新型粉体添加型絮凝剂的开发及其在糖厂的试用
2019-03-20周少基刘法球唐秋平黄上辽罗国高梁益宇OlegLogvinenko
向 敏，周少基，刘法球，唐秋平，黄上辽，罗国高，梁益宇，Oleg Logvinenko
（1.广西大学轻工与食品工程学院，广西 南宁 530004；2.广西南宁赛尔制糖科技有限公司，广西 扶绥 530002；3.UKRRESURS UKO LLC，4 Fanerna Street I，02160 Kyiv，Ukraine）
蔗汁澄清是影响制糖过程中糖品质量、收回及能耗等参数的关键过程。由于煮糖结晶过程中，蔗糖晶体存在包裹现象［1］，对于亚硫酸法糖厂，高的清汁浊度会增加成品的含硫量、色值和灰分含量，对于原糖厂，也会增加成品色值和灰分含量。有机高分子絮凝剂絮凝是提高蔗汁澄清度、加快沉降速度、减少泥汁量、提高过滤效率的关键操作之一。一直以来，高分子絮凝剂均是通过溶解、稀释，然后才添加使用的。然而，实际使用中发现，絮凝剂溶液在制备和存储过程中，常常由于水温过高、水中的杂质、搅拌剪切等原因而降解。同时，絮凝剂溶液随时间推移也会发生降解，这些都大大降低了絮凝剂的效率。
为了克服现有絮凝剂存在的缺陷，本课题组开发了可直接粉体添加的三款高分子絮凝剂TEMPO1、TEMPO2和TEMPO3，这些絮凝剂具有溶解速度快，除浊率高的优点，克服了絮凝剂由于溶解而发生分子量降解降质的问题。本课题组在多家糖厂进行了实验室小试及生产线实验，取得了初步成果。
1 实验部分
1.1 实验室小试
本课题在广西大学实验室及广西农垦糖业集团良圻制糖有限公司、星星制糖有限公司，中粮屯河崇左糖业有限公司、北海糖业有限公司等糖厂的化验室进行了小试。
1.1.1 实验材料
实验原材料均为现场采样，分别为亚硫酸法糖厂中和汁、滤汁、糖浆和原糖厂加灰汁。
1.1.2 实验方法
对于蔗汁澄清，取500mL中和汁、滤汁或加灰汁，加热至100℃后迅速转移至量筒，加入设定量的絮凝剂，搅拌均匀，观测沉降。沉降结束后取上清液测定清汁色值、浊度和纯度。
对于糖浆磷酸上浮，取500mL糖浆，加热至85℃，加入石灰乳至pH值等于7.0，加磷酸至pH值等于6.3，用打泡机（料理机，转速22000r/min）打泡30s，迅速导入容器加入设定量的絮凝剂，搅拌均匀，静置，待上浮结束后取下清液测定色值、浊度和纯度。
1.2 生产线实验
在广西农垦糖业集团良圻制糖有限公司滤汁快速沉降澄清流程中进行，絮凝剂在散气箱后的缓冲箱中加入，投加量为3ppm。该厂滤汁快速沉降澄清流程如图1所示。
图1 试验滤汁絮凝沉降澄清流程
1.3 分析方法
清汁理化指标测定参照《甘蔗制糖化学管理分析方法》［2］。
2 实验结果与讨论
2.1 加灰汁澄清
加灰汁澄清在广西农垦糖业集团星星制糖有限公司进行，该厂以石灰法工艺流程生产原糖，但增加了混合汁上浮工艺。实验采用该厂大沉淀池前的加灰汁进行絮凝沉降试验，对TEMPO1、TEMPO2和TEMPO3絮凝剂和该厂正在使用的絮凝剂进行了对比实验，絮凝剂投加量参照该厂生产投加量（3ppm）。实验结果如表1所示。
表1 加灰汁絮凝澄清比较
由表1可知，絮凝表现最佳的为TEMPO1絮凝剂，其澄清汁浊度比使用传统絮凝剂澄清汁的浊度下降了15.2%，纯度提高了1.87AP。澄清对比实验发现，添加传统絮凝剂的沉降泥汁量大，而且颗粒沉降速度不一致，溶液中总有小絮体缓慢沉降，说明溶解絮凝剂的分子量均匀度差，部分絮凝剂在溶解过程中存在降解；而添加新型絮凝剂时，沉降的泥汁量相对较小，颗粒沉降速度快且一致，溶液透亮度高。
2.2 中和汁澄清
中和汁澄清在中粮屯河北海糖业有限公司进行，该厂采用传统磷酸亚硫酸法工艺进行生产。实验糖汁取自该厂中和汁箱，对TEMPO1、TEMPO2和TEMPO3絮凝剂和该厂正在使用的絮凝剂进行了对比实验，絮凝剂投加量参照该厂生产投加量（2ppm）。实验结果如表2所示。
由表2可知，TEMPO1絮凝剂澄清汁浊度比使用传统絮凝剂清汁的浊度下降了19.1%，纯度提高了1.5AP；TEMPO2絮凝剂澄清汁浊度比传统絮凝剂下的浊度下降了24.0%，纯度提高了0.72AP。
综合以上对加灰汁和中和汁的澄清实验结果，TEMPO1絮凝剂综合表现最佳。
表2 中和汁絮凝澄清比较
2.3 糖浆上浮
在加灰汁和中和汁的澄清实验基础上，选用TEMPO1絮凝剂进行糖浆上浮实验。糖浆采自广西东糖良庆糖业有限公司，絮凝剂添加量为8ppm。实验结果如表3。
表3 糖浆上浮絮凝澄清比较
由表3可见，采用TEMPO1絮凝剂用于糖浆上浮，浊度去除率达75%，纯度上升1.75AP，优于传统絮凝剂的浊度去除率61%和纯度上升0.53AP。由于糖浆的澄清度和纯度对糖品质量和回收率有重要影响，因此TEMPO1絮凝剂值得推荐在糖浆上浮中使用。
2.4 生产线实验
2017/2018年榨季，在滤汁澄清生产线进行了絮凝剂粉体添加澄清实验，实验共进行了5个小时，每隔1小时进行采样测定，测定在广西农垦糖业集团研发中心进行，浊度测定采用浊度仪。实验结果如表4所示。
从表4中可见，与传统絮凝剂相比，采用新型絮凝剂的浊度比传统絮凝剂的浊度下降了12.71NTU，浊度去除率提高28.1%，简纯度也提升了1.64AP。同时在5小时的实验过程中，清汁质量稳定。
表4 生产线实验结果
综上所述，新型粉体添加型絮凝剂用于糖汁絮凝澄清可较好的去除糖汁浊度，提高纯度。但对色值没有较大影响。一般而言，絮凝剂只是起到去除固相浊度的作用［3］，但新型絮凝剂明显地提高了糖汁的纯度，这可能是由于其通过钙离子架桥将可溶性钙盐一并去除的原因。
3 结论
项目开发了粉体添加型絮凝剂并在糖厂生产线上成功试用。新型粉体添加型絮凝剂对糖汁的絮凝沉降澄清，浊度去除率提高28.1%，纯度上升达1.64AP，出汁质量稳定，取得了较好的效果。具有推广应用的价值。
