膜分離技術在蔗糖純化工藝中的應用研究

◎ 蘇 美，王俊杰

（廣西來賓東糖遷江有限公司，廣西 來賓 546100）

蔗糖是一種重要的食品添加劑和工業原料，廣泛應用于食品、醫藥、化工等領域[1]。蔗糖甜味純正穩定，易于溶解和調色，在糖果、冰淇淋等食品制造中應用尤其廣泛。隨著人們對食品質量和安全的要求不斷提高，行業對蔗糖的純度要求也越來越高。傳統的蔗糖純化工藝存在能耗高、環境污染嚴重等問題，無法滿足現代工業的需求。因此，研究新型的蔗糖純化技術具有重要意義。

膜分離技術是一種新型的分離技術，具有高效、節能、環保等優點，已經在多個領域得到廣泛應用[2]。本文旨在探討膜分離技術在蔗糖純化工藝中的應用，以供參考。

1 膜分離技術的基本原理

膜分離技術是利用膜的選擇透過性，將溶液中的不同組分分離出來的一種技術。在膜分離過程中，溶液通過膜的表面，某些組分被膜截留，而其他組分則透過膜，從而實現組分的分離和濃縮。膜分離技術的核心是半透膜，它可以運用膜分離技術有選擇性的讓某些物質通過。半透膜的選擇透過性是基于不同物質在膜上的吸附能力和擴散速度的不同：較小的分子和離子可以比較容易地通過膜，而較大的分子和粒子則被截留在膜的一側。

根據膜的種類和性質的不同，膜分離技術可分為微濾、超濾、納濾和反滲透等多種類型[3]。在蔗糖純化工藝中，主要利用超濾、納濾和反滲透技術。①超濾膜的孔徑范圍為1～100 nm，可以截留大分子物質，如蛋白質、多糖等，而允許小分子物質，如無機鹽、水等通過。②納濾膜的孔徑范圍為1～10 nm，可以截留分子量在幾百到幾千道爾頓之間的物質，如蔗糖、葡萄糖等，而允許水和小分子物質通過。③反滲透膜的孔徑范圍為0.1～1 nm，可以截留離子和小分子物質，如無機鹽、有機物等。因此，通過超濾、納濾和反滲透技術，可以實現對蔗糖的選擇性分離和純化。

2 膜分離技術對傳統的蔗糖純化工藝的影響

傳統的蔗糖純化工藝主要包括原糖的制備、蔗糖的提取、精制和脫色等步驟。其中，原糖制備是將甘蔗或甜菜經過破碎、壓榨、加熱、分蜜等工序制成糖漿；蔗糖的提取是采用加熱、加酸等方法，使糖漿中的蔗糖結晶析出，然后通過離心、洗滌等工序得到粗制蔗糖[4]；精制是將粗制蔗糖溶解后再進行脫色、離子交換等處理，以去除其中的色素、雜質和礦物質等，而后再進行結晶得到精制蔗糖。膜分離技術可以對糖漿進行超濾和納濾處理，去除其中的懸浮物、蛋白質、多糖等大分子物質以及色素、異味等小分子物質，從而提高糖漿的透明度和純度。相比于傳統的澄清和脫色方法，膜分離技術具有更高的分離效率和更好的分離效果。

3 膜分離技術在蔗糖純化工藝中的應用

3.1 超濾和納濾技術的應用

超濾和納濾技術可以用于原糖的制備過程中，截留大分子物質，如蛋白質、多糖等，而允許小分子物質，如無機鹽、水等通過。因此，超濾和納濾技術可以用于糖漿的澄清處理，去除其中的懸浮物、蛋白質、多糖等大分子物質，從而提高糖漿的透明度和純度[5]。此外，超濾和納濾技術可以用于糖漿的脫色處理，去除其中的色素和異味。在超濾過程中，糖漿中的色素和異味物質會被截留在膜的一側，從而得到清澈透明的糖漿。

相比傳統的活性炭脫色方法，超濾技術具有更高的脫色效率和更好的脫色效果。在超濾過程中，操作參數如膜孔徑、操作壓力、溫度等，需要根據實際情況進行優化控制。在糖漿的濃縮處理中，糖漿中的水分和小分子物質會透過膜，而蔗糖分子則被截留在膜的一側，從而實現糖漿的濃縮。相比傳統的加熱濃縮方法，超濾技術不僅更加高效、節能，還可以避免加熱過程中糖漿的分解和變色。

在糖漿的過濾過程中，除了蔗糖分子被截留在膜的一側外，其他有用成分，如葡萄糖、果糖等也可以被回收。這些成分可以用于生產其他產品，從而提高資源的利用率和經濟效益。同時，超濾和納濾還可以用于制糖廢水的處理。通過膜技術，可以實現制糖廢水的凈化處理，去除其中的大分子物質和有色物質，回收部分有用物質。

3.2 反滲透技術的應用

在蔗糖純化工藝中，經過超濾或納濾處理后的糖漿可以通過反滲透技術進行進一步濃縮。反滲透膜的孔徑范圍為0.1～1 nm，可以截留離子和小分子物質，如無機鹽、有機物等，而允許水分子透過膜。因此，運用反滲透技術可以進一步去除糖漿中的水分，從而得到更高濃度的糖漿。同時，反滲透技術還可以用于去除糖漿中的離子和小分子雜質。在反滲透過程中，糖漿中的離子和小分子物質會被截留在膜的一側，從而得到純凈的糖漿[6]。這種方法相比傳統的離子交換方法不僅更加高效和節能，還可以避免離子交換樹脂的再生過程和廢水的產生。對于工藝過程中產生的廢水，反滲透技術同樣能夠回收有用物質。在糖漿的反滲透過程中，除了水分子可以透過膜外，其他有用物質，如蔗糖、葡萄糖等也可以被回收，這些成分可以用于生產其他產品，從而提高資源的利用率和經濟效益。

3.3 多種膜分離技術的聯合應用

超濾、納濾和反滲透技術，在蔗糖純化工藝中可以聯合應用，從而實現更高效的分離和純化[7]。①采用超濾技術對原料糖漿進行預處理，可以去除其中的大分子雜質，如蛋白質、多糖等，從而提高糖漿的透明度和純度。②經過超濾預處理后的糖漿可以通過納濾技術進一步分離。納濾膜的孔徑較超濾更小，能夠更好地實現糖漿的濃縮和蔗糖的分離。③經過納濾處理后的糖漿可以通過反滲透技術進行進一步濃縮。反滲透可以截留其中的雜離子和小分子物質，如無機鹽、有機物等，而允許水分子透過膜。通過反滲透技術可以進一步去除糖漿中的水分，從而得到更高濃度的糖漿。通過以上3 個步驟的聯合應用，可以實現糖漿的高效分離和純化。換言之，超濾技術可去除大分子雜質，納濾技術可實現糖漿的濃縮和蔗糖的分離，反滲透技術可進一步去除離子和小分子雜質以及濃縮糖漿。

4 結語

近年，隨著膜分離技術突飛猛進，其在各行各業的應用也越來越廣泛。同樣，膜分離技術在蔗糖純化工藝中也具有廣泛的應用前景。隨著科學技術的不斷發展，膜分離技術不斷得到改進和完善，其在制糖行業的應用也將越來越普遍。①膜分離技術可以提高糖漿的純度。采用膜分離技術可以對糖漿進行超濾和納濾處理，去除其中的懸浮物、蛋白質、多糖等大分子物質以及色素、異味等小分子物質，從而提高糖漿的透明度和純度。相比傳統的澄清和脫色方法，膜分離技術具有更高的分離效率和更好的分離效果。②膜分離技術可以簡化制糖工藝流程。傳統的制糖工藝需要經過多道工序，而采用膜分離技術可以簡化其中的一些工序，不僅減少了操作步驟和設備投入，還降低了能源消耗和環境污染。③膜分離技術可以實現糖漿的濃縮和蔗糖的分離，相比傳統的加熱濃縮方法更加高效、節能，還可以避免加熱過程中糖漿的分解和變色。因此，隨著科學技術的不斷發展，膜分離技術將越來越廣泛地應用于制糖行業，為行業的發展帶來更大的經濟效益和社會效益。