一种改进的甘蔗糖厂亚硫酸法新工艺

高正卿，陈 勇，何桂源，李亚昆，秦 牧

（云南省轻工业科学研究院，昆明650034）

食糖是人民生活必需品之一，随着人民生活水平的提高，食糖的消费量随之增加，食糖仍将是人类食品中不可替代的甜味剂。我国食糖的生产除少数采用碳酸法工艺外，绝大部分甘蔗糖厂采用亚硫酸法工艺生产。亚硫酸法糖厂由于生产不稳定，清净效率较低，质量波动较大，生产的白糖质量普遍不高，主要是成品糖色值、混浊度及SO2含量较高，产品缺乏竞争力。随着经济的快速发展，人民对食糖的质量要求也越来越高。因此，改进亚硫酸法工艺生产高品质白糖是甘蔗糖业需要研究的一个重要课题。

云南省轻工业科学研究院针对目前我国亚硫酸法糖厂普遍存在产品质量较差、进行工艺改造迫在眉睫的现状，在云南省科技创新强省计划项目的支持下，提出一种改进亚硫酸法新工艺：利用糖厂废弃物——蔗渣生产制糖专用吸附剂，借助制糖专用吸附剂来对蔗汁进行脱色、脱硫处理，使色源物质和色素、残硫吸附后除去，同时大量除去胶体物质，提高清净效率，生产出低硫、低色值、低浊度的优质糖，从根本上达到提高白砂糖质量、优化产品结构的目的，实现用简单、经济的办法解决长期困扰制糖工业界的二次硫熏问题，使亚硫酸法工艺生产出的产品能够满足食品工业的发展、人们生活水平的提高及新标准《〈白砂糖〉GB317-2006》对食糖质量的要求，彻底改变亚硫酸法工艺及设备不能稳定生产高质量白砂糖的历史。

1 国内外改进亚硫酸法工艺的研究动态

由于生产和产品存在很多问题，如何改造亚硫酸法工艺一直是糖业研究的一个重点。1994年，云南省轻工研究院完成了云南省科技厅“八五”攻关项目“低温强碱改进亚硫酸法工艺”。该工艺曾在几个糖厂推广应用，但还存在一些如浮渣和滤泥的过滤、积垢等问题需进一步研究解决。1999年，南宁糖业进行了“低温磷浮法”改造碳酸法的中试，取得了较好成效。近年来，一些糖厂采用糖浆上浮技术，也取得一定效果。据介绍，采用该技术糖浆脱色率在20%左右，混浊度降低50%以上；成品糖色值降低20～30 IU，SO2含量≤10 mg/kg。2002年底，某糖厂借鉴北方甜菜糖厂碳酸法生产的经验，欲采用酒精发酵产生的CO2对糖浆进行饱充，以期得到高质量的糖浆，生产高质量糖。但该方法存在过滤、运行稳定性及需大量硫熏而使产品SO2偏高等问题。

近年来，有的糖厂煮糖时通过添加蔗糖脂降低糖膏粘度、提高结晶速度来取消二次硫熏、降低产品色值和SO2，虽然有的厂在一定时期有一定的效果，但作用有限，其原理决定了该法只能是一种辅助方法。有的糖厂用H2O2进行脱色，但H2O2进行脱色作用在不同的糖厂效果不一样，使用效果不稳定，最大的缺点是H2O2对设备的腐蚀极为严重，糖厂使用后得不偿失。在南非，研究人员用臭氧对糖浆进行脱色试验，但近年未见有进一步报道。

上述方法都是针对亚硫酸法的缺陷进行的一些改进，都有一定的理论依据。但是这些方法也存在一些的缺点：投资大，技术不成熟，使用成本高，效果不明显等。总体来看，这些方法都难以使糖厂的生产和产品质量上一个大的台阶，局限性依然较大。因此，如何改进甚至替代亚硫酸法依然需要进一步探索。

2 新工艺提出的思路

甘蔗经过压榨后蔗汁中的非糖杂质大致可以分为四大类：一是蔗渣、蔗糠、泥沙等不溶物和悬浮物；二是蛋白质、蔗蜡、蔗脂、树胶、葡聚糖等胶体物质；三是叶绿素、叶黄素、酚类、黄酮类等色素物质；四是包括无机酸盐、有机酸盐在内的盐类。目前，国内甘蔗糖厂生产白砂糖主要采用亚硫酸法和碳酸法澄清工艺。下面对两种工艺清净效果进行比较。

表1 亚硫酸法和碳酸法清净效率比较

无论是亚硫酸法，还是碳酸法，对不溶物和悬浮物的去除率均较高，对胶体、色素的去除率亚硫酸法较低，而对于盐类亚硫酸法工艺非但去除不理想，反而增加，亦即去除其他杂质是以增加灰分（钙盐）为代价的。亚硫酸法澄清工艺是通过添加磷酸、石灰、二氧化硫等化学试剂与蔗汁中的物质相互反应，生成磷酸钙、亚硫酸钙等沉淀，以吸附蔗汁中胶体、色素等杂质而将其去除，这一过程在絮凝剂的辅助下最终在沉降器中完成。总体来看，碳酸法的清净效率要比亚硫酸法高，其产品质量也较好。但碳酸法投资较大，流程较长，成本较高，特别是其滤泥的污染问题难以解决，迫于环保的压力，国内已有多个碳酸法甘蔗糖厂改用亚硫酸法。

如果去除蔗汁中的杂质不是采用在沉降器中一次完成，而是根据不同杂质的性质采用不同的方法进行有针对性的处理，可能效果将有所不同。例如去除不溶物和悬浮物可采用沉降或过滤的方法，去除率可达95%；去除胶体可采用膜分离技术，去除率可达99%；去除色素可用离子交换或活性炭，其中离子交换技术的色素去除率在90%以上，活性炭的色素去除率可达85%；去除盐类可采用离子交换，去除率可高达99%。很明显，如果将这些方法在充分考虑技术、经济可行性的前提下有机地结合起来集成应用，则澄清的效果将大大提高，生产高质量糖将可通过“一步法”完成。本新工艺的提出就是基于这样的认识，试图在这方面进行一些探索。

3 新工艺流程及技术指标

3.1 工艺流程

新工艺流程见图1。

图1 新工艺流程图

3.2 技术指标

糖厂使用新工艺后，根据使用不同配方的吸附剂能稳定达到如下技术指标：清汁脱色率30%-85%，混浊度去除率90%～99%，可取消二次硫熏；白砂糖色值120～30 IU以下；SO210～5 mg/kg以下，能保证糖厂全榨季稳定生产一级糖、优级糖、饮料糖，甚至生产色值在30 IU以下的极低色值糖。

4 新工艺的技术原理和技术成熟度

制糖专用吸附剂是一种具有特殊结构和性质的无定形碳，是一种混合物。由于具有较高的表面积、孔隙率、较宽的孔径分布，同时在表面上含有大量的含氧基团，使其具备很强的选择性吸附能力。本工艺采用的吸附剂是专门针对糖汁中的叶绿素、叶黄素、铁多酚络合物、类黑精及焦糖色素这些主要色源物质及色素研制的。制糖专用吸附剂孔径分布和表面特性对不同物质的选择性吸附起到关键作用。用该吸附剂对糖汁进行处理后，可使色源物质和色素、SO2被吸附而大量去除。同时吸附剂对糖汁中的胶体物质、表面活性杂质有较好的吸附作用，可大量去除此类物质。因此，本技术能达到从根本上提高白砂糖质量的目的。

云南省轻工研究院自科技创新强省项目“甘蔗糖业循环经济产业化关键技术研究与示范”实施以来，对该项目进行全面、系统、深入的研究，通过实验室试验（昆明），选定了利用糖厂废弃的蔗渣生产制糖专用吸附剂回用于糖厂清汁脱色、脱硫、除胶体以取消糖厂二次硫熏、提高产品质量的技术路线，在某糖厂进行小试（扩大），结果与实验室试验相似，建立了小试工艺流程，在另一糖厂进行了中试，中试规模为3 m3/h。中试实现了设备及工艺的安全、稳定、连续运行。中试达到了预期目的，取得了满意的效果。

总之，新工艺严格遵循科技开发的一般规律，通过实验室试验、小试及其扩大、中试的不断改进和完善，借鉴了相关行业的经验，该技术已趋成熟，具备产业化条件。新工艺技术特点：（l）大幅度提高产品质量，增加产品品种，优化产品结构,是本研究的一个突出特点；（2）工艺简单，操作方便，清净效率高，回收率高，处理效果稳定，节能降耗，自动化程度高，技术先进适用；（3）投资少，成本低，效益好，安全可靠；（4）可以减少剩余蔗渣对环境的污染，实现废物的资源化利用；（5）可以拓展糖蜜的利用空间，提高糖蜜的利用效益。

5 结论

应用新工艺改造糖厂，既是一个糖厂工艺技术改造研究，又是一个综合利用研究，还是一个环境污染治理研究。研究既提高了糖厂的产品质量，又使废弃物得到充分利用，使污染得到资源化治理，变废为宝。新工艺技术有较好的经济效益、社会效益和生态效益，随着生态工业和循环经济的兴起，可以预见新工艺将有较好的应用推广前景。

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