本发明涉及制糖领域，具体地，涉及一种制糖的方法和系统。
背景技术：
玉米淀粉是广泛用于饲料、淀粉糖等玉米深加工行业的原料，我国是淀粉及淀粉糖生产大国，其中淀粉糖年产量逾600万吨，生产工艺大多采用玉米湿法制糖工艺。玉米湿法制糖工艺是指玉米颗粒用水浸泡后再进行打浆、液化、糖化、脱色和蒸发浓缩的工艺。
在传统的制糖工艺中，液化过程中需要用大量的蒸汽为原料升温，而在冬季，淀粉乳的温度只有20-25℃，夏季，淀粉乳的温度有30-35℃，因此，淀粉乳在冬季进行液化的过程中消耗的蒸汽量会大大增加，进而使制糖工艺的成本增加。
技术实现要素：
本发明的目的是为了降低制糖工艺的成本，提供一种制糖的方法和系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种制糖的方法，该方法包括将淀粉乳依次进行液化、糖化、脱色和蒸发处理，其中，所述方法还包括：使淀粉乳与蒸发处理过程中产生的蒸汽进行一次热交换，再将一次热交换后的淀粉乳与脱色后的物料进行二次热交换，以使淀粉乳的温度升高。
本发明还提供了一种制糖的系统，该系统包括淀粉乳供给装置、液化装置、糖化装置、脱色装置和蒸发装置，所述淀粉乳供给装置与所述液化装置连通，所述液化装置与所述糖化装置连通，所述糖化装置与所述脱色装置连通，所述脱色装置与所述蒸发装置连通，其中，所述系统还包括一级热交换器和二级热交换器，所述一级热交换器分别与淀粉乳供给装置的物料出口和蒸发装置的蒸汽排出口相连，用于使淀粉乳供给装置提供的淀粉乳与蒸发装置排出的蒸汽进行一次热交换，所述二级热交换器分别与一级热交换器的物料出口和脱色装置的物料出口相连，用于使所述一级热交换器排出的经过一次热交换的淀粉乳与脱色装置排出的物料进行二次热交换。
本发明所述方法利用制糖工艺中固有的热量通过两次热交换对淀粉乳进行两次加热，提高淀粉乳在进行液化之前的温度，从而减少液化时蒸汽的用量。采用本发明所述方法，处理1吨淀粉乳(以干物质计)可以节约蒸汽0.03-0.04吨，按7万吨淀粉乳(以干物质计)/年处理量计，一年可以节约成本44-59万(蒸汽单价为210元/吨)。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明提供的一种优选实施方式的制糖的系统。
图中：淀粉乳供给装置1、一级热交换器2、二级热交换器3、液化装置4、糖化装置5、脱色装置6、离子交换装置7、蒸发装置8、冷凝水罐9。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种制糖的方法，该方法包括将淀粉乳依次进行液化、糖化、脱色和蒸发处理，其中，所述方法还包括：使淀粉乳与蒸发处理过程中产生的蒸汽进行一次热交换，再将一次热交换后的淀粉乳与脱色后的物料进行二次热交换，以使淀粉乳的温度升高。
根据本发明的一种优选实施方式，所述一次热交换的过程使淀粉乳的温度升高10-20℃；和/或，所述二次热交换的过程使淀粉乳的温度升高15-20℃。
通过依次与蒸发处理过程中产生的蒸汽和脱色后的物料进行热交换，可以使淀粉乳的温度升高25-40℃，同时，可以将热交换后的脱色后的物料降温至所需温度，如45-50℃，以便于进行后续操作，如离子交换处理。
本发明的优选实施方式中，蒸发处理过程中产生的蒸汽冷凝后(形成冷凝水)再与淀粉乳进行一次热交换。将蒸汽的冷凝水与淀粉乳进行一次热交换，可以避免直接用蒸汽进行一次热交换时由于蒸汽的负压导致蒸汽难以进入一次热交换过程的缺陷。
本发明中，对所述热交换的具体操作没有特别要求，只要能够使热量按照以上方式传递即可。一般地，可以借助热交换器来实现热交换，所述热交换器可以为各种常用的热交换器，且可以通过商购获得，例如美国brown公司的螺旋扁管换热器。
本发明中，所述淀粉乳可以由淀粉质原料制备得到，由淀粉质原料得到淀粉乳的方法可以采用本领域技术人员公知的各种常规的方法，例如，将淀粉质原料粉碎，将粉碎后的产物与水混合得到淀粉乳。其中，对淀粉乳的浓度没有特别的限制，优选地，所述淀粉乳中干物质的含量为35-40重量％。
根据本发明，所述淀粉质原料可以为本领域公知的各种可以用于酶解、发酵的含有淀粉的原料，例如，可以选自玉米、薯类、小麦和高粱中的一种或多种。
本发明中，对所述液化、糖化和脱色的条件没有特别的限定，可以为本领域的常规选择。优选情况下，所述液化的条件包括：液化的温度为110-120℃，液化的时间为2-2.5h；和/或，所述糖化的条件包括：糖化的温度为60-70℃，糖化的时间为36-48h；和/或，所述脱色的条件包括：脱色的温度为65-75℃，脱色的时间为15-30min；和/或，所述蒸发处理的条件包括：蒸发处理的温度为100-110℃。
本发明中，对所述蒸发的时间没有特别的限定，优选情况下，蒸发的时间使蒸发处理后物料的体积是蒸发处理前物料的体积的0.6-0.7倍。
本发明中，可以采用常规的方式进行液化，例如，将淀粉浆液进行液化的方式可以为：将淀粉乳和淀粉酶的混合物与蒸汽接触。液化所用淀粉酶的量可以为本领域的常规选择，优选情况下，相对于每吨淀粉乳中的干物质，液化所用淀粉酶的量为400-450g。其中，液化所用淀粉酶可以为本领域常规采用的淀粉酶，如α-淀粉酶、β-淀粉酶和异淀粉酶；也可以为耐高温淀粉酶。
本发明中，所述糖化的过程是为了使淀粉乳尽可能转化为单糖。本发明中，采用常规的方式进行糖化，例如，糖化的方式可以为：将所得液化液加入糖化装置中，加入糖化酶并搅拌。
其中，糖化酶又称淀粉α-1,4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非还原性末端，以葡萄糖为单位，依次作用于淀粉分子中的α-1,4-糖苷键，生成葡萄糖。糖化酶作用于支链淀粉后的产物有葡萄糖和带有α-1,6-糖苷键的寡糖；作用于直链淀粉后的产物几乎全部是葡萄糖。所述糖化酶可以通过商购获得。
本发明中，脱色的具体操作可以为制糖工艺中采用的常规脱色方法，如果一次脱色效果不好，还可以进行二次脱色，本领域技术人员能够对此进行选择判断，在此不再赘述。
本发明中，所述蒸发处理的过程是对物料的浓缩过程，可以采用本领域常规的方式实施，在此不再赘述。
根据本发明的一种优选实施方式，所述方法还可以包括：在所述脱色之后和所述蒸发处理之前，将物料进行离子交换处理；所述离子交换处理包括再生过程，将蒸发处理过程中产生的蒸汽与淀粉乳热交换后所得冷凝水用于洗脱再生过程中的再生剂。
所述离子交换处理的过程一般采用的是离子交换树脂。糖液经脱色后仍含有部分无机盐和有机杂质，因此采用离子交换树脂进行精制，起到离子交换和吸附的作用。离子交换树脂除去蛋白质、氨基酸、羟甲基糠醛和有色物质等的能力比活性炭强。所述离子交换处理包括再生过程，再生过程为离子交换树脂的再生，一般采用酸或碱作为再生剂对离子交换树脂进行再生处理，具体实施方式为本领域常规的选择，在此不再赘述。
如图1所示，本发明还提供了一种制糖的系统，该系统包括淀粉乳供给装置1、液化装置4、糖化装置5、脱色装置6和蒸发装置8，所述淀粉乳供给装置1与所述液化装置4连通，所述液化装置4与所述糖化装置5连通，所述糖化装置5与所述脱色装置6连通，所述脱色装置6与所述蒸发装置8连通，其特征在于，所述系统还包括一级热交换器2和二级热交换器3，所述一级热交换器2分别与淀粉乳供给装置1的物料出口和蒸发装置8的蒸汽排出口相连，用于使淀粉乳供给装置1提供的淀粉乳与蒸发装置8排出的蒸汽进行一次热交换，所述二级热交换器3分别与一级热交换器2的物料出口和脱色装置6的物料出口相连，用于使所述一级热交换器2排出的经过一次热交换的淀粉乳与脱色装置6排出的物料进行二次热交换。
根据本发明的一种优选实施方式，该系统还包括离子交换装置7，所述离子交换装置7位于二级热交换器3和蒸发装置8之间的管路上。
本发明中，为了充分利用水资源，节约能耗，所述一级热交换器2的冷凝水出口与所述离子交换装置7连通。所述冷凝水出口排出的冷凝水用于洗脱离子交换再生过程中使用的再生剂。
根据本发明的另一种优选实施方式，所述系统还包括冷凝水罐9，所述冷凝水罐9位于蒸发装置8和一级热交换器2之间的管路上。所述冷凝水罐9用于冷凝所述蒸发装置8排出的蒸汽，蒸汽冷凝后形成的冷凝水用于与淀粉乳进行一次热交换。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中的温度(除由热交换产生的温度变化)是通过消耗蒸汽提供的。
以下实施例和对比例中，使用的淀粉质原料为将玉米(水分含量为13重量％)粉碎后得到的平均粒度为10微米的玉米原料；换热借助列管换热器(美国brown公司)进行，具体操作参见其说明书；脱色的步骤为：往糖液中添加0.5g/100g糖液的活性炭(比表面积1000m2/g、粒度小于50μm)，水浴搅拌脱色后过滤除去活性炭；离子交换使用的阳离子交换树脂为732强酸性阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为d311弱碱性阴离子交换树脂，料液依次通过“阳—阴—阳—阴”串联的离子交换树脂滤床，料液的流速控制为2bv/h；透光率的测定方法参照标准qb/t2319-1997，所用仪器为光谱sp-752紫外可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司)，透光率越高，说明糖液的浊度越低，糖液越纯净。
实施例1
往淀粉质原料中加水配制成干物质含量为35重量％的淀粉乳(温度为25℃)，并依次进行液化、糖化、脱色、离子交换和蒸发处理，具体操作如下：
将蒸发处理过程中产生的蒸汽冷凝后(形成冷凝水，温度为58℃，流量为25吨/小时)与淀粉乳进行一级热交换，经过一级热交换的淀粉乳的温度为35℃，再将一级热交换后的淀粉乳与脱色后的物料(温度为65℃，流量为41吨/小时)进行二级热交换，经过二级热交换的淀粉乳的温度为55℃；
向经过二级热交换的淀粉乳中加入氢氧化钙调节ph＝6.0，加入α-淀粉酶(每吨干物质加入420g的α-淀粉酶)，搅拌均匀后用泵打入液化装置，液化的温度为110℃，液化的时间为2.5h；
将液化后得到的液化液加入糖化装置，在60℃，ph值4.4下，加入糖化酶(杰能科公司生产的4060复合糖化酶，每吨干物质加入550g的糖化酶)，搅拌48h；
将糖化后得到的糖化液与活性炭接触进行脱色(脱色的温度为65℃，脱色的时间为30min)，并将脱色后的物料与经过一级热交换的淀粉乳进行二级热交换，经过二级热交换的脱色后的物料的温度为47℃，将经过二级热交换的脱色后的物料进行离子交换，再将离子交换后的物料进行蒸发处理(温度为100℃)，蒸发处理形成的蒸汽冷凝后与淀粉乳进行一级热交换，一级热交换后排出的冷凝水(温度为45℃)进入离子交换过程，用于清洗离子交换树脂。待蒸发处理后的物料体积是蒸发处理前物料体积的0.6倍时，即停止蒸发，得到糖液，该糖液的透光率为99％。
该制糖过程中，蒸汽的消耗量为0.32吨/吨淀粉乳(以干物质计)。
实施例2
往淀粉质原料中加水配制成干物质含量为40重量％的淀粉乳(温度为25℃)，并依次进行液化、糖化、脱色、离子交换和蒸发处理，具体操作如下：
将蒸发处理过程中产生的蒸汽冷凝后(形成冷凝水，温度为65℃，流量为26吨/小时)与淀粉乳进行一级热交换，经过一级热交换的淀粉乳的温度为45℃，再将一级热交换后的淀粉乳与脱色后的物料(温度为75℃，流量为45吨/小时)进行二级热交换，经过二级热交换的淀粉乳的温度为60℃；
向经过二级热交换的淀粉乳中加入氢氧化钙调节ph＝6.0，加入α-淀粉酶(每吨干物质加入420g的α-淀粉酶)，搅拌均匀后用泵打入液化装置，液化的温度为120℃，液化的时间为2h；
将液化后得到的液化液加入糖化装置，在70℃，ph值4.4下，加入糖化酶(杰能科公司生产的4060复合糖化酶，每吨干物质加入550g的糖化酶)，搅拌36h；
将糖化后得到的糖化液与活性炭接触进行脱色(脱色的温度为75℃，脱色的时间为15min)，并将脱色后的物料与经过一级热交换的淀粉乳进行二级热交换，经过二级热交换的脱色后的物料的温度为50℃，将经过二级热交换的脱色后的物料进行离子交换，再将离子交换后的物料进行蒸发处理(温度为110℃)，蒸发处理形成的蒸汽冷凝后与淀粉乳进行一级热交换，一级热交换后排出的冷凝水(温度为47℃)进入离子交换过程，用于清洗离子交换树脂。待蒸发处理后的物料体积是蒸发处理前物料体积的0.6倍时，即停止蒸发，得到糖液，该糖液的透光率为98％。
该制糖过程中，蒸汽的消耗量为0.31吨/吨淀粉乳(以干物质计)。
实施例3
往淀粉质原料中加水配制成干物质含量为37重量％的淀粉乳(温度为25℃)，并依次进行液化、糖化、脱色、、离子交换和蒸发处理，具体操作如下：
将蒸发处理过程中产生的蒸汽冷凝后(形成冷凝水，温度为68℃，流量为24吨/小时)与淀粉乳进行一级热交换，经过一级热交换的淀粉乳的温度为40℃，再将一级热交换后的淀粉乳与脱色后的物料(温度为70℃，流量为43吨/小时)进行二级热交换，经过二级热交换的淀粉乳的温度为57℃；
向经过二级热交换的淀粉乳中加入氢氧化钙调节ph＝6.0，加入α-淀粉酶(每吨干物质加入420g的α-淀粉酶)，搅拌均匀后用泵打入液化装置，液化的温度为115℃，液化的时间为2.2h；
将液化后得到的液化液加入糖化装置，在65℃，ph值4.4下，加入糖化酶(杰能科公司生产的4060复合糖化酶，每吨干物质加入550g的糖化酶)，搅拌40h；
将糖化后得到的糖化液与活性炭接触进行脱色(脱色的温度为70℃，脱色的时间为20min)，并将脱色后的物料与经过一级热交换的淀粉乳进行二级热交换，经过二级热交换的脱色后的物料的温度为45℃，将经过二级热交换的脱色后的物料进行离子交换，再将离子交换后的物料进行蒸发处理(温度为105℃)，蒸发处理形成的蒸汽冷凝后与淀粉乳进行一级热交换，一级热交换后排出的冷凝水(温度为46℃)进入离子交换过程，用于清洗离子交换树脂。待蒸发处理后的物料体积是蒸发处理前物料体积的0.7倍时，即停止蒸发，得到糖液，该糖液的透光率为98.5％。
该制糖过程中，蒸汽的消耗量为0.315吨/吨淀粉乳(以干物质计)。
对比例1
往淀粉质原料中加水配制成干物质含量为35重量％的淀粉乳(温度为25℃)，并依次进行液化、糖化、脱色、离子交换和蒸发处理，具体操作如下(热交换的顺序不同于实施例1)：
将淀粉乳与脱色后的物料(温度为65℃，流量为41吨/小时)进行一级热交换，经过一级热交换的淀粉乳的温度为40℃，将蒸发处理过程中产生的蒸汽冷凝后(形成冷凝水，温度为58℃，流量为25吨/小时)与淀粉乳进行二级热交换，经过二级热交换的淀粉乳的温度为47℃；
向经过二级热交换的淀粉乳中加入氢氧化钙调节ph＝6.0，加入α-淀粉酶(每吨干物质加入420g的α-淀粉酶)，搅拌均匀后用泵打入液化装置，液化的温度为110℃，液化的时间为2.5h；
将液化后得到的液化液加入糖化装置，在60℃，ph值4.4下，加入糖化酶(杰能科公司生产的4060复合糖化酶，每吨干物质加入550g的糖化酶)，搅拌48h；
将糖化后得到的糖化液与活性炭接触进行脱色(脱色的温度为65℃，脱色的时间为30min)，并将脱色后的物料与淀粉乳进行一级热交换，经过一级热交换的脱色后的物料的温度为42℃，将经过一级热交换的脱色后的物料进行离子交换，再将离子交换后的物料进行蒸发处理(温度为100℃)，蒸发处理形成的蒸汽冷凝后与经过一级热交换的淀粉乳进行二级热交换，二级热交换后排出的冷凝水(温度为53℃)进入离子交换过程，用于清洗离子交换树脂。待蒸发处理后的物料体积是蒸发处理前物料体积的0.6倍时，即停止蒸发，得到糖液，该糖液的透光率为81％。
该制糖过程中，蒸汽的消耗量为0.33吨/吨淀粉乳(以干物质计)。
对比例2
往淀粉质原料中加水配制成干物质含量为35重量％的淀粉乳(温度为25℃)，并依次进行液化、糖化、脱色、离子交换和蒸发处理，具体操作如下(不包括热交换的步骤)：
加入氢氧化钙调节ph＝6.0，加入α-淀粉酶(每吨干物质加入420g的α-淀粉酶)，搅拌均匀后用泵打入液化装置，液化的温度为110℃，液化的时间为2.5h；
将液化后得到的液化液加入糖化装置，在60℃，ph值4.4下，加入糖化酶(杰能科公司生产的4060复合糖化酶，每吨干物质加入550g的糖化酶)，搅拌48h；
将糖化后得到的糖化液与活性炭接触进行脱色(脱色的温度为65℃，脱色的时间为30min)，并将脱色后的物料(温度为65℃)进行离子交换，再将离子交换后的物料进行蒸发处理(温度为100℃)，待蒸发处理后的物料体积是蒸发处理前物料体积的0.6倍时，即停止蒸发，得到糖液，该糖液的透光率为74％。
该制糖过程中，蒸汽的消耗量为0.35吨/吨淀粉乳(以干物质计)。
由上述实施例和对比例的结果可以看出，本发明所述制糖方法可以有效降低制糖工艺中蒸汽的消耗量，从而有效降低制糖成本。而且，经测定，最终获得的糖液的透光率为98％-99％。而由对比例1与实施例1的结果比较可以看出，将一级热交换和二级热交换的顺序变换之后，不仅蒸汽消耗量增加，糖液的透光率也变差；由对比例2与实施例1的结果比较可以看出，对比例2中由于脱色后的物料温度过高，直接进行离子交换影响了糖的精制效果。综上，通过本发明的方法进行换热能够在保证较佳制糖效果的同时节省蒸汽消耗量。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。