專利名稱：從諸如甘蔗汁或甜菜汁的糖汁水溶液中制取結(jié)晶糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從含糖以及包括Ca2+和/或Mg2+離子在內(nèi)的有機和礦物雜質(zhì)的糖汁水溶液中(如甘蔗或甜菜汁)制取結(jié)晶糖的方法，包含以下操作(a)濃縮該糖汁以得到糖漿，以及(b)使該糖漿結(jié)晶以得到結(jié)晶糖和糖蜜。
上述方法已經(jīng)知道用于從甘蔗汁制取粗品糖。這些方法有一些缺點，主要幾個如下ⅰ)得到的粗品糖有較高的色度(依制取工藝不同，約為800-4000ICUMSA單位)。大量的研究證明，結(jié)晶糖的著色在很大程度上取決于糖汁中所含的膠體物質(zhì);這些膠體物質(zhì)在結(jié)晶操作(b)中可能形成色素前體。
ⅱ)初始甘蔗汁中含有的鈣和/或鎂鹽引起了濃縮設(shè)備與沸騰器皿的結(jié)垢。這種結(jié)垢限制了該設(shè)備和器皿的能量收益;并且Ca2+和Mg2+離子產(chǎn)生于結(jié)晶的濁度。
ⅲ)糖膏(用于結(jié)晶的物料)的低的糖提取度，原因在于糖膏中含有有機雜質(zhì)和膠體物質(zhì)、礦物雜質(zhì)如Ca2+和/或Mg2+離子，以及其它非糖物質(zhì)。這就減緩了結(jié)晶，使得首次結(jié)晶產(chǎn)物的收率通過不超過40%到56%，因此必須回用更多體積的結(jié)晶用糖漿并且增加了能耗。
上邊這種工藝也知被用于從甜菜汁制取結(jié)晶白糖。這些工藝除了有上述ⅱ)和ⅱ)項缺點之外，它們還需要復(fù)雜的凈化操作，即預(yù)加灰(以2-3g/升糖汁的速率加入石灰)，加灰(以10-15g/升糖汁的速率加入石灰)，碳酸鹽化(注入CO2使pH值達到約11)，過濾碳酸鹽化(注入CO2使pH值達到約9)和最終過濾。這些繁多的凈化操作需要極大的投資，這就對結(jié)晶糖的成本價格產(chǎn)生了消極影響。
本發(fā)明的目的是避免先有技術(shù)工藝中的上述缺點，并提供了一種如本篇第一段所定義的那種適于制取結(jié)晶糖的方法。它的特點在于它還包括切向流式微濾，切向流式超濾或切向流式納諾過濾(nanofiltraion)操作(c)，這一操作是在操作(a)前進行的。
通過采用這種操作(c)，可去除澄清的糖汁中存在有膠體物質(zhì)，并且由于這些物質(zhì)是在結(jié)晶過程中形成的色素前體，因而在工藝末段生產(chǎn)出一種淡色的結(jié)晶糖。這特別適用初始的糖汁水溶液是某蔗汁類的情況。因為依照本發(fā)明的方法能夠得到一種色度小于400單位的粗品糖，而傳統(tǒng)工藝得到的粗品糖卻有800-4000單位的色度。
使用切向流式微濾、超濾或納諾過濾技術(shù)可以大幅度降低澄清過的汁液的濁度，應(yīng)強調(diào)的是液體中膠體的量值由膠體在液體中形成的濁度來估計(以NTU/Brix計)。因此，在實施例中，通過對澄清過的甘蔗汁進行切向流式過濾可以使得該汁的濁度從約15-60NTU/Brix降到低達0.1-0.2。
而且，依另一特點，本發(fā)明的方法還包括(d)軟化操作，該操作是在操作(a)前進行的，并針對已經(jīng)進行了切向流式微濾，超濾或納諾過濾的糖汁。
通過微濾、超濾或納諾過濾去除膠體物質(zhì)，以及通過軟化去除Ca2+和/或Mg2+離子，不僅極大地限制了蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備的結(jié)垢從而增加了能量收益，而且加快了結(jié)晶操作并減少(通常約20%)了再循環(huán)的糖膏的量，因此極大在節(jié)省了能量(約達15%)，并且提高了糖的提取率，使得首次結(jié)晶產(chǎn)品的效益高達65%。
通過使已經(jīng)進行了切向流式微濾、超濾或納濾操作(c)的糖汁與陽離子型交換樹脂、尤其是強陽離子樹脂(最好是呈Na+和/或K+形式)相接觸可有效地實施軟化操作(d)。
依本發(fā)明的另一特點，結(jié)晶操作(b)后可進行一種包含對該糖蜜進行色譜純化的過程(e)，以得到第一貧糖的液流和第二富糖的液流。這種操作(e)最好結(jié)合到本發(fā)明的工藝中，因為之前的切向流式微濾、超濾或納諾過濾操作(c)和軟化操作(d)分別極大地去除了膠體物質(zhì)以及Ca2+和/或Mg2+離子，以至相對快地減小了色譜分離能。
本發(fā)明的方法也可包含一種操作(f)，即把該樹脂與結(jié)晶操作(b)中產(chǎn)生的糖蜜或者色譜分離操作(e)中得到的第一貧糖液流相混合以再生操作(d)中使用的陽離子型交換樹脂?？梢姡@種操作巧妙地利用了本工藝產(chǎn)生的某一支流，并且無需從外部供應(yīng)再生劑。因此，與先有技術(shù)的再生系統(tǒng)比起來就有了節(jié)約。
最后應(yīng)提一下，切向流式微濾、超濾或納諾過濾操作(c)不僅可以去除初始糖汁中的膠體物質(zhì)，而且可以澄清汁液，即去除懸浮物質(zhì)。然而，為了避免切向流式過濾操作所用膜的過快阻塞，最好是在初始糖汁水溶液進行步驟(c)之前，先實施澄清操作(g)。這一操作(g)優(yōu)選包括絮凝步驟，后跟潷析步驟。
從前面的研究來看，很明顯使用本發(fā)明的方法極大地改善了整個糖精煉過程的資金平衡表，而且在初始糖汁是甘蔗類的情況下，增加了粗糖的純度，使它從傳統(tǒng)工藝的98-99.4%變成了99.7%。這一改進是通過使用切向流式微濾、超濾或納諾過濾操作和軟化操作來達到。這些技術(shù)不僅為人熟悉、簡單、靈活、高效，而且快速、易控、應(yīng)用成本低廉。當(dāng)初始糖汁是甜菜汁類時，使用切向流式微濾、超濾或納諾過濾操作(c)，或與簡單澄清操作(g)合用，也可有效地省掉上述復(fù)雜而繁瑣的凈化操作。
本發(fā)明也涉及一種從甘蔗汁類的糖汁水溶液中制取結(jié)晶白糖的方法。該糖汁水溶液含糖、以及包括Ca2+和/或Mg2+離子在內(nèi)的有機和礦物雜質(zhì)。該方法的特征在于不僅包括上邊介紹過的生產(chǎn)粗品糖的結(jié)晶糖制備工藝，而且包括隨后的粗品糖精煉。該精煉包括以下操作(h)把粗糖再溶化以得到溶化的糖，(i)使溶化的糖去色以得到去色的溶化糖，以及(j)讓去色的溶化糖結(jié)晶以得到結(jié)晶的白糖，后者可能有高達99.9%的純度以及低到30ICUMSA單位的色度。
應(yīng)注意到與傳統(tǒng)的精煉粗糖的技術(shù)比起來，本發(fā)明的方法所用的制取結(jié)晶白糖的精煉過程，通過使用上述的操作(a)到(d)，可能還加上(e)和(f)，便無需洗糖、凈化(碳酸鹽或磷酸鹽化)和過濾操作，結(jié)果是制取出了一種更純的粗糖，比起傳統(tǒng)技術(shù)得到的糖，它的顏色淡了許多并不再含膠體物質(zhì)。從對洗糖糖漿和低品質(zhì)的糖糖漿進行結(jié)晶操作的精細和復(fù)雜的特點來看，去掉洗糖碳酸鹽化或磷酸鹽化和過濾操作有很顯著的優(yōu)點。因此，依本發(fā)明方法制取結(jié)晶白糖的優(yōu)點在財務(wù)方面是明顯的。
本發(fā)明其它的方面和好處從隨后兩個優(yōu)選實施方案的介紹并參考附圖明顯可見，其中

圖1和圖2示意說明了進行本發(fā)明方法的裝置。
在這些實施例中，用于處理的初始糖汁水溶液是由研磨甘蔗得到的汁液。該汁液含糖以及Ca2+和/或Mg2+離子在內(nèi)的有機和礦物雜質(zhì)。
即使不是絕對必須，該汁液可以通過一種公知方式預(yù)先進行凈化操作以去除大部分懸浮固體。為此，在已被優(yōu)選加熱至70-105℃(如通過間接交換器4)之后，由循環(huán)泵1通過導(dǎo)管2將它泵到絮凝池3的頂部。在池3中，它與從貯存在池5并由循環(huán)泵6通過導(dǎo)管7泵入絮凝池頂部的絮凝劑在激烈攪拌下混合。池5可以配上加熱裝置(未畫出)，如內(nèi)夾套(其中熱的流體如熱水或熱汽在其間循環(huán)流動)。這些加熱裝置使絮凝劑被加熱到70-80℃。除其它品種之外，絮凝劑可以是一種熟化的石灰膏，一種陽離子型表面活性劑，特別是脂油酸的季銨化合物，比如氯化雙十八烷基二甲基銨，如法國CECA公司出售的NORANIUMRM2SH，或脫乙酰聚-N-乙?；被咸烟堑难苌铮缗餐ROTAN BIOPOLYMER公司的PROFLOR340，或這些物質(zhì)的混合物。絮凝劑數(shù)量常在0.2-2克/公斤被處理汁液的干物。在此之后絮凝混合物通過導(dǎo)管8從池3底部排入潷析池9中。該池底部為圓錐形。即使圖1并未標明，但池9底部可裝上一支導(dǎo)管和一臺抽取泵，以把池9圓錐形底部收集到的固體沉淀物泵入過濾單元(如旋轉(zhuǎn)濾器)，于是在池9中收集到濾液。在糖汁與絮凝劑接觸約30-60分鐘后，池9中的上清液(澄清的汁液，濁度約15-60NTU/Brix)由循環(huán)泵10排送到切向微濾、超濾或納諾過濾單元11中。如果需要，池9排出的上清液可再被加熱，以使單元11中的操作在溫度約70℃-99℃進行，優(yōu)選95℃-99℃。單元11使用的膜可以是有機或礦物類(如TiO2或ZrO2)，并且有對應(yīng)分子量至少是1000的截止閥值。通過使用對應(yīng)分子量300，000的截止閥值的超濾膜以及細孔直徑0.1μm的微濾膜便得到好的結(jié)果。因此可使用法國TECH-SEP公司的KERASEPR，或者美國DOW公司的FIMTECRGR90PP型膜。澄清汁的沿膜切向流速依使用的微濾，超濾或納諾過濾單元的尺寸來調(diào)整，可在2-9m/s，優(yōu)選6m/s。該流速由泵10控制，一些滲濾后的汁液通過返回管11a再回流到泵10的入口。
從單元11出來的濁度約0.1-0.2NTU/Brix的滲透液，接著通過導(dǎo)管12流入貯存池13，并從那里，由泵14灌到軟化柱15的頂部。柱內(nèi)充填陽離子交換樹脂、尤其是鈉和/或鉀型強陽離子樹脂如Rohm和Haas生產(chǎn)的C26R型樹脂。柱頂裝有與泵14相連接的滲透液入口16，柱底裝有軟化過的滲透液出口管17(Ca2+和/或Mg2+離子含量150-700ppm)。當(dāng)滲透液在柱子中移動時，泵到柱頂?shù)臐B透液中的Ca2+和/或Mg2+離子(Ca2+和/或Mg2+含量約7000ppm)被保留在樹脂中，與此同時置換出了樹脂中的Na+和/或鉀離子。
軟化的液體通過導(dǎo)管17流到池18中，并由泵19抽取到濃縮單元20。舉例來說，該單元可以是一種蒸發(fā)器，如落浮式(falling-float)蒸發(fā)器。單元20出口得到的糖漿通過泵21加到結(jié)晶單元22中。在此，糖漿經(jīng)過多步連續(xù)的結(jié)晶(圖1所示的實施例為三步)，并在每一步結(jié)晶后產(chǎn)生出粗品糖的糖蜜。這里應(yīng)注意到，在第一步結(jié)晶中從糖膏制取糖的效率約65%，第一步結(jié)晶得到的粗糖的色度不大于300ICUMSA單位，純度為99.7%。
從最后一步結(jié)晶中出來的糖蜜被收存在貯存池23中。
第一步結(jié)晶后產(chǎn)生的粗糖在池24中進行再溶操作，如將它溶于優(yōu)選80℃的熱水中。接著，把得到糖漿注入去色柱25中。柱內(nèi)裝有吸附劑，例如獸骨黑、活性炭或去色樹脂。該樹脂可以是一種氯離子型陰離子樹脂，比如Rohm和Haas公司生產(chǎn)的TRAR900型樹脂。去色優(yōu)選在熱的情況下，如80℃，在柱25內(nèi)進行。換種方法，也可將糖漿進行切向超濾或納諾過濾來使糖漿去色。
去色的糖漿隨后在結(jié)晶單元26中處理，以便從27獲取結(jié)晶白糖，從28得到結(jié)晶糖漿。后者優(yōu)選與濃縮池20出來的糖漿混合以得到回用，也可用在上述的再溶操作中。
裝上包括泵29在內(nèi)的回路可完成所述裝置。該泵入口通過導(dǎo)管30與貯存池23底部相聯(lián)，并將該泵的輸送物通過導(dǎo)管31連到軟化柱的頂部。當(dāng)需要再生充填在柱15內(nèi)的樹脂時，將使用到該回路。池23中貯存的糖蜜用作再生液是因為它含有大量的Na+和/或K+離子以及少量的Ca2+和/或Mg2+離子。為此目的，全部要做的是停轉(zhuǎn)泵14，開啟泵29，并將導(dǎo)管17的出流從池18移到另一個池中。
圖2所示的設(shè)備，除了結(jié)晶單元22的第三步結(jié)晶被換成了工作在80℃的色譜柱以外，與圖1所示的裝置在其它方面都一樣。單元22中第二步結(jié)晶出來的糖蜜在色譜柱32中進行處置。此型柱包含的固定基是一種Na+和/或K+離子型的強陽離子樹脂，如Rohm和Haas公司的LES R 999301型樹脂。洗脫液是水，通過管33送到柱頂。柱32的底部裝有管34用以排掉第一貧糖卻富含Na+和/或K+離子的液流，還裝有管35以排出第二富糖卻少含鈉和/或鉀鹽的液流。所說的從管34出來和第一流體被收存于貯存池36中。因為它有高的Na+和/或K+離子含量，因而可以用圖1所示的裝置中同樣的方法被巧妙地用作軟化柱15的再生液。
應(yīng)注意到，除了在圖1和圖2的裝置中所處理的甘蔗汁以外，當(dāng)然也可使用另一種汁液。它特別可能是甜菜汁。在后者的情況下，連續(xù)進行再溶，去色和結(jié)晶操作變得沒有意義，因為結(jié)晶單元22中第一結(jié)晶所產(chǎn)生的糖就是結(jié)晶白糖;因此當(dāng)甜菜汁用作被加工的糖汁時，能夠省掉所有那部分執(zhí)行連續(xù)的再溶(池24)，去色(未色25)和結(jié)晶(結(jié)晶單元26)操作的裝置。
權(quán)利要求
1.從含糖和包括Ca2+和/或Mg2+的有機和礦物雜質(zhì)在內(nèi)的糖汁水溶液中制取結(jié)晶糖的方法，包括以下操作(a)濃縮該糖汁以得到糖漿，和(b)使該糖漿結(jié)晶以得到結(jié)晶糖和糖蜜，其特征在于它還包括以下一種操作(c)切向流式微濾、切向流式超濾或切向流式納諾過濾，并在操作(a)前實施。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于它還包括(d)一種軟化操作，該操作在操作(a)前進行，并針對已經(jīng)進行了切向流式微濾、超濾或納諾過濾操作的糖汁。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征在于軟化操作(d)是通過使已經(jīng)進行了切向流式微濾、超濾或納諾過濾操作(c)的糖汁與陽離子交換樹脂相接觸來實施的。
4.權(quán)利要求1-3的任一方法，其特征在于結(jié)晶操作(b)后跟一種對該糖蜜進行色譜純化的過程(e)以得到第一貧糖的液流以及第二富糖的液流。
5.權(quán)利要求3或4的方法，其特征在于還包括一種操作(f)，即把該樹脂與結(jié)晶操作(b)中產(chǎn)生的糖蜜或者色譜分離操作(e)中第一貧糖液流相接觸再生操作(d)中使用的陽離子型交換樹脂。
6.前述權(quán)利要求的任一方法，其特征在于它還包括對初始的糖汁水溶液進行預(yù)澄清的操作(g)以得到澄清的汁液，隨后對這種澄清的汁液進行操作(c)。
7.權(quán)利要求6的方法，其特征在于澄清操作(g)包含絮凝步驟，后跟潷析步驟。
8.一種用于從含糖以及包括Ca2+和/或Mg2+離子在內(nèi)的有機和礦物雜質(zhì)的糖汁水溶液中制取結(jié)晶白糖的方法，其特征在于它包括得到粗糖產(chǎn)品的權(quán)利要求1-7的任一方法，后跟有以下操作(h)把粗糖再溶化以得到溶化的糖，(i)使溶化的糖去色以得到去色的溶化糖，以及(j)讓去色的溶化糖結(jié)晶以得到結(jié)晶白糖。
全文摘要
從含糖和包括Ca
文檔編號C13B35/06GK1105705SQ94117930
公開日1995年7月26日 申請日期1994年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月12日
發(fā)明者R·夸克, X·蘭雷農(nóng), M·A·西奧萊爾 申請人:阿普勒遜