【综述】膜法绿色制糖技术：我们离工业化还有多远？

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

文

章

信

息

Title: Green Production of sugar by membrane technology: How far is it from industrialization?

Author: Hao Zhang, Jianquan Luo*, Lulu Liu, Xiangrong Chen, Yinhua Wan*

DOI: doi.org/10.1016/j.gce.2020.11.006

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通讯作者简介

罗建泉，2010年获中科院过程工程研究所生物化工专业博士学位。2009至2012年赴法国贡比涅技术大学可再生材料综合转化实验室深造，获过程工业工程专业博士学位。2012至2014年在丹麦技术大学生物过程工程中心从事博士后研究。2015年作为中科院引进人才回国，任生化工程国家重点实验室研究员、主任助理，生化工程与装备研究部副主任兼党支部副书记。长期从事膜材料和膜分离过程研究，并成功应用于食品加工、废水资源化等领域。目前已在Adv. Funct. Mater.、 J. Membr. Sci.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Chem. Eng. J.等国际期刊发表SCI收录论文140余篇（其中以第一或通讯作者发表SCI收录论文78篇），申请中国发明专利31项，澳大利亚发明专利2项，获第三届闵恩泽能源化工奖“青年进步奖”（2017），第十届侯德榜化工科学技术青年奖（2018），中国膜科技中青年突出贡献专家称号（2019），入选北京市科协2019-2021年度青年人才托举工程和中国科学院北京分院第四届“启明星”复合型人才；现任中国膜工业协会医药生物用膜技术专业委员会副秘书长（2016-）和工程与应用专业委员会委员（2020-）、中国生物工程学会青委会副秘书长（2020-）、中国海水淡化与水再利用学会青委会执行委员（2019-）、《膜科学与技术》杂志编委（2018-）以及Journal of Membrane Science青年编委（2021-）。

万印华，男，研究员，博士生导师。先后获华南理工大学环境化工博士学位和英国牛津大学生物化工博士学位，1988年6月硕士毕业后留校华南理工大学从事教学、科研工作。1998年7月起先后在葡萄牙国家土木工程实验室、英国伯明翰大学、牛津大学访问和工作。任中国科学院过程工程研究所研究员。现任过程工程研究所所长业务助理、生化工程国家重点实验室副主任、国家生化工程研究中心(北京) 副主任，兼任中国生物工程学会副秘书长， Journal of Water Process Engineering、膜科学与技术、化学工程等多个期刊编委。 

    万印华博士长期从事膜技术的基础和应用研究，主要探索膜过程的关键技术(功能膜研制，膜表面改性，膜过程强化，膜污染控制等)及在清洁生产，生物分离与废水处理中的应用。重点对新型功能化有机膜制备技术，高通量、高选择性膜技术分离、纯化生物基产品、药物蛋白质，发酵-膜分离耦合技术以及膜法废水处理技术与应用进行系统的理论和实验研究。近年来，主持和完成了国家自然科学基金、国家863计划项目、973项目课题、中科院重大项目课题及科技部国际合作项目课题等科研任务20余项，多项成果在国内龙头企业实现了产业化应用，取得了显著的经济效益和社会效益。撰写了4本中英文学术专著中的4章，在国内外学术期刊发表论文130余篇，获得中国发明专利18项，美国发明专利2项；荣获2009年中国食品学会科技一等奖1项、 2013年中国石油和化工联合会技术发明一等奖1项及2014年中国科学院科技促进发展奖二等奖1项。

期刊简介

Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。

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