膜分離技術(shù)在蔗糖純化工藝中的應(yīng)用研究

◎ 蘇 美，王俊杰

（廣西來賓東糖遷江有限公司，廣西 來賓 546100）

蔗糖是一種重要的食品添加劑和工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域[1]。蔗糖甜味純正穩(wěn)定，易于溶解和調(diào)色，在糖果、冰淇淋等食品制造中應(yīng)用尤其廣泛。隨著人們對食品質(zhì)量和安全的要求不斷提高，行業(yè)對蔗糖的純度要求也越來越高。傳統(tǒng)的蔗糖純化工藝存在能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，無法滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求。因此，研究新型的蔗糖純化技術(shù)具有重要意義。

膜分離技術(shù)是一種新型的分離技術(shù)，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2]。本文旨在探討膜分離技術(shù)在蔗糖純化工藝中的應(yīng)用，以供參考。

1 膜分離技術(shù)的基本原理

膜分離技術(shù)是利用膜的選擇透過性，將溶液中的不同組分分離出來的一種技術(shù)。在膜分離過程中，溶液通過膜的表面，某些組分被膜截留，而其他組分則透過膜，從而實現(xiàn)組分的分離和濃縮。膜分離技術(shù)的核心是半透膜，它可以運用膜分離技術(shù)有選擇性的讓某些物質(zhì)通過。半透膜的選擇透過性是基于不同物質(zhì)在膜上的吸附能力和擴散速度的不同：較小的分子和離子可以比較容易地通過膜，而較大的分子和粒子則被截留在膜的一側(cè)。

根據(jù)膜的種類和性質(zhì)的不同，膜分離技術(shù)可分為微濾、超濾、納濾和反滲透等多種類型[3]。在蔗糖純化工藝中，主要利用超濾、納濾和反滲透技術(shù)。①超濾膜的孔徑范圍為1～100 nm，可以截留大分子物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多糖等，而允許小分子物質(zhì)，如無機鹽、水等通過。②納濾膜的孔徑范圍為1～10 nm，可以截留分子量在幾百到幾千道爾頓之間的物質(zhì)，如蔗糖、葡萄糖等，而允許水和小分子物質(zhì)通過。③反滲透膜的孔徑范圍為0.1～1 nm，可以截留離子和小分子物質(zhì)，如無機鹽、有機物等。因此，通過超濾、納濾和反滲透技術(shù)，可以實現(xiàn)對蔗糖的選擇性分離和純化。

2 膜分離技術(shù)對傳統(tǒng)的蔗糖純化工藝的影響

傳統(tǒng)的蔗糖純化工藝主要包括原糖的制備、蔗糖的提取、精制和脫色等步驟。其中，原糖制備是將甘蔗或甜菜經(jīng)過破碎、壓榨、加熱、分蜜等工序制成糖漿；蔗糖的提取是采用加熱、加酸等方法，使糖漿中的蔗糖結(jié)晶析出，然后通過離心、洗滌等工序得到粗制蔗糖[4]；精制是將粗制蔗糖溶解后再進(jìn)行脫色、離子交換等處理，以去除其中的色素、雜質(zhì)和礦物質(zhì)等，而后再進(jìn)行結(jié)晶得到精制蔗糖。膜分離技術(shù)可以對糖漿進(jìn)行超濾和納濾處理，去除其中的懸浮物、蛋白質(zhì)、多糖等大分子物質(zhì)以及色素、異味等小分子物質(zhì)，從而提高糖漿的透明度和純度。相比于傳統(tǒng)的澄清和脫色方法，膜分離技術(shù)具有更高的分離效率和更好的分離效果。

3 膜分離技術(shù)在蔗糖純化工藝中的應(yīng)用

3.1 超濾和納濾技術(shù)的應(yīng)用

超濾和納濾技術(shù)可以用于原糖的制備過程中，截留大分子物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多糖等，而允許小分子物質(zhì)，如無機鹽、水等通過。因此，超濾和納濾技術(shù)可以用于糖漿的澄清處理，去除其中的懸浮物、蛋白質(zhì)、多糖等大分子物質(zhì)，從而提高糖漿的透明度和純度[5]。此外，超濾和納濾技術(shù)可以用于糖漿的脫色處理，去除其中的色素和異味。在超濾過程中，糖漿中的色素和異味物質(zhì)會被截留在膜的一側(cè)，從而得到清澈透明的糖漿。

相比傳統(tǒng)的活性炭脫色方法，超濾技術(shù)具有更高的脫色效率和更好的脫色效果。在超濾過程中，操作參數(shù)如膜孔徑、操作壓力、溫度等，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行優(yōu)化控制。在糖漿的濃縮處理中，糖漿中的水分和小分子物質(zhì)會透過膜，而蔗糖分子則被截留在膜的一側(cè)，從而實現(xiàn)糖漿的濃縮。相比傳統(tǒng)的加熱濃縮方法，超濾技術(shù)不僅更加高效、節(jié)能，還可以避免加熱過程中糖漿的分解和變色。

在糖漿的過濾過程中，除了蔗糖分子被截留在膜的一側(cè)外，其他有用成分，如葡萄糖、果糖等也可以被回收。這些成分可以用于生產(chǎn)其他產(chǎn)品，從而提高資源的利用率和經(jīng)濟效益。同時，超濾和納濾還可以用于制糖廢水的處理。通過膜技術(shù)，可以實現(xiàn)制糖廢水的凈化處理，去除其中的大分子物質(zhì)和有色物質(zhì)，回收部分有用物質(zhì)。

3.2 反滲透技術(shù)的應(yīng)用

在蔗糖純化工藝中，經(jīng)過超濾或納濾處理后的糖漿可以通過反滲透技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步濃縮。反滲透膜的孔徑范圍為0.1～1 nm，可以截留離子和小分子物質(zhì)，如無機鹽、有機物等，而允許水分子透過膜。因此，運用反滲透技術(shù)可以進(jìn)一步去除糖漿中的水分，從而得到更高濃度的糖漿。同時，反滲透技術(shù)還可以用于去除糖漿中的離子和小分子雜質(zhì)。在反滲透過程中，糖漿中的離子和小分子物質(zhì)會被截留在膜的一側(cè)，從而得到純凈的糖漿[6]。這種方法相比傳統(tǒng)的離子交換方法不僅更加高效和節(jié)能，還可以避免離子交換樹脂的再生過程和廢水的產(chǎn)生。對于工藝過程中產(chǎn)生的廢水，反滲透技術(shù)同樣能夠回收有用物質(zhì)。在糖漿的反滲透過程中，除了水分子可以透過膜外，其他有用物質(zhì)，如蔗糖、葡萄糖等也可以被回收，這些成分可以用于生產(chǎn)其他產(chǎn)品，從而提高資源的利用率和經(jīng)濟效益。

3.3 多種膜分離技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

超濾、納濾和反滲透技術(shù)，在蔗糖純化工藝中可以聯(lián)合應(yīng)用，從而實現(xiàn)更高效的分離和純化[7]。①采用超濾技術(shù)對原料糖漿進(jìn)行預(yù)處理，可以去除其中的大分子雜質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多糖等，從而提高糖漿的透明度和純度。②經(jīng)過超濾預(yù)處理后的糖漿可以通過納濾技術(shù)進(jìn)一步分離。納濾膜的孔徑較超濾更小，能夠更好地實現(xiàn)糖漿的濃縮和蔗糖的分離。③經(jīng)過納濾處理后的糖漿可以通過反滲透技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步濃縮。反滲透可以截留其中的雜離子和小分子物質(zhì)，如無機鹽、有機物等，而允許水分子透過膜。通過反滲透技術(shù)可以進(jìn)一步去除糖漿中的水分，從而得到更高濃度的糖漿。通過以上3 個步驟的聯(lián)合應(yīng)用，可以實現(xiàn)糖漿的高效分離和純化。換言之，超濾技術(shù)可去除大分子雜質(zhì)，納濾技術(shù)可實現(xiàn)糖漿的濃縮和蔗糖的分離，反滲透技術(shù)可進(jìn)一步去除離子和小分子雜質(zhì)以及濃縮糖漿。

4 結(jié)語

近年，隨著膜分離技術(shù)突飛猛進(jìn)，其在各行各業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。同樣，膜分離技術(shù)在蔗糖純化工藝中也具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，膜分離技術(shù)不斷得到改進(jìn)和完善，其在制糖行業(yè)的應(yīng)用也將越來越普遍。①膜分離技術(shù)可以提高糖漿的純度。采用膜分離技術(shù)可以對糖漿進(jìn)行超濾和納濾處理，去除其中的懸浮物、蛋白質(zhì)、多糖等大分子物質(zhì)以及色素、異味等小分子物質(zhì)，從而提高糖漿的透明度和純度。相比傳統(tǒng)的澄清和脫色方法，膜分離技術(shù)具有更高的分離效率和更好的分離效果。②膜分離技術(shù)可以簡化制糖工藝流程。傳統(tǒng)的制糖工藝需要經(jīng)過多道工序，而采用膜分離技術(shù)可以簡化其中的一些工序，不僅減少了操作步驟和設(shè)備投入，還降低了能源消耗和環(huán)境污染。③膜分離技術(shù)可以實現(xiàn)糖漿的濃縮和蔗糖的分離，相比傳統(tǒng)的加熱濃縮方法更加高效、節(jié)能，還可以避免加熱過程中糖漿的分解和變色。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，膜分離技術(shù)將越來越廣泛地應(yīng)用于制糖行業(yè)，為行業(yè)的發(fā)展帶來更大的經(jīng)濟效益和社會效益。