一種改進的甘蔗糖廠亞硫酸法新工藝

高正卿，陳 勇，何桂源，李亞昆，秦 牧

（云南省輕工業科學研究院，昆明650034）

食糖是人民生活必需品之一，隨著人民生活水平的提高，食糖的消費量隨之增加，食糖仍將是人類食品中不可替代的甜味劑。我國食糖的生產除少數采用碳酸法工藝外，絕大部分甘蔗糖廠采用亞硫酸法工藝生產。亞硫酸法糖廠由于生產不穩定，清凈效率較低，質量波動較大，生產的白糖質量普遍不高，主要是成品糖色值、混濁度及SO2含量較高，產品缺乏競爭力。隨著經濟的快速發展，人民對食糖的質量要求也越來越高。因此，改進亞硫酸法工藝生產高品質白糖是甘蔗糖業需要研究的一個重要課題。

云南省輕工業科學研究院針對目前我國亞硫酸法糖廠普遍存在產品質量較差、進行工藝改造迫在眉睫的現狀，在云南省科技創新強省計劃項目的支持下，提出一種改進亞硫酸法新工藝：利用糖廠廢棄物——蔗渣生產制糖專用吸附劑，借助制糖專用吸附劑來對蔗汁進行脫色、脫硫處理，使色源物質和色素、殘硫吸附后除去，同時大量除去膠體物質，提高清凈效率，生產出低硫、低色值、低濁度的優質糖，從根本上達到提高白砂糖質量、優化產品結構的目的，實現用簡單、經濟的辦法解決長期困擾制糖工業界的二次硫熏問題，使亞硫酸法工藝生產出的產品能夠滿足食品工業的發展、人們生活水平的提高及新標準《〈白砂糖〉GB317-2006》對食糖質量的要求，徹底改變亞硫酸法工藝及設備不能穩定生產高質量白砂糖的歷史。

1 國內外改進亞硫酸法工藝的研究動態

由于生產和產品存在很多問題，如何改造亞硫酸法工藝一直是糖業研究的一個重點。1994年，云南省輕工研究院完成了云南省科技廳“八五”攻關項目“低溫強堿改進亞硫酸法工藝”。該工藝曾在幾個糖廠推廣應用，但還存在一些如浮渣和濾泥的過濾、積垢等問題需進一步研究解決。1999年，南寧糖業進行了“低溫磷浮法”改造碳酸法的中試，取得了較好成效。近年來，一些糖廠采用糖漿上浮技術，也取得一定效果。據介紹，采用該技術糖漿脫色率在20%左右，混濁度降低50%以上；成品糖色值降低20～30 IU，SO2含量≤10 mg/kg。2002年底，某糖廠借鑒北方甜菜糖廠碳酸法生產的經驗，欲采用酒精發酵產生的CO2對糖漿進行飽充，以期得到高質量的糖漿，生產高質量糖。但該方法存在過濾、運行穩定性及需大量硫熏而使產品SO2偏高等問題。

近年來，有的糖廠煮糖時通過添加蔗糖脂降低糖膏粘度、提高結晶速度來取消二次硫熏、降低產品色值和SO2，雖然有的廠在一定時期有一定的效果，但作用有限，其原理決定了該法只能是一種輔助方法。有的糖廠用H2O2進行脫色，但H2O2進行脫色作用在不同的糖廠效果不一樣，使用效果不穩定，最大的缺點是H2O2對設備的腐蝕極為嚴重，糖廠使用后得不償失。在南非，研究人員用臭氧對糖漿進行脫色試驗，但近年未見有進一步報道。

上述方法都是針對亞硫酸法的缺陷進行的一些改進，都有一定的理論依據。但是這些方法也存在一些的缺點：投資大，技術不成熟，使用成本高，效果不明顯等。總體來看，這些方法都難以使糖廠的生產和產品質量上一個大的臺階，局限性依然較大。因此，如何改進甚至替代亞硫酸法依然需要進一步探索。

2 新工藝提出的思路

甘蔗經過壓榨后蔗汁中的非糖雜質大致可以分為四大類：一是蔗渣、蔗糠、泥沙等不溶物和懸浮物；二是蛋白質、蔗蠟、蔗脂、樹膠、葡聚糖等膠體物質；三是葉綠素、葉黃素、酚類、黃酮類等色素物質；四是包括無機酸鹽、有機酸鹽在內的鹽類。目前，國內甘蔗糖廠生產白砂糖主要采用亞硫酸法和碳酸法澄清工藝。下面對兩種工藝清凈效果進行比較。

表1 亞硫酸法和碳酸法清凈效率比較

無論是亞硫酸法，還是碳酸法，對不溶物和懸浮物的去除率均較高，對膠體、色素的去除率亞硫酸法較低，而對于鹽類亞硫酸法工藝非但去除不理想，反而增加，亦即去除其他雜質是以增加灰分（鈣鹽）為代價的。亞硫酸法澄清工藝是通過添加磷酸、石灰、二氧化硫等化學試劑與蔗汁中的物質相互反應，生成磷酸鈣、亞硫酸鈣等沉淀，以吸附蔗汁中膠體、色素等雜質而將其去除，這一過程在絮凝劑的輔助下最終在沉降器中完成。總體來看，碳酸法的清凈效率要比亞硫酸法高，其產品質量也較好。但碳酸法投資較大，流程較長，成本較高，特別是其濾泥的污染問題難以解決，迫于環保的壓力，國內已有多個碳酸法甘蔗糖廠改用亞硫酸法。

如果去除蔗汁中的雜質不是采用在沉降器中一次完成，而是根據不同雜質的性質采用不同的方法進行有針對性的處理，可能效果將有所不同。例如去除不溶物和懸浮物可采用沉降或過濾的方法，去除率可達95%；去除膠體可采用膜分離技術，去除率可達99%；去除色素可用離子交換或活性炭，其中離子交換技術的色素去除率在90%以上，活性炭的色素去除率可達85%；去除鹽類可采用離子交換，去除率可高達99%。很明顯，如果將這些方法在充分考慮技術、經濟可行性的前提下有機地結合起來集成應用，則澄清的效果將大大提高，生產高質量糖將可通過“一步法”完成。本新工藝的提出就是基于這樣的認識，試圖在這方面進行一些探索。

3 新工藝流程及技術指標

3.1 工藝流程

新工藝流程見圖1。

圖1 新工藝流程圖

3.2 技術指標

糖廠使用新工藝后，根據使用不同配方的吸附劑能穩定達到如下技術指標：清汁脫色率30%-85%，混濁度去除率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，能保證糖廠全榨季穩定生產一級糖、優級糖、飲料糖，甚至生產色值在30 IU以下的極低色值糖。

4 新工藝的技術原理和技術成熟度

制糖專用吸附劑是一種具有特殊結構和性質的無定形碳，是一種混合物。由于具有較高的表面積、孔隙率、較寬的孔徑分布，同時在表面上含有大量的含氧基團，使其具備很強的選擇性吸附能力。本工藝采用的吸附劑是專門針對糖汁中的葉綠素、葉黃素、鐵多酚絡合物、類黑精及焦糖色素這些主要色源物質及色素研制的。制糖專用吸附劑孔徑分布和表面特性對不同物質的選擇性吸附起到關鍵作用。用該吸附劑對糖汁進行處理后，可使色源物質和色素、SO2被吸附而大量去除。同時吸附劑對糖汁中的膠體物質、表面活性雜質有較好的吸附作用，可大量去除此類物質。因此，本技術能達到從根本上提高白砂糖質量的目的。

云南省輕工研究院自科技創新強省項目“甘蔗糖業循環經濟產業化關鍵技術研究與示范”實施以來，對該項目進行全面、系統、深入的研究，通過實驗室試驗（昆明），選定了利用糖廠廢棄的蔗渣生產制糖專用吸附劑回用于糖廠清汁脫色、脫硫、除膠體以取消糖廠二次硫熏、提高產品質量的技術路線，在某糖廠進行小試（擴大），結果與實驗室試驗相似，建立了小試工藝流程，在另一糖廠進行了中試，中試規模為3 m3/h。中試實現了設備及工藝的安全、穩定、連續運行。中試達到了預期目的，取得了滿意的效果。

總之，新工藝嚴格遵循科技開發的一般規律，通過實驗室試驗、小試及其擴大、中試的不斷改進和完善，借鑒了相關行業的經驗，該技術已趨成熟，具備產業化條件。新工藝技術特點：（l）大幅度提高產品質量，增加產品品種，優化產品結構,是本研究的一個突出特點；（2）工藝簡單，操作方便，清凈效率高，回收率高，處理效果穩定，節能降耗，自動化程度高，技術先進適用；（3）投資少，成本低，效益好，安全可靠；（4）可以減少剩余蔗渣對環境的污染，實現廢物的資源化利用；（5）可以拓展糖蜜的利用空間，提高糖蜜的利用效益。

5 結論

應用新工藝改造糖廠，既是一個糖廠工藝技術改造研究，又是一個綜合利用研究，還是一個環境污染治理研究。研究既提高了糖廠的產品質量，又使廢棄物得到充分利用，使污染得到資源化治理，變廢為寶。新工藝技術有較好的經濟效益、社會效益和生態效益，隨著生態工業和循環經濟的興起，可以預見新工藝將有較好的應用推廣前景。

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