，在长时间的高温浓缩过程中，蔗汁的鲜香味慢慢挥发，转为类似于熟蔗汁的味道，失去鲜榨蔗汁原有的风味，营养物质也发生化学变化，损失较多。对比例2除了膜滤设备仅采用孔径为10μm的微滤外，其余条件与实施例1相同，其对比结果除了浊度大于实施例1之外，其余色泽、浊度、风味指标与本发明基本相同。