膜分离技术在蔗糖纯化工艺中的应用研究

◎ 苏 美，王俊杰

（广西来宾东糖迁江有限公司，广西 来宾 546100）

蔗糖是一种重要的食品添加剂和工业原料，广泛应用于食品、医药、化工等领域[1]。蔗糖甜味纯正稳定，易于溶解和调色，在糖果、冰淇淋等食品制造中应用尤其广泛。随着人们对食品质量和安全的要求不断提高，行业对蔗糖的纯度要求也越来越高。传统的蔗糖纯化工艺存在能耗高、环境污染严重等问题，无法满足现代工业的需求。因此，研究新型的蔗糖纯化技术具有重要意义。

膜分离技术是一种新型的分离技术，具有高效、节能、环保等优点，已经在多个领域得到广泛应用[2]。本文旨在探讨膜分离技术在蔗糖纯化工艺中的应用，以供参考。

1 膜分离技术的基本原理

膜分离技术是利用膜的选择透过性，将溶液中的不同组分分离出来的一种技术。在膜分离过程中，溶液通过膜的表面，某些组分被膜截留，而其他组分则透过膜，从而实现组分的分离和浓缩。膜分离技术的核心是半透膜，它可以运用膜分离技术有选择性的让某些物质通过。半透膜的选择透过性是基于不同物质在膜上的吸附能力和扩散速度的不同：较小的分子和离子可以比较容易地通过膜，而较大的分子和粒子则被截留在膜的一侧。

根据膜的种类和性质的不同，膜分离技术可分为微滤、超滤、纳滤和反渗透等多种类型[3]。在蔗糖纯化工艺中，主要利用超滤、纳滤和反渗透技术。①超滤膜的孔径范围为1～100 nm，可以截留大分子物质，如蛋白质、多糖等，而允许小分子物质，如无机盐、水等通过。②纳滤膜的孔径范围为1～10 nm，可以截留分子量在几百到几千道尔顿之间的物质，如蔗糖、葡萄糖等，而允许水和小分子物质通过。③反渗透膜的孔径范围为0.1～1 nm，可以截留离子和小分子物质，如无机盐、有机物等。因此，通过超滤、纳滤和反渗透技术，可以实现对蔗糖的选择性分离和纯化。

2 膜分离技术对传统的蔗糖纯化工艺的影响

传统的蔗糖纯化工艺主要包括原糖的制备、蔗糖的提取、精制和脱色等步骤。其中，原糖制备是将甘蔗或甜菜经过破碎、压榨、加热、分蜜等工序制成糖浆；蔗糖的提取是采用加热、加酸等方法，使糖浆中的蔗糖结晶析出，然后通过离心、洗涤等工序得到粗制蔗糖[4]；精制是将粗制蔗糖溶解后再进行脱色、离子交换等处理，以去除其中的色素、杂质和矿物质等，而后再进行结晶得到精制蔗糖。膜分离技术可以对糖浆进行超滤和纳滤处理，去除其中的悬浮物、蛋白质、多糖等大分子物质以及色素、异味等小分子物质，从而提高糖浆的透明度和纯度。相比于传统的澄清和脱色方法，膜分离技术具有更高的分离效率和更好的分离效果。

3 膜分离技术在蔗糖纯化工艺中的应用

3.1 超滤和纳滤技术的应用

超滤和纳滤技术可以用于原糖的制备过程中，截留大分子物质，如蛋白质、多糖等，而允许小分子物质，如无机盐、水等通过。因此，超滤和纳滤技术可以用于糖浆的澄清处理，去除其中的悬浮物、蛋白质、多糖等大分子物质，从而提高糖浆的透明度和纯度[5]。此外，超滤和纳滤技术可以用于糖浆的脱色处理，去除其中的色素和异味。在超滤过程中，糖浆中的色素和异味物质会被截留在膜的一侧，从而得到清澈透明的糖浆。

相比传统的活性炭脱色方法，超滤技术具有更高的脱色效率和更好的脱色效果。在超滤过程中，操作参数如膜孔径、操作压力、温度等，需要根据实际情况进行优化控制。在糖浆的浓缩处理中，糖浆中的水分和小分子物质会透过膜，而蔗糖分子则被截留在膜的一侧，从而实现糖浆的浓缩。相比传统的加热浓缩方法，超滤技术不仅更加高效、节能，还可以避免加热过程中糖浆的分解和变色。

在糖浆的过滤过程中，除了蔗糖分子被截留在膜的一侧外，其他有用成分，如葡萄糖、果糖等也可以被回收。这些成分可以用于生产其他产品，从而提高资源的利用率和经济效益。同时，超滤和纳滤还可以用于制糖废水的处理。通过膜技术，可以实现制糖废水的净化处理，去除其中的大分子物质和有色物质，回收部分有用物质。

3.2 反渗透技术的应用

在蔗糖纯化工艺中，经过超滤或纳滤处理后的糖浆可以通过反渗透技术进行进一步浓缩。反渗透膜的孔径范围为0.1～1 nm，可以截留离子和小分子物质，如无机盐、有机物等，而允许水分子透过膜。因此，运用反渗透技术可以进一步去除糖浆中的水分，从而得到更高浓度的糖浆。同时，反渗透技术还可以用于去除糖浆中的离子和小分子杂质。在反渗透过程中，糖浆中的离子和小分子物质会被截留在膜的一侧，从而得到纯净的糖浆[6]。这种方法相比传统的离子交换方法不仅更加高效和节能，还可以避免离子交换树脂的再生过程和废水的产生。对于工艺过程中产生的废水，反渗透技术同样能够回收有用物质。在糖浆的反渗透过程中，除了水分子可以透过膜外，其他有用物质，如蔗糖、葡萄糖等也可以被回收，这些成分可以用于生产其他产品，从而提高资源的利用率和经济效益。

3.3 多种膜分离技术的联合应用

超滤、纳滤和反渗透技术，在蔗糖纯化工艺中可以联合应用，从而实现更高效的分离和纯化[7]。①采用超滤技术对原料糖浆进行预处理，可以去除其中的大分子杂质，如蛋白质、多糖等，从而提高糖浆的透明度和纯度。②经过超滤预处理后的糖浆可以通过纳滤技术进一步分离。纳滤膜的孔径较超滤更小，能够更好地实现糖浆的浓缩和蔗糖的分离。③经过纳滤处理后的糖浆可以通过反渗透技术进行进一步浓缩。反渗透可以截留其中的杂离子和小分子物质，如无机盐、有机物等，而允许水分子透过膜。通过反渗透技术可以进一步去除糖浆中的水分，从而得到更高浓度的糖浆。通过以上3 个步骤的联合应用，可以实现糖浆的高效分离和纯化。换言之，超滤技术可去除大分子杂质，纳滤技术可实现糖浆的浓缩和蔗糖的分离，反渗透技术可进一步去除离子和小分子杂质以及浓缩糖浆。

4 结语

近年，随着膜分离技术突飞猛进，其在各行各业的应用也越来越广泛。同样，膜分离技术在蔗糖纯化工艺中也具有广泛的应用前景。随着科学技术的不断发展，膜分离技术不断得到改进和完善，其在制糖行业的应用也将越来越普遍。①膜分离技术可以提高糖浆的纯度。采用膜分离技术可以对糖浆进行超滤和纳滤处理，去除其中的悬浮物、蛋白质、多糖等大分子物质以及色素、异味等小分子物质，从而提高糖浆的透明度和纯度。相比传统的澄清和脱色方法，膜分离技术具有更高的分离效率和更好的分离效果。②膜分离技术可以简化制糖工艺流程。传统的制糖工艺需要经过多道工序，而采用膜分离技术可以简化其中的一些工序，不仅减少了操作步骤和设备投入，还降低了能源消耗和环境污染。③膜分离技术可以实现糖浆的浓缩和蔗糖的分离，相比传统的加热浓缩方法更加高效、节能，还可以避免加热过程中糖浆的分解和变色。因此，随着科学技术的不断发展，膜分离技术将越来越广泛地应用于制糖行业，为行业的发展带来更大的经济效益和社会效益。