专利名称：一种超声强化蔗汁澄清方法
一种超声强化蔗汁澄清方法技术领域：
本发明涉及一种制糖工艺方法，尤其涉及一种改进的蔗汁澄清工艺方法。背景技术：
白砂糖色值和含硫量是白砂糖最重要、技术难度最大的质量指标。糖厂的脱色是 通过澄清工序完成的。目前糖厂最常用的澄清工艺主要是亚硫酸法和碳酸法。亚硫酸法澄 清工艺中，通过添加SO2、石灰乳和磷酸，形成亚硫酸钙沉淀和磷酸钙沉淀从而将糖汁中的 胶体、色素吸附而除去。亚硫酸法的优点是工艺流程短、设备简单，投资少，但澄清效果不如 碳酸法。碳酸法澄清工艺中，是通过添加CO2、石灰乳，形成碳酸钙沉淀将糖汁中的胶体、色 素吸附而除去。碳酸法在处理蔗汁过程中可取得较好的处理效果，其根本原因是碳酸钙的 吸附能力比亚硫酸钙强。但碳酸法澄清工艺流程复杂、需要的设备较多，且石灰和CO2用量 大，投资较大，因而目前已逐渐被亚硫酸法取代。开发一种兼有亚硫酸法和碳酸法两者的优点，同时又具有投资少的澄清新工艺， 是制糖领域中比较关心的问题；为此，有关亚硫酸法和碳酸法相结合的蔗汁澄清工艺方法， 相继有公开号为CN1317577A、CN101280344A的专利技术公开，但这些方法仅仅是将两种 方法简单地结合，还不能大大提高中和反应速度和反应程度，提高脱色效果。
发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种兼有亚硫酸法和碳酸法两者的优点，同时 又具有投资少、能提高中和反应速度和反应程度，提高脱色效果、降低残硫量之优点的一种 超声强化蔗汁澄清方法，以解决上述已有技术存在的上述问题。解决上述技术问题的技术方案是一种超声强化蔗汁澄清方法，基于亚硫酸法和 碳酸法，它是通过先将CO2和Ca (OH) 2添加到蔗汁中、并在超声反应装置中进行反应，产生纳 米级的超细碳酸钙颗粒，将这些超细碳酸钙颗粒作为硫熏中和反应中SO:和Ca2+反应形成 的CaSO3的晶核，使在较低的过饱和度下形成CaSO3沉淀的蔗汁澄清工艺方法。其具体技术方案是一种超声强化蔗汁澄清方法，适用于碳酸法和亚硫酸法结合 的澄清工艺，包括预灰、一次加热、CO2饱充、硫熏中和、二次加热和沉降工序，所述的CO2饱 充工序是在经过预灰、一次加热后的混合汁中通入CO2与Ca(OH)2，并将混合汁通往超声反 应装置中进行CO2饱充反应，再将从超声反应装置出来的蔗汁进行硫熏中和反应或加入部 分未经通入CO2与Ca(OH)2的混合汁一起进行硫熏中和反应。采用本发明的超声强化蔗汁澄清方法，具有以下有益效果(1)硫熏中和后经过沉降澄清得到的蔗汁中残留的SO:含量低，白砂糖成品中的 残硫量亦低，大大提高了成品糖的质量。硫熏中和后经过沉降澄清得到的蔗汁中SO:的含量，直接影响到白砂糖中二氧化 硫的含量以及成品糖的质量。因此如何有效减少白砂糖中二氧化硫含量，是糖厂面临的一 个重要问题，尤其在生产出现波动时更加容易产生二氧化硫含量超标的情况。本发明的实施，一方面使CO2和Ca(OH)2在超声反应装置进行反应，超声反应装置中产生“空化”效应 该“空化”的聚能效应能给过饱和溶液提供能量，提高整个系统的振动能，在极小的空间和 极短的时间内产生冲击波和射流，并且界面效应降低了结晶能，使CaCO3沉淀生成速率提高 几个数量级，在极短的时间内形成大量纳米级的颗粒；另一方面，这些纳米级CaCO3颗粒作 为晶核，结果使硫熏中和程序中，SO广和Ca2+过饱和溶液在介稳区(较低过饱和度)就可 以实现CaSO3沉淀的形成和长大，大大降低了清汁中残留的SO/—的含量(和一般的硫熏中 和方法相比，SO广残留量降低30%以上)，从而为最终降低白砂糖成品中的残硫量提供了 必要条件。(2)糖汁及白砂糖成品中残留的Ca2+含量低糖汁残留Ca2+含量高，一方面会导致产品灰分高，降低产品的质量，同时糖汁中无 机物的含量高，会使造蜜率升高，糖分收回率降低；另一方面，糖汁中残留的Ca2+等无机盐， 会使设备管道积垢严重，降低传热效率，增加能耗和降低生产效率。由于本发明方法不是简 单的将碳酸法和亚硫酸法相叠加，它是通过先将CO2和Ca(OH)2添加到蔗汁中、并在超声反 应装置中进行CO2饱充反应，产生纳米级的超细碳酸钙颗粒，将这些超细碳酸钙颗粒作为硫 熏中和反应中SO:和Ca2+反应形成的CaSO3的晶核，因此，在本发明的CO2饱充工序，向混 合汁中通入的CO2和Ca(OH)2的用量为蔗汁重量的0. 0Γ0. 099%，比普通的CO2饱充工序中 CO2和Ca(OH)2的用量少的多；在硫熏中和反应添加的S02、Ca(OH)2的量也仅仅为传统硫熏 中和反应所需量的55、5%;因此，本发明的实施，不仅使清汁中残留的SO:含量低，还大大 降低了清汁中Ca2+的含量(和一般的硫熏中和方法相比，Ca2+_残留量降低30%以上)，从 而避免了由于蔗汁中残留Ca2+较多而导致的诸如产品灰分高、糖分收回率降低、增加设备 管道的积垢等不利影响。(3)反应速度快，沉淀颗粒结实，吸附性能好在制糖澄清过程，主要是靠SO/—和Ca2+反应形成CaSO3沉淀、或者⑶广和Ca2+反 应形成CaCO3沉淀以及PO43-和Ca2+反应形成Ca3 (PO4) 2沉淀从而将糖汁中的胶体、色素吸附 而除去。亚硫酸钙沉淀或者碳酸钙和磷酸钙沉淀对胶体色素的吸附能力直接影响到澄清脱 色效果，而沉淀颗粒的结实程度，即密度大小又直接影响到其沉降性能。本发明的实施，在 超声反应装置进行CO2饱充反应的情况下由于“空化”效应的作用产生的超细碳酸钙具有 较大的比表面积，吸附作用较大，因此它也能有效地吸附蔗汁中的胶体和色素；另一方面， 超细碳酸钙的晶核作用使胶体物质和其它非糖分形成大颗粒沉淀物，更有利于沉淀物的沉 降，并提高了蔗汁的沉降速度。(4)产生的沉淀颗粒均勻SO32-和Ca2+反应形成CaSO3沉淀颗粒的大小均勻性影响到颗粒在沉降器中沉降的 稳定性及均衡性。如果颗粒不均勻，会造成沉降器中沉降不均勻，局部沉降过快，而局部沉 降过慢，严重时还可能使沉降器中出现对流翻滚情况，造成沉降效果变差，降低清净效率。 因而，CaSO3沉淀颗粒大小均勻性是保证或提高沉降效果从而提高清净效率的关键因素之 一。本发明的实施，在超声反应装置进行CO2饱充反应的情况下由于“空化”效应的作用产 生的超细碳酸钙作为CaSOjX淀的晶核，使CaSOjX淀形成速度快，颗粒尺寸范围分布较窄， 颗粒均勻，增加了蔗汁澄清过程的稳定性，提高了澄清效果。综上所述，本发明的实施，使S032_和Ca2+的浓度在比常规情况下低得多时，即过饱和系数很小时，便能够形成较多的沉淀，使SO广和Ca2+的反应更加充分，同时反应速度大大加快，使沉淀颗粒比常规情况下更加大且致密，结果一方面使得糖汁中残留的S032_、Ca2+降 低，提高成品白砂糖的质量以及糖分收回率，减少管道积垢情况；另一方面又使得CaSO3具 有更强的脱色能力而使得澄清效果更加显著。下面，结合附图和实施例对本发明之一种超声强化蔗汁澄清方法的技术特征作进 一步的说明。
图1 本发明实施例一之一种超声强化蔗汁澄清方法的工艺流程框图；图2 本发明实施例二之一种超声强化蔗汁澄清方法的工艺流程框图。
具体实施方式实施例一一种超声强化蔗汁澄清方法，基于亚硫酸法和碳酸法，它是通过先将CO2和 Ca(OH)2添加到蔗汁中、并在超声反应装置中进行反应，产生纳米级的超细碳酸钙颗粒，将 这些超细碳酸钙颗粒作为硫熏中和反应中SO:和Ca2+反应形成的CaSO3的晶核，使在较低 的过饱和度下形成CaSO3沉淀的蔗汁澄清工艺方法。其具体工艺过程包括预灰、一次加热、C02饱充、硫熏中和、二次加热和沉降工序 (参见图1)，所述的C02饱充工序是在经过预灰、一次加热后的全部混合汁中通入CO2与 Ca(OH)2、并将混合汁通往超声反应装置中进行C02饱充反应，再将从超声反应装置出来的 蔗汁进行硫熏中和反应；在C02饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)2的用量为蔗汁重量的 0. 05%,CO2的用量与Ca(OH)2用量的摩尔比为1 1 ；硫熏中和反应添加的SO2Xa(OH)2的 量为传统硫熏中和反应所需量的55、0%。实施例二 一种超声强化蔗汁澄清方法，其基本原理同实施例一，所不同之处在于它只是将 一部分经过预灰、一次加热后的混合蔗汁进行C02饱充工序处理，即C02饱充工序是在经 过预灰、一次加热后的一部分混合汁中通入CO2与Ca(OH)2,并将混合汁通往超声反应装置 中进行C02饱充反应，然后将该部分经过在超声反应装置中进行C02饱充工序处理后的蔗 汁与另一部分只经过预灰、一次加热后而未经过C02饱充工序处理的混合汁混合在一起进 行硫熏中和反应；其具体工艺过程参见图2 ；在硫熏中和工序，经过C02饱充工序处理部分 的量与未经过C02饱充工序处理部分的量的比例以重量份数计算为1 2，在C02饱充 工序向混合汁中通入的Ca(OH)2的用量为蔗汁重量的0. 07%, CO2的用量与Ca(OH)2用量 的摩尔比为1 1;硫熏中和反应添加的S02、Ca(OH)2的量为传统硫熏中和反应所需量的 60 95%。作为本发明实施例二的一种变换，在硫熏中和工序，经过C02饱充工序处理部分 蔗汁的量与未经过C02饱充工序处理部分蔗汁的量的比例可以增减，可以是1 1、1 3、 1 4、1 5、1 6或1 7，甚至更多，一般以重量份数计算为1 1 9中的任何一个数值。本发明各实施例中，所述的超声反应装置是一种能够产生“空化”作用的超声反应装置，例如管式、平行板式或径向阵式超声波处理器；超声波处理器产生的超声波的强度 可以增大或减小，一般的为0. 5W · cm2 IOW · cm2 ；混合蔗汁在超声波反应装置中进行CO2 饱充反应的时间为Is 300s。本发明各实施例中，磷酸的添加方式和添加时间、数量与普通的亚硫酸法澄清工 艺中相同，此处不再赘述。作为本发明实施例一、实施例二的一种变换，在C02饱充工序向混合汁中通入的 Ca (OH) 2的用量还可以增加或减少，一般Ca (OH) 2的用量为蔗汁重量的0. θΓθ. 099%，当C02 饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)2的用量减少，则在硫熏中和反应添加的S02、Ca(OH)2 的量就增加，若当C02饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)2的用量增加，则在硫熏中和反 应添加的S02、Ca(OH)2的量就减少，一般在硫熏中和反应中添加的S02、Ca(OH)2的量为传 统硫熏中和反应所需量的55、5%，参见附表一《超声强化蔗汁澄清方法中，添加的CO2和 Ca (OH) 2以及S02、Ca (OH) 2用量一览表》；而且，根据需要，还可以增加或减少。由于在不脱离本发明的精神或必要特征的情况下，本发明超声强化蔗汁澄清方法 中，添加的CO2和Ca(OH)2以及S02、Ca(OH)2用量并不受限于前面的文字或后附表中的数字 说明，而应在所附权利要求书中限定的精神和范围内进行广泛的解释，因此所有落入权利 要求书的范围或此范围的等效范围内的变化和修改均应包含在所附权利要求书中。附表一本发明超声强化蔗汁澄清方法中，添加的CO2和Ca(OH)2以及SO2、Ca(OH)2用量变化一览表
.|C02饱充工序中I硫熏中和反应工序中
SO2与Ca (OH) 2用量
超声反应I通入超声反应装卩02与(^(011)2用传统硫熏 wwm
的时间置中的混合蔗汁量方法方法
s重量
T
11 — 100T0. 099%T100%Ρ55%Ρ
21 — 100T0. 08%Τ100%Ρ60%Ρ
320 100T0. 07% T100%Ρ65%Ρ
420 250T0. 06%Τ100%Ρ70%Ρ
540 300T0. 05%Τ100%Ρ75%Ρ
650—300T0. 04%Τ100%Ρ80%Ρ
760 300T0. 03%Τ100%Ρ85%Ρ
860 300T0. 02%Τ100%Ρ90%Ρ
960 300T0.01%Τ100%Ρ95%Ρ上表中Τ 通入超声反应装置中的混合蔗汁重量；
P 传统硫熏方法添加的SO2和Ca(OH)2用量.
权利要求
一种超声强化蔗汁澄清方法，适用于碳酸法和亚硫酸法结合的澄清工艺，包括预灰、一次加热、CO2饱充、硫熏中和、二次加热和沉降工序，其特征在于所述的CO2饱充工序是在经过预灰、一次加热后的混合汁中通入CO2与Ca(OH)2，并将混合汁通往超声反应装置中进行CO2饱充反应，再将从超声反应装置出来的蔗汁进行硫熏中和反应或加入部分未经通入CO2与Ca(OH)2的混合汁一起进行硫熏中和反应。
2.根据权利要求1所述的一种超声强化蔗汁澄清方法，其特征在于所述的CO2饱充 工序是在经过预灰、一次加热后的全部混合汁中通入CO2与Ca(OH)2,并将混合汁通往超声 反应装置中进行CO2饱充反应，再将从超声反应装置出来的蔗汁进行硫熏中和反应，在CO2 饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)2的用量为蔗汁重量的0. 01 0. 099%, CO2的用量与 Ca(OH)2用量的摩尔比为1 1。
3.根据权利要求1所述的一种超声强化蔗汁澄清方法，其特征在于所述的CO2饱充 工序是在经过预灰、一次加热后的部分混合汁中通入CO2与Ca(OH)2,并将混合汁通往超声 反应装置中进行CO2饱充反应，再将从超声反应装置出来的蔗汁加入部分未经通入CO2与 Ca(OH)2的混合汁一起进行硫熏中和反应；在CO2饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)2的用 量为蔗汁重量的0.04 0.099%，CO2的用量与Ca(OH)2用量的摩尔比为1 1。
4.根据权利要求1所述的一种超声强化蔗汁澄清方法，其特征在于所述的CO2饱充 工序是在经过预灰、一次加热后的部分混合汁中通入CO2与Ca(OH)2,并将混合汁通往超声 反应装置中进行CO2饱充反应，再将从超声反应装置出来的蔗汁加入部分未经通入CO2与 Ca(OH)2的混合汁一起进行硫熏中和反应；在CO2饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)2的用 量为蔗汁重量的0.01 0.3%，CO2的用量与Ca(OH)2用量的摩尔比为1 1。
5.根据权利要求3或4所述的一种超声强化蔗汁澄清方法，其特征在于在硫熏中和 工序，经过CO2饱充工序处理部分蔗汁的量与未经过CO2饱充工序处理部分蔗汁的量的比例 以重量份数计算为1 1 9。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种超声强化蔗汁澄清方法，其特征在于所述的 超声反应装置是管式、平行板式或径向阵式超声波处理器，该超声波处理器产生的超声波 的强度为 0. 5ff. cm2 10W. cm2。
7.根据权利要求5所述的一种超声强化蔗汁澄清方法，其特征在于所述的超声反应 装置是管式、平行板式或径向阵式超声波处理器，该超声波处理器产生的超声波的强度为 0. 5ff. cm2 10W. cm2。
8.根据权利要求1、2、3或4所述的一种超声强化蔗汁澄清方法，其特征在于所述混 合蔗汁在超声反应装置中进行CO2饱充反应的时间为Is 300s。
9.根据权利要求7所述的一种超声强化蔗汁澄清方法，其特征在于所述混合蔗汁在 超声反应装置中进行CO2饱充反应的时间为Is 300s。
全文摘要
一种超声强化蔗汁澄清方法，包括预灰、一次加热、CO2饱充、硫熏中和、二次加热和沉降工序，所述的CO2饱充工序是在经过预灰、一次加热后的混合汁中通入CO2与Ca(OH)2、并将混合汁通往超声反应装置中进行CO2饱充反应，再将从超声反应装置出来的蔗汁进行硫熏中和反应或加入部分未经CO2饱充反应的混合汁一起进行硫熏中和反应；在CO2饱充工序向混合汁中通入的Ca(OH)2的用量为蔗汁重量的0.01~0.3％，CO2的用量与Ca(OH)2用量的摩尔比为1∶1；在硫熏中和反应工序添加的SO2、Ca(OH)2的量为传统硫熏中和反应所需量的55~95％。该方法能提高蔗汁中和反应速度和反应程度，降低残硫量。
文档编号C13B20/10GK101805805SQ20091031020
公开日2010年8月18日 申请日期2009年11月23日 优先权日2009年2月18日
发明者李利军, 杨锋, 黄永春 申请人:广西工学院