膜分离技术在制糖工业上的应用

　　膜分离技术在制糖工业上的应用
1、超滤用于清净糖汁
传统的工艺是加入石灰、SO2、磷酸等沉淀剂沉淀混合汁中的色素等杂质，但是其中的葡聚糖、淀粉、脂蜡非糖大分子难以除去，相比之下，采用超滤方法可以有效除去。将传统的清净工艺与超滤方法结合可以收到良好的效果。过滤之前，需要将悬浮物去掉，以免损坏滤膜。
美国进行了多项研究，用陶瓷膜过滤器混合汁，过滤后糖汁锤度不变，色值降低20%，浊度减少90%，混浊物除去99.6％，此外，淀粉除去46％，葡聚糖除去77％。同时糖汁纯度提高，锤度基本不变，说明蔗糖没有损失。
将经过超滤的糖汁进行后续的蒸发结晶实验对比，发现经过超滤的糖汁虽然没有加防垢剂，但是在蒸发罐内产生的积垢要少的多，这样在生产上可以减少清垢和能耗。膜处理的脱色效果超过了传统的结晶作用。这意味着采用膜过滤可能取代传统的混合汁澄清过程。
丹麦试验将甜菜渗出汁加少量石灰中和并过滤除去不溶物后，用聚砜超滤膜在60～80℃和0.4－0.6MPa下过滤，滤汁纯度91.5－94.5％，色值1000－25001U，脱色率95％。用超滤膜处理糖浆，80℃，0.42MPa，糖浆为65°Bx，可除去色素30—50％，糖浆纯度提高1－15％。超滤膜的截留分子量较小者，脱色效果较高。
我国制糖工作者详细研究了用超滤膜处理甘蔗糖厂不同蔗汁的效果。超滤膜的材质为聚醚砜，截留分子量分别为1万、2万和7万。处理的蔗汁分别为亚硫酸法糖厂的混合汁、中和汁和混合清汁（清汁和滤汁的混合物）。混合清汁用超滤膜处理后，色值降低30－38％，浊度降低40－57％，纯度上升0.5－0. 8%；混合汁用超滤膜处理后，色值降低81－84％，浊度降低96－97％，纯度上升16－19%。
将不同截留分子量的超滤膜效果进行对比，分子量为1万的效果略优于7万者，滤汁质量稍高。这些数据还有两点值得注意：
1）混合汁处理后的滤汁的色值和浊度都低于处理清汁者。这说明蔗汁在亚硫酸法处理过程中生成了分子量较低的、能通过超滤膜的有色物和浑浊物。
2）蔗汁用超滤膜处理，纯度有所提高，但上升值不大。这是因为它除去的无机物不多，大部分无机物是低分子量的，它们是影响蔗汁纯度的主要因素。
广东和广西的糖业界曾研究应用国产的PA微孔管过滤器处理蔗汁和糖浆，它是一个圆筒形容器，内装多条微孔过滤管，液体从外面通过它的微孔进人管内集中流出。过滤管是聚乙烯烧结微孔管，直径25mm，有不同型号，截留微粒的直径为0.1－ 10 P m。曾试验过滤亚硫酸法糖厂的清汁（澄清汁与滤清汁的混合物），蒸发糖浆和炼糖厂的回溶糖浆（已加活性炭），都能将糖液中的不溶物除去大部分，色值略有降低，纯度略有提高。用于过滤清汁的过滤速度较高，过滤后用热水和压缩空气反洗可将沉淀物清除。用于过滤糖浆时的过滤速度较低，且较易被阻塞。
2、超滤与高分子交换树脂的组合应用
精炼糖的制造是采取将蔗糖回溶然后用活性炭、离子交换树脂等处理回溶糖浆，除去其中的杂质，然后再煮糖结晶得到精炼糖，该方法需要对树脂或者活性炭进行处理再生。
将精炼糖厂的中间糖蜜稀释后用陶瓷膜（截留分子量30万）过滤。滤液浊度降低91％，色值降低14%，经过分析发现这种处理除去了绝大部分高分子物质和悬浮微粒，以后再用树脂就很少受污染，是离子交换法一种极好的前处理方法。
将上述的膜滤前和膜滤后的糖液分别浓缩到高浓度再测定其粘度，在80°BX下，已滤糖液的粘度为500CP，而未滤者为1000CP前者低约一半；在84°BX下，两者的粘度分别为1700和2700CP已滤者低约37％。经过膜滤的糖液的粘度降低约相当于糖液浓度降低2°BX，因此可提高起糖分回收3—5％。这种膜过滤的余留液含有大量的糖分和浓集的杂质，可以加水稀释后再用膜过滤，将糖分收回。
美国夏成夷糖业公司（H＆CS）的Puunene糖厂和法国Annlexion公司合作。开发了一种将清汁超滤和软化相结合的系统，从1994年底开始使用；是世界上第一个在生产规模应用超滤的甘蔗糖厂，使用的效果较好。该糖厂用石灰法生产优质原糖（color sugar）。供其他糖厂制精炼糖。
他们将石灰法的清汁先进行初滤，加热后进行超滤，超滤汁用树脂处理软化再入蒸发罐。它提高了产品糖的质量和收回率，减少了蒸发罐积垢和清洗所用药剂，并降低了汽耗。
清汁先经良好的初滤除去蔗糠和悬浮物，以利于后面的处理。使用两台连续过滤机自动清除滤渣。超滤采用陶瓷膜元件，表面覆盖氧化ZrO2，末级超滤柱的残余液，集中了蔗汁中的绝大部分杂质，其体积约为进入蔗汁的10％。随使用时间延长，超滤膜逐渐被堵塞，压力差增大，当它达到可允许的最大值时，该生产线就自动停机进行清洗，间隔为24－48h，决定于所处理的蔗汁的质量。系统的清洗是自动进行的。先用热水、再用低浓度次氯酸钠的溶液，最后用磷酸冲洗，每次约2h。
超滤汁的再用强酸性钾钠型阳离子树脂处理，超滤汁用泵压入树脂住的底部，向上通过树脂层从顶部排出。蔗汁中的钙镁离子被树脂的钾钠离子置换，树脂柱可使用8－10h，决定于蔗汁中的钙镁盐含量。树脂的再生是使用乙糖蜜，由于清汁中的钙镁被钾钠置换，该糖蜜中含钾钠较多而钙镁较少。将它通过上述的树脂，乙糖蜜中的钾钠可将树脂中的钙镁置换；使树脂恢复钾钠型，可以再用于将糖汁软化；钙镁则转入糖蜜中，将它煮制丙糖，因钾钠含量较低、造蜜作用较弱，可减少糖蜜含糖量。这种方法实质上是将清汁中原来的钙镁越过蒸发罐和煮制甲、乙糖的阶段，直接转移到乙糖蜜和丙糖膏中，总的灰分平衡情况没有改变，最终各成份的数量没有增减。此外还有盐水系统，必要时用盐水将树脂再生。
3、纳滤膜回收离子交换过程的再生试剂和洗涤水
精炼糖厂通常是使用离子交换树脂来脱色糖液，离子交换法虽然效果很好，但是再生溶液和洗涤水量大，并且含有大量的NaCl和有色物质，处理要消耗大量的药品和水，纳滤是目前解决这一问题的最佳方法。1994年法国的马赛糖厂就此进行了深入研究，实验效果良好。而后，纳滤装置于1997年在Saint-Louis炼糖厂投入实验使用，结果发现脱除盐分达到80~90%，减少排污量90%，收到了良好的效果。