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，脱色和蒸发过程中需要用大量的蒸汽为原料升温，以控制最佳的工艺温度，由于消耗大量蒸汽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：将所述液化得到的液化液进行闪蒸而得到蒸汽和闪蒸后物料，所得蒸汽部分或全部用于为蒸发处理提供热量，所得闪蒸后物料用于糖化。
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，在所述液化装置和所述糖化装置之间的管路上设置有旋流闪蒸装置，所述旋流闪蒸装置的蒸汽出口与所述蒸发装置连通，所述旋流闪蒸装置的物料出口与所述糖化装置连通。
本发明通过将液化后物料中的热量用于为蒸发处理提供热量，减少了蒸发过程中蒸汽的用量；根据本发明的一种优选实施方式，将蒸发处理过程中产生的蒸汽用于对糖化后的物料提供热量，减少了脱色过程中使用的蒸汽量，进而降低制糖的成本，在该优选实施方式中，处理1吨淀粉乳(以干物质计)可以节约蒸汽0.069-0.071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101-104万(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、液化装置2、旋流闪蒸装置3、糖化装置4、换热器5、脱色装置6、离子交换装置7、蒸发装置8。
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，其特征在于，所述方法还包括：将所述液化得到的液化液进行闪蒸而得到蒸汽和闪蒸后物料，所得蒸汽部分或全部用于为蒸发处理提供热量，所得闪蒸后物料用于糖化。
本发明中，利用闪蒸后得到的蒸汽为蒸发处理提供热量，可以有效减少蒸发处理过程中蒸汽的消耗量。
本发明中，对所述闪蒸的实施方式没有特别的限定，可以为本领域的常规选择，例如可以在旋流闪蒸器中进行。
本发明中，优选情况下，所述闪蒸的条件包括：闪蒸的温度为95-98℃，闪蒸的压力为-0.06MPa至-0.09MPa。在上述闪蒸的条件下，不仅可以充分利用物料中的蒸汽热量，还可以保证制糖的品质。
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。
根据本发明的一种优选实施方式，所述方法还包括：将糖化后的物料进行脱色之前先与所述蒸发处理产生的蒸汽进行热交换，以使糖化后的物料升温。在该优选实施方式中，采用蒸发处理产生的蒸汽使糖化后的物料升温，可以有效减少将糖化后的物料进行脱色的过程中消耗蒸汽的量。
本发明中，可以根据脱色的温度要求来确定糖化后的物料升温幅度，优选情况下，所述热交换使得所述糖化后的物料的温度增加到65-75℃。
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，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55-60℃，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罐中，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。
根据本发明的另一种优选实施方式，将脱色后的物料进行蒸发处理之前先进行离子交换处理。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。
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2、糖化装置4、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2连通，所述液化装置2与所述糖化装置4连通，所述糖化装置4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，在所述液化装置2和所述糖化装置4之间的管路上设置有旋流闪蒸装置3，所述旋流闪蒸装置3的蒸汽出口与所述蒸发装置8连通(使闪蒸所得蒸汽部分或全部用于为蒸发处理提供热量)，所述旋流闪蒸装置3的物料出口与所述糖化装置4连通。
根据发明的一种优选实施方式，该系统还包括换热器5，所述换热器5分别与糖化装置4的物料出口和所述蒸发装置8的蒸汽出口连通，用于使糖化装置4排出的物料与所述蒸发装置8排出的蒸汽进行热交换。通过所述换热器5使所述蒸发装置8排出的蒸汽对所述糖化装置4排出的物料进行加热，减少对所述糖化装置4排出的物料进行脱色时蒸汽的用量。
根据发明的另一种优选实施方式，所述系统还包括离子交换装置7，所述离子交换装置7位于所述脱色装置6和所述蒸发装置8之间的管路上。离子交换装置7的作用是对物料进行精制。
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，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：
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；
将液化得到的液化液在旋流闪蒸器中进行闪蒸，闪蒸的条件包括：闪蒸的温度为95℃，闪蒸的压力为-0.06MPa。闪蒸后所得蒸汽全部用于为蒸发处理提供热量，所得闪蒸后物料进入糖化装置，在56℃，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；
糖化后得到的物料(温度为56℃，41吨/小时)与蒸发处理产生的蒸汽进行热交换，热交换后的物料温度为65℃；
将热交换后的物料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与糖化后得到的物料进行热交换。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0.279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，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：
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；
将液化得到的液化液在旋流闪蒸器中进行闪蒸，闪蒸的条件包括：闪蒸的温度为98℃，闪蒸的压力为-0.09MPa。闪蒸后所得蒸汽全部用于为蒸发处理提供热量，所得闪蒸后物料进入糖化装置，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36h；
糖化后得到的物料(温度为60℃，41吨/小时)与蒸发处理产生的蒸汽进行热交换，热交换后的物料温度为75℃；
将热交换后的物料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与糖化后得到的物料进行热交换。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0.281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，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：
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；
将液化得到的液化液在旋流闪蒸器中进行闪蒸，闪蒸的条件包括：闪蒸的温度为96℃，闪蒸的压力为-0.07MPa。闪蒸后所得蒸汽全部用于为蒸发处理提供热量，所得闪蒸后物料进入糖化装置，在57℃，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；
糖化后得到的物料(温度为57℃，41吨/小时)与蒸发处理产生的蒸汽进行热交换，热交换后的物料温度为69℃；
将热交换后的物料与活性炭接触进行脱色(脱色的温度为69℃，脱色的时间为20min)，并将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与糖化后得到的物料进行热交换。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0.28吨/吨淀粉乳(以干物质计)。
实施例4
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，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(不包括将糖化后的物料进行热交换的步骤)：
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；
将液化得到的液化液在旋流闪蒸器中进行闪蒸，闪蒸的条件包括：闪蒸的温度为95℃，闪蒸的压力为-0.06MPa。闪蒸后所得蒸汽全部用于为蒸发处理提供热量，所得闪蒸后物料进入糖化装置，在56℃，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；
将糖化后得到的物料(温度为56℃，41吨/小时)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99％。
该制糖过程中，蒸汽的消耗量为0.29吨/吨淀粉乳(以干物质计)。
实施例5
按照实施例1的方法制糖，不同的是，闪蒸的条件为：闪蒸的温度为80℃，闪蒸的压力为-0.05MPa。
得到糖液的透光率为99％。该制糖过程中，蒸汽的消耗量为0.3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，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(不包括闪蒸和热交换的步骤)：
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；
液化得到的液化液进入糖化装置，在56℃，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；
将糖化后得到的物料(温度为56℃，41吨/小时)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99％。
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％。由实施例4与实施例1的结果比较可以看出，本发明中将蒸发处理中产生的蒸汽通过热交换提高糖化后的物料的温度，有效减少脱色过程的蒸汽用量，进而减少蒸汽总用量。由实施例5与实施例1的结果比较可以看出，在本发明所述闪蒸条件下，可以为蒸发处理过程提供大量蒸汽，从而进一步降低制糖过程的蒸汽用量；对比例1与实施例1的结果比较可以看出，本发明所述制糖方法可以有效降低制糖过程中蒸汽的用量，进而降低制糖成本。
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。