色谱分离技术回收糖分在制糖工业中的应用

杨德喜，蔡吉祥，马立新

(1.大丰英茂糖业有限责任公司，江苏 盐城 224145；2.广西科技师范学院，广西 来宾 546199；3.诺华赛分离技术(上海)有限公司，上海)

中国是世界五大产糖国之一，年产白砂糖的量1 000多万吨。但是我国的制糖生产仍存在着工艺老旧、生产成本高、生产能耗高等问题，在国际糖业竞争加剧的形势下，国内糖业面临着严峻的挑战。因此，依靠糖业科技创新，来提升国内糖业的技术水平，是提高国内制糖生产效益的主要研究战略之一。大量的相关实践研究表明，色谱分离技术可有效的分离回收糖蜜中的糖分，显著改善制糖工业的糖的产率，降低副产物的产量。色谱分离技术的发展给国内制糖工业带来了新希望，本文着重介绍色谱技术的原理及其在制糖工业糖分回收中的应用及研究进展。

1 传统制糖工艺

制糖工业发展已经有上百年的历史，对于传统工艺来说很多工序都成了经典的操作单元，从仪器设备的配置，到工艺参数的控制都己经非常完善和成熟。传统制糖工艺的工艺流程如下图1：

图1 传统制糖工艺流程

在工艺过程中所有提取出来的糖分，都是通过结晶工艺从蒸发糖浆中提取出来，经过三道结晶后，糖蜜为最终的副产品，纯度约为58-60%，就不能再进行结晶了，尽管此时糖蜜中还含有总糖份11%到16%左右，会仍然存留在糖蜜中。甜菜糖厂及甘蔗糖厂的产蜜率一般为5%(对菜或对蔗)左右，因此作为产糖大国的我国如何从糖蜜中最大量的提取糖分显得十分必要。

2 含色谱分离技术回收糖分的新制糖工艺

早在90年代国外就有了关于离子排斥色谱法从糖蜜中回收糖分的研究。并且这项技术已经成功地从甜菜废蜜中回收蔗糖[1]。

2.1 色谱技术回收糖分的原理

色谱分离技术是利用糖蜜中各组分在分离设备中的迁移速度的不同，实现糖分与其它不同组分分离的方法，通常情况下，该分离设备包含两种物相：一种是存在于一个或多个色柱的固定相(一般是K+离子交换树脂)；一种是移动相(糖蜜)。由于两种物相之间每种物质平衡常数的差异，每种组分在以不同的速度迁移时会受到下面两种因素影响：一种是由动态物相引起的离向流效应；一种是由静止物相引起的保持力效应。在实际过程中非糖份受到K+树脂的排斥，而蔗糖则不受到任何排斥力，因此，糖和非糖的分离可以在水的洗脱作用来实现分离。

2.2 色谱分离技术回收糖分的工艺流程如图2

图2 色谱分离技术回收糖分的工艺流程

2.3 使用色谱分离技术的新制糖工艺的特点

1)该技术基于使用离子交换树脂，但树脂不需要使用化学品进行再生。阳离子树脂必须保持其K+形式，因此只能处理Ca-Mg含量不高的甜菜糖蜜，以避树脂转型为二价形式而引起的分离性能(糖与非糖)的降低；

2)对于新建糖厂设备投入相对减少。对于一个日加工量7 000 t的糖厂来说，增加煮糖工段的色谱分离设备，可以使下游结晶设备投入相对减少4 200万元，这相当于色谱分离设备投入总值的40%；

3)糖分回收率显著增加；

4)设备使用率提高增加创收途径。

2.4 色谱分离技术在糖厂的应用效果

国外有甜菜糖厂在使用色谱分离技术后，糖厂的糖分回收率得到了较大的提高，下表1中是某国外糖厂在使用色谱分离技术前后的糖分回收对比表。

表1

通过表1我们发现该厂在使用色谱分离技术后与传统的三步全结晶工艺比较，糖分回收率可以增加10.4%～12.8%，效果显著。

3 小结

利用色谱分离技术改善传统制糖生产工艺后，糖厂可以增加10%以上的提糖收率，这对于目前国内制糖工业来说是非常有意义，它可以提高国内糖业的国际竞争力，可使国内甜菜/甘蔗糖厂有效应对目前国际原糖加工的冲击，同时根据此技术可以减少新建糖厂结晶煮糖上的设备投入，可以考虑新建糖厂使用此项技术。

4 展望

色谱分离技术具有节能降耗、操作自动化程度高、回收糖分效果好等特点。近年来国外一些知名的糖业公司目前在其最优化设计的糖厂中已大规模使用该技术，包括：英糖在Wissington工厂 (AB Sugar)、阿果安娜在Tulln的工厂(Agrana Zucker)、美国糖业在Hillsboro工厂 (Crystal Sugar)、美国糖业在East Grand Fork工厂等。随着色谱分离技术在制糖行业糖分回收中的应用研究不断取得新的进展，在节能降耗、降低生产成本、提高糖产率等方面取得了很好的效果，该技术表现出非常好的应用前景。另外色谱分离技术在回收糖分的同时还能有效的分离和提取糖蜜中的甜菜碱。随着国内外色谱技术的日趋成熟，色谱分离技术在国内制糖工业中的应用前景将更加广阔。