膜法绿色制糖技术

蔗糖是继粮、棉、油之后，关系国计民生的重要战略性物资。传统的甘蔗制糖工艺主要包括亚硫酸法和碳酸法，在蔗汁清净工段需要添加大量磷酸、硫磺、石灰、絮凝剂等用于蔗汁的澄清和脱色，且获得的产品色度偏高，含有二氧化硫等有害物质，难以满足日益增长的对高端、绿色糖产品的需求。另外，甘蔗混合汁化学清净效率低，增加了后续蒸发结晶过程的能量损耗，且会产生大量废糖蜜，严重地降低了糖的回收率。

膜法绿色制糖新技术是利用现代膜分离技术变革传统制糖工艺（图1），利用分离膜精确的物理筛分作用，实现甘蔗混合汁的除杂、澄清、脱色和浓缩，近些年来受到学术界和工业界的广泛关注。该项技术具有不添加有害物质、极大程度减少化学品的使用、清净过程高效稳定、副产物可综合利用、产品多元化和可自动化生产等诸多优势，极大地提升了糖产品的品质，推动制糖工业转型升级。然而，膜法制糖过程中仍然存在膜污染严重、分离选择性不足和清洗效率低等问题，限制了该技术的大规模工业化应用。


图1 传统白砂糖生产工艺及膜技术在制糖过程中的应用


图2 膜法绿色制糖技术研究思维导图


图3 膜分离技术在甘蔗制糖中的应用及各工段的糖产品

针对这些问题，生物膜分离技术与应用团队基于自身多年来的实验室研究、中试试验和示范工程建设运行经验（图2），结合国内外同行的研究报道，综述了近些年膜分离技术在蔗汁澄清、脱色、浓缩应用上的研究现状，同时介绍了膜集成工艺在白糖生产和糖蜜综合利用中的研究进展（图3），并认为膜集成工艺相比于单步膜法在白砂糖生产上更具优势。另外，该综述对膜法制糖过程中的一些重要问题包括：膜污染机理和控制、膜清洗工艺和经济可行性进行了分析和讨论。最后，本文指出目前膜法绿色制糖大规模产业化应用面临的挑战，主要包括截留液中蔗糖回收难、膜选择性不足、膜污染累积严重、清洗效率低、膜清洗废水处理成本高和设备利用率低等工程化问题，同时提出了可行的解决方案。该综述不仅总结了膜法绿色制糖技术近年来的研究和应用进展，也将指导和推动该技术的工业化进程（图4）。


图4 膜法绿色制糖研究进展和未来发展趋势