楊 勇，黃艷柏，王長海，蔡吉祥

(1.廣西科技師范學(xué)院 食品與生化工程學(xué)院，來賓 546199;2.大豐英茂糖業(yè)有限責(zé)任公司，鹽城 224145)

0 前言

隨著生活水平的提高，人們對食品品質(zhì)要求也越來越高，因此作為高端食品甜味劑的精制糖越來越受歡迎。精制糖由原糖經(jīng)過溶解、飽充、過濾、脫色、蒸發(fā)、結(jié)晶、分蜜、干燥等工序加工而成，其是一種含糖量高、色值低、雜質(zhì)少的髙品質(zhì)甜味劑[1-2]。

在精煉糖生產(chǎn)過程中為了穩(wěn)定獲得高質(zhì)量的目標(biāo)產(chǎn)品，脫色是整個(gè)加工過程中的重要工序，它主要是利用吸附劑吸取制糖過程中生成的色素物質(zhì)，降低糖漿的色值，目前工業(yè)上最常用的脫色手段有活性炭方法[3]和離子交換法[4-5]。其中離子交換樹脂因其交換容量吸附能力大、脫色范圍廣，可以重復(fù)再生利用等優(yōu)點(diǎn)目前在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，但因樹脂再生影響生產(chǎn)連續(xù)性及離交廢水量大、難處理等問題，本應(yīng)用設(shè)計(jì)一種既滿足生產(chǎn)連續(xù)性又綠色的脫色方案，為精制糖的生產(chǎn)提供一種新思路。

1 離交系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 樹脂選擇

在制糖過程中，會產(chǎn)生大量的天然色素，如己糖降解物、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物類黑精、焦糖和茶多酚等，這些色素物質(zhì)均帶負(fù)電，因此脫色過程應(yīng)選用強(qiáng)堿性陰離子樹脂，且強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂在較大流量下仍然具有較高的吸附交換效率，本設(shè)計(jì)擬采用氯型強(qiáng)陰樹脂來進(jìn)行脫色實(shí)驗(yàn)[6]。

1.2 脫色工藝設(shè)計(jì)

由于脫色過程中的糖液中不得含有任何會堵塞脫色柱分布器的懸浮固體或者危害脫色柱內(nèi)樹脂的物質(zhì)，因此，在進(jìn)入脫色系統(tǒng)之前設(shè)置一組安全過濾器，一旦糖液中所含的懸浮物質(zhì)含量過高，系統(tǒng)將停止脫色生產(chǎn)。

為了保持生產(chǎn)的連續(xù)性，本次脫色系統(tǒng)設(shè)置3臺脫色柱，每臺柱子可以使用12小時(shí)，再生過程需要6小時(shí)，正常生產(chǎn)過程中有2臺脫色柱處于生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，一臺在再生狀態(tài)，三臺脫色柱輪流生產(chǎn)及再生，保持生產(chǎn)的連續(xù)性。其中脫色時(shí)糖液以逆流方式進(jìn)入每個(gè)脫色柱，樹脂層將被緊密地托在每個(gè)室的頂部，脫色柱最初充滿水，糖漿從柱子底部進(jìn)入，并逐步將樹脂上的水置換出來，從柱頂收集到的只有熱水，被直接輸送到熱水罐，從柱頂逐漸收集到較稀的糖漿被輸送至甜水罐，最后脫色后的糖液輸送到脫色后糖漿罐，做進(jìn)一步的濃縮和結(jié)晶處理。

當(dāng)某個(gè)脫色柱的樹脂對色素吸附飽和時(shí)，脫色效率下降，此時(shí)脫色柱必須進(jìn)行再生處理，本設(shè)計(jì)采用9%的NaCl溶液進(jìn)行再生。此時(shí)脫色柱充滿糖漿，先從色譜柱頂部通入熱水，出口收集的完全是糖漿，由于此時(shí)色度太高不能脫色糖漿罐而回流至脫色進(jìn)料罐，脫色柱出口收集到逐漸被稀釋的糖液輸送至甜水罐，再用配好的鹵水對樹脂柱進(jìn)行再生，再生廢水排至納濾系統(tǒng)進(jìn)行處理。

脫色及再生流程圖如圖1所示。

圖1 脫色及再生流程圖Fig.1 Decolorization and regeneration flow chart

1.3 納濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

納濾技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)的膜分離技術(shù)，其分離精度主要介于超濾與反滲透之間，對分子尺寸在 1 nm 以上或相對分子質(zhì)量為 200～1 000 的物質(zhì)截留作用較強(qiáng)[7]。納濾過程就是利用分子量和分子尺寸的差異將色素和鹽溶液分離開來的過程。

納濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)為批次處理模式，流程如圖2。過濾過程中，濾清液從循環(huán)流量中排出并輸送到濾清液罐，而此時(shí)截留液就循環(huán)回流到“廢鹵水罐”，隨著過濾的進(jìn)行，廢鹵水的濃縮倍數(shù)增加，截留液中色素物質(zhì)的濃度不斷增加，濃差極化現(xiàn)象比較明顯，濾清液的通量逐漸下降，此時(shí)提高操作壓力，保證一個(gè)相對穩(wěn)定的濾清液流量直至最大操作壓力下再恒壓過濾，當(dāng)濾清液的體積達(dá)到設(shè)定量時(shí)，停止過濾生產(chǎn)。

經(jīng)過納濾得到的濾清液由于NaCl濃度到不到再生樹脂的要求，因此將其送至鹵水準(zhǔn)備罐，再加入NaCl調(diào)整鹽分濃度以備再生使用。

圖2 納濾系統(tǒng)流程圖Fig.2 The flow chart of nanofiltration system

2 運(yùn)行情況數(shù)據(jù)采集及結(jié)果分析

2.1 脫色系統(tǒng)運(yùn)行情況分析

項(xiàng)目完成后，待開機(jī)正常對生產(chǎn)過程中的原糖色值、飽充后過濾糖漿色值、脫色糖漿色值、蒸發(fā)糖漿色值及成品糖色值進(jìn)行跟蹤記錄，如表1所示：

從表中可以看出隨著原糖色值的變化，過濾糖漿色值及脫色糖漿色值也出現(xiàn)一些波動(dòng)，但脫色糖漿的脫色率整體在80%左右，脫色后糖漿色值降低明顯，全期運(yùn)行平均色值只有78 IU，從而可以保證蒸發(fā)糖漿色值較低，進(jìn)而保證產(chǎn)品糖的色值控制在精制糖色值國家標(biāo)準(zhǔn)25 IU范圍之內(nèi)，這從成品糖的色值可以看出來。從系統(tǒng)整體運(yùn)行可以看出這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，最終產(chǎn)品質(zhì)量較好。

表1 2020年10月-2020年11月生產(chǎn)過程中各產(chǎn)品色值跟蹤記錄表Tab.1 Tracking record table of color value of each product in the production process from October 2020 to November 2020

2.2 納濾系統(tǒng)運(yùn)行情況分析

通過對納濾系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行跟蹤記錄，每次再生得出再生廢水33 t，濃縮后可回收鹵水29 t，納濾系統(tǒng)排放廢水4 t，廢水排放量僅為再生廢水的12%，從而大大減少污水排放量，同時(shí)回收后鹵水由于鹽濃度較高，只要添加部分NaCl就可以達(dá)到再生的鹽濃度要求，通過記錄發(fā)現(xiàn)NaCl的用量僅為制備新鮮鹵水用量的1/3，從而節(jié)約大量的NaCl使用量。

3 結(jié)論

通過對脫色及納濾系統(tǒng)的運(yùn)行跟蹤得出，設(shè)計(jì)的脫色及納濾系統(tǒng)合理、穩(wěn)定，對不同品質(zhì)的糖漿脫色系統(tǒng)能達(dá)到80%左右的脫色效應(yīng)率，最終的產(chǎn)品色值也符合精制糖產(chǎn)品品質(zhì)要求，納濾系統(tǒng)的污水排放量僅為再生廢水的12%，同時(shí)可以節(jié)約鹵水制備過程中NaCl的消耗量，NaCl的用量僅為制備新鮮鹵水用量的1/3，本項(xiàng)目的順利進(jìn)行為精制糖的生產(chǎn)提供一條安全、穩(wěn)定、綠色的脫色方案。