淀粉糖是以淀粉為原料通過水解獲得的甜味劑，可部分替代蔗糖用于食品加工。近年來，我國淀粉糖行業發展迅速，2013年產能和產量達到歷史峰值約800萬噸，之后由于玉米價格、蔗糖價格等諸多因素影響，2016年全國淀粉糖總產量686萬噸。目前我國淀粉糖生產主要以雙酶法工藝為主，傳統工藝中，淀粉乳經過液化工序后，淀粉分子被α淀粉酶作用分解成多糖，DE值12～18左右，而淀粉中所含的蛋白質等雜質會發生絮凝，液化液在糖化工序中根據添加酶品種不同得到不同組分和DE值的糖化液，而蛋白質等雜質會發生分層，一部分會漂浮在糖化罐頂部，一部分會沉淀在糖化罐底部，糖化結束后的糖液傳統工藝一般采用真空轉鼓或者板框壓濾機來去除淀粉中帶來的1%～1.5%的蛋白質、脂肪等雜質。由于真空轉鼓和板框壓濾機都需要經過預涂硅藻土或珍珠巖等助濾劑才能進行糖液過濾，所以過濾下來蛋白質和脂肪等雜質與助濾劑混合，其利用價值大大降低。

臥螺離心機作為一種新型分離設備，主要部件由轉鼓、螺旋推進器和差速系統等構成，分離過程為：物料在轉鼓內壁以設計速度高速旋轉，沿著轉鼓殼體形成一個同心液層，成為液環層。物料內所含的固體在離心力作用下沉積到轉鼓上，再通過螺旋的運轉將干物料推至轉鼓錐端，上清液則從轉鼓大端排出，實現固液分離。分離過程中不需要添加任何助濾劑，確保分離出的重相無外來添加的雜質。臥螺離心機具有處理能力大、連續化作業和自動化程度高等優點，已經在制藥、污泥脫水、化工等行業成功應用。臥螺離心機在淀粉糖生產中比較少見，僅有少數報道在檸檬酸清液發酵生產中采用。

本研究對臥螺離心機在玉米淀粉糖生產過程中蛋白質分離的工藝參數和運行效果進行分析，為臥螺離心機用于淀粉糖和蛋白質分離提供參考。

一、儀器和方法

1.1 儀器和設備

STNX944S臥螺離心機，AL104電子天平，DHG-9240A電熱鼓風干燥箱，DTL-5臺式離心機。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

雙酶法生產淀粉糖工藝中，采用臥螺離心機替代板框過濾機或者真空轉鼓過濾機，分別對液化液和糖化液進行蛋白質分離，以分析不同工藝方案蛋白質的分離效果。

1.2.2 操作要點

經過液化工段之后的液化液溫度為95～98℃，工藝中設置有兩級換熱器，一級換熱器液化液與后續工段的糖漿進行料料換熱，換熱后溫度約為75～80℃，二級換熱器液化液與冷卻水換熱，換熱后溫度為糖化要求的60℃，糖化過程維持溫度不變。

為試驗臥螺離心機用于液化和糖化后分離固形物的效果，工藝中通過管道和閥門的切換可以將臥螺離心機分別應用于液化后和糖化后分離固形物。由于臥螺離心機工作溫度為100℃，出于保護臥螺離心機的目的，臥螺離心機處理一級換熱后的液化液。

1.2.3 測定方法

懸浮液固形物含量=M1/M2×100%，式中M1為固形物質量，g；M2為液化液或糖化液質量，g。

含水率=（M1-M2）/M1×100%，式中，M1為烘干前固體質量，g；M2為烘干后固體質量，g。

固相回收率=（C1-C2）/C1×100%，式中，C1為分離前懸浮液固形物濃度，%；C2為分離后懸浮液固形物濃度，%。

二、結果與分析

2.1 臥螺離心機用于分離液化液和糖化液效果對比

臥螺離心機分離液化液和糖化液，糖化液經臥螺離心機分離出的固相水分明顯高于液化液分離出的固相，運行過程中糖化液分離出的固相呈糊狀，在螺旋輸送機中黏著在螺旋和外壁上，烘干困難。而液化液分離出的固相呈塊狀，容易烘干。原因是物料的黏度影響了固形物的分離，物料的黏度是阻礙其中的固體顆粒沉降速度的重要因素之一，物料溫度越高，液相黏度越低，越有利于分離。黏度過高，將使離心分離變得十分困難，用離心機處理這種物料時分離效果可能極差，因為此時的物料不具備很好的自然沉降性能。糖化液溫度為60℃，而液化液經過一級換熱后溫度為75～80℃，液化液黏度低于糖化液黏度，造成糖化液固相分離困難。因此，臥螺離心機適合于分離一級換熱降溫后的液化液。

2.2 不同進料量對臥螺離心機分離效果的影響

以液化液為原料，通過調節臥螺離心機進料量，隨著進料流量增加，固相回收率逐漸降低，主要原因是料液進入臥螺離心機后，固相顆粒在離心力作用下沿徑向沉降，直徑大的顆粒沉降速度快，直徑小的顆粒沉降速度慢，隨著進料量增加，流速增加，造成直徑小的顆粒在臥螺離心機中停留時間少于沉降所需時間，進而造成臥螺離心機轉鼓內的固相層厚度增加，固相和液相分界線向轉鼓中心移動，液相截面積減少，分界線附近還未完成沉降，比較松散的顆粒容易被液相沖刷帶走，降低固相回收率。進料流量在13～14m3/h時，固相回收率變化不大，流量大于14m3/h之后，隨著進料流量逐步增加，固相回收率逐步降低，因此，對于STNX944S臥螺離心機而言，進料流量控制在14m3/h左右運行效果較佳。

2.3 不同差速度對臥螺離心機分離效果的影響

通過調節差速器參數設置，隨著差速度增加，固相含水率不斷增加，而固相回收率先增加后趨于平緩。差速度是指臥螺離心機運行過程中轉鼓和螺旋的旋轉速度差，差速度較低時，螺旋推出固相的速度降低，固相在轉鼓中受離心力作用時間較長，所以固相含水率較低，但是由于停留時間長，造成沉降下來的固相又滲透到液相中，造成固相回收率降低。差速度較高時，螺旋推出固相的速度提高，固相在轉鼓中受離心力作用時間短，所以固相含水率較高，但由于停留時間短，沉降下來的固相滲透到液相中的幾率降低，因此，固相回收率較高。差速度為10r/min時，蛋白質分離效果較好。

2.4 臥螺離心機與板框過濾糖液固形物的對比

板框過濾機過濾糖液為間歇操作過程，每個周期包括預涂、進料、壓榨、卸料和清洗濾布等多個步驟，預涂的硅藻土或者珍珠巖與糖液中固形物混合在一起，固相無法回收利用。卸料和清洗濾布全部由人工完成，勞動強度大且衛生條件較差，并且板框過濾機過濾出的糖液固形物含水率約為40%～50%。

臥螺離心機過濾糖液為連續操作過程，糖液進入臥螺離心機連續分離出液相和固相，分離過程無需添加助濾劑，固相可回收利用。工人勞動強度低，并且整個操作過程在密閉環境下進行，衛生條件好。臥螺離心機分離出的糖液固形物含水率約為25%～35%。對比發現，采用臥螺離心機過濾糖液可明顯調高液相回收率，降低固相烘干能耗。

2.5 臥螺離心機與板框過濾糖液固形物經濟效益分析

以年產10萬噸淀粉糖漿生產線為例，臥螺離心機與板框過濾機相比，每年可增加副產品收入約131.6萬元，成本降低10.6萬元，綜合計算每年可增加收入142.2萬元。

三、結論

臥螺離心機能夠較好的分離淀粉糖生產中由淀粉原來帶來的蛋白質、脂肪和灰分等雜質，具有自動化程度高、分離效果好、運行平穩等優點，可完全替代傳統過濾設備進行糖液過濾。

STNV944S臥螺離心機適宜運行參數為：進料溫度75～80℃，進料流量14～14.5m3/h，差速度10r/min。

臥螺離心機與板框過濾機相比，具有無助濾劑添加、副產品回收價值高、勞動強度低等優點，通過副產品回收可增加企業效益。