色譜分離技術(shù)回收糖分在制糖工業(yè)中的應(yīng)用

楊德喜，蔡吉祥，馬立新

(1.大豐英茂糖業(yè)有限責(zé)任公司，江蘇 鹽城 224145；2.廣西科技師范學(xué)院，廣西 來賓 546199；3.諾華賽分離技術(shù)(上海)有限公司，上海)

中國是世界五大產(chǎn)糖國之一，年產(chǎn)白砂糖的量1 000多萬噸。但是我國的制糖生產(chǎn)仍存在著工藝老舊、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)能耗高等問題，在國際糖業(yè)競爭加劇的形勢下，國內(nèi)糖業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，依靠糖業(yè)科技創(chuàng)新，來提升國內(nèi)糖業(yè)的技術(shù)水平，是提高國內(nèi)制糖生產(chǎn)效益的主要研究戰(zhàn)略之一。大量的相關(guān)實踐研究表明，色譜分離技術(shù)可有效的分離回收糖蜜中的糖分，顯著改善制糖工業(yè)的糖的產(chǎn)率，降低副產(chǎn)物的產(chǎn)量。色譜分離技術(shù)的發(fā)展給國內(nèi)制糖工業(yè)帶來了新希望，本文著重介紹色譜技術(shù)的原理及其在制糖工業(yè)糖分回收中的應(yīng)用及研究進展。

1 傳統(tǒng)制糖工藝

制糖工業(yè)發(fā)展已經(jīng)有上百年的歷史，對于傳統(tǒng)工藝來說很多工序都成了經(jīng)典的操作單元，從儀器設(shè)備的配置，到工藝參數(shù)的控制都己經(jīng)非常完善和成熟。傳統(tǒng)制糖工藝的工藝流程如下圖1：

圖1 傳統(tǒng)制糖工藝流程

在工藝過程中所有提取出來的糖分，都是通過結(jié)晶工藝從蒸發(fā)糖漿中提取出來，經(jīng)過三道結(jié)晶后，糖蜜為最終的副產(chǎn)品，純度約為58-60%，就不能再進行結(jié)晶了，盡管此時糖蜜中還含有總糖份11%到16%左右，會仍然存留在糖蜜中。甜菜糖廠及甘蔗糖廠的產(chǎn)蜜率一般為5%(對菜或?qū)φ?左右，因此作為產(chǎn)糖大國的我國如何從糖蜜中最大量的提取糖分顯得十分必要。

2 含色譜分離技術(shù)回收糖分的新制糖工藝

早在90年代國外就有了關(guān)于離子排斥色譜法從糖蜜中回收糖分的研究。并且這項技術(shù)已經(jīng)成功地從甜菜廢蜜中回收蔗糖[1]。

2.1 色譜技術(shù)回收糖分的原理

色譜分離技術(shù)是利用糖蜜中各組分在分離設(shè)備中的遷移速度的不同，實現(xiàn)糖分與其它不同組分分離的方法，通常情況下，該分離設(shè)備包含兩種物相：一種是存在于一個或多個色柱的固定相(一般是K+離子交換樹脂)；一種是移動相(糖蜜)。由于兩種物相之間每種物質(zhì)平衡常數(shù)的差異，每種組分在以不同的速度遷移時會受到下面兩種因素影響：一種是由動態(tài)物相引起的離向流效應(yīng)；一種是由靜止物相引起的保持力效應(yīng)。在實際過程中非糖份受到K+樹脂的排斥，而蔗糖則不受到任何排斥力，因此，糖和非糖的分離可以在水的洗脫作用來實現(xiàn)分離。

2.2 色譜分離技術(shù)回收糖分的工藝流程如圖2

圖2 色譜分離技術(shù)回收糖分的工藝流程

2.3 使用色譜分離技術(shù)的新制糖工藝的特點

1)該技術(shù)基于使用離子交換樹脂，但樹脂不需要使用化學(xué)品進行再生。陽離子樹脂必須保持其K+形式，因此只能處理Ca-Mg含量不高的甜菜糖蜜，以避樹脂轉(zhuǎn)型為二價形式而引起的分離性能(糖與非糖)的降低；

2)對于新建糖廠設(shè)備投入相對減少。對于一個日加工量7 000 t的糖廠來說，增加煮糖工段的色譜分離設(shè)備，可以使下游結(jié)晶設(shè)備投入相對減少4 200萬元，這相當(dāng)于色譜分離設(shè)備投入總值的40%；

3)糖分回收率顯著增加；

4)設(shè)備使用率提高增加創(chuàng)收途徑。

2.4 色譜分離技術(shù)在糖廠的應(yīng)用效果

國外有甜菜糖廠在使用色譜分離技術(shù)后，糖廠的糖分回收率得到了較大的提高，下表1中是某國外糖廠在使用色譜分離技術(shù)前后的糖分回收對比表。

表1

通過表1我們發(fā)現(xiàn)該廠在使用色譜分離技術(shù)后與傳統(tǒng)的三步全結(jié)晶工藝比較，糖分回收率可以增加10.4%～12.8%，效果顯著。

3 小結(jié)

利用色譜分離技術(shù)改善傳統(tǒng)制糖生產(chǎn)工藝后，糖廠可以增加10%以上的提糖收率，這對于目前國內(nèi)制糖工業(yè)來說是非常有意義，它可以提高國內(nèi)糖業(yè)的國際競爭力，可使國內(nèi)甜菜/甘蔗糖廠有效應(yīng)對目前國際原糖加工的沖擊，同時根據(jù)此技術(shù)可以減少新建糖廠結(jié)晶煮糖上的設(shè)備投入，可以考慮新建糖廠使用此項技術(shù)。

4 展望

色譜分離技術(shù)具有節(jié)能降耗、操作自動化程度高、回收糖分效果好等特點。近年來國外一些知名的糖業(yè)公司目前在其最優(yōu)化設(shè)計的糖廠中已大規(guī)模使用該技術(shù)，包括：英糖在Wissington工廠 (AB Sugar)、阿果安娜在Tulln的工廠(Agrana Zucker)、美國糖業(yè)在Hillsboro工廠 (Crystal Sugar)、美國糖業(yè)在East Grand Fork工廠等。隨著色譜分離技術(shù)在制糖行業(yè)糖分回收中的應(yīng)用研究不斷取得新的進展，在節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高糖產(chǎn)率等方面取得了很好的效果，該技術(shù)表現(xiàn)出非常好的應(yīng)用前景。另外色譜分離技術(shù)在回收糖分的同時還能有效的分離和提取糖蜜中的甜菜堿。隨著國內(nèi)外色譜技術(shù)的日趨成熟，色譜分離技術(shù)在國內(nèi)制糖工業(yè)中的應(yīng)用前景將更加廣闊。