甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的离心提取方法

摘要

一种甘蔗、甜高梁茎秆中糖汁的离心提取方法，该方法包括：(1)将甘蔗、甜高粱茎秆连续快速切削破碎，使其坚硬密实的草本木质纤维外皮成为5～60mm长、宽0.2～3mm、厚0.2～1.5mm的细条或细针或薄片状物，而同时使得无纤维由无数细小维管束组成的饱含糖汁脆性髓芯被切削成直径为0.5～3.5mm的小颗粒；(2)将切削出的细针条状纤维和颗粒状髓芯碎粒混合物投入液固分离离心机离心5～8min，即得到80％以上的原汁糖液。本发明方法技术流程短，应用设备少，投资小，无需热水淋渗，用水少，糖汁提取快且出汁率高，是一种简捷、高效、节能的新方法，本发明方法也适用于以甜菜，甜玉米秆等原料的提取糖汁的过程。

权利要求

1.一种甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的离心提取方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)将甘蔗、甜高粱茎秆连续快速切削破碎，使其坚硬密实的草本木质纤维外皮成为5～60mm长、宽0.2～3mm、厚0.2～1.5mm的细条或细针状或薄片状物，而同时使得无纤维由无数细小维管束组成的饱含糖汁的脆性髓芯被切削破碎成直径为0.5～3.5mm的小颗粒；

(2)将切削破碎出的甘蔗、甜高粱茎秆细针条或薄片状纤维外皮和小颗粒状髓芯碎粒混合物投入液固分离离心机离心5～8min，离心机转速为800～3000rpm，滤材孔径为198～246μm，得到原汁糖液。

2.根据权利要求1所述的甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的离心提取方法，其特征在于：进一步地，应用局部超声螺旋连续逆流循环萃取机对第(2)步一次分离原糖汁后的残渣中的残糖用水进行萃取，并使不断分离出的萃取稀糖液与不断进入萃取机的新残渣作用，使萃取稀糖液逐步增浓至所需糖度，然后放出，得到与原汁糖液相近浓度的混合糖汁，使废渣中残糖低于0.6％。

3.根据权利要求2所述的甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的离心提取方法，其特征在于：进一步地，将上述萃取机中排出的含有少量混合糖汁的废渣投入液固分离离心机离心5～8min，转速800～3000rpm，滤材孔径165～198μm，分离出经连续逆流萃取而增浓至原汁糖液浓度的混合糖汁。

4.根据权利要求1所述的甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的离心提取方法，其特征在于：步骤(2)中，所述离心机转速为1400～2000rpm。

5.根据权利要求1所述的甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的离心提取方法，其特征在于：步骤(2)中，所述离心机为袋式离心机、立式离心筛、活塞推料离心机或锥形网板螺旋卸料离心机。

6.根据权利要求1所述的甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的离心提取方法，其特征在于：步骤(1)中，所述甘蔗、甜高粱含糖汁的细针条状纤维和颗粒状髓芯碎粒混合在一起的混合物的堆积密度为0.12～0.25吨/m3。

7.根据权利要求1所述的甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的离心提取方法，其特征在于：步骤(2)中，所述原汁糖液占料重的61～65％，占料中总糖汁的83％以上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的提取方法，特别是涉及应用离心方法从将甘蔗、甜高粱茎秆经切削破碎的细条针状外皮和小颗粒状髓芯的混合物中提取大量原糖汁的方法。

背景技术

众所周知，目前世界上从甘蔗、甜高粱秆中提取糖汁，通常都用“压榨法”和“渗出法”，以甘蔗为例，简要介绍这两种方法的糖汁提取过程及设备，以便说明其存在问题和缺点：
一、“压榨法”：是将脱除蔗叶蔗鞘的光秆甘蔗投入运行的链板输送机上首先被斩切机切成30公分左右的小段，然后进入1～2台撕裂机，蔗段被撕解成丝条状或碎片，接着通过理平机理平，经过除铁机清除铁器和杂质后进入由5～6台辊式压榨机及与之相配套的4～5组对每次压榨后的蔗渣进行输送和用热水(或后段淋渗出之热稀糖汁)喷淋的过滤机组，来完成蔗渣中经一次压榨后残留糖汁的提取。其将甘蔗切断撕解和压榨淋渗的提汁过程就需30多台单机。
因此，此“压榨法”的提汁工艺和设备，制糖业界人士普遍认为存在诸多问题和缺点，其主要有两大问题，迫切希望能得的彻底改变。
1、压榨系统(包括前处理)设备多而庞大，重量重，耗用钢材多，装机容量大，耗用功率高，甚至要有独立的汽轮发电厂相配套，一个日处理4000吨甘蔗的糖厂就需近2亿元资金投资，一个日处理万吨甘蔗的糖厂投资约需近6亿元。
2、压榨法耗水多，排污多，这是因为5～6次的压榨就必须有4～5次的热水淋渗蔗渣，否则渣中糖汁就难以溶出而影响出汁率，一般认为压榨提汁的淋水的消耗水量占甘蔗处理量的25～30％，从2002年《中华人民共和国环境保护行业标准》的“清洁生产技术要求甘蔗制糖业”的征求意见稿中对全国上百个甘蔗制糖企业的环境指标统计数字中可看出：①吨蔗耗新鲜水量最小平均值为1.19m3/t(11900m3/万t.日)最大平均值为53.18m3(531800m3/万t.日)、平均算术值为11.67m3/t(116700m3/万t.日)；②吨蔗工业废水产生量：最小平均值为1.08t/t(10800t/万t.日)最大平均值为50.94t/t509400t/万t.日)平均算术值为9.03t/t(90300t/万t.日)
二、“渗出法”：前处理与压榨法相同，而是不使用5～6台辊式压榨机及其4～5组与压榨机相配套蔗渣输送和喷淋系统，取而代之的是逆流平转式连续喷淋渗出机组及最后废渣的两次压榨机组。
这种“渗出法”业内人士认为从投资、耗材、耗电上确比压榨法有一定的下降，大约节约15～20％左右，但是耗水、耗汽、耗煤都较“压榨法”要高许多，而且对机组的密封性要求很高，在生产管理上也要求很严，这因为渗出器将不能有丝毫泄漏，否则会污染环境和因车间湿气过大，使操作工易生关节炎。八十年代昆明某厂试图推广就因渗出器泄漏致使许多操作工生关节炎而遭夭折。然而在非洲许多贫穷国家为节约甘蔗制糖投资，节约能耗，该渗出法则非常受到欢迎而被广泛推广使用。
二十多年来，国内外制糖业界人士对“压榨”和“渗出”两种甘蔗提汁的工艺和设备也提出了许多改进方法，创造了诸多发明和实用新型专利。以下是国内外相关技术人员向我国知识产权局申报并得以授权的相关“压榨”和“渗出”法的发明和实用新型专利：
1、ZL94218616.8斧型式、甘蔗撕裂机
2、ZL94255742.0底辊加压式甘蔗压榨机
3、ZL96123431.8萃取甘蔗汁液的方法和装置
4、ZL97217581.4高效甘蔗压榨辊径向孔的防堵塞结构
5、ZL98210420.0倒三辊无底梳甘蔗压榨机
6、ZL98235089.9甘蔗压汁机辊压结构
7、ZL02279286.4甘蔗撕解和压榨输送带自动调速装置
8、ZL02244975.2一种甘蔗压榨机顶辊排液装置
9、ZL20042006258.2混合汁小倾角振动筛滤机
10、ZL200520139714.7五辊甘蔗榨汁机
上述各项发明和实用新型中国专利均是围绕甘蔗“压榨法”和“渗出法”提取糖汁的已进行大量应用的相关设备单机进行改造或优化设计而提出的，也有个别发明专利是针对“渗出法”设备和工艺进行的发明，他们的发明仍然没有突破应用“压榨法”和“渗出法”来从甘蔗或甜高粱秆中提取糖汁。
近几年在国内应用甜高粱茎秆提汁发酵生产白酒和燃料乙醇也提出了众多发明专利申请，如：
1、CN1464044A：利用甜高粱秸秆生产白酒的方法；
2、CN1511954A：甜高粱秸秆生产乙醇方法
3、CN1597972A：一种用甜高秸秆生产乙醇的生产技术
4、CN161666A：利用甜高粱秸秆制造乙醇液体发醇技术
5、CN1710085A：甜高粱秸秆汁液生产乙醇的方法
6、CN1754961A：甜高粱秆生产乙醇和微贮饲料
7、CN1792278A：甜高粱茎秆汁液贮存方法
8、CN1830585A：甜高粱秸秆综合加工方法
9、CN1955303A：种植甜高粱利用茎秆制取乙醇的工业化连续生产方法
从上述已公开但尚未授权的发明专利申请可以看出，对甜高粱秆的提汁方法均采用铡断或粉碎，然后用辊式压榨机压榨提汁的方法，均未使用切削碎粒的离心提取方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种技术流程短，应用设备少，投资小，运行费用低，无需热水淋渗，用水少，调试维修方便，糖汁提取快且出汁率高的简捷、高效、节能的甘蔗、甜高粱秆糖汁的离心提取方法。
本发明提供的技术方案是：一种甘蔗、甜高粱茎秆中糖汁的离心提取方法，该方法包括以下步骤：
(1)将甘蔗、甜高粱茎秆连续快速切削破碎，使其坚硬密实的草本木质纤维外皮成为5～60mm长、宽0.2～3mm、厚约0.2～1.5mm的细条或细针状或薄片状物，而同时使得无纤维由无数细小维管束组成的饱含糖汁的脆性髓芯被切削破碎成直径约为0.5～3.5mm的小颗粒；
(2)将切削破碎出的甘蔗、甜高粱茎秆细针条或薄片状纤维外皮和小颗粒状髓芯碎粒混合物投入液固分离离心机离心5～8min，离心机转速为800～3000rpm，滤材孔径为198～246μm，得到原汁糖液。
上述步骤(2)中，所述原汁糖液占料重的61～65％，点料中总糖汁的83％以上。
进一步地，应用局部超声螺旋连续逆流循环萃取机对第(2)步一次分离原糖汁后的残渣中的残糖用水进行萃取，并使不断分离出的萃取稀糖液与不断进入萃取机的新残渣作用，使萃取稀糖液逐步增浓至所需糖度，然后放出，得到与原汁糖液相近浓度的混合糖汁，送入与一次离心得到的原汁糖液混合备用。逆流萃取的方法是：残渣是由排出萃取后糖液出液口处进入，经萃取螺旋不断推向新水或稀糖液的泵入口上端排出，残渣在萃取机中只经5-8min就使此残渣中的残糖含量低于0.6％而成为废渣。
进一步地，将上述萃取机中排出的含有少量混合糖汁的废渣投入液固分离离心机离心5～8min，转速800～3000rpm，滤材孔径165～198μm，分离出经吸附在废渣上的少量经萃取而增浓至原汁糖液浓度的混合糖汁，并与一次分离的原汁糖液混合备用，排出废渣，渣中残糖含量低于0.6％。
上述步骤(2)中，所述离心机转速优选1400～2000rpm。
上述步骤(2)中，所述离心机为袋式离心机、立式离心筛、活塞推料离心机或锥形网板螺旋卸料离心机。
在上述步骤(1)中，所述甘蔗、甜高粱茎秆被切削的含糖汁的细针条状纤维和颗粒状髓芯碎粒混合在一起的混合物的体积较原料甘蔗或甜高粱茎秆增大6～7倍，堆积密度为0.12～0.25吨/m3，糖汁包含其中而不流出，但只要轻压糖汁即迅速喷涌而出。
本发明的具有如下优点：
本发明提供了一种不同于现有技术从甘蔗可甜高粱秆中提取糖汁的方法，在提汁前，本发明首先将甘蔗或甜高粱秆通过一台切削碎粒机，将其茎秆切削破碎，使外皮呈细短条或细针状物，使髓芯成碎米粒状颗粒，由于糖汁是被包裹在髓芯的无数细小的维管束中，虽被切削成细小粒，但糖汁并不会流出，但如用手轻压，糖液即会很快流出，所以如果给予一个较大的离心力，其从甘蔗或甜高粱秆髓芯碎粒中提出糖汁将更为容易。因此，本发明明显不同于传统甘蔗“压榨法”和“渗出法”。进行将甘蔗或甜高粱秆提取糖汁，本发明使用一台茎秆切削碎粒机，就达到了比较现有技术应用一台斩切机，两台撕裂机，一台理平机等这些机械还要好的效果。
由于饱含糖汁的髓芯被切削成碎米状细颗粒，同时基本与其外皮纤维完全分离，其切削后皮髓混合物的体积是原甘蔗和甜高粱茎秆的6.6～7.2倍，加之含糖汁髓芯细碎颗粒其比表面积极大地扩大，其糖汁细微液滴就几乎已经完全从糖汁细胞中渗出，因此使用分离因素并不太高的液固分离离心机就基本可以全部地将髓芯细颗粒中自由水溶性糖汁分离出来，一次离心就可提出83～85％的原糖汁，残渣中残糖为2％左右，它较传统重型压榨机一次压榨只能提取60％左右的原糖汁要提高约23个百分点，并节约了如压榨机、淋渗机等近30多台单机，从而节约了投资和大量制造设备的钢材。
本发明方法应用切削碎粒和离心提取糖汁，使一次原糖汁提取率大幅度提高，所以残留在一次提汁后的残渣中的糖汁含量减少，因此，可以应用水和局部超声螺旋逆流循环萃取机使残渣中糖汁很快溶出，并因萃取液不断循环，它既满足了残渣中糖汁的浸出，又达到了萃取糖液逐步增浓的要求。因此在用离心法从甘蔗或甜高粱秆碎粒中一次提取＞80％的原汁糖液后其残渣中的残糖汁，也只需用能使局部超声螺旋逆流循环萃取机装满萃取用水打循环的极少量水，大约相对于甘蔗或甜高粱秆原料重量5～8％的水经5-8min就可一次将残渣中的残糖提取出来。这因为残渣进入局部超声逆流萃取系统是与比残渣自身大数倍至数十倍的原水或稀糖液水相接触，同时残渣进入萃取机时首先是经过局部超声区，受到超声波发生空穴粉碎力的作用，又同时受螺旋推力，搅动以及逆流水压的多种作用，残渣中残糖在萃取机中从进到出大约只需5～8min就可将残渣中的少量残糖溶出。因此，残渣提取糖汁只需一次，不必如传统压榨法要压榨5-6次淋渗4-5次那么复杂和耗费热水与几十分钟时间，因而本发明省水、高效、节能。
经萃取机局部超声和螺旋搅动，水压多重作用后而排出的废渣，由于输出螺旋的沥水作用，废渣中夹带的相当于原糖汁浓度的糖液则很少，再通过应用相同于分离原糖汁的液固分离离心机，即可将废渣与糖液分离出来，使废渣呈半干状态，含水量约在50％左右，残糖约在0.6％以下。
综合上述，本发明从投料切削碎粒到取得第一次原糖汁仅约5～8min，从分出原糖汁到排出残渣及完成局部超声逆流萃取提取残渣中残余糖分，再到排出废渣，约需5～8min，合计从甘蔗或甜高粱秆中提出全部糖汁仅需10～16min，较“压榨法”20～25min快9～10min，较“渗出法”70～75min提前50～60min。
本发明所用输送机，切削碎粒机，离心分离机和螺旋逆流萃取机及贮液和泵等仅6台单机，并且大都是通用的轻型设备，而“压榨法”和“渗出法”都必须使用重型，单重在30～200吨重的撕裂、撕解机及压榨机或10～30m直径的平转式渗出器，提汁单机多达30台。
本发明在残渣中残糖的提取上由于应用局部超声，且萃取用水大部经沥滤循环回用，在萃取水中糖浓度增加到所需浓度逐步排出时才逐步补充新水，因此由于局部超声空化和不断打循环和逆流压力等作用，萃取用水温升可达45～50℃。因此无需热水淋渗，同时用水仅为甘蔗或甜高粱秆原料重量的4-5％，比“压榨法”节约20％，比“渗出法”节约25％。
因此，本发明是一种具有技术流程短，应用设备少，投资小，运行费用低，调试维修方便，无需热水淋渗，用水少，糖汁提取快出汁率高的简捷、高效、节能的甘蔗、甜高粱秆糖汁提取的新的工艺方法。

具体实施方式

下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐明本发明，但并不是对本发明的限制，仅仅作示例说明。
实施例1：用甘蔗提取原糖汁及从其残渣提取残余糖分。
①将去除蔗根、叶和蔗鞘的蔗茎、秆称取100kg，并取小样测定得；含糖16.7％，还原糖0.85％，粗纤维6.3％成分0.8％有机非糖分1％，水分75.3％
②将甘蔗投入快速转动的茎秆切削碎粒机(厦门物华天宝生物工程有限公司生厂UE系列茎秆切削碎粒机)，此时甘蔗茎秆的外皮被首先快速切削成长10-45mm、宽0.2-3mm、厚0.2-1.5mm，已脱离髓芯的细条和细针或小片状硬质纤维；同时，无纤维而由无数维管束构成的饱含糖汁的髓芯却被切削成了约1-3mm左右直径的小颗粒。由于切削速度快加之甘蔗极脆，被切削排出的甘蔗细条针状外皮纤维和小粒状髓芯的细颗粒的混合物，体积增大6-7倍为0.66m3，其堆积密度为0.181吨/m3，但并无糖汁流出(但如稍加轻压糖汁就会喷涌流出)。
③将上述切削的甘蔗碎粒99.56kg投入液固分离离心机(江苏赛德力制药机械制造有限公司生产，SD系列袋式离心机)，离心机中滤网孔径为246μm，选定转速2000rpm，经5min离心得到原汁糖液62.3kg，测含糖量为16.7％，糖液比重为(20°/20℃)1.044，残渣36.8kg含糖量为2.10％。
④将36.8kg残渣放入4倍残渣重量循环水的旋转着的局部超声螺旋逆流循环萃取机(江苏靖江精达机械泵阀制造有限公司生产，FR系列局部超声螺旋逆流循环萃取机)中，经5min逆流提取，将沥水出料的废渣经离心机离心除去吸附废渣中的残余萃取混合糖液后称重为41.3kg，测废渣中的糖分含量(用钼酸铵法)，废渣中残糖为5.3g/L(0.53％)。
如果要使循环萃取机中的循环萃取糖液浓度增浓至如甘蔗中第一次分离出的原汁糖液16.7％的浓度，就需进行30次左右大约1.1吨残渣的萃取处理，相当于3吨甘蔗的加工量。
分析：①甘蔗经切削碎粒后第一次脱水离心其糖汁提取率为：

②上述第一次离心提取糖汁后残渣中糖份的残留量


实施例2：用甜高粱秆提取原糖汁及从其残渣提取残余糖份
①将除去甜高粱根、叶和细稍穗头的甜高粱秆，称取100kg，并取小样测定得含糖17.2％，还原糖1.1％，粗纤维7.4％，灰分0.92％，有机非糖分1.2％，水份73.8％。
②将甜高粱秆投入快速转动的茎秆切削碎粒机(厦门物华天宝生物工程有限公司生厂UE系列切削碎粒机)，甜高粱秆坚硬质地密实的外皮被快速切削成长10-45mm，宽0.2-1.5mm已脱离髓的细条和细针或小薄片状纤维，而无纤维由无数维管束构成的饱含糖汁的髓芯也被极快地切削成约1-3mm左右直径的小颗粒的混合物，体积为0.61m3，其堆积密度为0.18吨/m3，无糖汁流出。
③将上述切削的甜高粱秆碎粒99.48kg投入液固分离离心机(江苏宜兴邦力生化设备有限公司生产，BLS-800立式离心筛)，离心机中滤网孔径为246μm，选定转速为1400rpm，经5min离心得到原汁糖液61.2kg，测糖含量为17％，糖液比重为(20°/20℃)1.048，残渣37.9kg，残渣含糖量为2.2％。
④将37.9kg残渣放入于4倍残渣循环水的旋转着的局部超声螺旋逆流循环萃取机(江苏靖江精达机械泵阀制造有限公司生产，FR系列局部超声螺旋逆流循环萃取机)中，经5min逆流提取，将沥水出料废渣经离心机离心除去吸附废渣中的残余萃取混合糖液后称重为45.6kg测废渣中糖分含量(用钼酸铵法)为5.6g/L(0.56％)。
如果要使循环萃取机中的循环萃取糖的浓度提高到如甜高粱秆原汁糖液17.2％的浓度，就需进行31次左右大约1.2吨残渣的处理，相当于3吨甜高粱秆的加工量。
分析：①甜高粱秆经切削碎粒后第一次离心脱水其糖汁提取率为：

②上述第一次离心提取糖汁后残渣中糖份的残留量


本发明方法以甘蔗和甜高粱秆为原料提取糖汁的实施例进行描述，但本发明方法同样适用于以甜菜，甜玉米秆等原料的提取糖汁的过程。